يعمل التلسكوب كأداة لرصد الكيانات البعيدة من خلال انبعاثها أو امتصاصها أو انعكاس الإشعاع الكهرومغناطيسي. في البداية، أشار هذا المصطلح تحديدًا إلى الأدوات البصرية التي تستخدم العدسات أو المرايا المنحنية أو مزيجًا منها لرؤية الأشياء البعيدة. في الوقت الحاضر، يشمل تعريف "التلسكوب" مجموعة متنوعة من الأجهزة المصممة لاكتشاف شرائح مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي، إلى جانب أنواع الكاشفات الأخرى في بعض التطبيقات.
التلسكوب هو جهاز يستخدم لرصد الأجسام البعيدة عن طريق انبعاثها أو امتصاصها أو انعكاس الإشعاع الكهرومغناطيسي. في الأصل، كان جهازًا بصريًا يستخدم العدسات أو المرايا المنحنية أو مزيجًا من الاثنين معًا لمراقبة الأجسام البعيدة - التلسكوب البصري. في الوقت الحاضر، يتم تعريف كلمة "تلسكوب" على أنها مجموعة واسعة من الأدوات القادرة على اكتشاف مناطق مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي، وفي بعض الحالات أنواع أخرى من أجهزة الكشف.
كانت أقدم التلسكوبات العملية الموثقة هي أدوات انكسار الضوء، باستخدام العدسات الزجاجية، التي تم تطويرها في هولندا خلال أوائل القرن السابع عشر. وجدت هذه الأجهزة فائدة في كل من عمليات الرصد الأرضية والدراسات الفلكية.
ظهرت التلسكوبات العاكسة، التي تستخدم المرايا لجمع الضوء وتركيزه، خلال عقود بعد اختراع التلسكوب الكاسر الأولي.
شهد القرن العشرين تطور العديد من تصميمات التلسكوبات الجديدة، ولا سيما بما في ذلك التلسكوبات الراديوية في الثلاثينيات وتلسكوبات الأشعة تحت الحمراء في الستينيات.
أصل الكلمة
تم تقديم مصطلح التلسكوب في عام 1611 من قبل عالم الرياضيات اليوناني جيوفاني ديميسياني، وتحديدًا لإحدى أدوات غاليليو جاليلي التي تم عرضها في مأدبة استضافتها أكاديمية دي لينساي. في السابق، استخدم جاليليو في عمله Starry Messenger التسمية اللاتينية perspicillum. الأساس الاشتقاقي للكلمة مشتق من الكلمة اليونانية القديمة τῆنصب، tele، والتي تعني "بعيد"، وσκοπεῖν، skopein، والتي تعني "أن تنظر أو ترى"، وبلغت ذروتها في τηлεσκόπος، teleskopos، والتي تُترجم إلى 'بعيدة النظر.'
التاريخ
يعود أقدم سجل موثق للتلسكوب إلى عام 1608 عندما قدم طلب براءة اختراع إلى الحكومة الهولندية من قبل هانز ليبرهي، وهو صانع نظارات من ميدلبورغ، لتلسكوب منكسر. على الرغم من أن المخترع الحقيقي لا يزال مجهولاً، إلا أن المعرفة بهذا الاختراع انتشرت بسرعة في جميع أنحاء أوروبا. عندما علم جاليليو بذلك، أنشأ نسخته الخاصة في عام 1609، وقام بعد ذلك بإجراء ملاحظاته التلسكوبية الشهيرة للأجرام السماوية.
تم استكشاف مفهوم استخدام المرآة بدلاً من العدسة كهدف، أو عنصر تجميع الضوء، بعد وقت قصير من اختراع التلسكوب الكاسر. الفوائد المتوقعة من المرايا المكافئة، بما في ذلك تخفيف الانحراف الكروي والقضاء على الانحراف اللوني، حفزت العديد من مقترحات التصميم والمساعي المتعددة لبناء التلسكوبات العاكسة. في عام 1668، نجح إسحاق نيوتن في بناء التلسكوب العاكس العملي الافتتاحي، وهو تصميم يُعرف الآن باسم العاكس النيوتوني. اخترع جون دوبسون لاحقًا التلسكوب الدوبسوني في عام 1956.
