6.E: الأدوات الفلكية (تمارين)
- Page ID
- 197160
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
لمزيد من الاستكشاف
مقالات
- بليدز، جي سي. «إصلاح هابل مرة أخيرة». السماء والتلسكوب (أكتوبر 2008): 26. في مهمة خدمة المكوك الأخيرة وما كان هابل قادرًا على القيام به بعد ذلك.
- براون، أ. «كيف ستقوم غايا برسم خريطة لمليار نجم». علم الفلك (ديسمبر 2014): 32. مراجعة لطيفة لمهمة القيام بالقياس الضوئي والتحليل الطيفي لجميع النجوم فوق سطوع معين.
- إيريون، آر. «برايم تايم». علم الفلك (فبراير 2001): 46. حول كيفية تخصيص الوقت على التلسكوبات البحثية الرئيسية.
- جيديك وبيتر وروبرت. «دوريات السماء العملاقة القادمة». السماء والتلسكوب (سبتمبر 2008): 30. حول التلسكوبات العملاقة لمسح السماء باستمرار.
- لاتسيو، جوزيف، وآخرون. «ضبط الكون: علم الفلك الراديوي للقرن الحادي والعشرين.» السماء والتلسكوب (يوليو 2008): 21. حول ALMA ومصفوفة الكيلومتر المربع.
- لوي، جوناثان. «مرآة، مرآة». السماء والتلسكوب (ديسمبر 2007): 22. على التلسكوب الكبير ثنائي العين في ولاية أريزونا.
- لوي، جوناثان. «الضوء التالي: تلسكوبات وحش الغد.» السماء والتلسكوب (أبريل 2008): 20. حول خطط التلسكوبات الكبيرة للغاية على الأرض.
- ماسون وتود وروبن. «عين بالومار الكبيرة». السماء والتلسكوب (ديسمبر 2008): 36. على تلسكوب هيل 200 بوصة.
- سوبينسكي، ريموند. «من اخترع التلسكوب حقًا.» علم الفلك (أغسطس 2008): 84. مقدمة تاريخية موجزة، مع التركيز على هانز ليبيرشي.
مقاطع فيديو
- علم الفلك من الستراتوسفير: SOFIA: https://www.youtube.com/watch?v=NV98BcBBA9c. محاضرة للدكتورة دانا باكمان (1:15:32)
- المجرات التي يتم عرضها في طيف كامل من الضوء: https://www.youtube.com/watch?v=368K0iQv8nE. يُظهر العلماء في مرصد سبيتزر كيف تبدو المجرة مختلفة بأطوال موجية مختلفة (6:22)
- رفع الحجاب الكوني: مقتطفات من عقد من تلسكوب سبيتزر الفضائي: https://www.youtube.com/watch?v=nkrNQcwkY78. محاضرة للدكتور مايكل بيكاي (1:42:44)
أنشطة المجموعة التعاونية
- تحصل معظم التلسكوبات الكبيرة على العديد من المقترحات لمشاريع المراقبة أكثر من وقت المراقبة الليلية المتاح في السنة. افترض أن مجموعتك هي لجنة تخصيص وقت التلسكوب التي تقدم تقاريرها إلى مدير المرصد. ما هي المعايير التي ستستخدمها في تحديد كيفية تخصيص الوقت على التلسكوب؟ ما الخطوات التي يمكنك اتخاذها للتأكد من أن جميع زملائك يعتقدون أن العملية عادلة وأن الناس سيواصلون التحدث إليك في اجتماعات علم الفلك المستقبلية؟
- مجموعتك عبارة عن لجنة من علماء الفلك العصبيين على وشك تقديم اقتراح إلى وزراء حكومة بلدك الأوروبي الصغير للمشاركة مع بلدان أخرى لبناء أكبر تلسكوب في العالم في الصحراء العالية والجافة لجبل الأنديز التشيلية. تتوقع أن يكون وزراء الحكومة متشككين جدًا في دعم هذا المشروع. ما هي الحجج التي ستقدمها لإقناعهم بالمشاركة؟
- يطلب منك نفس الوزراء الحكوميين الذين التقينا بهم في النشاط السابق وضع قائمة بإيجابيات وسلبيات امتلاك أكبر تلسكوب في العالم في جبال تشيلي (بدلاً من جبل في أوروبا). ماذا ستدرج مجموعتك في كل عمود؟
- يجب أن تناقش مجموعتك وتضع قائمة بجميع الطرق التي قد تختلف بها جلسة المراقبة في تلسكوب الضوء المرئي الكبير والتلسكوب الراديوي الكبير. (تلميح: ضع في اعتبارك أنه نظرًا لأن الشمس ليست مشرقة بشكل خاص في العديد من الأطوال الموجية الراديوية، يمكن غالبًا إجراء الملاحظات باستخدام التلسكوبات الراديوية خلال النهار.)
