نظریه‌های تأثیرگذار در علم نجوم

تلسکوپ

نجوم نوین با اختراع تلسکوپ در قرن هفدهم آغاز شد.

نجوم نوین با اختراع تلسکوپ در قرن هفدهم آغاز شد. این اختراع  فرصت مشاهدة منظومه شمسی را فراهم آورد، پرده از حلقه‌های زحل برداشت و اجازة کشف سیارات خارج از منظومه شمسی را به ما ارزانی داشت. مشاهدات از طریق تلسکوپ در اثبات گردش زمین به دور خورشید نقشی ضروری داشت. در نهایت تلسکوپ امکان مشاهدةتمام اجرام مرئی کیهان را فراهم نمود.

بنا به باور عموم، گالیله را باید جزو نخستین اخترشناسانی دانست که از تلسکوپ استفاده کرده است، در سال 1609 میلادی، او با استفاده از بزرگنمایی تلسکوپ موفق به کشف چهار قمر مشتری، قمرهای زحل و حفره‌های روی ماه شد. با این وجود، او همگام با سایر دانشمندان زمان خود پیش می‌رفت.

اختراع تلسکوپ به نام فرد خاصی ثبت نشده است. «هانس ليبرشي» هلندی در سال 1608 میلادی یکی از اولین کسانی بود که سعی کرد طراحی تلسکوپ را به نام خود ثبت کند، اما موفق نبود چرا که مفهوم تلسکوپ در آن زمان تقریباً برای همه آشنا بود. قدرت بزرگنمایی مواد شفاف دارای سطح خمیده به خوبی شناخته شده بود و استفاده از «لنزهای» عدسی شکل در ذره‌بین‌ها و عینک‌های طبی از قرن سیزدهم آغاز شده بود. اسناد و شواهد تاریخی نشان می‌دهد که از تلسکوپ‌ها در اواسط قرن شانزدهم برای تماشای ماه استفاده می‌شده است، اما با پیشرفت ‌صنعت شیشه‌سازی از قرن هفدهم بر کیفیت این ابزار افزوده شده و استفاده از آن گسترش بیشتری پیدا کرده است. عدسی‌های باکیفیت تصاویر واضحی، حتی از اجرام آسمانی کم نور ارائه می‌کردند.

 

قدرت بزرگنمایی

تلسکوپ چطور کار می‌کند؟ ساده‌ترین شکل تلسکوپ از دو عدسی در دو سر یک لوله ساخته شده است. عدسی اول پرتوها را به ‌سمت داخل جمع می‌کند تا چشم ما آن‌ها را برآمده از منبعی بزرگ‌تر تصور کند. عدسی دوم مانند چشمی عمل می‌کند و پیش از ورود پرتوها به چشم دوباره آن‌ها را موازی کرده تا بر روی یک نقطه متمرکز شوند.

گذشته را در تلسکوپ می‌بینیم و زمان حال را زیر میکروسکوپ و در پی آن زشتی‌های آشکار زمان حال را.

ویکتور هوگو

 

خمیدگی پرتوها توسط عدسی را شکست (نور) می‌نامند. نور از اجرام چگال مانند شیشه، در مقایسه با هوا، آهسته‌تر عبور می‌کند. این ویژگی است که ایجاد سراب را در جاده‌های داغ توضیح می‌دهد. پرتوهای خورشید در تماس با سطح جاده شکسته می‌شوند، علت چنین پدیده‌ای تغییر سرعت نور در لایه‌های مختلف هوای گرم بازتاب شده از سطح جادة آسفالته است. هوای گرم چگالی کمتری نسبت به هوای سرد دارد، به همین علت نور به صورت عمودی بازتاب کرده و ما بازتاب آسمان را بر سطح آسفالت می‌بینیم که همانند چالة آب به نظر می‌رسد.

زاویة شکست یک پرتو بستگی به میانگین سرعت حرکت آن از میان دو ماده دارد. از نظر فنی، نسبت این دو سرعت، نسبت سینوس زوایای تابع را به ما می‌دهد، که به صورت عمودی محاسبه می‌گردد. بنابراین  پرتویی که از هوا عبور کرده و به شیشه یا جسم چگال دیگری وارد می‌شود، به سمت داخل خم شده و مسیر حرکت آن دچار شیب می‌شود.

 

ضریب شکست

نور در فضای خالی با سرعتی بالغ بر300 میلیون متر در ثانیه حرکت می‌کند. نسبت سرعت حرکت نور در اجسام چگال مانند شیشه به سرعت آن در خلاء را ضریب شکست آن ماده می‌نامند. بنا به تعریف، ضریب شکست خلاء برابر با 1 است؛ جسمی با ضریب شکست2 سرعت نور را به نصف سرعت آن در فضای آزاد کاهش می‌دهد. بنابراین منظور از ضریب شکست بالا این است که نور حین عبور از ماده دچار شکست بیشتری می‌شود.

