الأشعة السينية تلسكوب - تلسكوب، مصممة لمراقبة الأجسام البعيدة في طيف الأشعة السينية. ولتشغيل مثل هذه التلسكوبات، عادة ما يكون من الضروري رفعها فوق الغلاف الجوي للأرض، وهو معتم للأشعة السينية. ولذلك، يتم وضع التلسكوبات على الصواريخ أو الأقمار الصناعية على ارتفاعات عالية.
التصميم البصري
نظرًا للطاقة العالية، فإن كمات الأشعة السينية لا تنكسر عمليًا في المادة (وبالتالي يصعب صنع العدسات) ولا تنعكس في أي زاوية سقوط، باستثناء الزوايا الأكثر لطفًا (حوالي 90 درجة).
يمكن لتلسكوبات الأشعة السينية استخدام عدة طرق لتركيز الحزم. الأكثر استخدامًا هي تلسكوبات فولتير (مع مرايا حدوث الرعي)، وترميز الفتحة، وموازاء التعديل (المتأرجح).
فرص محدودةتؤدي بصريات الأشعة السينية إلى مجال رؤية أضيق مقارنة بالتلسكوبات العاملة في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي.
قصة
غالبًا ما يُنسب الفضل في اختراع التلسكوب الأول إلى هانز ليبرشلي من هولندا، 1570-1619، لكنه من المؤكد أنه لم يكن مكتشفه. على الأرجح، تكمن ميزته في أنه كان أول من جعل أداة التلسكوب الجديدة شائعة ومطلوبة. وهو أيضًا هو الذي قدم في عام 1608 طلبًا للحصول على براءة اختراع لزوج من العدسات الموضوعة في أنبوب. أطلق على الجهاز اسم المنظار. ومع ذلك، تم رفض براءة اختراعه لأن جهازه بدا بسيطًا للغاية.
وقبله بفترة طويلة، حاول عالم الفلك توماس ديجز، تكبير النجوم عام 1450 باستخدام عدسة محدبة ومرآة مقعرة. ومع ذلك، لم يكن لديه الصبر لتحسين الجهاز، وسرعان ما تم نسيان نصف الاختراع بأمان. يُذكر Digges اليوم لوصفه لنظام مركزية الشمس.
بحلول نهاية عام 1609، أصبحت المنظار الصغيرة، بفضل ليبرشلي، شائعة في جميع أنحاء فرنسا وإيطاليا. في أغسطس 1609، وضع توماس هاريوت اللمسات الأخيرة على الاختراع وقام بتحسينه، مما سمح لعلماء الفلك برؤية الحفر والجبال على القمر.
وجاء الإنجاز الكبير عندما علم عالم الرياضيات الإيطالي جاليليو جاليلي بمحاولة هولندي للحصول على براءة اختراع لأنبوب العدسة. مستوحاة من هذا الاكتشاف، قرر هالي أن يصنع مثل هذا الجهاز لنفسه. في أغسطس 1609، كان جاليليو هو من صنع أول تلسكوب كامل في العالم. في البداية، كان مجرد نطاق اكتشاف - مزيج من عدسات النظارات، اليوم سيُطلق عليه اسم المنكسر. قبل غاليليو، على الأرجح، خمن عدد قليل من الناس استخدام هذا الأنبوب الترفيهي لصالح علم الفلك. بفضل الجهاز، اكتشف غاليليو نفسه الجبال والحفر على القمر، وأثبت كروية القمر، واكتشف الأقمار الصناعية الأربعة لكوكب المشتري، وحلقات زحل، وقام بالعديد من الاكتشافات المفيدة الأخرى.
بالنسبة لشخص اليوم، لن يبدو تلسكوب جاليليو مميزًا، حيث يمكن لأي طفل يبلغ من العمر عشر سنوات أن يجمع بسهولة أداة أفضل بكثير باستخدام العدسات الحديثة. لكن تلسكوب غاليليو كان التلسكوب الوحيد العامل الحقيقي في ذلك الوقت مع تكبير 20x، ولكن مع مجال رؤية صغير، وصورة غير واضحة قليلاً، وأوجه قصور أخرى. كان جاليليو هو من اكتشف عمر المنكسر في علم الفلك - القرن السابع عشر.
سمح الوقت وتطور العلوم بإنشاء تلسكوبات أكثر قوة، مما جعل من الممكن رؤية المزيد. بدأ علماء الفلك في استخدام العدسات ذات الأطوال البؤرية الأطول. تحولت التلسكوبات نفسها إلى أنابيب كبيرة الحجم غير قابلة للرفع وبالطبع لم تكن ملائمة للاستخدام. ثم تم اختراع حوامل ثلاثية القوائم لهم. تم تحسين التلسكوبات وصقلها تدريجيًا. ومع ذلك، فإن الحد الأقصى لقطرها لم يتجاوز بضعة سنتيمترات - ولم يكن من الممكن إنتاج عدسات كبيرة.
بحلول عام 1656، صنع كريستيان هوينز تلسكوبًا يكبر الأجسام المرصودة 100 مرة، وكان حجمه أكثر من 7 أمتار، وكانت فتحة العدسة حوالي 150 ملم. يعتبر هذا التلسكوب بالفعل على مستوى تلسكوبات الهواة للمبتدئين اليوم. بحلول سبعينيات القرن السابع عشر، تم بالفعل بناء تلسكوب بطول 45 مترًا، مما أدى إلى توسيع الأجسام بشكل أكبر ومنح زاوية رؤية أكبر.
ولكن حتى الرياح العادية يمكن أن تكون بمثابة عقبة أمام الحصول على صورة واضحة وعالية الجودة. بدأ التلسكوب في النمو في الطول. اعتمد المكتشفون، في محاولة للضغط على الحد الأقصى من هذا الجهاز، على القانون البصري الذي اكتشفوه - يحدث انخفاض في الانحراف اللوني للعدسة مع زيادة في طولها البؤري. ولإزالة الضوضاء اللونية، صنع الباحثون تلسكوبات ذات طول لا يصدق. يصل طول هذه الأنابيب، التي كانت تسمى آنذاك التلسكوبات، إلى 70 مترًا وتسببت في الكثير من الإزعاج في العمل بها وتعديلها. لقد أجبرت أوجه القصور في المنكسرات العقول العظيمة على البحث عن حلول لتحسين التلسكوبات. الإجابة و طريق جديدتم العثور على: تم جمع وتركيز الأشعة باستخدام مرآة مقعرة. لقد ولد المنكسر من جديد ليصبح عاكسًا، وتم تحريره تمامًا من اللوني.
تعود هذه الميزة بالكامل إلى إسحاق نيوتن، وكان هو الذي تمكن من العطاء حياة جديدةالتلسكوبات مع مرآة. كان قطر عاكسه الأول أربعة سنتيمترات فقط. وصنع أول مرآة للتلسكوب بقطر 30 ملم من سبيكة النحاس والقصدير والزرنيخ عام 1704. الصورة أصبحت واضحة. بالمناسبة، لا يزال تلسكوبه الأول محفوظًا بعناية في المتحف الفلكي في لندن.
ولكن لفترة طويلة، لم يتمكن أخصائيو البصريات من صنع مرايا كاملة للعاكسات. تعتبر سنة ميلاد نوع جديد من التلسكوب هي 1720، عندما قام البريطانيون ببناء أول عاكس وظيفي بقطر 15 سم. لقد كان طفرة. وفي أوروبا، كان هناك طلب على التلسكوبات المحمولة والمدمجة تقريبًا بطول مترين. بدأ نسيان الأنابيب الكاسرة التي يبلغ طولها 40 مترًا.
تم اقتراح نظام المرآة المزدوجة في التلسكوب من قبل الفرنسي كاسيجرين. ولم يتمكن كاسيجرين من تحقيق فكرته بالكامل بسبب عدم وجود جدوى فنية لاختراع المرايا اللازمة، ولكن اليوم تم تنفيذ رسوماته. تعتبر تلسكوبات نيوتن وكاسجرين أول التلسكوبات "الحديثة" التي تم اختراعها في نهاية القرن التاسع عشر. بالمناسبة، يعمل تلسكوب هابل الفضائي تمامًا مثل تلسكوب كاسيجرين. وقد تم استخدام مبدأ نيوتن الأساسي باستخدام مرآة مقعرة واحدة في المرصد الفيزيائي الفلكي الخاص في روسيا منذ عام 1974. حدثت ذروة علم الفلك المنكسر في القرن التاسع عشر، عندما نما قطر الأهداف اللونية تدريجيًا. إذا كان القطر في عام 1824 يبلغ 24 سم أخرى، فقد تضاعف حجمه في عام 1866، وفي عام 1885 بدأ القطر يصل إلى 76 سم (مرصد بولكوفو في روسيا)، وبحلول عام 1897 تم اختراع منكسر إيرك. يمكن حساب أنه لمدة 75 عامًا، زادت العدسة الشيئية بمعدل سنتيمتر واحد في السنة.