أدى تطوير العدسة اللالونية في عام 1733 إلى تصحيح الانحرافات اللونية المتأصلة في العدسات البسيطة جزئيًا، وبالتالي تسهيل إنشاء تلسكوبات انكسارية أكثر إحكاما وفعالية. في حين أن التلسكوبات العاكسة لم تعاني من مشاكل اللون التي لوحظت في المنكسرات، إلا أن أدائها كان مقيدًا في البداية بسبب التشويه السريع للمرايا المعدنية المنظارية المستخدمة طوال القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر. تم التغلب على هذا القيد من خلال ظهور المرايا الزجاجية المطلية بالفضة في عام 1857 والمرايا المطلية بالألمنيوم في عام 1932. ويبلغ قيد الحجم الفعلي العملي للتلسكوبات الكاسرة حوالي متر واحد (39 بوصة)، مما أدى إلى بناء الغالبية العظمى من تلسكوبات الأبحاث البصرية الكبيرة منذ أوائل القرن العشرين باعتبارها عاكسات. تتميز التلسكوبات العاكسة المعاصرة بأهداف يتجاوز قطرها 10 أمتار (33 قدمًا)، مع العديد من التصميمات لأجهزة يتراوح طولها بين 30 و40 مترًا قيد التطوير حاليًا.
شهد القرن العشرين أيضًا ظهور التلسكوبات القادرة على العمل عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية، بدءًا من موجات الراديو إلى أشعة جاما. بدأ تشغيل التلسكوب الراديوي المخصص لأول مرة في عام 1937. وفي وقت لاحق، تم تصميم مجموعة متنوعة من الأجهزة الفلكية المتطورة.
التلسكوبات الفضائية
نظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض معتم إلى حد كبير عبر معظم الطيف الكهرومغناطيسي، فإن نطاقات محددة فقط، مثل الضوء المرئي، والأشعة تحت الحمراء القريبة، وجزء من طيف الموجات الراديوية، يمكن رصدها من سطح الكوكب. وبالتالي، لا توجد تلسكوبات أرضية تعمل بالأشعة السينية أو الأشعة تحت الحمراء البعيدة، لأن عمليات الرصد في هذه النطاقات تستلزم النشر المداري. علاوة على ذلك، حتى بالنسبة للأطوال الموجية التي يمكن ملاحظتها من الأرض، فإن وضع تلسكوب على قمر صناعي يمكن أن يوفر مزايا من خلال تخفيف التحديات مثل الغطاء السحابي، وتأثيرات رؤية الغلاف الجوي، والتلوث الضوئي.
ومع ذلك، فإن نشر تلسكوب فضائي يمثل العديد من العيوب، بما في ذلك التكلفة الكبيرة، والقيود المتأصلة في الحجم، والتحديات المتعلقة بالصيانة وقابلية الترقية.
تشغل وكالة ناسا العديد من التلسكوبات الفضائية البارزة، بما في ذلك تلسكوب هابل الفضائي، الذي يراقب الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة من الأطوال الموجية؛ تلسكوب سبيتزر الفضائي، المصمم للكشف عن الأشعة تحت الحمراء؛ وتلسكوب كيبلر الفضائي، الذي يُنسب إليه الفضل في اكتشاف آلاف الكواكب الخارجية. أحدث إطلاق، وهو تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تم في 25 ديسمبر 2021، من كورو، غيانا الفرنسية، والمتخصص في اكتشاف الأشعة تحت الحمراء.
التصنيف حسب الطيف الكهرومغناطيسي
يشمل مصطلح "التلسكوب" مجموعة متنوعة من الأدوات. في حين أن الغالبية مصممة للكشف عن الإشعاع الكهرومغناطيسي، توجد اختلافات كبيرة في المنهجيات التي يستخدمها علماء الفلك لجمع الإشعاع الكهرومغناطيسي عبر نطاقات تردد مختلفة.
