6.2: التلسكوبات اليوم

Last updated

Nov 1, 2022
Page ID
197191
Save as PDF
- 6.1: التلسكوبات
- 6.3: أجهزة كشف الضوء المرئي والأدوات

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

تعرف على أكبر تلسكوبات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء قيد التشغيل اليوم
ناقش العوامل ذات الصلة باختيار موقع التلسكوب المناسب
تحديد تقنية البصريات التكيفية ووصف تأثيرات الغلاف الجوي على الملاحظات الفلكية

منذ زمن نيوتن، عندما تم قياس أحجام المرايا في التلسكوبات بالبوصة، نمت التلسكوبات العاكسة بشكل أكبر من أي وقت مضى. في عام 1948، بنى علماء الفلك الأمريكيون تلسكوبًا بمرآة قطرها 5 أمتار (200 بوصة) على جبل بالومار في جنوب كاليفورنيا. وظل أكبر تلسكوب للضوء المرئي في العالم لعدة عقود. ومع ذلك، فإن عمالقة اليوم لديهم مرايا أولية (أكبر المرايا في التلسكوب) التي يتراوح قطرها من 8 إلى 10 أمتار، ويتم بناء مرايا أكبر (الشكل $\PageIndex{1}$ ).

بديل — مرآة تلسكوب الشكل $\PageIndex{1}$ الكبيرة. تُظهر هذه الصورة إحدى المرايا الرئيسية للتلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الجنوبي الأوروبي، المسمى Yepun، بعد إعادة طلائه بالألمنيوم مباشرة. يبلغ قطر المرآة أكثر بقليل من 8 أمتار.

التلسكوبات الحديثة للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء

شهدت العقود التي بدأت في عام 1990 نمو بناء التلسكوب في جميع أنحاء العالم بمعدل غير مسبوق. (انظر الجدول $\PageIndex{1}$ ، الذي يتضمن أيضًا مواقع الويب لكل تلسكوب في حالة رغبتك في زيارته أو معرفة المزيد عنه.) جعلت التطورات التكنولوجية أخيرًا من الممكن بناء تلسكوبات أكبر بكثير من التلسكوب الذي يبلغ طوله 5 أمتار في بالومار بتكلفة معقولة. كما تم تصميم تقنيات جديدة للعمل بشكل جيد في الأشعة تحت الحمراء، وليس فقط الأطوال الموجية المرئية.

الجدول $\PageIndex{1}$ : تلسكوبات كبيرة ذات طبق واحد للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء
الفتحة (م)	اسم التلسكوب	الموقع	الحالة	الموقع الإلكتروني
39	التلسكوب الأوروبي الكبير للغاية (E-ELT)	سيرو أرمازوناس، تشيلي	أول ضوء 2025 (تقديري)	www.eso.org/sci/facilities/eelt
30	تلسكوب بطول ثلاثين متراً (TMT)	ماونا كيا، أوهايو	أول ضوء 2025 (تقديري)	www.tmt.org
24.5	تلسكوب ماجلان العملاق (GMT)	مرصد لاس كامباناس، شيلي	أول ضوء 2025 (تقديري)	www.gmto.org
11.1 × 9.9	التلسكوب الكبير لجنوب إفريقيا (SALT)	ساذرلاند، جنوب أفريقيا	2005	www.salt.ac.za
10.4	غران تيليسكوبيو كانارياس (GTC)	لا بالما، جزر الكناري	أول ضوء 2007	http://www.gtc.iac.es
10.0	الركلة الأولى والثانية (مقرابان)	ماونا كيا، أوهايو	أُنجز في الفترة بين عامي	www.keckobservatory
9.1	تلسكوب هوبي إيبرلي (HET)	ماونت لوك، تكساس	أُنجز عام 1997	www.as.utexas.edu/mcdonald/
8.4	تلسكوب كبير ثنائي العين (LBT) (تلسكوبان)	ماونت غراهام (أريزونا)	أول ضوء 2004	www.lbto.org
8.4	تلسكوب المسح السينوبتيكي الكبير (LSST)	ذا سيرو باتشون، تشيلي	أول ضوء 2021	www.lsst.org
8.3	تلسكوب سوبارو	ماونا كيا، أوهايو	أول ضوء 1998	www.naoj.org
8.2	تلسكوب كبير جدًا (VLT)	سيرو بارانال، تشيلي	أكملت جميع التلسكوبات الأربعة عام 2000	www.eso.org/public/teles-instr/paranal
8.1	جيميني نورث وجيميني ساوث	ماونا كيا، هاي (شمال) وسيرو باتشون، شيلي (جنوب)	أول ضوء 1999 (شمالًا)، أول ضوء 2000 (جنوبًا)	www.gemini.edu
6.5	تلسكوبات ماجلان (تلسكوبان: بايد ولاندون كلاي)	لاس كامباناس، تشيلي	أول ضوء 2000 و 2002	OBS. Carnegie Science.edu/Magellan
6.5	تلسكوب متعدد المرايا (MMT)	ماونت هوبكنز (أريزونا)	أُنجز عام 1979	www.mto.org
6.0	تلسكوب ألتازيموث الكبير (BTA-6)	جبل باستوخوف، روسيا	اكتمل في عام 1976	W0.sao.ru/doc-en/تلسكوبات/BTA/الوصف. HTML
5.1	تلسكوب هيل	ماونت بالومار، كاليفورنيا	أُنجز عام 1948	www.astro.caltech.edu/palomar/نبذة عن/تلسكوب/hale.html

