چهارشنبه ۳۰ خرداد ۱۴۰۳ / Wednesday 19th June 2024

 

 

آهنگ گسترش گیتی، ثابت هابل
و کمی بیش از آن

 
واقعیت دارای حقیقت‌های گوناگونی است. حقایق فراوانی وجود دارند که با یکدیگر در چالشند، از یکدیگر پرهیز دارند، یکدیگر را بازمی‌تابانند، یکدیگر را نادیده می‌گیرند و یکدیگر را به سُخره می‌گیرند، گاه چنین احساس می‌کنی که حقیقتِ لحظه را در دست داری، سپس از میان انگشتانت می‌لغزد و ناپدید می‌شود. 

خانمها و آقایان محترم؛ دوستان دانشور و فرهنگ‌ورز، از راه دور و با قلبی نزدیک به شما سلام می‌کنم. در سالهای گذشته از شهسوران میدان علم گفته و نوشته‌ام. خردمندانی چون ابوعلی سینا؛ ابوحامد محمد غزالی، محمد بن زکریای رازی، غیاث الدین جمشید کاشانی، گالیله، یوهانس کپلر، نیوتن (ارسطوی دوران مدرن)، آلبرت آینشتاین، استیون هاوکینگ، ادوارد سِیگِن، ارنست بلوخ، جان رالز، لئون فوکو (فوکالت)، توماس پین، برتراند راسل، دکتر محسن هشترودی، دکتر غلامحسین مصاحب، دکتر علی جوان، پرویز شهریاری و مریم میرزاخانی و...

اکنون به ادوین هابل (۱۸۸۹ - ۱۹۵۳) می‌پردازم که دستاوردهایش تغییر عمده‌ای را در درک ما از هستی به وجود آورد و تلسکوپ هابل به نام اوست. در خلال بحث به «ثابت هابل» هم اشاره می‌کنم.