ضریب شکست را می‌توان یکی از ویژگی‌های مواد دانست. انسان قادر به ساخت مواد با ضریب شکست خاص است، که می‌توان از این ویژگی بهره جست؛ به عنوان مثال می‌توان از آن در طراحی تلسکوپ و یا شیشة عینک طبی برای رفع مشکل بینایی افراد، استفاده کرد. قدرت عدسی‌ها و منشورها به ضریب شکست آن‌ها بستگی دارد. لنزهای پرقدرت ضریب شکست بالاتری دارند.

تلسکوپ‌های نورشکن (لنزی) با داشتن دو عدسی دارای مشکلات و محدودیت‌هایی هستند. در این تلسکوپ‌ها، تصویر نهایی به صورت وارونه ظاهر می‌شود، چرا که پرتوهای نور پیش از رسیدن به عدسی چشمی یکدیگر را قطع می‌کنند. در اخترشناسی این مسئله چندان مشکل‌ساز نیست، چرا که وارونگی تغییر چندانی در ظاهر ستاره‌ها ایجاد نمی‌کند. برای رفع این مشکل می‌توان از یک عدسی سوم برای بازگردانی تصویر به حالت عادی استفاده کرد، که البته در این صورت، ممکن است تلسکوپ قدری بلند و سنگین ‌شود. دومین و شاید مشکل‌سازترین ایراد در تلسکوپ‌های نورشکن این است که آن‌ها تصاویر رنگی محوی تولید می‌کنند. از آنجا که پرتوهای نور با طول موج‌های مختلف، به مقادیر متفاوتی شکسته می‌شوند؛ به عنوان مثال امواج نور آبی بیش از امواج نور قرمز شکسته می‌شوند. رنگ‌ها از هم جدا شده و تصویر نهایی وضوح خود را از دست می‌دهد. لنزهای جدیدی که امروزه در دسترس هستند، توانسته‌اند این مشکل را به حداقل برسانند، اما باز هم محدودیت‌هایی در خصوص اندازة آن‌ها وجود دارد.

تلسکوپ انعکاسی

برای حل این مشکلات، نیوتن تلسکوپ انعکاسی را اختراع کرد. او برای شکستن نور به جای عدسی از یک آینة منحنی استفاده کرد و با این کار در واقع تلسکوپ را از وسط به دو نیم کرده و کار با آن را به مراتب ساده نمود. این اختراع همچنین از تارشدن تصاویر جلوگیری می‌کرد چرا که سطح آینه تمامی رنگ‌های نور را به یک شکل بازتاب می‌داد. با این وجود، تکنیک‌های مربوط به نقره‌کاری آینه‌ در زمان نیوتن چندان پیشرفته نبودند و قرن‌ها ‌طول کشید تا طراحی این نوع تلسکوپ تکمیل گردد.

امروزه در اکثر تلسکوپ‌های حرفه‌ای نجوم به جای عدسی از یک آینة غول‌پیکر استفاده می‌شود. در این تلسکوپ‌ها نور اجرام سماوی توسط آینه جمع‌آوری شده و به عدسی چشمی بازتابش می‌شود. اندازة آینه مقدار نور قابل جمع‌آوری را تعیین می‌کند. چنانچه حوزة دید وسیع‌ باشد، امکان مشاهدة اجرام بسیار کم‌نور نیز وجود خواهد داشت. آینه‌های به کار رفته در تلسکوپ‌های نوری مدرن ممکن است به اندازة یک اتاق باشند. بزرگ‌ترین آینة در حال استفاده در تلسکوپ‌های دوقلوی کِک در مائوناکی هاوایی نصب شده است که پهنای آن در حدود 10 متر می‌باشد. پیش‌بینی می‌شود در دهه‌های آتی، آینه‌هایی با قطرهایی تا 100 متر در راه باشند.

ساخت آینه‌هایی با این اندازه کار چندان ساده‌ای نیست. وزن آن‌ها آنقدر زیاد است که در زمان چرخیدن تلسکوپ برای جستجو در آسمان امکان کج شدن‌شان وجود دارد. برای ساخت آینه‌هایی با حداقل وزن ممکن به روش‌هایی هوشمندانه نیاز است. برخی از آن‌ها به صورت تکه‌تکه ساخته شده‌اند، برخی دیگر به دقت فشرده شده و در عین حال در نهایت ظرافت تراشیده شده‌اند. راه حل دیگری نیز با نام «اصلاح نورشناسی» وجود دارد. در این روش در صورت افتادگی آینه، شکل آن با استفاده از شبکه‌ای از پیستون‌های بسیار کوچک که زیر آن نصب شده‌اند به حالت عادی برگردانده می‌شود.