يمكن رؤية الاختلافات بين تلسكوب بالومار وتلسكوب جيميني نورث الحديث (على سبيل المثال) بسهولة في الشكل $\PageIndex{2}$ . تلسكوب بالومار عبارة عن هيكل فولاذي ضخم مصمم لحمل المرآة الأساسية التي يبلغ وزنها 14.5 طنًا بقطر 5 أمتار. يميل الزجاج إلى الترهل تحت وزنه؛ وبالتالي، هناك حاجة إلى هيكل فولاذي ضخم لتثبيت المرآة. إن المرآة التي يبلغ قطرها 8 أمتار، بحجم تلسكوب جيميني نورث، إذا تم بناؤها باستخدام نفس تقنية تلسكوب بالومار، فسيتعين أن تزن ثمانية أضعاف هذا الحجم على الأقل وستتطلب هيكلًا فولاذيًا ضخمًا لدعمها.

على النقيض من ذلك، يبدو تلسكوب جيميني نورث الذي يبلغ طوله 8 أمتار وكأنه يزن الريشة، وهو بالفعل كذلك. يبلغ سمك المرآة حوالي 8 بوصات فقط وتزن 24.5 طنًا، أي أقل من ضعف مرآة بالومار. تم الانتهاء من تلسكوب جيميني نورث بعد حوالي 50 عامًا من تلسكوب بالومار. استفاد المهندسون من التقنيات الجديدة لبناء تلسكوب أخف وزنًا بكثير مقارنة بحجم المرآة الأساسية. تتأرجح مرآة الجوزاء، ولكن باستخدام أجهزة الكمبيوتر الحديثة، من الممكن قياس هذا الترهل عدة مرات في كل ثانية وتطبيق القوى في 120 موقعًا مختلفًا على الجزء الخلفي من المرآة لتصحيح الترهل، وهي عملية تسمى التحكم النشط. تم بناء سبعة عشر تلسكوبًا بمرايا بقطر 6.5 متر وأكبر منذ عام 1990.

تستخدم تلسكوبات Keck المزدوجة التي يبلغ طولها 10 أمتار على Mauna Kea، والتي كانت الأولى من بين هذه الأدوات التكنولوجية الجديدة، التحكم الدقيق بطريقة جديدة تمامًا. بدلاً من مرآة أساسية واحدة بقطر 10 أمتار، يحقق كل تلسكوب Keck فتحة أكبر من خلال الجمع بين الضوء من 36 مرآة سداسية منفصلة، كل منها بعرض 1.8 متر (الشكل $\PageIndex{3}$ ). تعمل المحركات (المحركات) التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر باستمرار على ضبط هذه المرايا الـ 36 بحيث يعمل السطح العاكس الكلي كمرآة واحدة بالشكل المناسب تمامًا لجمع الضوء وتركيزه في صورة حادة.

