تلسکوپ فضایی هابل ، اولین تلسکوپ فضایی جهان ؛ تاریخچه و حقایق (بخش اول)

تلسکوپ فضایی هابل (Hubble)، یکی از مشهورترین و معتبرترین دستگاه‌های ساخته شده توسط بشر بوده که بیش از دو دهه به تصویربرداری از فضا مشغول است.

تاریخچه تلسکوپ فضایی هابل

تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope) از زمان پرتاب در سال 1990 میلادی، مجموعه‌ای از تصاویر خیره‌کننده را ارائه کرده است. این تصاویر، الهام بخش بسیاری بوده و تحسین‌ جمع کثیری از مردم را برانگیخته است. اینها چیزی بیشتر از یک سری تصاویر زیبا هستند؛ در واقع ده‌ها ترابایت داده از سراسر کائنات، از اجرام نزدیک ماه گرفته تا کهکشان‌‌های دوردست، را جمع آوری کرده است. همچنین تصاویر شگفت‌انگیزی از ابرنواختر‌ها و سحابی‌ها به ثبت رسانده است.

در ادامه با تکراتو همراه باشید، تاریخچه و اکتشافات تلسکوپ هابل را بررسی می‌کنیم. به علاوه حقایقی جالب در مورد این تلسکوپ بیان می‌کنیم و بهترین تصاویر این رصدخانه مدارگرد را بایکدیگر مرور خواهیم کرد.

برای شروع به تصویر زیر نگاهی بیاندازید، نام آن “ستون‌های آفرینش” (Pillars of Creation) است؛ جایی درون سحابی عقاب. این عکس شناخته شده‌ترین تصویر تلسکوپ هابل به شمار می‌آید.

تلسکوپ فضایی هابل ، اولین تلسکوپ فضایی جهان

در ابتدا تلسکوپ فضایی هابل همراه با نقصی در آینه‌اش پرتاب شد و همین موضوع توانایی تلسکوپ در رصد را با مشکل مواجه می‌کرد. این موضوع جامعه علمی آن زمان را در بهت و شگفتی فرو برد؛ چرا که هابل حدود 1.5 میلیارد دلار در سال 1990 هزینه در پی داشت (حدودا 2.87 میلیارد دلار در سال 2017 معادل 12.000 میلیارد تومان امروزی ). اما پس از آنکه در سال 1993 ماموریت سرویس‌دهی آن بوسیله یک شاتل فضایی با موفقیت به انجام رسید، اعتبار خود را بازپس گرفت، به طوری که امروزه به عنوان یکی از مشهورترین تلسکوپ‌های دوران از آن یاد می‌شود.

با اتمام آخرین ماموریت سرویس‌دهی در سال 2002،  اولین تلسکوپ فضایی جهان سلامت خود را به طور کامل بازیافت و تا سال 2019 که رصدخانه جانشین آن، تلسکوپ فضایی جیمز وب، برای پرتاب آماده شود، به ماموریت خود ادامه خواهد داد.

تاریخچه تلسکوپ فضایی هابل : از نقصی عمده تا سر حد کمال

وقتی گالیله، برای نخستین بار در سال 1610، با استفاده از تلسکوپ کوچک خود به آسمان‌ها خیره شد، در مشاهده حلقه‌های سیاره زحل با مشکل مواجه بود، موضوعی که امروزه حتی با تلسکوپ های ارزان قیمت نیز قابل مشاهده است. پیشرفت‌هایی که در ادامه در عرصه نورشناسی صورت گرفت، دانشمندان را در مشاهده سیارات، ستاره‌ها و بسیاری از کهکشان‌های دوردست با حداقل مشکل مواجه می‌کرد.

اما کماکان یک مشکل پابرجا بود: اتمسفر زمین از ورود بخش عمده‌ای از نوری که رصدگران روی زمین به آن نیاز داشتند، جلوگیری می‌کرد. تلسکوپ‌های بزرگتر به روی کوه‌های مرتفع منتقل شدند، جایی که نازک بودن اتمسفر منجر به تولید تصاویر واضح‌تری می‌شود. (امروزه نیز چنین تلسکوپ‌هایی در ارتفاع حضور دارند.)

در سال 1923، هرمن اوبرت (Hermann Oberth)، برای اولین بار پیشنهاد کرد که تلسکوپ‌ها را می‌تواند به مدار زمین پرتاب کرد و به این ترتیب بر اختلالاتی که اتمسفر زمین ایجاد می‌کند، غلبه کرد. هرچه تعداد موشک‌هایی که به این منظور پرتاب می‌شد افزایش پیدا می‌کرد، عملی شدن این ایده بیشتر رنگ و بوی واقعیت به خود می‌گرفت. در نهایت در سال 1969، طرح پرتاب تلسکوپ فضایی بزرگ (Large Space Telescope) به تصویب رسید. اما مراحل توسعه، بیشتر از آماده شدن برای سفر به ماه به طول انجامید.