وبحلول نهاية القرن الثامن عشر، حلت التلسكوبات المدمجة وسهلة الاستخدام محل العاكسات الضخمة. وتبين أيضًا أن المرايا المعدنية ليست عملية جدًا - حيث أن تصنيعها مكلف، كما أنها تصبح باهتة بمرور الوقت. بحلول عام 1758، مع اختراع نوعين جديدين من الزجاج: الضوء - التيجان والثقيل - الصوان، أصبح من الممكن إنشاء عدسات ذات عدستين. تم استخدام هذا بنجاح من قبل العالم ج. دولوند، الذي صنع عدسة ذات عدستين، والتي سميت فيما بعد بالعدسة الدولارية.
بعد اختراع العدسات اللونية، كان انتصار المنكسر مطلقًا، ولم يتبق سوى تحسين تلسكوبات العدسات. نسيت المرايا المقعرة. وكان من الممكن إحيائها إلى الحياة على أيدي علماء الفلك الهواة. ويليام هيرشل، موسيقي إنجليزي اكتشف كوكب أورانوس عام 1781. ولم يكن اكتشافه مساويا في علم الفلك منذ العصور القديمة. علاوة على ذلك، تم اكتشاف أورانوس بمساعدة عاكس صغير محلي الصنع. دفع النجاح هيرشل إلى البدء في صنع عاكسات أكبر. قام هيرشل بنفسه بصهر المرايا المصنوعة من النحاس والقصدير في ورشة العمل. العمل الرئيسي في حياته هو تلسكوب كبير بمرآة يبلغ قطره 122 سم، وهو قطر أكبر تلسكوب لديه. ولم تستغرق الاكتشافات وقتًا طويلاً، فبفضل هذا التلسكوب اكتشف هيرشل القمرين الصناعيين السادس والسابع لكوكب زحل. اخترع عالم فلك هواة آخر، وهو مالك الأرض الإنجليزي اللورد روس، عاكسًا بمرآة يبلغ قطرها 182 سم. وبفضل التلسكوب، اكتشف عددًا من السدم الحلزونية غير المعروفة. كان لتلسكوبات هيرشل وروس العديد من أوجه القصور. كانت العدسات المعدنية المرآة ثقيلة جدًا، ولا تعكس سوى جزء صغير من الضوء الساقط عليها، وتظل باهتة. كانت هناك حاجة إلى مادة مثالية جديدة للمرايا. وكانت هذه المادة من الزجاج. حاول الفيزيائي الفرنسي ليون فوكو في عام 1856 إدخال مرآة زجاجية مطلية بالفضة في العاكس. وكانت التجربة ناجحة. بالفعل في التسعينيات، قام عالم فلكي هاوٍ من إنجلترا ببناء عاكس للملاحظات الفوتوغرافية بمرآة زجاجية يبلغ قطرها 152 سم. كان الاختراق الآخر في بناء التلسكوب واضحًا.
ولم يكن هذا الاختراق بدون مشاركة العلماء الروس. موافق. اشتهر بروس بتطوير مرايا معدنية خاصة للتلسكوبات. اخترع لومونوسوف وهيرشل، بشكل مستقل عن بعضهما البعض، تصميمًا جديدًا تمامًا للتلسكوب، حيث تميل المرآة الأساسية دون المرآة الثانوية، وبالتالي تقليل فقدان الضوء.
وضع أخصائي البصريات الألماني فراونهوفر إنتاج وجودة العدسات على الناقل. واليوم يوجد تلسكوب مزود بعدسة فراونهوفر العاملة بالكامل في مرصد تارتو. لكن منكسرات البصريات الألمانية أيضًا لم تكن خالية من الخلل - اللوني.
وفقط بحلول نهاية القرن التاسع عشر، تم اختراع طريقة جديدة لإنتاج العدسات. بدأت معالجة الأسطح الزجاجية بفيلم فضي، تم تطبيقه على مرآة زجاجية عن طريق تعريض سكر العنب لأملاح نترات الفضة. تعكس هذه العدسات المبتكرة ما يصل إلى 95% من الضوء، على عكس العدسات البرونزية العتيقة التي تعكس 60% فقط من الضوء. قام L. Foucault بإنشاء عاكسات ذات مرايا مكافئة عن طريق تغيير شكل سطح المرايا. في أواخر القرن التاسع عشر، حول كروسلي، وهو عالم فلك هاوٍ، انتباهه إلى المرايا المصنوعة من الألومنيوم. اشترى مرآة زجاجية مقعرة مكافئة يبلغ قطرها 91 سم وتم إدخالها على الفور في التلسكوب. اليوم، يتم تركيب التلسكوبات ذات هذه المرايا الضخمة في المراصد الحديثة. وبينما تباطأ نمو الكاسر، اكتسب تطوير التلسكوب العاكس زخما. من عام 1908 إلى عام 1935، قامت مراصد مختلفة حول العالم ببناء أكثر من عشرة عاكسات ذات عدسة أكبر من عدسة إيرك. تم تركيب أكبر تلسكوب في مرصد جبل ونلسون، ويبلغ قطره 256 سم. وحتى هذا الحد سيتم تجاوزه مرتين قريبًا. تم تركيب عاكس أمريكي عملاق في ولاية كاليفورنيا، عمره اليوم أكثر من خمسة عشر عاما.
منذ أكثر من 30 عامًا، في عام 1976، قام العلماء السوفييت ببناء تلسكوب BTA بطول 6 أمتار - تلسكوب السمت الكبير. حتى نهاية القرن العشرين، كان ARB يعتبر أكبر تلسكوب في العالم، وكان مخترعو BTA مبتكرين في الحلول التقنية الأصلية، مثل تركيب السمت البديل بتوجيه الكمبيوتر. واليوم، تُستخدم هذه الابتكارات في جميع التلسكوبات العملاقة تقريبًا. في بداية القرن الحادي والعشرين، تم دفع BTA إلى ثاني أكبر عشرة تلسكوبات في العالم. والتدهور التدريجي للمرآة من وقت لآخر - اليوم انخفضت جودتها بنسبة 30٪ عن الأصل - يحولها فقط إلى نصب تاريخي للعلم.
يتضمن الجيل الجديد من التلسكوبات تلسكوبين مزدوجين كبيرين بطول 10 أمتار KECK I وKECK II للمراقبة البصرية بالأشعة تحت الحمراء. تم تركيبها في عامي 1994 و 1996 في الولايات المتحدة الأمريكية. وقد تم جمعها بفضل مساعدة مؤسسة دبليو كيك، ومن ثم تم تسميتهم على اسمهم. لقد قدم أكثر من 140 ألف دولار لبناءها. ويبلغ حجم هذه التلسكوبات حجم مبنى مكون من ثمانية طوابق، ويزن كل منها أكثر من 300 طن، ولكنها تعمل بأعلى دقة. مبدأ التشغيل - المرآة الرئيسية بقطر 10 أمتار، مكونة من 36 قطعة سداسية، تعمل كمرآة عاكسة واحدة. تم تركيب هذه التلسكوبات في واحدة من أفضل الأماكن على وجه الأرض للرصد الفلكي - في هاواي، على منحدر بركان مانوا كيا الخامد بارتفاع 4200 متر، وبحلول عام 2002، أصبح هذان التلسكوبان، الواقعان على مسافة 85 مترًا عن بعضهما البعض، بدأ العمل في وضع مقياس التداخل، مما أعطى نفس الدقة الزاويّة التي يوفرها تلسكوب يبلغ قطره 85 مترًا. لقد قطع تاريخ التلسكوب شوطا طويلا - من الزجاج الإيطالي إلى التلسكوبات الفضائية العملاقة اليوم. لقد تم حوسبة المراصد الكبيرة الحديثة منذ فترة طويلة. ومع ذلك، فإن تلسكوبات الهواة والعديد من التلسكوبات، مثل هابل، لا تزال تعتمد على مبادئ التشغيل التي اخترعها غاليليو.
لقد أتاحت رحلات المركبات الفضائية أمام علماء الفلك فرصًا غير مسبوقة لم يسبق لعلم الفلك الأرضي أن أتيحت لها، ولم يكن من الممكن أن تحظى بها. لدراسة الأجرام السماوية النظام الشمسيومجرتنا والعديد من الأجسام خارج المجرة، يتم الآن إطلاق محطات رصد فلكية متخصصة مجهزة بأحدث الأدوات الفيزيائية إلى الفضاء. فهي تلتقط الإشعاعات غير المرئية التي يمتصها الغلاف الجوي ولا تصل إلى سطح الأرض. ونتيجة لذلك، جميع أنواع الاشعاع الكهرومغناطيسيالقادمة من أعماق الفضاء. من الناحية المجازية، إذا لاحظنا الكون سابقًا كما لو كان بلون واحد، أبيض وأسود، فإنه يظهر لنا اليوم بجميع "ألوان" الطيف الكهرومغناطيسي. ولكن من أجل الحصول على إشعاع غير مرئي، هناك حاجة إلى تلسكوبات خاصة. كيف إذن وبأي مساعدة يمكن التقاط الأشعة غير المرئية ودراستها؟
عند كلمة "تلسكوب" يكون لدى الجميع فكرة عن أنبوب فلكي به عدسات أو مرايا، أي فكرة عن البصريات. في الواقع، حتى وقت قريب، تمت دراسة الأجرام السماوية حصريًا بمساعدة الأجهزة البصرية. ولكن لالتقاط الإشعاع غير المرئي، الذي يختلف تمامًا عن الضوء المرئي للعين، هناك حاجة إلى أجهزة استقبال خاصة. وليس من الضروري على الإطلاق أن تشبه في مظهرها التلسكوب الذي اعتدنا عليه.