تعرف على المزيد حول مرصد Keck على Mauna Kea من خلال مقطع قناة التاريخ هذا حول التلسكوبات والعمل الذي تقوم به.

بالإضافة إلى حمل المرآة، تم تصميم الهيكل الفولاذي للتلسكوب بحيث يمكن توجيه التلسكوب بأكمله بسرعة نحو أي جسم في السماء. نظرًا لأن الأرض تدور، يجب أن يحتوي التلسكوب على نظام دفع آلي يحركه بسلاسة كبيرة من الشرق إلى الغرب بنفس معدل دوران الأرض من الغرب إلى الشرق، حتى يتمكن من الاستمرار في الإشارة إلى الكائن الذي تتم ملاحظته. يجب وضع كل هذه الآلات في قبة لحماية التلسكوب من العناصر. تحتوي القبة على فتحة يمكن وضعها أمام التلسكوب وتحريكها معه، بحيث لا يتم حجب الضوء المنبعث من الأشياء التي يتم ملاحظتها.

جورج إليري هيل: صانع التلسكوب الرئيسي

كان جورج إليري هيل (الشكل $\PageIndex{4}$ ) عملاقًا بين صانعي التلسكوب الأوائل. ليس مرة واحدة، بل أربع مرات، بدأ مشاريع أدت إلى بناء ما كان أكبر تلسكوب في العالم في ذلك الوقت. وكان بارعًا في كسب المتبرعين الأثرياء لضمان بناء هذه الأدوات الجديدة.

كان تدريب هيل وأبحاثه المبكرة في الفيزياء الشمسية. في عام 1892، في سن 24، تم تعيينه أستاذًا مشاركًا للفيزياء النجمية ومديرًا للمرصد الفلكي في جامعة شيكاغو. في ذلك الوقت، كان أكبر تلسكوب في العالم هو جهاز الانكسار مقاس 36 بوصة في مرصد ليك بالقرب من سان خوسيه، كاليفورنيا. مستفيدًا من الفراغ الزجاجي الموجود لتلسكوب 40 بوصة، شرع هيل في جمع الأموال لتلسكوب أكبر من التلسكوب الموجود في Lick. كان أحد المتبرعين المحتملين هو تشارلز تي يركس، الذي أدار، من بين أمور أخرى، نظام الترولي في شيكاغو.

كتب هيل إلى يركس يشجعه على دعم بناء التلسكوب العملاق بالقول إن «المتبرع لا يمكن أن يكون له نصب تذكاري أكثر ديمومة. من المؤكد أن اسم السيد ليك لم يكن ليعرف على نطاق واسع تقريبًا اليوم لولا المرصد الشهير الذي تم إنشاؤه نتيجة لذكائه». وافق يركس على ذلك، وتم الانتهاء من التلسكوب الجديد في مايو 1897؛ ولا يزال أكبر عامل انكسار في العالم (الشكل $\PageIndex{5}$ ).

حتى قبل الانتهاء من مفاعل Yerkes، لم يكن هيل يحلم فقط ببناء تلسكوب أكبر حجمًا ولكنه كان يتخذ أيضًا خطوات ملموسة لتحقيق هذا الهدف. في تسعينيات القرن التاسع عشر، كان هناك جدل كبير حول الجودة النسبية للتلسكوبات الانكسارية والعاكسة. أدرك هيل أن 40 بوصة كانت قريبة من الفتحة القصوى الممكنة لكسر التلسكوبات. إذا تم بناء تلسكوبات ذات فتحات أكبر بكثير، فسيتعين عليها أن تعكس التلسكوبات.

باستخدام الأموال المقترضة من عائلته، شرع هيل في بناء عاكس 60 بوصة. بالنسبة للموقع، غادر الغرب الأوسط لظروف أفضل بكثير على جبل ويلسون - في ذلك الوقت، قمة برية فوق مدينة لوس أنجلوس الصغيرة. في عام 1904، عندما كان يبلغ من العمر 36 عامًا، تلقى هيل أموالًا من مؤسسة كارنيجي لإنشاء مرصد ماونت ويلسون. تم وضع المرآة مقاس 60 بوصة في حاملها في ديسمبر 1908.