مع زيادة الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية، يصبح تطبيق تكنولوجيا الهوائي للتفاعل مع الإشعاع أكثر جدوى، على الرغم من أن الهوائيات المصغرة قابلة للبناء أيضًا. يمكن جمع الأشعة تحت الحمراء القريبة باستخدام طرق مشابهة لتلك المستخدمة في الضوء المرئي. على العكس من ذلك، في مجالات الأشعة تحت الحمراء البعيدة وتحت المليمترية، غالبًا ما تعمل التلسكوبات بشكل مشابه للتلسكوبات الراديوية. على سبيل المثال، يستخدم تلسكوب جيمس كليرك ماكسويل، الذي يرصد أطوال موجية تتراوح من 3 ميكرومتر (0.003 ملم) إلى 2000 ميكرومتر (2 ملم)، هوائيًا من الألومنيوم مكافئًا. في المقابل، فإن تلسكوب سبيتزر الفضائي، الذي يعمل ضمن النطاق التقريبي من 3 ميكرومتر (0.003 ملم) إلى 180 ميكرومتر (0.18 ملم)، يستخدم نظامًا بصريًا عاكسًا قائمًا على المرآة. وبالمثل، يستخدم تلسكوب هابل الفضائي، المجهز بكاميرا واسعة المجال 3، أيضًا بصريات عاكسة لمراقبة الترددات من حوالي 0.2 ميكرومتر (0.0002 مم) إلى 1.7 ميكرومتر (0.0017 مم)، والتي تمتد من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء.
بالنسبة للفوتونات التي تتميز بأطوال موجية أقصر وترددات أعلى، يتم استخدام البصريات الخاطفة بدلاً من البصريات العاكسة بالكامل. تشتمل أدوات مثل TRACE وSOHO على مرايا متخصصة لتعكس الأشعة فوق البنفسجية الشديدة، وبالتالي تحقيق دقة وإضاءة فائقين في صورها. علاوة على ذلك، لا يؤدي حجم الفتحة المتزايد إلى تسهيل جمع المزيد من الضوء فحسب، بل يعزز أيضًا الدقة الزاوية.
يمكن تصنيف التلسكوبات حسب موقعها التشغيلي، بما في ذلك المنصات الأرضية أو الفضائية أو المحمولة جواً. هناك تصنيف إضافي يميز بين الأدوات التي يديرها علماء الفلك المحترفون وتلك التي يديرها علماء الفلك الهواة. يتم تصنيف المنشأة، سواء كانت متنقلة أو ثابتة، التي تضم واحدًا أو أكثر من التلسكوبات أو الأدوات العلمية الأخرى، كمرصد.
التلسكوبات الراديوية والتلسكوبات دون المليمترية
تعمل التلسكوبات الراديوية كهوائيات راديوية اتجاهية، وعادةً ما تستخدم طبقًا مكافئًا كبيرًا لجمع موجات الراديو. يتم تصنيع هذه الأطباق أحيانًا من شبكة سلكية موصلة، مع فتحات مصممة لتكون أصغر من الطول الموجي قيد المراقبة.
على النقيض من التلسكوبات البصرية، التي تولد صورًا مكبرة للمناطق السماوية، تشتمل أطباق التلسكوبات الراديوية التقليدية عادةً على جهاز استقبال واحد يسجل إشارة متغيرة بمرور الوقت تمثل المنطقة المرصودة؛ يمكن أخذ عينات من هذه الإشارة عبر ترددات متعددة. ومع ذلك، فإن بعض تصميمات التلسكوبات الراديوية المعاصرة تتميز بطبق واحد مجهز بمجموعة من أجهزة الاستقبال المتعددة، وهو تكوين يشار إليه بمصفوفة المستوى البؤري.
يمكن إنشاء صور عالية الدقة من خلال جمع الإشارات من أطباق متعددة وربطها في الوقت نفسه. تُسمى هذه التكوينات متعددة الأطباق مقاييس التداخل الفلكية، وتُعرف المنهجية باسم تركيب الفتحة. الفتحات "الافتراضية" التي أنشأتها هذه المصفوفات تقارب الفصل المادي بين التلسكوبات الفردية. اعتبارًا من عام 2005، تجاوز أكبر حجم مصفوفة مسجلة قطر الأرض بشكل كبير، وقد تم تحقيقه من خلال التلسكوبات الفضائية ذات خط الأساس الطويل جدًا (VLBI)، والتي يمثلها القمر الصناعي الياباني HALCA (المختبر المتقدم للغاية للاتصالات وعلم الفلك) VSOP (برنامج مرصد الفضاء VLBI).