 
درآغار به شماری از کلیدواژه‌ها که در خلال بحث به آن برمی‌خوریم اشاره‌ می‌کنم. سحاب، پلاسما، فضاهای میان‌ستاره‌ای، کهکشان، سال نوری، پارسِک، سیاهچاله، تلسکوپ...
  • سحاب Nebula اشاره به توده‌‌های ابری است که خارج از منظومه‌ی شمسی قرار دارند، ابر عظیمی از غبار و گاز و پلاسما در فضاهای میان‌ستاره‌ای.
  • پلاسما؛‌ یکی از چهار حالت اصلی ماده است.
  • به موادی که در فضای بیرونی، فاصلهٔ میان سامانه‌های ستاره‌ای را پر می‌کند، فضاهای میان‌ستاره‌ای گفته می‌شود.
  • کهکشان اشاره به سامانه‌های بزرگی است که از ستاره‌ها، ستاره فشرده، ماده تاریک، غبار کیهانی و گرد و غبارهای میان ستاره‌ای تشکیل شده‌اند و با نیروهای گرانشی به گردِ هم آمده‌اند.
  • سال نوری Light-year تقریبا برابر است با ۱۰ تریلیون کیلومتر، حدود ۶۰ هزار برابر فاصلهٔ زمین تا خورشید. مسافتی که نور در خلاء در مدت یک سال طی می‌کند.
  • پارسِک Parsec از واحدهای سنجشِ مسافت در ستاره‌شناسی است.  معادلِ ۳٫۲۶ سال نوری.
  • سیاه‌چاله Blackhole ناحیه‌ای در فضا-زمان با گرانشی بسیار نیرومند است که هیچ چیز حتی ذرات و تابش‌های الکترومغناطیسی نمی‌توانند از میدان گرانش قدرتمند آن بگریزند. 
  • تِلِسکوپ Telescope (دوربین فضایی - فرابین)، وسیله‌ای برای دیدن اجرام آسمانی با استفاده از تابش الکترومغناطیس Electromgnetic radiation به‌صورت واضح و دقیق است.
چون در این بحث به تلسکوپ هابل هم اشاره می‌شود، فهرستی از تلسکوپ‌های فضایی را پایان مقاله ثبت کرده‌ام.
1.ادوین هابل نشان داد برخی از سحابی‌ها که در آسمان دیده می‌شوند، کهکشان‌هایی هستند که در فاصله‌ای بسیار دور از کهکشان ما (کهکشانِ راهِ شیری که منظومهٔ خورشیدی در آن است) قرار دارند. وی بر خلاف کسانی که پهنه‌ کیهان را محدود به دامنه‌ «راه شیری» می‌دانستند، به این نتیجه رسید که گستره‌ گیتی بسیار وسیع است.
2.اولین طبقه‌بندی از شکل کهکشان‌ها را که تا مدت‌ها توسط اخترشناسان مورد استفاده بود، هابل ارائه کرد. او همچنین برای نخستین‌بار رابطه‌ای میان سرعت و فاصلهٔ کهکشان‌ها بدست آورد. 
3.هابل معتقد بود همان‌طور که ستاره‌ها با یکدیگر فرق دارند، کهکشان‌ها نیز متفاوت هستند، اما مانند اعضای یک خانواده به هم ارتباط دارند. 
4.پیش از وی اخترشناسان دیگر هم مطالعاتی را دربارهٔ حرکت کهکشان‌ها انجام داده بودند. هابل به اهمیت یافته‌های وستو سیلفر (افت سرعت اشیاء در اثر پدیدهٔ انتقال به سرخ که در سال ۱۹۱۷ اندازه‌گیری و به موضوع سرعت نسبت داده شده بود) اشراف داشت.
5.تحقیقات هابل از مهم‌ترین کشف نجومی قرن بیستم، انبساط جهان Expansion of the universe رازگشایی کرد. او یافته‌های خود مبنی بر انبساط کیهان را در سال ۱۹۲۹ انتشار داد و تصریح کرد کهکشان‌ها با سرعت از زمین دور می‌شوند. 
6.اگر یک بادکنک خالی از باد را فرض کنیم و روی آن نقاطی را رسم نموده و سپس بادکنک را باد کنیم مشاهده می‌کنیم که هرچه حجم بادکنک بیش‌تر شود، فاصله نقاط از یکدیگر افزایش می‌یابد. این مفهومِ جهان در حال انبساط است
7.این انبساط درواقع انبساط درونی است. یعنی به فاصلهٔ نسبی بین اجزای جهان برمی‌گردد، و به معنی حرکت اجسام به سمت فضای بیرون نیست.
8.هابل طرحی را هم برای اندازه‌گیری فاصله و سرعت کهکشان‌های مختلف در نظر گرفت و حرکت کهکشان‌ها را اندازه‌گیری کرد. مطالعه روی ۴۶ کهکشان به هابل نشان داد که آنها در حال حرکت و دور شدن از زمین هستند و سرعت حرکت‌شان به‌طور مستقیم به فاصله آن کهکشان از زمین مرتبط است. وی کشف کرد که هرقدر کهکشانی از زمین دورتر باشد سرعتش بیشتر است.
9.البته کهکشان‌ها به خودی خود به این سرعت در فضا حرکت نمی‌کنند، این «فضا - زمان» است که در حال انبساط است، و کهکشان‌ها بر روی آن در حال حرکت هستند. «قانون هابل» یا بهتر بگویم قانون هابل - لومتر Hubble – lemaitre law اشاره به همین موضوع است.
10.کشف هابل تغییر عمده‌ای را در درک ما از هستی به وجود آورد. همانگونه که نیکولاس کپرنیک در شناخت منظومه شمسی و ویلیام هرشل در شناخت کهکشان راه شیری تأثیر گذاشتند، ادوین هابل بر شناخت ما از عالم تأثیر گذاشت.
11.ادامهٔ پژوهش‌های هابل منجر به گشودن دریچه‌هایی جدید به کیهان‌شناسی شد: انبساط عالم، سن عالم، مهبانگ و چیزهای دیگر. به پاس خدمات و تلاش‌های علمی او، ۳۰ سال بعد از مرگش، یکی از بزرگترین و پرکاربردترین‌ تلسکوپ‌ها را به یاد او «هابل» نامیدند.
12.تلسکوپ هابل که ۲۴ آوریل ۱۹۹۰ در مدار زمین قرار گرفت (در فاصله ۵۶۰ کیلومتری از کره زمین)، می‌تواند با دستگاه‌های ظریفش اختران را در طول موجهای گوناگونِ نور دیدگانی و تابش‌های فروسرخ و فرابنفش رصد کرده، از سیاره‌ها و سیارک‌ها و... رازگشایی کند. وزن تلسکوپ هابل دوازده تُن، قطر اصلی آینه‌اش دو متر و چهل سانتی‌متر و درازای آن بیش از ۱۳ متر است و هر ۹۵ دقیقه یکبار به دور زمین می‌چرخد.  
13. یکی از اهداف تلسکوپ مزبور محاسبه ثابت هابل بود. نسبتِ سرعتِ دور‌شدنِ یک کهکشان به فاصله‌ای که با ما دارد. ثابت هابل متناسب با عمر جهان است. با بررسی ستاره‌های تپنده توسط تلسکوپ هابل، حالا می‌دانیم که جهان ۱۳٫۸ میلیارد سال پیشینه دارد.