قبل ذلك بعامين، في عام 1906، كان هيل قد اقترب بالفعل من جون دي هوكر، الذي حقق ثروته في الأجهزة والأنابيب الفولاذية، باقتراح لبناء تلسكوب بحجم 100 بوصة. كانت المخاطر التكنولوجية كبيرة. لم يكتمل التلسكوب مقاس 60 بوصة بعد، ولم يتم بعد إثبات فائدة العاكسات الكبيرة لعلم الفلك. وصفه شقيق جورج إليري هيل بأنه «أعظم مقامر في العالم». مرة أخرى، نجحت هيل في الحصول على الأموال، وتم الانتهاء من التلسكوب مقاس 100 بوصة في نوفمبر 1917. (باستخدام هذا التلسكوب، تمكن إدوين هابل من إثبات أن السديم الحلزونية كانت جزرًا منفصلة من النجوم - أو المجرات - تمت إزالتها تمامًا من مجرة درب التبانة الخاصة بنا.)

لم يمر هيل بالحلم. في عام 1926، كتب مقالًا في مجلة Harper's Magazine حول القيمة العلمية لتلسكوب لا يزال أكبر. لفتت هذه المقالة انتباه مؤسسة روكفلر، التي منحت 6 ملايين دولار لبناء تلسكوب بحجم 200 بوصة. توفي هيل في عام 1938، لكن التلسكوب الذي يبلغ طوله 200 بوصة (5 أمتار) على جبل بالومار تم تخصيصه بعد 10 سنوات وتم تسميته الآن على شرف هيل.

اختيار أفضل مواقع المراقبة

يكلف بناء تلسكوب مثل Gemini أو Keck حوالي 100 مليون دولار. يتطلب هذا النوع من الاستثمار وضع التلسكوب في أفضل موقع ممكن. منذ نهاية القرن التاسع عشر، أدرك علماء الفلك أن أفضل مواقع المراصد تقع على الجبال، بعيدًا عن أضواء المدن وتلوثها. على الرغم من بقاء عدد من المراصد الحضرية، خاصة في المدن الكبيرة في أوروبا، إلا أنها أصبحت مراكز إدارية أو متاحف. يحدث الحدث الحقيقي بعيدًا، غالبًا على الجبال الصحراوية أو القمم المعزولة في المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ، حيث نجد أماكن معيشة الموظفين وأجهزة الكمبيوتر ومحلات الأجهزة الإلكترونية والآلات، وبالطبع التلسكوبات نفسها. يتطلب المرصد الكبير اليوم طاقم دعم من 20 إلى 100 شخص بالإضافة إلى علماء الفلك.

يتم تحديد أداء التلسكوب ليس فقط من خلال حجم المرآة ولكن أيضًا من خلال موقعه. يمثل الغلاف الجوي للأرض، الحيوي جدًا للحياة، تحديات لعالم الفلك الراصد. في أربع طرق على الأقل، يفرض هواءنا قيودًا على فائدة التلسكوبات:

القيد الأكثر وضوحًا هو الظروف الجوية مثل الغيوم والرياح والمطر. في أفضل المواقع، يكون الطقس صافيًا بنسبة تصل إلى 75٪ من الوقت.
حتى في ليلة صافية، يقوم الغلاف الجوي بتصفية كمية معينة من ضوء النجوم، خاصة في الأشعة تحت الحمراء، حيث يرجع الامتصاص بشكل أساسي إلى بخار الماء. لذلك يفضل علماء الفلك المواقع الجافة، التي توجد عمومًا على ارتفاعات عالية.
يجب أن تكون السماء فوق التلسكوب مظلمة. وبالقرب من المدن، يعمل الهواء على تشتيت الوهج من الأضواء، مما ينتج إضاءة تخفي النجوم الخافتة وتحد من المسافات التي يمكن فحصها بواسطة التلسكوبات. (يسمي علماء الفلك هذا التأثير بالتلوث الضوئي.) من الأفضل أن تقع المراصد على بعد 100 ميل على الأقل من أقرب مدينة كبيرة.
أخيرًا، غالبًا ما يكون الهواء غير مستقر؛ الضوء الذي يمر عبر هذا الهواء المضطرب يكون مضطربًا، مما يؤدي إلى عدم وضوح صور النجوم. يسمي علماء الفلك هذه التأثيرات «الرؤية السيئة». عندما تكون الرؤية سيئة، يتم تشويه صور الأجسام السماوية من خلال التواء والانحناء المستمرين لأشعة الضوء بواسطة الهواء المضطرب.