در سال 1975، سازمان فضایی اروپا (ESA) بر روی طرحی که در نهایت تحت عنوان تلسکوپ فضایی هابل مطرح شد، شروع به همکاری کرد. در سال 1977، کنگره، بودجه لازم برای پرتاب تلسکوپ را تصویب کرد. تولد شاتل‌های فضایی چند بار مصرف، مکانیزم جدیدی برای ارسال این تلسکوپ به فضا به شمار می‌رفت.

نام “تلسکوپ فضایی بزرگ” در میان کاندیدا‌های دیگری، به افتخار ادوین هابل (Edwin Hubble)، ستاره‌شناسی آمریکایی که معتقد بود کائنات فراتر از مرزهای کهکشان راه شیری گسترش یافته است، به تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope) تغییر پیدا کرد. اولین تلسکوپ فضایی دنیا ، در 24 آوریل 1990 با هزینه 1.5 میلیارد دلار پرتاب شد. با این وجود هزینه‌های منتظره و غیرمنتظره دیگری را نیز در ادامه به متخصصین تحمیل کرد.

ابزار‌های اولیه که بر روی تلسکوپ فضایی هابل نصب شده بودند شامل دوربین سیاره‌ای وسیع‌المیدان، طیف سنج با وضوح بالای گودارد (GHRS)، دوربین مشاهده اجرام کم‌نور (FOC)، طیف سنج اجرام کم‌نور (FOS) و فوتومتر سرعت بالا بودند. اما مشکل بزرگی وجود داشت؛ آینه دچار نقص شده بود.

اما محققان خیلی دیر به این مشکل پی بردند، زمانی که تلسکوپ در مدار زمین قرار گرفته و آماده کار بود. شاید دیگر کار از کسی برنمی‌آمد. تصاویری که هابل می‌گرفت تیره، کدر و تقریبا بلااستفاده بودند. آینه اصلی هابل یک مشکل عمده داشت؛ یک انحراف کروی که در نتیجه خطای ساخت رخ داده بود. این نقص تنها حدود یک پنجاهم ضخامت یک ورق کاغذ بیشتر نبود.

سه سال طول کشید تا ناسا بتواند برای انجام ماموریت سرویس‌دهی اولین تلسکوپ فضایی جهان آماده شود. در 2 دسامبر 1993، شاتل فضایی تلاش (Endeavor) همراه با 7 نفر خدمه برای سرویس‌دهی هابل عازم یک راهپیمایی فضایی پنج روزه بودند. دو دوربین جدید یکسان، به نام دوربین سیاره‌ای وسیع‌المیدان 2 (WFPC-2)) که بعدها بسیاری از مشهور‌ترین تصاویر تلسکوپ فضایی هابل را ثبت کردند، در طول ماموریت سرویس‌دهی نصب شدند. در دسامبر 1993 اولین تصاویر ثبت شده توسط هابل، اولین تلسکوپ فضایی جهان به زمین مخابره شدند، تصاویری که واقعا هیجان‌انگیز بودند.

حقایقی در مورد تلسکوپ فضایی هابل

هابل، پروژه‌ای مشترک میان سازمان فضایی آمریکا (ناسا) و سازمان فضایی اروپا (ESA) است. در ادامه حقایقی اساسی را در مورد تلسکوپ فضایی هابل و ماموریت آن، که توسط موسسه علمی تلسکوپ فضایی ناسا (STScI) رهبری می‌شود، بررسی خواهیم کرد.

ابعاد تلسکوپ فضایی هابل

• طول: 13.2 متر
• وزن: 11 هزار و 110 کیلوگرم
• بیشینه قطر: 4.2 متر

اطلاعات ماموریت تلسکوپ فضایی هابل

• تاریخ پرتاب: 24 آوریل 1990 توسط شاتل فضایی دیسکاوری (STS-31)
• تاریخ استقرار در مدار زمین: 25 آوریل 1990
•  ماموریت سرویس‌دهی 1: دسامبر 1993
• ماموریت سرویس‌دهی 2: فوریه 1997
• ماموریت سرویس‌دهی 3-الف : دسامبر 1999
• ماموریت سرویس‌دهی 3-ب : فوریه 2002
• ماموریت سرویس‌دهی 4: می 2009

آمار پرواز فضایی

• مدار: در میانگین ارتفاع 569 میلیون کیلومتری با زاویه 28.5 درجه نسبت به خط استوا
• زمان گردش یک مدار کامل: 97 دقیقه
• سرعت: 28 هزار کیلومتر در ساعت

داده‌ها

تلسکوپ فضایی هابل هر هفته حدود 120 گیگابایت داده منتقل می‌کند؛ چیزی در حدود کتاب‌های طبقه‌ای 1097 متری از یک کتابخانه کوچک! این مجموعه تصاویر و داده‌ها در دیسک‌های مغناطیسی نوری ذخیره می‌شود.