- يأتي «التهديد البيئي» الآخر لعلم الفلك (إلى جانب التلوث الضوئي) من تسرب الاتصالات الأرضية إلى «القنوات» - الأطوال الموجية والترددات - المخصصة سابقًا لعلم الفلك الراديوي. على سبيل المثال، يعني الطلب على الهواتف الخلوية أنه سيتم استخدام المزيد والمزيد من قنوات الراديو لهذا الغرض. يمكن غرق الإشارات الخافتة من مصادر الراديو الكونية في بحر من المحادثات الأرضية (تُترجم وتُرسل كموجات راديو). افترض أن مجموعتك عبارة عن لجنة تابعة للكونغرس يتم الضغط عليها من قبل علماء الفلك الراديويين، الذين يرغبون في توفير بعض القنوات الواضحة لممارسة علم الفلك، والشركات التي يمكنها جني الكثير من المال من التوسع في استخدام الهواتف الخلوية. ما هي الحجج التي قد تؤثر عليك في كل جانب؟
- عندما تم تخصيص موقع التلسكوب الجديد الذي يبلغ طوله ثلاثين مترًا على ماونا كيا في هاواي، أعلنت مجموعة من سكان هاواي الأصليين معارضتهم للمشروع لأن علماء الفلك كانوا يبنون عددًا كبيرًا جدًا من التلسكوبات على جبل يعتبره سكان هاواي الأصليون موقعًا مقدسًا. يمكنك قراءة المزيد عن هذا الجدل على http://www.nytimes.com/2015/12/04/sc...cope.html؟ _r=0 وفي http://www.nature.com/news/the-mount...escope-1.18446. بمجرد أن تحصل مجموعتك على الحقائق، ناقش ادعاءات كل جانب في الجدل. كيف تعتقد أنه يجب حلها؟
- إذا كان بإمكانك اقتراح استخدام تلسكوب حديث كبير، فما الذي تريد اكتشافه؟ ما التلسكوب الذي ستستخدمه ولماذا؟
- كان التلوث الضوئي (الضوء المسكوب في سماء الليل مما يجعل من الصعب رؤية الكواكب والنجوم) مشكلة تهم علماء الفلك في الغالب. الآن الضوء المسكوب في الليل هو أيضًا مصدر قلق لعلماء البيئة وأولئك الذين يقلقون بشأن ظاهرة الاحتباس الحراري. هل يمكن لمجموعتك التوصل إلى بعض الأسباب غير الفلكية لمعارضة التلوث الضوئي؟
مراجعة الأسئلة
- ما هي المكونات الأساسية الثلاثة لأداة فلكية حديثة؟ وصف كل منها في جملة أو جملتين.
- قم بتسمية النافذتين الطيفيتين اللتين يصل الإشعاع الكهرومغناطيسي من خلالهما بسهولة إلى سطح الأرض ووصف التلسكوب ذو الفتحة الأكبر المستخدم حاليًا لكل نافذة.
- ضع قائمة بالتلسكوب الأحادي ذو الفتحة الأكبر المستخدم حاليًا في كل من النطاقات التالية من الطيف الكهرومغناطيسي: الراديو والأشعة السينية وأشعة جاما.
- عندما يناقش علماء الفلك فتحات التلسكوبات الخاصة بهم، يقولون إن الأكبر هو الأفضل. اشرح لماذا.