لذلك فإن أفضل مواقع المرصد مرتفعة ومظلمة وجافة. توجد أكبر التلسكوبات في العالم في مواقع جبلية نائية مثل جبال الأنديز في تشيلي (الشكل $\PageIndex{6}$ )، وقمم صحراء أريزونا، وجزر الكناري في المحيط الأطلسي، وماونا كيا في هاواي، وهو بركان خامد يبلغ ارتفاعه 13700 قدم (4200 متر).

يعد التلوث الضوئي مشكلة ليس فقط لعلماء الفلك المحترفين ولكن لكل من يريد الاستمتاع بجمال سماء الليل. بالإضافة إلى ذلك، تظهر الأبحاث الآن أنها يمكن أن تعطل دورة حياة الحيوانات التي نتشارك معها المناظر الطبيعية الحضرية والضواحي. ويؤدي الضوء الضائع في السماء إلى نفقات بلدية غير ضرورية واستخدام الوقود الأحفوري. قام الأشخاص المهتمون بتشكيل منظمة، وهي الرابطة الدولية للسماء المظلمة، التي يمتلئ موقعها الإلكتروني بالمعلومات الجيدة. يسمح لك مشروع علمي للمواطنين يسمى Globe at Night بقياس مستويات الضوء في مجتمعك من خلال عد النجوم ومقارنتها بالآخرين حول العالم. وإذا كنت مهتمًا بهذا الموضوع وترغب في إعداد ورقة لدورة علم الفلك الخاصة بك أو دورة أخرى أثناء وجودك في الكلية، فإن دليل Dark Night Skies يمكن أن يوجهك إلى مجموعة متنوعة من الموارد حول هذا الموضوع.

دقة التلسكوب

بالإضافة إلى جمع أكبر قدر ممكن من الضوء، يرغب علماء الفلك أيضًا في الحصول على أدق الصور الممكنة. تشير الدقة إلى دقة التفاصيل الموجودة في الصورة: أي أصغر الميزات التي يمكن تمييزها. يتوق علماء الفلك دائمًا إلى تقديم المزيد من التفاصيل في الصور التي يدرسونها، سواء كانوا يتابعون الطقس على كوكب المشتري أو يحاولون النظر إلى القلب العنيف لـ «مجرة آكلي لحوم البشر» التي أكلت جارتها مؤخرًا لتناول طعام الغداء.

أحد العوامل التي تحدد مدى جودة الدقة هو حجم التلسكوب. تنتج الفتحات الأكبر صورًا أكثر وضوحًا. ولكن حتى وقت قريب جدًا، لم تتمكن تلسكوبات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء على سطح الأرض من إنتاج صور حادة كما قالت نظرية الضوء.

المشكلة - كما رأينا سابقًا في هذا الفصل - هي الغلاف الجوي لكوكبنا المضطرب. يحتوي على العديد من النقط الصغيرة أو خلايا الغاز التي يتراوح حجمها من بوصات إلى عدة أقدام. تختلف درجة حرارة كل خلية قليلاً عن نظيرتها، وتعمل كل خلية كعدسة، مما يؤدي إلى ثني (كسر) مسار الضوء بمقدار صغير. يغير هذا الانحناء قليلاً الموضع الذي يصل فيه كل شعاع ضوئي أخيرًا إلى الكاشف في التلسكوب. تتحرك خلايا الهواء باستمرار عبر مسار ضوء التلسكوب بواسطة الرياح، وغالبًا في اتجاهات مختلفة على ارتفاعات مختلفة. ونتيجة لذلك، يتغير المسار الذي يتبعه الضوء باستمرار.