14. ثابت هابل به ما می‌گوید جهان (همانطور که نظریه اینشتین پیش‌بینی کرده بود)، در حال انبساط است و میزان انبساط هم مشخص و قابل اندازه‌گیری است.
15. البته برآورد اندازهٔ دقیق ثابت هابل، به خاطر در دست نبودن دقیق فاصلهٔ کهکشان‌ها از هم، تاکنون امکان‌پذیر نبوده‌است. گمانه‌زنی‌ها براساس یافته‌ها، ثابت هابل را ۵۰ تا ۸۰ کیلومتر در ثانیه در هر میلیون پارسِک می‌دانند.
16. یافتن این ثابت ابتدا از معادلات نسبیت عام توسط ژرژ لومتر (کشیش، و اخترشناس بلژیکی که در بسط نظریه مهبانگ نقش داشت) در یک مقاله در سال ۱۹۲۷ ارائه شد که در آن او پیشنهاد یافتن یک ارزش تخمینی از انبساط جهان را مطرح ساخت.
17. دو سال بعد از آن؛ هابل وجود قانون را تأیید و اندازه‌های دقیق‌تری برای آن محاسبه کرد که امروز آن را بنام ثابت هابل می‌شناسیم و حدود ۷۱.۹ کیلومتر بر مگاپارسِک در ثانیه برآورد می‌شود. (یک مگا پارسِک برابر است با یک میلیون پارسِک) تفاوت میان برآوردهای ثابت هابل توجه دانشمندان را جلب کرده‌است. 
18. همانطور که اشاره شد تلسکوپ فضایی هابل از نام ادوین هابل گرفته شد. اضافه کنم که تلسکوپ مزبور نخستین نبود ولی یکی از بزرگترین و پرکاربردترین‌ تلسکوپ‌ها به‌شمار می‌آید. حدود ۳۰ سال طول کشید تا این تلسکوپ به فضا پرتاب شد و البته با مشکلات زیادی همراه بود بویژه وقتی در مدار زمین گیر و پیچ پیدا کرد و ناچار شدند آن را تعمیر کنند.
19. اخترشناسان پیش از پرتاب تلسکوپ هابل در سال ۱۹۹۰، عمر دقیق کیهان را نمی‌دانستند. بررسی ستاره‌های تپنده توسط هابل این محدوده را کوچک کرد و حالا به دقت می‌دانیم که جهان ۱۳٫۸ میلیارد سال پیشینه دارد.
20. این رصدخانه در آشکار‌کردن انبساط جهان (انبساط شتاب گیرنده کیهان) نقشی محوری داشت. همچنین شواهد قطعی از وجود سیاهچاله‌های بزرگ در مرکز کهکشان را فاش کرد.
21. دوم دسامبر ۱۹۹۳، یک تیم هفت نفره برای تعمیر تلسکوپ هابل (به دلیل نصب نادرست آینه اصلی تلسکوپ) در طول پنج روز پیاده‌روی فضایی بسیج شدند. دو دوربین جدید، که بعداً بسیاری از مشهورترین عکس‌های هابل را گرفت، در حین تعمیر نصب شدند.
22. در همان ماه (دسامبر) ۱۹۹۳، اولین تصاویر جدید از هابل به زمین رسید. غیرممکن‌بودن تعویض و تعمیر آینه اصلی که تصاویر را ناواضح ارسال می‌کرد باعث شد دانشمندان و فضانوردان اقدام به تعویض دوربین‌ها کنند.
23. در مأموریت تعمیراتی سال ۲۰۰۲ میلادی با تعویض بخش‌هایی از تلسکوپ فضایی، کارایی آن به میزان زیادی افزایش یافت.
24. در این مأموریت پنل‌های خورشیدی تلسکوپ هابل که آسیب دیده بودند تعویض شدند. (پنل خورشیدی سامانه‌ای است که می‌تواند انرژی خورشید را دریافت نموده و آن را به الکتریسیته تبدیل کند). منبع تغذیهٔ نیروی الکتریکی که انرژی تلسکوپ را فراهم می‌کرد به کلی تعویض شد و برای این کار برق تلسکوپ مزبور برای نخستین‌بار در فضا و ارتباط آن با مرکز کنترل و فرماندهی روی زمین قطع شد. همچنین در این مأموریت، دوربین فروسرخ (مادون قرمز) که به دلیل مشکل سامانه خنک‌کننده، بلااستفاده مانده بود تعمیر و راه‌اندازی شد.
25. علاوه بر همهٔ این اصلاحات؛ مهندسان ناسا، دوربینی بسیار قوی، دوربین پیشرفته نقشه‌برداری را روی تلسکوپ هابل نصب کردند.
26. عکس‌های این دوربین، تا مدت‌ها مورد بحث مجامع علمی جهان بود. تلسکوپ هابل هم مانند بسیاری از مأموریت‌های فضایی دیگر بیشتر از آنچه که پیش‌بینی می‌شد، موفق عمل کرده‌است.
27. ابزار دقیق تلسکوپ هابل؛ دوربین‌ها، طیف‌نگارها، و حسگرهای بسیار دقیق، به‌طور هماهنگ و مجزا از هم کار می‌کنند تا عکس‌های عالی را از دورترین نقاط هستی ثبت کرده، به زمین بفرستند.
28. گره بسیاری از مشکلات ستاره‌شناسی که دانشمندان پیش ازاستقرار تلسکوپ هابل در مدار زمین، با آنها دست و پنجه نرم می‌کردند باز شد. این تلسکوپ توانست فاصله میان ستارگان را دقیق‌تر اندازه‌گیری کرده و سرعت گسترش جهان را تنها با ۱۰ درصد خطا تخمین بزند. تلسکوپ مزبور همچنین توانست سن جهان و راهی که در پیش رو دارد را اندازه‌گیری کند.
29. تصاویر با دقت بالای این تلسکوپ امکان دیدن چگونگی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها را در کهکشان‌های نزدیک به ما فراهم کرد و نیز توانست کهکشان‌هایی را که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند آشکارسازی کرده و درهای تازه‌ای از علم را برای دانشمندان بگشاید.
30. هابل نخستین تلسکوپ نوری بود که توانست از یک سیاه‌چاله تصویربرداری کند. این سیاه‌چاله جرمی برابر چندین میلیارد برابر خورشید دارد. هابل همچنین تصاویری واضح از تولد و مرگ ستارگان ارائه داد. دورترین و قدیمی‌ترین اجرام آسمانی نسبت به زمین که تاکنون نور آنها به زمین رسیده‌است نیز توسط هابل ثبت شده‌اند. تلسکوپ هابل یک ستاره را در فاصله ۱۲.۹ میلیارد سال نوری کشف کرده‌ که در نخستین ۱ میلیارد سال بعد از انفجار بزرگ به وجود آمده‌است. نامش را ایرندل Earendel «ستاره صبح» یا «نور در حال طلوع» گذاشته‌اند و آن ستاره تا حالا جایگاه دورترین جرم کیهانی را لقب خود کرده‌است‌. توجه داشته باشیم که ستاره مزبور اکنون وجود ندارد و شاید تنها از آن، ابر زیبایی به جا مانده است. درواقع هابل فقط گذشته را برای ما نشان می‌دهد.
 