تختلف أجهزة استقبال الموجات القصيرة تمامًا عن التلسكوبات البصرية. و لو قلنا مثلا "تلسكوب الأشعة السينية" أو "تلسكوب أشعة جاما"إذن يجب أن تفهم هذه الأسماء على أنها: كاشف الأشعة السينية أو كاشف أشعة جاما.
تكمن الصعوبة الكاملة في تلقي إشعاع الموجة القصيرة في حقيقة أن الأنظمة الانكسارية التقليدية (العدسة) والأنظمة العاكسة (المرآة) غير مناسبة تمامًا للإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يبلغ طوله الموجي أقل من 0.2 ميكرون.
لذا، فإن الأشعة السينية، وخاصة أشعة جاما، نشطة للغاية لدرجة أنها "تخترق" العدسات المصنوعة من أي مادة بسهولة: لا يتغير الاتجاه الأولي لحركة هذه الأشعة والكميات. بمعنى آخر، لا يمكنهم التركيز! ولكن كيف إذن للتحقيق معهم؟ كيفية تصميم تلسكوب لهم؟
في لغة الفيزيائيين، إشعاع الموجات القصيرة هو إشعاع صلب! وهذا يعني أن فوتونات الأشعة السينية وأشعة جاما تتشابه في خصائصها مع جزيئات الأشعة الكونية عالية الطاقة (جسيمات ألفا، البروتونات) التي تأتي إلى الأرض من أعماق الفضاء. ولكن بعد ذلك، قد تكون عدادات الجسيمات، مثل تلك المستخدمة لدراسة الأشعة الكونية، مناسبة لتسجيل الكمات الصلبة؟ يتم استخدام هذه العدادات كجهاز استقبال في تلسكوبات الأشعة السينية وأشعة جاما. ولمعرفة مصدر الأشعة السينية، يتم وضع العداد في أنبوب معدني ضخم. وإذا تمت تغطية العداد بأغشية ذات تركيب مختلف، فستتلقى العدادات المختلفة كميات ذات صلابة مختلفة. لقد تم الحصول على نوع من مطياف الأشعة السينية، مما يجعل من الممكن الكشف عن تكوين الأشعة السينية.
لكن مثل هذا التلسكوب لا يزال غير كامل للغاية. عيبه الرئيسي هو الدقة المنخفضة جدًا. يشير العداد إلى الإشعاع الذي يدخل الأنبوب. ويأتي من بضع درجات مربعة من السماء، حيث يمكن رؤية آلاف النجوم بالتلسكوب التقليدي. أيهما يصدر الأشعة السينية؟ ليس من الممكن دائما معرفة ذلك. ومع ذلك، بمساعدة تلسكوبات الأشعة السينية وأشعة جاما العاملة في المحطات المدارية الفضائية، تم بالفعل الحصول على الكثير من المعلومات المثيرة للاهتمام حول مصادر إشعاع الموجة القصيرة غير المرئية.
أحد هذه المصادر هو شمسنا. في عام 1948، بمساعدة لوحات التصوير الفوتوغرافي التي تم رفعها بواسطة صاروخ V-2 إلى ارتفاع حوالي 160 كم (الولايات المتحدة الأمريكية، المختبر البحري)، تم اكتشاف انبعاث الأشعة السينية للنجم العظيم. وفي عام 1962، اكتشف علماء الفلك، باستبدال لوحة التصوير الفوتوغرافي بعداد جيجر، مصدرًا ثانيًا للأشعة السينية بعيدًا عن النظام الشمسي. هذا هو ألمع مصدر للأشعة السينية في كوكبة العقرب، ويسمى Scorpius X-1. كان الجسم الثالث لعلم فلك الأشعة السينية في عام 1963 هو سديم السرطان الشهير في كوكبة الثور - Taurus X-1.
وكانت أهم مرحلة في تطور علم فلك الأشعة السينية هي إطلاق أول قمر صناعي أمريكي للأشعة السينية في العالم "أوهورو" عام 1970 وأول تلسكوب عاكس للأشعة السينية "أينشتاين" عام 1978. وبمساعدتهم، تم اكتشاف النجوم الثنائية للأشعة السينية، والنجوم النابضة للأشعة السينية، والنوى المجرية النشطة ومصادر أخرى لإشعاع الأشعة السينية.
حتى الآن، هناك الآلاف من مصادر الأشعة السينية المعروفة في السماء المرصعة بالنجوم. بشكل عام، يتوفر حوالي مليون من هذه المصادر لتلسكوبات الأشعة السينية، أي ما يعادل أفضل التلسكوبات الراديوية. كيف تبدو السماء بالأشعة السينية؟
في الأشعة السينية، يبدو الكون مختلفًا تمامًا عما يُرى في التلسكوبات البصرية. فمن ناحية، هناك زيادة في تركيز مصادر الإشعاع الساطعة مع اقتراب المرء من المستوى المتوسط درب التبانة- إنهم ينتمون إلى مجرتنا. ومن ناحية أخرى، هناك توزيع موحد للعديد من مصادر الأشعة السينية خارج المجرة على السماء بأكملها. العديد من الأجرام السماوية التي تزين سماء الأرض - القمر والكواكب - غير مرئية بالأشعة السينية.
علم الفلك جاماولدت أيضًا مع تكنولوجيا الصواريخ. وكما هو معروف، فإن إشعاع جاما الكوني ينشأ نتيجة للعمليات الفيزيائية التي تشارك فيها الجسيمات ذات الطاقة العالية، وهي العمليات التي تحدث داخل النوى الذرية. ومع ذلك، فإن المصدر الأكثر كثافة لأشعة جاما هو عملية الإبادةأي تفاعل الجسيمات والجسيمات المضادة (مثل الإلكترونات والبوزيترونات) مصحوبًا بتحول المادة (الجسيمات) إلى إشعاع صلب. لذلك، من خلال دراسة كمات جاما، يمكن لعالم الفيزياء الفلكية أن يشهد يومًا ما التفاعل مع أجسام عالمنا العادي من الأجسام ذات الإمكانات النظرية عالم مضادتتكون حصرا من المادة المضادة.
في مجرتنا، يتركز إشعاع غاما المنتشر (المتناثر) بشكل رئيسي في قرص المجرة؛ ويشتد باتجاه مركز المجرة. بالإضافة إلى ذلك، تم اكتشاف مصادر غاما (نقطة) منفصلة مثل السرطان (سديم السرطان في برج الثور)، وهرقل X-1، وجيمينجا (في كوكبة الجوزاء) وبعض المصادر الأخرى. مئات من المصادر المنفصلة لإشعاع جاما خارج المجرة منتشرة حرفيًا في جميع أنحاء السماء. كان من الممكن استقبال إشعاعات جاما المنبعثة من المناطق النشطة في الشمس أثناء التوهجات الشمسية.
وعلى حدود الطيف المرئي، على يسار الأشعة البنفسجية، يوجد غير المرئي الأشعة فوق البنفسجية. بدءًا من موجة تبلغ 0.29 ميكرون، يمتص الغلاف الجوي للأرض الأشعة فوق البنفسجية الكونية تمامًا، ربما "في المكان الأكثر إثارة للاهتمام"...
مع بداية أبحاث الفضاء، بدأت أيضًا عمليات الرصد في نطاق الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية. في 23 مارس 1983، تم إطلاق محطة أسترون الفلكية في بلدنا في مدار قريب من الأرض بيضاوي الشكل للغاية (الارتفاع عند الحضيض 2000 كم، عند الأوج 200 ألف كم). وكانت أول محطة محلية مجهزة بمعدات لرصد الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية.
الآن يتم تثبيت الأجهزة التي تكتشف الأشعة فوق البنفسجية على العديد من المركبات الفضائية. وإذا تمكنا من النظر إلى السماء المرصعة بالنجوم من خلال "النظارات فوق البنفسجية"، فسوف يصبح غير معروف تماما بالنسبة لنا، كما هو الحال في أشعة الطيف غير المرئية الأخرى. لذلك، على سبيل المثال، بالنسبة لسكان نصف الكرة الشمالي للأرض، فإن النجم زيتا أوريون سوف يبرز بشكل خاص في السماء - أقصى اليسار في "حزامه". كما أن بعض النجوم الأخرى، وخاصة الساخنة منها، ستبدو مشرقة بشكل غير عادي.
والمثير للدهشة أن هناك العديد من السدم الضخمة المتوهجة الزاهية في السماء فوق البنفسجية. سديم أوريون الشهير، والذي، على شكل بقعة ضبابية صغيرة، يصعب تمييزها بالعين المجردة، سيحتل كوكبة "الصياد السماوي" بأكملها. يغلف سديم عملاق من الأشعة فوق البنفسجية النجم الرئيسي لكوكبة العذراء - السنبلة اللامعة. هذا السديم مشرق للغاية ودائري تقريبًا. ويبلغ قطره الظاهري حوالي 50 مرة القطر الظاهري للقمر البدر. لكن السنبلة نفسها غير مرئية بالعين المجردة: فقد تبين أن إشعاعها فوق البنفسجي ضعيف للغاية.
