تلسکوپ هابل چطور دانش اخترشناسی را دگرگون کرد؟ قسمت اول

ستون گاز و غبار در سحابی شاه‌تخته. امتیاز تصویر: تلسکوپ فضایی هابل

هُوِرت شیلینگ

ترجمه: شادی حامدی

نخستین تلسکوپ فضایی گروه «رصدخانه‌های بزرگ» آن‌چه را اخترشناسان درباره‌ی عالم می‌دانستند – و نمی‌دانستند – دگرگون کرد.

بسیاری از اخترشناسان امروز، ۲۵ سال پیش، که شاتل فضایی دیسکاوریْ تلسکوپ فضایی هابل را به مدار برد، هنوز دانش‌آموز مدرسه‌ی ابتدایی بودند. بعضی‌ها هنوز به دنیا نیامده بودند. برای آن‌ها، هابل همیشه وجود داشته است. درواقع، همه‌ی ما آشنا با تصاویر زیبا و نتایج انقلابیِ موفق‌ترین تلسکوپ در تاریخ اخترشناسی رشد کرده و بالیده‌ایم. حتی برای پژوهشگران کهنه‌کار سخت است یادآوری این‌که دانش‌مان درباره‌ی عالم پیش از سال ۱۳۶۹/۱۹۹۰ چه تفاوت‌هایی با امروز داشت.

همچنین دشوار است یادآوری این‌که آن روزها، بسیاری از دانشمندان به تلسکوپ فضایی مشکوک بودند؛ ابزاری که منشأ آن طرحی در سال ۱۳۲۵/۱۹۴۶ (!) از سوی اخترشناسی به نام لیمان (با تلفظ درست لایمن) اسپیتزر (Lyman Spitzer) (1914-1997) بود. طی سال‌ها، طرح تلسکوپ هابل با تأخیرهای بزرگ و تجاوز از هزینه‌های پیش‌بینی‌شده همراه شد؛ وقتی بالاخره این تلسکوپ با هفت سال تأخیر سکّوی پرتاب را به مقصد مدار زمین ترک کرد، حدود دو میلیارد دلار (با تورم آن زمان) برایش هزینه شده بود. بدتر این‌که کمی پس از پرتاب، در تصاویرش معلوم شد خطایی کوچک ولی حیاتی در آینه‌ی اصلی ۲/۴ متری تلسکوپ وجود دارد؛ تا دسامبر ۱۳۷۲/۱۹۹۳ طول کشید تا فضانوردان شاتل‌سوار بتوانند قطعات اپتیکی تصحیح‌کننده را بر تلسکوپ نصب کنند.

اما از آن زمان، داستان تلسکوپ فضایی هابل داستانِ موفقیتی فوق‌العاده بوده است. این تلسکوپ به‌طور کامل به اهداف سه پروژه‌ی کلیدی اصلی‌اش رسید و حتی آن‌ها را پشت سر گذاشت. این هدف‌ها چنین بودند: سنجش سرعت انبساط عالم؛ استفاده از ستاره‌های قیفاووسی دوردست برای کاوش ماده‌ی میان‌کهکشانی؛ و بررسی آماری کهکشان‌های دوردست با عکاسی از میدان‌دیدهای تصادفی. از سیاره‌ها تا سیاه‌چاله‌های اَبَرپُرجرم، هابل در هر حوزه‌ی علم نجوم انقلابی به‌پا کرده است.

برای گرامیداشت بیست‌وپنجمین سالگرد این تلسکوپ، خوب است نگاهی بیندازیم به هفت تغییری که هابل در دانش ما درباره‌ی عالم ایجاد کرد.

۱- بررسی منظومه‌ی شمسی

تا حدود پنجاه سال پیش، ما همسایگی خودمان در منظومه‌ی شمسی را نمی‌شناختیم. تلسکوپ ۲۰۰ اینچیِ هِیل بر فراز کوهستان پالومار تصاویر محوی برای‌مان فراهم آورده بود که فرق چندانی با نماهای تلسکوپی کوچک و آماتوری نداشت. تازه با ظهور کاوش‌های فضایی بود که شروع کردیم به کشف جزئیات پیچیده روی سطح مریخ، بر سطح ابرهای مشتری، و در سامانه‌ی حلقه‌های زحل.