 

در جایی که رصدخانه و تلسکوپ هست، انتظار می‌رود هر چشمی بتواند در یک آن دنیایی نو را ببیند.

هنری دیوید تورو

 

ستارگان چشمک‌زن

جدای از خود تلسکوپ‌، وضوح تصاویر نجومی به دلیل اغتشاشات موجود در جوّ زمین کاهش می‌یابد. حتی در صاف‌ترین شب‌ها نیز ستارگان مشغول چشمک زدن هستند. ستارگانی که در نزدیکی افق قرار دارند، در مقایسه با ستارگانی که بالای سر ما قرار گرفته‌اند، بیش‌تر چشمک می‌زنند. علت این امر را باید در عبور جبهه‌های هوا از مقابل آن‌ها دانست. اخترشناسان تیره شدن ستارگان توسط جوّ را «رؤیت» می‌نامند. اندازة اجزای اپتیکی تلسکوپ نیز محدودیت خاصی در تمرکز نور ستارگان بر اثر یکی دیگر از ویژگی‌های رفتاری نور برای ما ایجاد می‌کند؛ پراش (انکسار نور) ویژگی‌ای است که طی آن پرتوهای نور در اطراف لبة عدسی، شکاف دید و یا آینه‌ خم می‌شوند.

اخترشناسان برای دست‌یابی به واضح‌ترین تصاویر از ستارگان و سیارات، موقعیت‌های خاصی را برای نصب تلسکوپ‌های خود انتخاب می‌کنند. بر روی سطح زمین، ارتفاعات و مناطقی که هوای رقیق دارند؛ مثل مناطق کوهستانی و نقاطی که جریان هوا در آن‌ها ملایم است؛ مانند مناطق ساحلی، بهترین گزینه‌ها هستند. بر این اساس، بهترین مکان برای این کار رشته کوه‌های آند در شیلی و قله‌های آتشفشانی هاوایی هستند. اما عالی‌ترین موقعیت خود فضا است، جایی که هیچ جوّی وجود ندارد. تا به امروز با کیفیت‌ترین تصاویر از کیهان را تلسکوپ فضایی هابل که در حال گردش به دور زمین است، ثبت کرده است.

تلسکوپ‌ها علاوه بر محدودة نور مرئی، می‌توانند در طول‌موج‌های مختلف نیز کار کنند. تلسکوپ‌ها می‌توانند با استفاده از ابزاری شبیه به دوربین‌های دید در شب که روی آن‌ها سوار می‌شوند، نور فروسرخ یا حرارت را شناسایی کنند، البته به شرط این‏که این قطعات خنک باقی بمانند. با توجه به این‏که پرتوهای ایکس، طول موجی بسیار کوتاه دارند، بهترین گزینه برای استفاده در ماهواره‌های دارای ابزار اپتیک نوری به شمار می‌آیند. با استفاده از دیش‌های بزرگ، مانند دیش مستقر در رصدخانة آرِسیبو، که احتمالاً در فیلم‌های جیمز باند دیده‌اید، یا ردیف‌های منظمی از آنتن‌های بسیار کوچک‌تر، مانند آرایة بسیار بزرگ در نیومکزیکو، که در فیلم «تماس» به کار رفتند، حتی امواج رادیویی را نیز می‌توان شناسایی کرد. تلسکوپ نهایی شاید خود زمین باشد. ذرات بنیادی هر روزه از کنار آن با سرعت عبور می‌کنند و فیزیک‌دانان در تلاش برای گرفتار کردن آن‌ها تله‌هایی را در نقاط مختلف نصب کرده‌اند.

 

روند پیشرفت این نظریه

1609 میلادی: گالیله از تلسکوپ در نجوم استفاده کرد.

1668 میلادی: نیوتن موفق به ساخت یک تلسکوپ نورشکن شد.

1937 میلادی: نخستین تلسکوپ رادیویی هدفمند ساخته شد.

1990 میلادی: تلسکوپ فضایی هابل به فضا پرتاب شد.

چکیده‌بحث: بزرگ‌نمایی همراه با شکست نور

 

برگرفته از کتاب نظریه‌های تأثیرگذار در علم نجوم (سبزان)

1397/04/09
256

نظری ارسال نشده

در حال حاضر نظری ارسال نشده است

شما می توانید به عنوان اولین نفر نظر خود را ارسال نمایید

ارسال نظر

ارسال نظر