في نطاق الطول الموجي من 22 ميكرون إلى 1 ملم (على يمين الأشعة الحمراء من الطيف المرئي)، يمتص الغلاف الجوي للأرض بقوة الأشعة تحت الحمراء (الحرارية).الأجرام السماوية. بالإضافة إلى ذلك، الهواء نفسه هو مصدر للأشعة الحرارية، التي تتداخل مع الملاحظات في نطاق الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء. لم يكن من الممكن التغلب على هذه العوائق إلا عندما بدأ وضع أجهزة استقبال الأشعة تحت الحمراء خارج الغلاف الجوي - على متن مركبة فضائية.
أتاحت تقنية الأشعة تحت الحمراء الحصول على البيانات الأكثر دقة عن تضاريس الكواكب، وفتحت ستارة الغبار أمام الباحثين في الكون، الذين أخفوا قلب مجرتنا عن أعين الإنسان، وساعدوا علماء الفيزياء الفلكية على النظر إلى "مهد" النجوم - سدم الغاز والغبار و"تلمس" أسرار ولادة النجوم.
وهكذا، فتحت إزالة أدوات الفيزياء الفلكية في الفضاء آفاقًا جديدة لعلم الفلك: بدأ إنشاء علم الفلك بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء، وفي السبعينيات بدأت الملاحظات في نطاق جاما. اليوم، لدى الباحثين في الكون الفرصة لمسح السماء في نطاق كامل من الطيف الكهرومغناطيسي تقريبًا - من أشعة جاما فائقة القصر إلى موجات الراديو فائقة الطول. لقد أصبح علم الفلك علمًا شاملاً. تسبب "الحصاد" العلمي الغني الذي تم جمعه من "الحقول" الفضائية في إحداث ثورة حقيقية في الفيزياء الفلكية وإعادة التفكير في أفكارنا حول الكون الكبير.
الغرض الرئيسي من التلسكوبات هو جمع أكبر قدر ممكن من الإشعاع من الأجرام السماوية. هذا يسمح لك برؤية الأشياء الخافتة. ثانيا، تستخدم التلسكوبات لعرض الأشياء بزاوية كبيرة، أو كما يقولون، لزيادة. دقة التفاصيل الصغيرة هي الهدف الثالث للتلسكوبات. تعتمد كمية الضوء التي تجمعها ودقة التفاصيل المتاحة بشكل كبير على مساحة الجزء الرئيسي من التلسكوب - عدسته. العدسات هي منعكسة وعدسة.
تلسكوبات العدسة.
العدسات، بطريقة أو بأخرى، تستخدم دائمًا في التلسكوب. ولكن في التلسكوبات الكاسرة، فإن العدسة هي الجزء الرئيسي من التلسكوب - عدسته. تذكر أن الانكسار هو انكسار. تقوم عدسة العدسة بكسر أشعة الضوء وتجمعها في نقطة تسمى بؤرة العدسة. في هذه المرحلة، يتم بناء صورة لموضوع الدراسة. لمشاهدتها، استخدم العدسة الثانية - العدسة. يتم وضعه بحيث تتزامن بؤر العدسة والهدف. وبما أن الناس لديهم رؤية مختلفة، فقد أصبحت العدسة قابلة للحركة بحيث يكون من الممكن الحصول على صورة واضحة. نحن نسمي هذا شحذ. تتميز جميع التلسكوبات بميزات غير سارة - الانحرافات. الانحرافات هي تشوهات تنتج عندما يمر الضوء عبر النظام البصري للتلسكوب. ترتبط الانحرافات الرئيسية بنقص العدسة. تعاني التلسكوبات العدساتية (والتلسكوبات بشكل عام) من عدة انحرافات. سنقوم بتسمية اثنين منهم فقط. الأول يرجع إلى حقيقة أن الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة تنكسر بشكل مختلف قليلاً. ولهذا السبب، يوجد تركيز واحد للأشعة الزرقاء، وآخر للأشعة الحمراء، يقع بعيدًا عن العدسة. وتتجمع أشعة ذات أطوال موجية أخرى كل منها في مكانها بين هاتين البؤرتين. ونتيجة لذلك، نرى صورًا للأشياء بألوان قوس قزح. ويسمى هذا الانحراف لوني. الانحراف القوي الثاني هو الانحراف الكروي. ويرتبط ذلك بحقيقة أن العدسة، التي يكون سطحها جزءًا من الكرة، في الواقع، لا تجمع كل الأشعة في نقطة واحدة. يتم جمع الأشعة القادمة على مسافات مختلفة من مركز العدسة في نقاط مختلفة، مما يجعل الصورة غامضة. لن يكون هذا الانحراف موجودًا إذا كان للعدسة سطح مكافئ، لكن مثل هذا التفصيل يصعب تصنيعه. لتقليل الانحرافات، يتم إنشاء أنظمة معقدة، وليس على الإطلاق عدستين. يتم تقديم أجزاء إضافية لتصحيح انحرافات العدسة. لفترة طويلة عقد البطولة بين التلسكوبات ذات العدسات - تلسكوب مرصد يركس بعدسة قطرها 102 سم.
التلسكوبات المرآة.
في التلسكوبات المرآة البسيطة، التلسكوبات العاكسة، العدسة عبارة عن مرآة كروية تجمع أشعة الضوء وتعكسها بمساعدة مرآة إضافية باتجاه العدسة - العدسة التي تم بناء الصورة عند بؤرتها. الانعكاس هو الانعكاس. لا تعاني التلسكوبات ذات العدسة الأحادية العاكسة (SLR) من الانحراف اللوني، حيث أن الضوء الموجود في العدسة لا ينكسر. لكن العاكسات لديها انحراف كروي أكثر وضوحا، والذي، بالمناسبة، يحد بشكل كبير من مجال رؤية التلسكوب. تستخدم التلسكوبات المرآة أيضًا هياكل معقدة وأسطح مرآة غير كروية وما إلى ذلك.
التلسكوبات المرآة أسهل وأرخص في التصنيع. ولهذا السبب تطور إنتاجها بسرعة في العقود الأخيرة، في حين لم يتم تصنيع التلسكوبات الجديدة ذات العدسات الكبيرة لفترة طويلة جدًا. يحتوي أكبر تلسكوب منعكس على عدسة معقدة متعددة المرايا تعادل مرآة كاملة قطرها 11 مترًا. يبلغ حجم أكبر عدسة منعكسة متجانسة ما يزيد قليلاً عن 8 أمتار. أكبر تلسكوب بصري في روسيا هو تلسكوب المرآة بطول 6 أمتار BTA (تلسكوب السمت الكبير). كان التلسكوب لفترة طويلة هو الأكبر في العالم.
خصائص التلسكوبات.
تكبير التلسكوب. تكبير التلسكوب يساوي نسبة البعد البؤري للهدف والعدسة. على سبيل المثال، إذا كان البعد البؤري للعدسة مترين، والعدسة 5 سم، فإن تكبير هذا التلسكوب سيكون 40 مرة. إذا قمت بتغيير العدسة، يمكنك تغيير التكبير. وهذا ما يفعله علماء الفلك، ففي نهاية المطاف، لا يمكن تغيير عدسة ضخمة في الواقع؟!
خروج التلميذ. الصورة التي تصنعها العدسة للعين يمكن، في الحالة العامة، أن تكون أكبر من حدقة العين، أو أصغر. إذا كانت الصورة أكبر فلن يدخل جزء من الضوء إلى العين، وبالتالي لن يتم استخدام التلسكوب بنسبة 100%. تسمى هذه الصورة حدقة الخروج ويتم حسابها بالصيغة: p=D:W، حيث p هي حدقة الخروج، D هو قطر الهدف، وW هو تكبير التلسكوب بهذه العدسة. بافتراض أن حجم حدقة العين يبلغ 5 مم، فمن السهل حساب الحد الأدنى من التكبير المعقول للاستخدام مع هدف تلسكوب معين. نحصل على هذا الحد لعدسة 15 سم: 30 مرة.
حل التلسكوبات
نظرًا لحقيقة أن الضوء عبارة عن موجة، والموجات تتميز ليس فقط بالانكسار، ولكن أيضًا بالحيود، فلا حتى التلسكوب الأكثر مثالية يعطي صورة لنجم نقطي على شكل نقطة. تبدو الصورة المثالية للنجم على شكل قرص به عدة حلقات متحدة المركز (مع مركز مشترك)، والتي تسمى حلقات الحيود. حجم قرص الحيود يحد من دقة التلسكوب. كل ما يغطي هذا القرص بنفسه لا يمكن رؤيته في هذا التلسكوب. يتم تحديد الحجم الزاوي لقرص الحيود بالثواني القوسية لتلسكوب معين من خلال علاقة بسيطة: r=14/D، حيث يتم قياس القطر D للهدف بالسنتيمتر. يتمتع التلسكوب الذي يبلغ قطره خمسة عشر سنتيمترًا والمذكور أعلاه بدقة قصوى تبلغ أقل من ثانية بقليل. ويستنتج من الصيغة أن دقة التلسكوب تعتمد كليًا على قطر عدسته. وهنا سبب آخر لبناء أكبر التلسكوبات الممكنة.