- يبلغ قطر تلسكوب هوكر في مرصد بالومار 5 أمتار، ويبلغ قطر تلسكوب Keck I 10 أمتار، ما مقدار الضوء الذي يمكن أن يجمعه تلسكوب كيك أكثر من تلسكوب هوكر في نفس الفترة الزمنية؟
- ما المقصود بالتلسكوبات «العاكسة» و «المنكسرة»؟
- لماذا تُصنع أكبر تلسكوبات الضوء المرئي في العالم باستخدام المرايا بدلاً من العدسات؟
- قارن العين والأفلام الفوتوغرافية وأقراص CCD كأجهزة كشف للضوء. ما هي مزايا وعيوب كل منها؟
- ما هو الجهاز المقترن بالشحن (CCD)، وكيف يتم استخدامه في علم الفلك؟
- لماذا يصعب المراقبة في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء؟ ماذا يفعل علماء الفلك لمعالجة هذه الصعوبة؟
- غالبًا ما يتم إجراء الملاحظات الراديوية والرادارية باستخدام نفس الهوائي، ولكن بخلاف ذلك فهي تقنيات مختلفة جدًا. قارن وقارن بين علم الفلك الراديوي والراداري من حيث المعدات المطلوبة والأساليب المستخدمة ونوع النتائج التي تم الحصول عليها.
- انظر إلى الشكل الخاص بـ\(6.4.2\) Cygnus A واقرأ التسمية التوضيحية مرة أخرى. كان لابد من إخراج المادة الموجودة في الفصوص العملاقة عند حواف الصورة من المركز على الأقل منذ كم سنة؟
- لماذا يضع علماء الفلك التلسكوبات في مدار الأرض؟ ما هي مزايا مناطق الطيف المختلفة؟
- ما هي مشكلة تلسكوب هابل الفضائي وكيف تم حلها؟
- وصف التقنيات التي يستخدمها علماء الفلك الراديويون للحصول على دقة مماثلة لما يمكن أن يحققه علماء الفلك الذين يعملون بالضوء المرئي.
- ما نوع تلسكوبات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء على الأرض التي يخطط لها علماء الفلك للمستقبل؟ لماذا يبنونها على الأرض وليس في الفضاء؟
- وصف تلسكوب الضوء المرئي أو الأشعة تحت الحمراء الذي يخطط علماء الفلك لإطلاقه إلى الفضاء في المستقبل.
أسئلة الفكر
- ماذا يحدث للصورة التي تنتجها العدسة إذا تم «إيقاف العدسة» (تم تقليل الفتحة، وبالتالي تقليل كمية الضوء الذي يمر عبر العدسة) باستخدام غشاء قزحية العين - جهاز يغطي محيطها؟
- ما هي خصائص الكاشف الفلكي المثالي؟ إلى أي مدى تقترب الخصائص الفعلية لـ CCD من هذا النموذج المثالي؟
- منذ عدة عقود، تلقى كل من علماء الفلك العاملين في مرصدي ماونت ويلسون وبالومار حوالي 60 ليلة سنويًا لبرامج المراقبة الخاصة بهم. اليوم، يشعر عالم الفلك بأنه محظوظ لأنه يحصل على 10 ليالٍ سنويًا على تلسكوب كبير. هل يمكنك اقتراح بعض الأسباب لهذا التغيير؟
- يقع أكبر مجمع مراصد في العالم في Mauna Kea، أطول جبل على وجه الأرض. ما هي بعض العوامل التي يضعها علماء الفلك في الاعتبار عند اختيار موقع المرصد؟ لا تنس الأشياء العملية. هل يجب على علماء الفلك، على سبيل المثال، التفكير في بناء مرصد على دينالي (جبل ماكينلي) أو جبل إيفرست؟
- لنفترض أنك تبحث عن مواقع لمرصد الضوء المرئي ومرصد الأشعة تحت الحمراء ومرصد الراديو. ما هي المعايير الرئيسية للتميز لكل منها؟ ما هي المواقع التي تعتبر في الواقع الأفضل اليوم؟
- يتضمن علم الفلك الراديوي أطوال موجية أطول بكثير من موجات الضوء المرئي، وقد قامت العديد من المراصد المدارية بفحص الكون بحثًا عن إشعاع بأطوال موجية قصيرة جدًا. ما أنواع الأشياء والظروف المادية التي تتوقع أن ترتبط بانبعاث الإشعاع بأطوال موجية طويلة جدًا وقصيرة جدًا؟
- يقترح عميد إحدى الجامعات الواقعة بالقرب من المحيط (الذي لم يكن متخصصًا في العلوم في الكلية) بناء تلسكوب بالأشعة تحت الحمراء في الحرم الجامعي وتشغيله في قبة دافئة لطيفة حتى يشعر علماء الفلك بالراحة في ليالي الشتاء الباردة. انتقد هذا الاقتراح مع إعطاء أسبابك.