على سبيل المثال، فكر في مشاهدة عرض من نافذة عالية في ناطحة سحاب. قررت إلقاء بعض الحلويات على المشاركين في المسيرة. حتى لو أسقطت حفنة منها جميعًا في نفس الوقت وفي نفس الاتجاه، فإن التيارات الهوائية سوف تقذف القطع حولها، وستصل إلى الأرض في أماكن مختلفة. كما وصفنا سابقًا، يمكننا أن نفكر في الضوء المنبعث من النجوم كسلسلة من الحزم المتوازية، كل منها يشق طريقه عبر الغلاف الجوي. سيكون كل مسار مختلفًا قليلاً، وسيصل كل مسار إلى كاشف التلسكوب في مكان مختلف قليلاً. والنتيجة هي صورة غير واضحة، ولأن الخلايا تهب بفعل الرياح، فإن طبيعة الضبابية ستتغير عدة مرات في كل ثانية. ربما لاحظت هذا التأثير باعتباره «وميض» النجوم التي تُرى من الأرض. تنحني أشعة الضوء بدرجة كافية بحيث يصل جزء من الوقت إلى عينك، وجزءًا من الوقت يفوتها بعضها، مما يجعل النجم يبدو متغيرًا في السطوع. لكن ضوء النجوم ثابت في الفضاء.

يبحث علماء الفلك في العالم عن مواقع تكون فيها كمية ضبابية الغلاف الجوي، أو الاضطرابات، صغيرة قدر الإمكان. اتضح أن أفضل المواقع تقع في سلاسل الجبال الساحلية وعلى القمم البركانية المعزولة في وسط المحيط. الهواء الذي يتدفق لمسافات طويلة فوق الماء قبل أن يواجه الأرض مستقر بشكل خاص.

تُقاس دقة الصورة بوحدات الزاوية في السماء، عادةً بوحدات الثواني القوسية. ثانية قوسية واحدة هي 1/3600 درجة، وهناك 360 درجة في دائرة كاملة. لذلك نحن نتحدث عن زوايا صغيرة في السماء. ولإعطائك فكرة عن مدى صغر الحجم، قد نلاحظ أن 1 قوس ثانية هو الحجم الذي سيبدو عليه الربع عند رؤيته من مسافة 5 كيلومترات. تكشف أفضل الصور التي تم الحصول عليها من الأرض باستخدام التقنيات التقليدية عن تفاصيل صغيرة تصل إلى عدة أعشار قوس من الثانية. حجم الصورة هذا جيد بشكل ملحوظ. كان أحد الأسباب الرئيسية لإطلاق تلسكوب هابل الفضائي هو الهروب من الغلاف الجوي للأرض والحصول على صور أكثر وضوحًا.

ولكن بما أننا لا نستطيع وضع كل تلسكوب في الفضاء، ابتكر علماء الفلك تقنية تسمى البصريات التكيفية التي يمكنها التغلب على الغلاف الجوي للأرض في لعبة التعتيم الخاصة بها. تستخدم هذه التقنية (الأكثر فعالية في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف بتقنيتنا الحالية) مرآة مرنة صغيرة موضوعة في شعاع التلسكوب. يقيس المستشعر مدى تشويه الغلاف الجوي للصورة، وغالبًا ما يصل إلى 500 مرة في الثانية، يرسل تعليمات إلى المرآة المرنة حول كيفية تغيير الشكل من أجل التعويض عن التشوهات الناتجة عن الغلاف الجوي. وهكذا يتم إعادة الضوء إلى التركيز الحاد تمامًا تقريبًا في الكاشف. $\PageIndex{7}$ يوضح الشكل مدى فعالية هذه التقنية. باستخدام البصريات التكيفية، يمكن للتلسكوبات الأرضية تحقيق دقة تبلغ 0.1 ثانية قوسية أو أفضل قليلاً في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف. هذا الرقم المثير للإعجاب يعادل الدقة التي يحققها تلسكوب هابل الفضائي في منطقة الضوء المرئي من الطيف.

كيف يستخدم علماء الفلك التلسكوبات حقًا

في المنظر الشائع (وبعض الأفلام السيئة)، يقضي عالم الفلك معظم الليالي في مرصد بارد ينظر من خلال التلسكوب، لكن هذا ليس دقيقًا جدًا اليوم. لا يعيش معظم علماء الفلك في المراصد، ولكن بالقرب من الجامعات أو المختبرات التي يعملون فيها. قد يقضي عالم الفلك أسبوعًا أو نحو ذلك كل عام في المراقبة في التلسكوب وبقية الوقت في قياس أو تحليل البيانات التي تم الحصول عليها من التعاون في المشاريع الكبيرة والاستطلاعات المخصصة. يستخدم العديد من علماء الفلك التلسكوبات الراديوية للتجارب الفضائية، والتي تعمل أيضًا خلال ساعات النهار. لا يزال البعض الآخر يعمل في مشاكل نظرية بحتة باستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة ولا يراقبون أبدًا في تلسكوب من أي نوع.