الحفرة النسبية وتسمى نسبة قطر العدسة إلى البعد البؤري بنسبة الفتحة. تحدد هذه المعلمة لمعان التلسكوب، أي، بشكل تقريبي، قدرته على عرض الأشياء على أنها مشرقة. العدسات ذات الفتحة النسبية 1:2 - 1:6 تسمى العدسات السريعة. يتم استخدامها لتصوير الأجسام ضعيفة السطوع مثل السدم.
تلسكوب بدون عين.
لقد كانت عين المراقب دائمًا واحدة من أكثر الأجزاء التي لا يمكن الاعتماد عليها في التلسكوب. ولكل إنسان عينه الخاصة، وله خصائصه الخاصة. عين واحدة ترى أكثر والأخرى أقل. كل عين ترى الألوان بشكل مختلف. إن العين البشرية وذاكرتها غير قادرين على حفظ الصورة الكاملة المعروضة للتأمل بواسطة التلسكوب. لذلك، بمجرد أن أصبح ذلك ممكنا، بدأ علماء الفلك في استبدال العين بالأدوات. إذا قمت بتوصيل الكاميرا بدلا من العدسة، فيمكن التقاط الصورة التي تم الحصول عليها بواسطة العدسة على لوحة فوتوغرافية أو فيلم. لوحة التصوير الفوتوغرافي قادرة على تراكم الإشعاع الضوئي، وهذه هي ميزتها المهمة التي لا يمكن إنكارها على العين البشرية. الصور الفوتوغرافية ذات التعريض الطويل قادرة على عرض أكثر بما لا يقاس مما يستطيع الشخص رؤيته من خلال نفس التلسكوب. وبطبيعة الحال، ستبقى الصورة بمثابة وثيقة، والتي يمكن الرجوع إليها مرارا وتكرارا في وقت لاحق. الوسائل الأكثر حداثة هي أجهزة CCD - الكاميرات ذات الشحنة القطبية. هذه هي الدوائر الدقيقة الحساسة للضوء، والتي تحل محل لوحة الصور الفوتوغرافية وتنقل المعلومات المتراكمة إلى جهاز كمبيوتر، وبعد ذلك يمكنهم التقاط صورة جديدة. تتم دراسة أطياف النجوم والأجسام الأخرى باستخدام أجهزة قياس الطيف ومقاييس الطيف المرفقة بالتلسكوب. ولا تستطيع عين واحدة تمييز الألوان وقياس المسافات بين الخطوط في الطيف بكل وضوح، كما تفعل هذه الأجهزة بسهولة، والتي تحفظ أيضًا صورة الطيف وخصائصه للدراسات اللاحقة. وأخيرا، لا يمكن لأحد أن ينظر من خلال تلسكوبين بعين واحدة في نفس الوقت. الأنظمة الحديثةإن وجود تلسكوبين أو أكثر، متحدين بجهاز كمبيوتر واحد ومنفصلين، أحيانًا على مسافة عشرات الأمتار، يجعل من الممكن تحقيق دقة عالية بشكل مذهل. تسمى هذه الأنظمة مقاييس التداخل. مثال على نظام من 4 تلسكوبات - VLT. ليس من قبيل الصدفة أننا قمنا بدمج أربعة أنواع من التلسكوبات في قسم فرعي واحد. يتردد الغلاف الجوي للأرض في السماح للأطوال الموجية المقابلة للموجات الكهرومغناطيسية بالمرور، لذلك تميل التلسكوبات المخصصة لدراسة السماء في هذه النطاقات إلى الخروج إلى الفضاء. مع تطور الملاحة الفضائية، يرتبط تطور فروع علم الفلك بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وغاما والأشعة تحت الحمراء ارتباطًا مباشرًا.
التلسكوبات الراديوية.
غالبًا ما يكون الهدف من التلسكوب الراديوي عبارة عن وعاء معدني على شكل قطع مكافئ. يتم استقبال الإشارة التي تم جمعها بواسطة هوائي يقع في بؤرة العدسة. يتم توصيل الهوائي بجهاز كمبيوتر، والذي عادةً ما يعالج جميع المعلومات، ويبني الصور بألوان مشروطة. التلسكوب الراديوي، مثل جهاز الاستقبال اللاسلكي، يمكنه فقط استقبال طول موجي معين في المرة الواحدة. يوجد في كتاب B. A. Vorontsov-Velyaminov "مقالات عن الكون" رسم توضيحي مثير للاهتمام يرتبط ارتباطًا مباشرًا بموضوع محادثتنا. في أحد المراصد، تمت دعوة الضيوف للحضور إلى الطاولة وأخذ قطعة من الورق منها. أخذ شخص قطعة من الورق وقرأ شيئًا كهذا على ظهرها: "بأخذك هذه القطعة من الورق، تكون قد أنفقت طاقة أكبر مما تلقته جميع التلسكوبات الراديوية في العالم خلال وجود علم الفلك الراديوي بأكمله." إذا كنت قد قرأت هذا القسم (ويجب عليك ذلك)، فيجب أن تتذكر أن موجات الراديو لها أطول أطوال موجية من بين جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي. وهذا يعني أن الفوتونات المقابلة لموجات الراديو تحمل طاقة قليلة جدًا. ولجمع قدر مقبول من المعلومات حول النجوم المضيئة في الأشعة الراديوية، يقوم علماء الفلك ببناء تلسكوبات ضخمة. مئات الأمتار - هذا هو الإنجاز غير المفاجئ لأقطار العدسات التي تم الوصول إليها العلم الحديث. ولحسن الحظ، كل شيء في العالم مترابط. لا يصاحب بناء التلسكوبات الراديوية العملاقة نفس الصعوبات في معالجة سطح العدسة التي لا مفر منها في بناء التلسكوبات البصرية. تتناسب الأخطاء السطحية المسموح بها مع الطول الموجي، لذلك في بعض الأحيان، لا تكون الأوعية المعدنية للتلسكوبات الراديوية سطحًا أملسًا، ولكنها مجرد شبكة شبكية، وهذا لا يؤثر على جودة الاستقبال بأي شكل من الأشكال. يسمح الطول الموجي الطويل أيضًا ببناء أنظمة مقياس التداخل الفخمة. في بعض الأحيان تشارك التلسكوبات من قارات مختلفة في مثل هذه المشاريع. وتشمل المشاريع مقاييس التداخل الفضائية. وإذا تحققت، فسوف يصل علم الفلك الراديوي إلى حدود غير مسبوقة في الدقة الأجسام السماوية. بالإضافة إلى جمع الطاقة المنبعثة من الأجرام السماوية، يمكن للتلسكوبات الراديوية "إضاءة" سطح أجرام النظام الشمسي بأشعة الراديو. إن الإشارة المرسلة من الأرض إلى القمر، على سبيل المثال، سوف ترتد عن سطح القمر الصناعي الخاص بنا ويتم استقبالها بواسطة نفس التلسكوب الذي أرسل الإشارة. طريقة البحث هذه تسمى الرادار. بمساعدة الرادار، يمكنك تعلم الكثير. ولأول مرة، علم علماء الفلك أن عطارد يدور حول محوره بهذه الطريقة. المسافة إلى الأشياء، وسرعة حركتها ودورانها، وارتياحها، وبعض البيانات عن التركيب الكيميائي للسطح - هذه هي المعلومات المهمة التي يمكن اكتشافها بواسطة طرق الرادار. المثال الأكثر فخامة لهذه الدراسات هو رسم الخرائط الكاملة لسطح كوكب الزهرة، الذي أجرته AMS "ماجلان" في مطلع الثمانينيات والتسعينيات. وكما تعلمون، فإن هذا الكوكب يخفي سطحه عن العين البشرية خلف غلاف جوي كثيف. ومن ناحية أخرى، تمر موجات الراديو عبر السحب دون عوائق. الآن نحن نعرف عن تضاريس كوكب الزهرة أفضل من تضاريس الأرض (!) ، لأن غطاء المحيطات على الأرض يمنعنا من دراسة معظم السطح الصلب لكوكبنا. للأسف، سرعة انتشار موجات الراديو كبيرة، ولكنها ليست غير محدودة. بالإضافة إلى ذلك، مع بعد التلسكوب الراديوي عن الكائن، يزداد تشتت الإشارة المرسلة والمنعكسة. على مسافة كوكب المشتري والأرض، من الصعب بالفعل تلقي الإشارة. الرادار - بالمعايير الفلكية سلاح مشاجرة.
الأشعة السينية - مجموعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي يتراوح من 0.01 إلى 10 نانومتر، وسط بين نطاق الأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما. وبما أن فوتونات هذا النطاق تتمتع بطاقة عالية، فإنها تتميز بقدرة تأين واختراق عالية، مما يحدد نطاق استخدامها العملي. هذه الخصائص نفسها تجعلها خطيرة جدًا على الكائنات الحية. الغلاف الجوي للأرض يحمينا من الأشعة السينية القادمة من الفضاء. ومع ذلك، من وجهة نظر علماء الفلك، فهي ذات أهمية خاصة، لأنها تحمل معلومات مهمة حول المادة المسخنة إلى درجات حرارة عالية جدًا (في حدود ملايين كلفن) والعمليات التي تؤدي إلى هذا التسخين.