ويجري حاليًا توسيع تركيب الفتحة ليشمل التلسكوبات البصرية، وذلك باستخدام مقاييس التداخل الضوئية (وهي عبارة عن صفائف من العدسات البصرية) التلسكوبات) وقياس التداخل لإخفاء الفتحة على التلسكوبات العاكسة الفردية.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام التلسكوبات الراديوية لجمع إشعاع الموجات الدقيقة، مما يوفر فائدة اختراق الغلاف الجوي للأرض وكذلك الغاز بين النجوم وسحب الغبار.
يتم استخدام بعض التلسكوبات الراديوية، بما في ذلك مصفوفة تلسكوب ألين، من خلال مبادرات مثل SETI ومرصد أريسيبو في البحث عن حياة خارج كوكب الأرض.
تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء
تلسكوبات الضوء المرئي
تقوم التلسكوبات الضوئية في المقام الأول بجمع الضوء وتركيزه داخل المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي. تعمل هذه الأدوات على تحسين الحجم الزاوي الظاهري والسطوع المتصور للأجرام السماوية البعيدة. لتسهيل المراقبة والتصوير الفوتوغرافي والتحليل العلمي والنقل الرقمي، تستخدم التلسكوبات واحدًا أو أكثر من المكونات البصرية المنحنية، والتي يتم تصنيعها عادةً من عدسات زجاجية أو مرايا، لتجميع الضوء الساقط والإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر في نقطة بؤرية محددة. بالإضافة إلى التطبيقات الفلكية، يتم دمج التلسكوبات البصرية في العديد من الأجهزة غير الفلكية، مثل المزواة (بما في ذلك العبور)، ومناظير الاكتشاف، والمنظار الأحادي، والمنظار الثنائي، عدسات الكاميرا، ونظارات المنظار. تشمل تصنيفاتها البصرية الأساسية ما يلي:
- تستخدم التلسكوبات الكاسرة العدسات لتكوين الصورة.
- تستخدم التلسكوبات العاكسة تكوينًا من المرايا لإنشاء صورة.
- تدمج التلسكوبات الانكسارية الضوئية كلاً من المرايا والعدسات لإنشاء الصور.
يمثل جهاز تصوير فريسنل تصميمًا مفاهيميًا لتلسكوب فضائي خفيف الوزن للغاية يستخدم عدسة فريسنل لتركيز الضوء.
بالإضافة إلى هذه الفئات البصرية الأساسية، توجد العديد من الأنواع الفرعية المتخصصة، والتي تتميز بوظائفها المحددة، مثل الخرائط الفلكية، والباحثين عن المذنبات، والتلسكوبات الشمسية.
الإشعاع فوق البنفسجي
نظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض يمتص معظم الأشعة فوق البنفسجية، فإن عمليات الرصد عند هذه الأطوال الموجية تتطلب نشرها في الغلاف الجوي العلوي أو في الفضاء.
إشعاع الأشعة السينية
يمثل جمع الأشعة السينية وتركيزها تحديات أكبر بكثير مقارنة بالإشعاع الكهرومغناطيسي ذي الأطوال الموجية الأطول. تتضمن تلسكوبات الأشعة السينية في كثير من الأحيان بصريات الأشعة السينية المتخصصة، والتي تتمثل في تلسكوبات فولتر، والتي تتكون من مرايا "واقية خاطفة" على شكل حلقة مصنوعة من معادن ثقيلة، قادرة على عكس الأشعة السينية بزوايا ضحلة جدًا. تشتمل هذه المرايا عادةً على أقسام من القطع المكافئة المدورة والقطع الزائدة أو القطع الناقص. في عام 1952، اقترح هانز وولتر ثلاثة تشكيلات متميزة لبناء التلسكوبات حصريًا بهذا النوع من المرآة. تشمل المراصد الفضائية البارزة التي تستخدم تصميم التلسكوب هذا مرصد أينشتاين، وروسات، ومرصد شاندرا للأشعة السينية. يستخدم تلسكوب NuSTAR X-ray، الذي تم إطلاقه في عام 2012، بصريات تلسكوب Wolter المتمركزة في أقصى سارية ممتدة قابلة للنشر، مما يسهل اكتشاف الفوتونات ذات طاقات تصل إلى 79 كيلو فولت.