قدرت

• منبع انرژی: خورشید
• مکانیزم: دو صفحه خورشیدی به طول 25 فوت
• قدرت مصرفی: 28 هزار وات
• باتری‌ها: 5 عدد باتری نیکل-هیدروژن (NiH) که ظرفیت ذخیره‌سازی ان معدل 20 باتری ماشین است.

نورشناسی (اپتیک)

• قطر آینه اول: 2.4 متر
• وزن آینه اول: 828 کیلوگرم
• قطر آینه دوم: 30 سانتی متر
• وزن آینه دوم: 12.3 کیلوگرم

ماموریت‌های تعمیر تلسکوپ فضایی هابل

تلسکوپ فضایی هابل طی 5 ماموریت مورد سرویس‌دهی قرار گرفت. در ادامه خلاصه‌ای از این ماموریت‌ها را مرور می‌کنیم:

ماموریت سرویس‌دهی 1 (STS-61)، دسامبر 1993:  در جریان این ماموریت یک پکیج اصلاح اپتیکی نصب شد و دوربین سیاره‌ای وسیع‌المیدان جای خود را به نسخه بهبود یافته دوم داد که شامل اصلاحاتی در سیستم نوری داخلی آن می‌شد. کامپیوتر ها بروزرسانی شدند. فضانوردان همچنین صفحات خورشیدی، ژیروسکوپ‌ها، مغناطیس سنج‌ها، کامپیوتر‌ها و سایر تجهیزات اولین تلسکوپ فضایی جهان را جایگزین کردند.

ماموریت سرویس‌دهی 2 (STS-82)، فوریه 1997: از جمله فعالیت‌هایی که در طول این ماموریت انجام گرفت می‌توان به نصب طیف‌سنج تصویری تلسکوپ فضایی‌ (STIS)، ابزار دوربین نزدیک مادون قرمز و طیف سنج چند جرمی (NICMOS) و بروزرسانی طیف سنج با وضوح بالای گودارد و دوربین مشاهده اجرام کم‌نور با نسخه‌های جدیدتر، اشاره کرد. مشکل غیرمنتظره‌ای که در ابزار NICMOS رخ داد طول عمر آن به 2 سال کاهش داد؛ کمتر از نیمی از مقدار که پیش‌بینی شده بود.

ماموریت سرویس‌دهی 3-الف (STS-103)، دسامبر 1999: پس از آنکه سه مورد از شش ژیروسکوپ (وسیله‌ای برای هدایت و حفظ تعادل) معیوب شدند، ماموریت سرویس‌دهی سوم طی دو مرحله آغاز به کار کرد. تنها چند هفته قبل از شروع ماموریت 3-الف ژیروسکوپ چهارم نیز با مشکل مواجه شد و بدین وسیله تلسکوپ قادر به جهت‌یابی برای ادامه دادن مسیر و رصد‌ کردن نبود. طی ماموریت 3-الف تمام ژیروسکوپ‌ها، سنسور هدایتگر و کامپیوتر‌ها جایگزین شدند. پس از تکمیل تعمیرات، تلسکوپ فضایی هابل مجددا فعالیت خود را از سر گرفت.

ماموریت سرویس‌دهی 3-ب (STS-109)، مارس 2002: در طول این ماموریت دوربین مشاهده اجرام کم‌نور (FOC) جای خود را به دروبین پیشرفته نقشه‌برداری (Advanced Camera for Surveys) داد، ابزار NICMOS ترمیم شد و صفحات خورشیدی نیز جایگزین شدند.

ماموریت سرویس دهی 4 (STS-125)، می 2012: در ابتدا قرار بود این ماموریت در فوریه 2005 انجام شود، اما ناسا این ماموریت را پس از آسیب دیدن شاتل فضایی کلمبیا در جریان یک پرتاب در سال 2003 که منجر به کشته شدن سه فضانورد شد، لغو کرد. تلسکوپ هابل در مداری متفاوت با ایستگاه فضایی بین‌المللی قرار دارد. اگر یک شاتل فضایی در حین پرتاب آسیب ببیند، هیچ مکان امنی برای فضانوردا آن وجود ندراد. اگرچه در ادامه با اعتراضات اعضای کنگره، جامعه علمی و مردم، قرار بر این شد ماموریت هابل مجددا و در سال 2008 از سر گرفته شود.

پس از آنکه یکی از واحد‌های بررسی داده هابل دچار از کار افتاد، ماموریت تعمیر مجددا به سال 2009 موکول شد، تا جایگزینی قطعه از دست رفته را نیز در ماموریت تعریف شود. در طول مموریت چهارم، فضانوردان چندین سیستم را تعمیر و یا جایگزین کردند و دو ابزار جدید را نصب کردند: یکی دربین وسیع‌المیدان 3 (WFC-3) و دیگری طیف سنج کیهانی.

…

منبع: Space