كما هو الحال مع نطاق الأشعة فوق البنفسجية، تمت المحاولات الأولى لتصوير الكرة السماوية في طيف الأشعة السينية بواسطة معدات مثبتة على صواريخ جيوفيزيائية على ارتفاعات عالية. وكانت المشكلة الرئيسية هنا هي أن الطرق "التقليدية" للتركيز - باستخدام العدسات أو المرايا المقعرة - غير مقبولة بالنسبة للأشعة عالية الطاقة، لذلك لا بد من استخدام تقنية "السقوط المنزلق" المعقدة. تتمتع أنظمة التركيز هذه بكتلة وأبعاد أكبر بكثير من الأجهزة البصرية، وكان لا بد من ظهور مركبات إطلاق قوية بما يكفي حتى تتمكن تلسكوبات الأشعة السينية من الوصول أخيرًا إلى مدارات الأرض.
كانت أول محاولة ناجحة هي القمر الصناعي الأمريكي أوهورو (إكسبلورر 42)، الذي عمل من عام 1970 إلى عام 1973. أول مركبة فضائية هولندية ANS (القمر الصناعي الهولندي الفلكي)، أُطلقت في أغسطس 1974، ومرصدان فضائيان NEAO (ناسا) - الثاني من تم إطلاقها في المدار في 13 نوفمبر 1978، وتم تسميتها على اسم ألبرت أينشتاين. في 21 فبراير 1979، أطلقت اليابان المركبة الفضائية هاكوتشو (CORSA-b)، التي رصدت "سماء الأشعة السينية" حتى عام 1985. وعلى مدار ثماني سنوات - من 1993 إلى 2001 - تم إطلاق التلسكوب الياباني الثاني عالي الطاقة ASCA (ASTRO-D) ) تعمل. وقد "وضعت" وكالة الفضاء الأوروبية نفسها في هذا الاتجاه بالقمر الصناعي EXOSAT (القمر الصناعي الأوروبي لمرصد الأشعة السينية، 1983-1986) والقمر الصناعي BeppoSAX (1996-2003). في بداية عام 2012، تم إيقاف تشغيل أحد "المعمرين الفضائيين" - التلسكوب المداري Rossi X-ray Timing Explorer، الذي تم إطلاقه في 30 ديسمبر 1995.
الثالث من "الأربعة الكبار"
كان تلسكوب تشاندرا للأشعة السينية، الذي تم إطلاقه في المدار في 23 يوليو 1999 على متن مركبة كولومبيا الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام (المهمة STS-93)، هو الثالث من بين أربعة مراصد كبيرة تابعة لوكالة ناسا تم إطلاقها بين عامي 1990 و2003. وقد سُمي على اسم عالم الفيزياء والفيزياء الفلكية الأمريكي. أصل هندي سوبرامانيان شاندراسيخار.
يتيح المدار الأرضي المركزي الذي يبلغ أوج ارتفاعه 139000 كيلومتر وحضيض يبلغ حوالي 16000 كيلومتر إجراء جلسات مراقبة مستمرة تصل مدتها إلى 55 ساعة، وهي أطول بكثير مقارنة بنفس المؤشر للأقمار الصناعية الأرضية ذات المدار المنخفض. يرتبط اختيار المدار أيضًا بحقيقة أن الأشعة السينية يتم امتصاصها بشكل ملحوظ حتى من خلال الغازات النادرة الموجودة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض - على الارتفاعات التي تعمل فيها معظم الأقمار الصناعية. تبلغ الفترة المدارية 64.2 ساعة، ويقضي شاندرا 85% من هذه المدة خارج الأحزمة الإشعاعية للأرض. عيب مثل هذا المدار هو، على وجه الخصوص، استحالة إرسال فريق إصلاح إلى التلسكوب (كما حدث مرارا وتكرارا في حالة مرصد هابل).
 |
|
المواصفات الفنية لتلسكوب شاندرا
> الوزن: 4620 كجم المهام العلمية الرئيسية: > دراسة الثقوب السوداء في مراكز المجرات |
| التلسكوبات الفضائية |
يتمتع تلسكوب الأشعة السينية بتخصص ضيق إلى حد ما. وهو مصمم لمراقبة إشعاع الأجسام الساخنة جدًا في الكون - مثل النجوم المتفجرة والمجموعات المجرية والمادة الموجودة بالقرب من الثقوب السوداء. إلا أنه يمكنه أيضًا اكتشاف الإشعاعات عالية الطاقة التي تحدث بطريقة أو بأخرى في الأجواء وعلى أسطح الأجسام المختلفة في النظام الشمسي. كان من المخطط أصلاً أن تعمل "شاندرا" في الفضاء لمدة 5 سنوات، ولكن نظرًا للحالة الجيدة للأنظمة الموجودة على متن الطائرة، فقد تم بالفعل تمديد عملها عدة مرات (آخر مرة - في عام 2012).
أول مراقبة بالتلسكوب
تعد بقايا المستعرات الأعظم المجرية مصدرًا لمعلومات قيمة عن الكون، كما يتضح من تحليل الملاحظات التي أجراها تلسكوب شاندرا. على وجه الخصوص، بمساعدتها، تم تفصيل هيكل بقايا ذات الكرسي A، وتم إنشاء خريطة لجميع تدفقات المادة وموجات الصدمة الواردة والصادرة، وتم فصل تدفقات المادة بين النجوم والنجمية مكانيًا حتى لحظة السوبرنوفا الانفجار، وتم تحديد مناطق تسارع الأشعة الكونية. ولم تكن النتائج الأقل أهمية هي التسجيل الموثوق لخطوط انبعاث عريضة وقوية للبقايا في وضع التحليل الطيفي عالي الدقة المكاني ورسم خرائط لتوزيع العناصر من الكربون إلى الحديد في انبعاثات المادة. ويبلغ عمر البقايا التي تم تحديدها من خلال هذه الملاحظات حوالي 140 عامًا، وهو ما يتطابق تقريبًا مع التقديرات التي تم إجراؤها بطرق أخرى. أظهرت مقارنة الأعمار والأحجام الخطية لبقايا المستعرات الأعظم الأخرى قدرة تلسكوب شاندرا على قياس معدل تمددها الشعاعي على نطاق مجهري تقريبًا: على سبيل المثال، على مدى 22 عامًا، تم تحديد حجم بقايا المستعر الأعظم SN 1987A في لقد تغيرت سحابة ماجلانيك الكبيرة 6 بمقدار 4 ثواني قوسية فقط.
سديم "يغذيه" النجم النابض
يلاحظ العديد من علماء الفلك أن إحدى المزايا الأكثر إثارة للإعجاب لتلسكوب شاندرا هي قدرته على استكشاف البنية الدقيقة لما يسمى بالسديم (Pulsar Wind Nebulae - PWN) - السدم "التي تغذيها" مادة النجم النابض، وهي خاصية وهو حجم صغير جدًا - في حدود بضع ثوانٍ قوسية. كانت شاندرا ناجحة بشكل خاص في دراسة مثل هذا الجسم في كوكبة الشراع - النجم النابض للشراع. في الوقت الحالي، هو الحشد الأكثر بحثًا.
تُظهر صورة شاندرا لسديم مدمج حول نجم نابض في كوكبة فيلاس، هيكلًا مثيرًا للاهتمام يتكون من موجتين صادمتين مقوستين. وقد تشكلت عندما اصطدمت سحابة من الغاز المحيطة بالنجم النابض بالمادة الموجودة في السديم أثناء تحركها عبره. تظهر النفاثات المنبعثة من النجم النابض على شكل خطوط مستقيمة لامعة متعامدة مع الأقواس. يتزامن اتجاهها عمليا مع اتجاه حركة الجسم فائق الكثافة. ويعتقد أنها تنشأ بسبب دورانها، وكذلك تفاعل المادة مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية القوية في محيطها.
 |
| التغييرات في شكل وسطوع الطائرات. |
| التلسكوبات الفضائية |
كشف التصوير المتكرر لنجم فيلا النابض بواسطة مرصد شاندرا للأشعة السينية عن تغيرات ملحوظة في شكل وسطوع النفاثات خلال فترات زمنية قصيرة نسبيًا. فيما يلي أربع من الصور الـ 13 التي التقطها على مدار عامين ونصف. ويصل طول النفاثات إلى نصف سنة ضوئية (نحو 5 تريليون كيلومتر)، ويظل عرضها ثابتا تقريبا طوال الوقت ولا يتجاوز 200 مليار كيلومتر، وهو ما يمكن تفسيره بوجود مجال مغناطيسي "قابض" فيها. تبلغ سرعة المادة التي يقذفها النجم النابض نصف سرعة الضوء تقريبًا. مثل هذه التدفقات النسبية للجسيمات المشحونة ينبغي أن تؤدي إلى عدم الاستقرار، وهو ما تمت ملاحظته بالفعل في التجارب التي أجريت على مسرعات خاصة. الآن تم تسجيلهم على مثال كائن فيزيائي فلكي حقيقي. ينشأ إشعاع الأشعة السينية في هذه الحالة من تفاعل الإلكترونات فائقة السرعة والبوزيترونات مع خطوط المجال المغناطيسي.