إشعاع أشعة جاما
عادةً ما تتخلى التلسكوبات المصممة للأشعة السينية وأشعة جاما ذات الطاقة العالية عن التركيز التقليدي، وتستخدم بدلاً من ذلك أقنعة الفتحة المشفرة. يمكن بعد ذلك إعادة بناء أنماط الظل الناتجة عن هذه الأقنعة حسابيًا لتكوين صورة.
نظرًا لعتامة الغلاف الجوي للأرض أمام هذه الأجزاء من الطيف الكهرومغناطيسي، يتم نشر تلسكوبات الأشعة السينية وأشعة جاما بشكل شائع على بالونات عالية الارتفاع أو أقمار صناعية تدور حول الأرض. يعد تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي، الذي تم إطلاقه في يونيو 2008، بمثابة مثال بارز على مثل هذه الأداة.
يتطلب اكتشاف أشعة جاما عالية الطاقة للغاية، والتي تتميز بأطوال موجية أقصر وترددات أعلى من أشعة جاما التقليدية، أدوات متخصصة. يمكن تحقيق هذه الاكتشافات باستخدام إما تلسكوبات تصوير الغلاف الجوي شيرينكوف (IACTs) أو أجهزة كشف المياه شيرينكوف (WCDs). H.E.S.S. و VERITAS هما مثالان على IACTs، مع الجيل التالي من مصفوفة تلسكوب شيرينكوف (CTA) قيد الإنشاء حاليًا. يمثل HAWC وLHAASO كاشفات أشعة جاما التي تستخدم مبادئ كاشف Water Cherenkov.
يقترح اكتشاف عام 2012 طريقة محتملة لتركيز تلسكوبات أشعة جاما، مع ملاحظة أن معامل الانكسار يبدأ في الزيادة مرة أخرى عند طاقات الفوتون التي تتجاوز 700 كيلو إلكترون فولت.
تصنيفات التلسكوب
المراجع
المراجع
إليوت، روبرت س. (1966)، الكهرومغناطيسية، ماكجرو هيل.
- إليوت، روبرت س. (1966)، الكهرومغناطيسية، ماكجرو هيلكينغ، هنري سي. (1979). تاريخ التلسكوب. إتش. سبنسر جونز. نيويورك: منشورات دوفر. ISBN 0-486-23893-8. OCLC 6025190.باساتشوف، جاي إم (1981). علم الفلك المعاصر (الطبعة الثانية). فيلادلفيا: حانة كلية سوندرز. رقم ISBN 0-03-057861-2. OCLC 7734917. title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rft.genre=book&a mp;rft.btitle=معاصر+علم الفلك&rft.place=فيلادلفيا&rft.edition=2nd&rft.pub=Sau nders+College+Pub&rft.date=1981&rft_id=info%3Aoclcnum%2F7734917&rft.isbn=0-03-057861-2& amp;rft.aulast=Pasachoff&rft.aufirst=Jay+M.&rfr_id=info%3Asid%2Fen.
- صبرا, أ.ي.; هوجينديك، جي بي (2003). مؤسسة العلوم في الإسلام: وجهات نظر جديدة. مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ص.85–118. رقم ISBN 978-0-262-19482-2.وايد ونيكولاس ج. وستانلي فنجر. (2001). "العين كأداة بصرية: من الكاميرا الغامضة إلى منظور هيلمهولتز." الإدراك، 30(10): 1157–1177. دوى:10.1068/p3210. PMID 11721819. S2CID 8185797.واطسون، فريد. (2007). مراقب النجوم: حياة التلسكوب وأوقاته. عش الغراب، نيو ساوث ويلز، أستراليا: Allen & اربح. رقم ISBN 978-1-74176-392-8.OCLC 173996168.
- من غاليليو إلى جاما سيفي – تاريخ التلسكوب. أرشفة 8 مايو 2013 في آلة Wayback
- "التلسكوبات الأولى". جزء من معرض من الرحلة الكونية: تاريخ علم الكونيات العلمي. أرشفة 9 أبريل 2008 في آلة Wayback. من قبل المعهد الأمريكي للفيزياء
- تايلور وهارولد دينيس وديفيد جيل. (1911). "التلسكوب." في Encyclopædia Britannica، الطبعة الحادية عشرة، المجلد. 26، ص. 557–573.جراي، ميغان؛ ميريفيلد، مايكل (2009). "قطر التلسكوب". ستون رمزًا. برادي هاران لجامعة نوتنغهام.