اكتشاف نفسك
- ما مساحة التلسكوب الذي يبلغ طوله ١٠ أمتار بالمتر المربع؟
- يمكن رؤية ما يقرب من 9000 نجمة بالعين المجردة في السماء بأكملها (تخيل أنه يمكنك رؤيتها في جميع أنحاء العالم وكل من نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي)، وهناك حوالي 41200 درجة مربعة في السماء. ما عدد النجوم المرئية لكل درجة مربعة؟ لكل ثانية قوسية مربعة؟
- نظريًا (أي إذا لم تكن الرؤية مشكلة)، فإن دقة التلسكوب تتناسب عكسيًا مع قطره. ما مدى جودة دقة ALMA عند التشغيل بأطول خط أساس لها من دقة تلسكوب Arecibo؟
- في وضح النهار، يكون حجم حدقة العين عادةً 3 مم. في الحالات المظلمة، تتوسع إلى حوالي 7 ملم. ما مقدار الضوء الذي يمكن أن يتجمع؟
- ما مقدار الضوء الذي يمكن جمعه بواسطة تلسكوب قطره ٨ أمتار أكثر من العين المتكيفة تمامًا مع الظلام عند ٧ مم؟
- ما مقدار الضوء الذي يمكن أن يجمعه تلسكوب كيك (بمرآة قطرها 10 أمتار) أكثر من تلسكوب الهواة الذي يبلغ عرض مرآته 25 سم (0.25 متر)؟
- غالبًا ما ينزعج الناس عندما يكتشفون أن التلسكوبات العاكسة تحتوي على مرآة ثانية في المنتصف لإخراج الضوء إلى بؤرة يسهل الوصول إليها حيث يمكن تركيب الأدوات الكبيرة. «ألا تفقد الضوء؟» يسأل الناس. حسنًا، نعم، أنت تفعل ذلك، ولكن لا يوجد بديل أفضل. يمكنك تقدير مقدار الضوء المفقود من خلال هذا الترتيب. يبلغ قطر المرآة الرئيسية (تلك الموجودة في الجزء السفلي من الشكل\(6.1.5\)) لتلسكوب Gemini North 8 أمتار. يبلغ قطر المرآة الثانوية في الأعلى حوالي 1 متر. استخدم صيغة مساحة الدائرة لتقدير جزء الضوء الذي تحجبه المرآة الثانوية.
- يمكن الآن تشغيل التلسكوبات عن بُعد من غرفة دافئة، ولكن حتى قبل حوالي 25 عامًا، عمل علماء الفلك في التلسكوب لتوجيهه بحيث يظل موجهًا في المكان المناسب تمامًا. في تلسكوب كبير، مثل تلسكوب بالومار 200 بوصة، جلس علماء الفلك في قفص في الجزء العلوي من التلسكوب، حيث توجد المرآة الثانوية، كما هو موضح في الشكل\(6.1.5\). افترض لغرض الحساب أن قطر هذا القفص كان 40 بوصة. ما جزء الضوء المحجوب؟
- تكلف HST حوالي 1.7 مليار دولار للبناء و 300 مليون دولار لإطلاق المكوك، وتكلف 250 مليون دولار سنويًا للتشغيل. إذا استمر التلسكوب لمدة 20 عامًا، فما التكلفة الإجمالية في السنة؟ لكل يوم؟ إذا كان من الممكن استخدام التلسكوب بنسبة 30٪ فقط من الوقت للملاحظات الفعلية، فما تكلفة الساعة والدقيقة لوقت مراقبة عالم الفلك على هذا الجهاز؟ ما هي تكلفة الشخص الواحد في الولايات المتحدة؟ هل كان استثمارك في تلسكوب هابل الفضائي يستحق كل هذا العناء؟
- ما مقدار الضوء الذي يمكن أن يجمعه تلسكوب جيمس ويب الفضائي (بمرآة قطرها 6 أمتار) أكثر من تلسكوب هابل الفضائي (بقطر 2.4 متر)؟
- تزن مرآة تلسكوب بالومار التي يبلغ طولها 5 أمتار 14.5 طنًا. إذا تم بناء مرآة طولها 10 أمتار بنفس سماكة مرآة بالومار (الأكبر فقط)، فكم سيكون وزنها؟