ويتوقع العلماء العثور على عدم استقرار مماثل في النفاثات المنبعثة من الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات، ولكن نطاقها الزمني يجب أن يكون أكبر بكثير (في حدود مئات وآلاف السنين).
سديم السرطان (Ml) هو بقايا أحد ألمع انفجارات المستعر الأعظم في تاريخ البشرية، والذي لوحظ في عام 1054. وترد المعلومات حوله في السجلات اليابانية والصينية وكذلك بعض السجلات العربية.
|
1. النجوم الشابة الشبيهة بالشمس.أظهرت الملاحظات طويلة المدى للمجموعات النجمية في سديم الجبار (M42) أن النجوم الشابة ذات الكتلة الشمسية والتي يتراوح عمرها من 1 إلى 10 ملايين سنة تظهر نشاطًا واسع النطاق للتوهج، ولا سيما في نطاق الأشعة السينية، في حين أن تردد من التوهجات وطاقتها تكاد تكون أكبر من العمليات المماثلة التي لوحظت في شمسنا، والتي يقترب عمرها من 4.6 مليار سنة. وهذا يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تكوين الكواكب والمناطق الصالحة للسكن حول هذه النجوم. 2. المستعرات الأعظم وبقايا المستعرات الأعظم.أتاحت الصور وأطياف المستعرات الأعظم التي حصل عليها تلسكوب شاندرا دراسة ديناميكيات موجات الصدمة الناتجة عن الانفجارات نجوم ضخمةوكذلك آليات تسارع الإلكترونات والبروتونات إلى سرعات قريبة من الضوء، لتحديد كمية وتوزيع العناصر الثقيلة المتكونة أثناء التوهجات، ودراسة آليات التوهجات نفسها. 3. حلقات حول النجوم النابضة والنفاثات.تُظهر صور شاندرا لسديم السرطان وبقايا المستعرات الأعظم حلقات ونفاثات جميلة بشكل مذهل - وهي عبارة عن رشقات نارية من الجسيمات عالية الطاقة المنبعثة من الدوران السريع النجوم النيوترونية. يشير هذا إلى أنها يمكن أن تكون بمثابة مولدات قوية لهذه الجسيمات. 4. الثقوب السوداء ذات الكتل النجمية.كان اكتشاف ثقبين أسودين (BHs)، تتجاوز كتلتهما 15 كتلة شمسية، بمثابة نقطة انطلاق لمراجعة الأفكار حول الآليات المحتملة لتطورهما. 5. القوس أ* - ثقب أسود في وسط مجرة درب التبانة.قام تلسكوب شاندرا بقياس إنتاج الطاقة ومعدل الانخفاض في كمية المادة في المصدر الراديوي القوس أ * - وهو ثقب أسود هائل يقع في وسط مجرتنا (في اتجاه كوكبة القوس). وسمحت هذه البيانات لعلماء الفلك بالتوصل إلى أن المستوى المنخفض الحالي لنشاطه ليس نتيجة مباشرة لنقص احتياطيات "الوقود" في محيطه. 6. الثقوب السوداء المزدوجة.في إحدى المجرات، اكتشف شاندرا ثقبين أسودين هائلين، ومن المتوقع أن يندمجا قريبًا وفقًا للحسابات. ومن الممكن أن تنمو BHs في مراكز المجرات بهذه الطريقة. 7. الثقوب السوداء تقذف المادة.توفر صور تشاندرا لعناقيد المجرات للمراقبين أدلة مثيرة على النشاط الانفجاري المتكرر طويل المدى المرتبط بالثقوب السوداء الدوارة فائقة الكتلة. وينتج عن هذا النشاط تحويل عالي الكفاءة لطاقة الجاذبية للمادة التي تسقط على الثقب الأسود إلى تيارات من الجسيمات عالية الطاقة. وهكذا، تصبح الثقوب السوداء من "الممتصات" مصادر قوية للطاقة، والتي تلعب من خلالها دورًا رئيسيًا في تطور المجرات الضخمة. 8. "إحصاء" الثقوب السوداء.عند معالجة نتائج الملاحظات في إطار برنامج شاندرا ديب فيلد، تم اكتشاف مئات من الثقوب السوداء الهائلة، والتي تنبعث منها أقراص تراكمية في محيطها أثناء الدوران. إن وجود هذه المصادر يمكن أن يفسر تقريبًا كل "تألق" الأشعة السينية المنتشرة في السماء، والذي تم اكتشافه منذ أكثر من 40 عامًا ولم يحصل إلا اليوم على تفسير مناسب. ويعطي "إحصاء" الثقوب السوداء فائقة الكتلة فكرة عن زمن تكوين هذه الأجسام وتطورها. يتحدث الخبراء أيضًا عن احتمال اكتشاف ما يسمى بـ "الثقوب السوداء متوسطة الكتلة" - وهي في الواقع فئة جديدة من الأجسام من هذه الفئة. 9. المادة المظلمة.أصبحت نتائج عمليات رصد العنقود الرصاصي وعدد من العناقيد المجرية الأخرى، التي أجراها تلسكوب شاندرا بالاشتراك مع عدة تلسكوبات بصرية، دليلا لا جدال فيه على أن معظم المادة الموجودة في الكون موجودة على شكل مادة مظلمة. ويتجلى وجودها من خلال تأثير الجاذبية على المادة "العادية" - الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات التي تشكل الذرات "العادية". إلا أن الكشف المباشر عن هذا المكون من الكون غير ممكن (على الأقل في عصرنا هذا). أكدت الدراسات المسحية للعديد من مجموعات المجرات أن الكون يحتوي على مادة مظلمة أكثر بخمس مرات من المادة "العادية". 10. الطاقة المظلمة.أظهرت البيانات الرصدية التي حصل عليها تلسكوب شاندرا حول معدل نمو مجموعات المجرات أن توسع الكون يتسارع - ويرجع ذلك أساسًا إلى هيمنة مادة تسمى "الطاقة المظلمة" في الفضاء. هذا التأكيد المستقل للاكتشاف الذي تم من خلال تحليل الملاحظات البصرية للمستعرات الأعظمية البعيدة يستبعد أي بدائل للنسبية العامة ويشدد القيود على طبيعة الطاقة المظلمة. تشمل الإنجازات العلمية الأخرى التي حققها تلسكوب الأشعة السينية الأكثر نجاحًا دراسات طيفية تفصيلية لنشاط الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز المجرات (بما في ذلك اكتشاف BHs فائقة الكتلة النشطة بضعف ما تم تقديره سابقًا)، وبيانات جديدة حول تكوين مجموعات المجرات. وتطورها، بالإضافة إلى إنشاء كتالوج عام لمصادر شاندرا (CSC)، يحتوي على أكثر من 250 ألف مصدر للأشعة السينية لكل 1٪ من إجمالي مساحة السماء واستخدام بيانات من 10 آلاف ملاحظة فردية للعديد من المصادر من مختلف الأنواع. (النجوم الموجودة في المنطقة المجاورة مباشرة لمركز درب التبانة، وثنائيات الأشعة السينية المجرية وخارج المجرية، ونوى المجرات النشطة، وما إلى ذلك). |
| أعلى 10 إنجازات شاندرا العلمية |
بعد أكثر من 900 عام من اندلاع مستعر أعظم ساطع في كوكبة برج الثور، يظهر في مكانه سديم غازي متوسع، يوجد في وسطه نجم نيوتروني فائق الكثافة - نجم نابض. يستمر في إشعاع الطاقة وإصدار تيارات من الجزيئات عالية الطاقة. على الرغم من أنه لا يمكن رؤيته إلا في التلسكوبات الكبيرة، إلا أن إجمالي إطلاق الطاقة لهذا الكائن يزيد بمقدار 100 ألف مرة عن قوة إشعاع الشمس.
تفقد الإلكترونات عالية الطاقة التي تنبعث منها الأشعة السينية طاقتها بشكل أسرع وليس لديها وقت "للطيران بعيدًا" بعيدًا عن مركز السديم، من حيث يتم قذفها، وبالتالي فإن الحجم الظاهري للمنطقة المنبعثة في نطاق الطول الموجي الأطول أكبر بكثير أكبر من الجنب الذي صوره تلسكوب شاندرا.
تتم مراقبة سديم السرطان بواسطة الأجهزة الأرضية والفضائية بشكل شبه مستمر، باستثناء الفترات الزمنية التي لا تكون فيها الشمس بعيدة عنه في السماء. يمكن تسمية هذا الكائن دون مبالغة بأحد "المعالم" السماوية الأكثر دراسة.