 
فهرست تلسکوپ‌های فضایی
حدود ۴۰۰ سال پیش؛ گالیله با تلسکوپی که خود ساخته بود به رصد آسمان‌ها پرداخت و توانست جزئیات سطح ماه را مشاهده نموده و مورد مطالعه قرار دهد. وی دریافت که نور ماه حاصل انعکاس نور خورشید است و این نور از خودش نیست. بعدها تلسکوپ‌های بزرگ و بزرگتر دریچه‌های تازه‌ای به دنیا باز کرد  و چشم بشر را به سوی کیهان گشود. هم‌اکنون تلسکوپ‌های فضایی مسؤولیت رصد سیارات دوردست، کهکشان‌ها و دیگر اشیای فضایی را برعهده دارند و گستره‌ فرکانسی عملکرد این تلسکوپ‌ها شامل اشعه گاما، اشعه ایکس، فرابنفش، نور مرئی، فروسرخ، ریزموج و امواج رادیویی است. در این فهرست، به اسامی شماری از تلسکوپ‌ها اشاره می‌کنم.
  
 
  
  
 
 

 
 

در همین رابطه

░▒▓ همه نوشته‌ها و ویدئوها در آدرس زیر است: 
...
همنشین بهار 

برای ارسال این مطلب به فیس‌بوک، آیکون زیر را کلیک کنید:
facebook