حتى عندما يراقب علماء الفلك باستخدام التلسكوبات الكبيرة، فإنهم نادرًا ما ينظرون من خلالها. تقوم أجهزة الكشف الإلكترونية بتسجيل البيانات بشكل دائم لتحليلها بالتفصيل لاحقًا. في بعض المراصد، يمكن إجراء الملاحظات عن بُعد، حيث يجلس عالم الفلك على جهاز كمبيوتر على بعد آلاف الأميال من التلسكوب.

يعد الوقت المستغرق في التلسكوبات الرئيسية أمرًا رائعًا، وسيتلقى مدير المرصد عادةً العديد من الطلبات للحصول على وقت التلسكوب أكثر مما يمكن استيعابه خلال العام. لذلك يجب على علماء الفلك كتابة اقتراح مقنع يشرح كيف يرغبون في استخدام التلسكوب ولماذا ستكون ملاحظاتهم مهمة لتقدم علم الفلك. ثم يُطلب من لجنة من علماء الفلك الحكم على المقترحات وترتيبها، ويتم تخصيص الوقت فقط لأولئك الذين يتمتعون بأكبر قدر من الجدارة. حتى لو كان اقتراحك من بين العروض ذات التصنيف العالي، فقد تضطر إلى الانتظار عدة أشهر حتى يحين دورك. إذا كانت السماء غائمة في الليالي المخصصة لك، فقد يستغرق الأمر أكثر من عام قبل أن تحصل على فرصة أخرى.

لا يزال بعض علماء الفلك الأكبر سنًا يتذكرون الليالي الطويلة الباردة التي قضوها بمفردهم في قبة المرصد، مع الموسيقى فقط من مسجل الشريط أو محطة إذاعية طوال الليل للشركة. كان مشهد النجوم المشرقة ببراعة ساعة بعد ساعة من خلال الشق المفتوح في قبة المرصد لا يُنسى. كذلك كان الشعور بالارتياح عندما أعلن ضوء الفجر الشاحب الأول نهاية جلسة المراقبة التي استمرت 12 ساعة. أصبح علم الفلك أسهل بكثير اليوم، حيث تعمل فرق من المراقبين معًا، غالبًا على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم، في غرفة دافئة. ومع ذلك، قد يجادل أولئك الذين يشعرون بمزيد من الحنين إلى الماضي بأن بعض الرومانسية قد خرجت من الميدان أيضًا.

ملخص

أدت التقنيات الجديدة لإنشاء ودعم المرايا خفيفة الوزن إلى بناء عدد من التلسكوبات الكبيرة منذ عام 1990. يجب اختيار موقع المرصد الفلكي بعناية من أجل الطقس الصافي والسماء المظلمة وبخار الماء المنخفض والرؤية الممتازة للغلاف الجوي (الاضطرابات الجوية المنخفضة). تتدهور دقة تلسكوب الضوء المرئي أو الأشعة تحت الحمراء بسبب الاضطراب في الغلاف الجوي للأرض. ومع ذلك، يمكن لتقنية البصريات التكيفية إجراء تصحيحات لهذا الاضطراب في الوقت الفعلي وإنتاج صور مفصلة بشكل رائع.

مسرد المصطلحات

بصريات تكيفية: الأنظمة المستخدمة مع التلسكوبات التي يمكن أن تعوض التشوهات في الصورة التي يدخلها الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى صور أكثر وضوحًا

القرار: التفاصيل في الصورة؛ على وجه التحديد، أصغر الميزات الزاوية (أو الخطية) التي يمكن تمييزها

رؤية: عدم ثبات الغلاف الجوي للأرض، مما يطمس الصور التلسكوبية؛ الرؤية الجيدة تعني ثبات الغلاف الجوي