تلسكوب الأشعة السينية(eng. X-ray telescope، XRT) - تلسكوب مصمم لمراقبة الأجسام البعيدة في طيف الأشعة السينية. ولتشغيل مثل هذه التلسكوبات، عادة ما يكون من الضروري رفعها فوق الغلاف الجوي للأرض، وهو معتم للأشعة السينية. ولذلك، يتم وضع التلسكوبات على الصواريخ على ارتفاعات عالية أو على الأقمار الصناعية الأرضية.
التصميم البصري
نظرًا لطاقتها العالية، فإن كمات الأشعة السينية لا تنكسر عمليًا في المادة (وبالتالي، يصعب صنع العدسات) ولا تنعكس في أي زاوية سقوط، باستثناء الزوايا الأكثر لطفًا (88-89 درجة إلى الوضع الطبيعي). ).
يمكن لتلسكوبات الأشعة السينية استخدام عدة طرق لتركيز الحزم. الأكثر استخدامًا هي تلسكوبات فولتير (مع مرايا حدوث الرعي)، وترميز الفتحة، وموازاء التعديل (المتأرجح). تؤدي القدرات المحدودة لبصريات الأشعة السينية إلى مجال رؤية أضيق مقارنة بالتلسكوبات العاملة في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي.
مرايا
يتطلب استخدام مرايا الأشعة السينية لعلم الفلك خارج المجموعة الشمسية في الوقت نفسه ما يلي:
- القدرة على تحديد الاتجاه الأولي لفوتون الأشعة السينية في إحداثيتين و
- كفاءة الكشف كافية.
يمكن أن تكون المرايا مصنوعة من رقائق السيراميك أو المعدن. مرايا الأشعة السينية الأكثر استخدامًا في حالات الرعي هي الذهب والإيريديوم. تعتمد زاوية الانعكاس الحرجة بشدة على طاقة الفوتون. بالنسبة للذهب وطاقة 1 كيلو إلكترون فولت، فإن الزاوية الحرجة هي 3.72 درجة.
ترميز الفتحة
تستخدم العديد من تلسكوبات الأشعة السينية تشفير الفتحة للحصول على الصور. في هذه التقنية، يتم تثبيت قناع على شكل شبكة من العناصر الشفافة والمعتمة بالتناوب بطريقة خاصة (على سبيل المثال، قناع مربع على شكل مصفوفة هادامارد) أمام كاشف المصفوفة. يعد عنصر التركيز والتصوير هذا أخف من بصريات الأشعة السينية الأخرى (ولهذا السبب يتم استخدامه غالبًا في الأقمار الصناعية)، ولكنه يتطلب المزيد من المعالجة اللاحقة للحصول على الصورة.
التلسكوبات
اكسوسات
يحمل Exosat اثنين من تلسكوبات الأشعة السينية منخفضة الطاقة من نوع Wolter I مع إمكانية التصوير. في المستوى البؤري يمكن تركيبها
التلسكوبات ذات نطاق الأشعة السينية الصلبة
انظر أوسو 7 أوسو 7)صعد على متنها المرصد الشمسي المداري السابع(OSO 7) يضم تلسكوبًا للأشعة السينية طويل المدى. الخصائص: نطاق الطاقة 7 - 550 كيلو فولت، مجال الرؤية 6.5 درجة منطقة فعالة ~ 64 سم²
تلسكوب فيلين
يتكون تلسكوب FILIN المثبت في محطة Salyut-4 من ثلاثة عدادات غازية متناسبة بمساحة عمل إجمالية تبلغ 450 سم²، نطاق طاقة 2-10 كيلو فولت، وواحد بمساحة عمل 37 سم²، نطاق طاقة 0.2- 2 كيلو فولت. تم تحديد مجال الرؤية بواسطة ميزاء شق بنصف عرض 3 × 10 درجة. وتضمنت الأدوات خلايا ضوئية مثبتة خارج المحطة بالإضافة إلى أجهزة استشعار. توجد وحدات القياس والطاقة داخل المحطة.
تم إجراء معايرة أجهزة الاستشعار بواسطة مصادر أرضية بالتوازي مع عمليات الطيران في ثلاثة أوضاع: الاتجاه بالقصور الذاتي والتوجيه المداري والمسح. تم جمع البيانات في أربعة نطاقات الطاقة: 2-3.1 كيلو فولت، 3.1-5.9 كيلو فولت، 5.9-9.6 كيلو فولت و2-9.6 كيلو فولت على أجهزة الكشف الكبيرة. يحتوي المستشعر الصغير على محددات مضبوطة على مستويات 0.2، 0.55، 0.95 كيلو إلكترون فولت.
تلسكوب سيجما
يغطي تلسكوب SIGMA للأشعة السينية الصلبة وأشعة جاما منخفضة الطاقة نطاق 35-1300 كيلو فولت بمساحة فعالة تبلغ 800 سم² ومجال رؤية أقصى حساسية يصل إلى ~5° × 5°. الحد الأقصى للدقة الزاوية 15 دقيقة من دقة الطاقة القوسية - 8% عند 511 كيلو فولت. من خلال مجموعة من الفتحات المشفرة وأجهزة الاستشعار الحساسة للموضع بناءً على مبادئ كاميرا Anger، فإن التلسكوب قادر على التصوير.
تلسكوب الأشعة السينية ART-P
تركيز تلسكوب الأشعة السينية
تم إطلاق تلسكوب الأشعة السينية عريض النطاق (BBXRT) إلى المدار بواسطة مكوك كولومبيا (STS-35) كجزء من الحمولة النافعة ASTRO-1. كان BBXRT هو أول تلسكوب مركّز يعمل على نطاق طاقة واسع يتراوح من 0.3 إلى 12 كيلو فولت بمتوسط دقة طاقة تبلغ 90 فولت عند 1 كيلو فولت و150 فولت عند 6 كيلو فولت. اثنان من التلسكوبات ذات الاتجاه المشترك مع مطياف الحالة الصلبة Si(Li) المجزأ لكل منهما (كاشف A وB) يتكون من خمسة بكسلات. يبلغ قطر مجال الرؤية الإجمالي 17.4 بوصة، ويبلغ قطر مجال رؤية البكسل المركزي 4 بوصات. المساحة الإجمالية: 765 سم² عند 1.5 كيلو فولت، 300 سم² عند 7 كيلو فولت.
هياو-2
أول مرصد مداري في العالم مزود بمرايا رعي بالأشعة السينية. بدأت في عام 1978. تبلغ المساحة الفعالة حوالي 400 سم مربع بطاقة 0.25 كيلو إلكترون فولت وحوالي 30 سم مربع بطاقة 4 كيلو إلكترون فولت.
شاندرا
XMM نيوتن
سبيكتر-RG
XRT على مركبة سويفت الفضائية (مهمة MIDEX)
يتكون أنبوب التلسكوب الذي يبلغ قطره 508 ملم من قسمين من ألياف الجرافيت والأثيرات السماوية. وتم تصميم الطبقة الخارجية من ألياف الجرافيت لتقليل معامل التمدد الحراري الطولي، بينما تم تبطين الأنبوب المركب الداخلي من الداخل بحاجز بخار من رقائق الألومنيوم لمنع دخول بخار الماء أو ملوثات الإيبوكسي إلى التلسكوب. يحتوي XRT على جزء أمامي محاط بالمرايا ويحمل مجموعة البراغي ووحدة الملاحة الفضائية، وجزء خلفي يحمل كاميرا المستوى البؤري ودرع بصري داخلي.
تحتوي وحدة المرآة على 12 مرآة متداخلة من نوع Wolter I مثبتة على القطع المتقاطعة الأمامية والخلفية. المرايا المسخنة بشكل سلبي - أغطية نيكل مذهبة بطول 600 ملم وقطر من 191 إلى 300 ملم.
يحتوي جهاز تصوير الأشعة السينية على مساحة فعالة تبلغ 120 سم 2 عند 1.15 كيلو فولت، ومجال رؤية يبلغ 23.6 × 23.6 دقيقة قوسية ودقة زاويّة (θ) تبلغ 18 ثانية قوسية بقطر نصف قدرة (HPD). حساسية الكاشف - 2⋅10 −14 erg cm −2 s −1 10 4 ثواني. تبلغ وظيفة انتشار النقطة (PSF) للمرآة 15 ثانية قوسية HPD عند التركيز (1.5 كيلو فولت). تكون المرآة خارج نطاق التركيز قليلاً للحصول على PSF أكثر اتساقًا عبر مجال الرؤية بأكمله، مما يؤدي إلى أداة PSF تبلغ 18 ثانية قوسية.
تلسكوب الأشعة السينية ذو معدل حدوث طبيعي
تاريخ تلسكوبات الأشعة السينية
تم استخدام أول تلسكوب للأشعة السينية لمراقبة الشمس. تم الحصول على أول صورة للشمس في طيف الأشعة السينية في عام 1963، باستخدام تلسكوب مثبت على صاروخ.
أنظر أيضا
ملحوظات
- تلسكوبات الأشعة السينية(إنجليزي) . ناسا (2013). تم الاسترجاع في 10 أغسطس 2018.
- هوف هـ. Exosat - مرصد الأشعة السينية خارج المجموعة الشمسية الجديد (neopr.) // J Brit Interplan Soc (Space Chronicle) .. - 1983. - أغسطس (المجلد 36 ، العدد 8). - ص 363-367.