هابل به‌طور منظم تصاویری با تفکیک بالا از سیارات منظومه‌ی شمسی می‌گیرد. در سال ۱۳۷۳/۱۹۹۴ که دنباله‌دار شومیکر-لوی۹ با جوّ مشتری برخورد کرد، هابل از نزدیک تماشاگر این صحنه بود. رصدهای فرابنفش هابل – که انجام‌دادن‌شان از روی زمین ناممکن است – پدیده‌هایی مانند شفق‌های قطبیِ زمینی را روی مشتری و زحل، و همچنین محصولاتِ شکستنِ ملکول‌های دنباله‌داری را آشکار کرد. علاوه بر این‌ها، هابل دو قمر جدید برای اورانوس، یکی برای نپتون، و چهارتا برای پلوتو کشف کرده و همچنین دو جسم دوردست در کمربند کایپر یافته است که شاید اهداف جدیدی برای فضاپیمای افق‌های نو (New Horizons) ناسا بعد از گذرش از کنار پلوتو در اواخر تیرماه باشند.

امروزه، منجمان آماتور، که از فناوری انباشت تصاویر (image-stacking) در عکاسی نجومی بهره می‌برند، به نتایج خیره‌کننده‌ای در رصدهای منظومه‌ی شمسی می‌رسند؛ همچنین اخترشناسان حرفه‌ای که از اپتیک سازگار روی تلسکوپ‌های بزرگ زمینی استفاده می‌کنند. با این‌حال، برابری‌کردن با دیدِ تفکیک‌بالای هابل در رصد همسایگی کیهانی‌مان دشوار است.

۲- آشکارشدن نوزادگاه‌ها

یکی از نخستین نتایج علمی مهم به‌دست‌آمده از تلسکوپ فضایی هابل کشف قرص‌های پیش‌سیاره‌ای (در انگلیسی به‌اختصار proplyds) در سحابی شکارچی (جبار)، M42، بود. تا آن زمان، هیچ‌کس واقعاً نمی‌دانست منظومه‌ی شمسی خودمان ممکن است چقدر یگانه – یا چقدر عادی – باشد. ده سال پیش از آن، ماهواره‌ی نجومی فروسرخ (IRAS) شواهد ضمنی محکمی از وجود قرص‌های غباری در اطراف ستاره‌های جوان کشف کرده بود،‌ ولی هابل نخستین عکس‌های واقعی با جزئیات دقیق را از قرص‌های پیش‌سیاره‌ای گرفت.

درواقع، نماهای خیره‌کننده‌ی هابل از نوزادگاه‌های ستاره‌ای مثل سحابی شکارچی، سحابی شاه‌تخته (NGC 3372) و سحابی عقاب (M16) برای ما درک بسیار بهتری از تولد ستاره‌ها و منظومه‌های سیاره‌ای فراهم آورد. هابل با استفاده از ابزارهای فروسرخ نزدیکش – نیکموس (NICMOS) و بعد از آخرین مأموریت تعمیرش در مه ۱۳۸۸/۲۰۰۹، دوربین میدان‌دید باز ۳ (Wide Field Camera 3) – به اعماق تاریک ابرهای رُمبنده‌ی مملو از غبار نفوذ کرده است. تیزبینیِ هابلْ فوران‌های دوقطبیِ پُرانرژی‌ای را از پیش‌ستاره‌های تازه‌شکل‌گرفته آشکار کرد که به ماده‌ی میان‌ستاره‌ایِ اطراف‌شان برخورد می‌کردند. هابل حتی پیچ‌وتاب‌ها و شکاف‌هایی را در قرص‌های اطراف ستاره‌ها کشف کرد – مثلاً اطراف ستاره‌ی بتا-سه‌پایه – که نشان از حضور سیاره‌ها دارند.

آیا تصویر معروف ستون‌های آفرینش را، که در سال ۱۳۷۴/۱۹۹۵ در سحابی عقاب گرفته شد، به‌یاد دارید؟ هابل در دیگر نوزادگاه‌های ستاره‌ای نیز ستون‌های مشابهی یافت که در همه‌شان شواهد کوچک‌مقیاسی از فرسایش‌یافتنِ سحابی با تابش پُرانرژی خوشه‌های ستاره‌ای جوان و داغِ نزدیک دیده می‌شد. در ۲۵ سال گذشته، داستان شکل‌گیری ستاره‌ها از یادداشتی سطحی به رمانی غنی تبدیل شده است.

البته، به‌لطف طیف‌نگارهای زمینی و ابزارهای فضایی مانند تلسکوپ کپلر، حالا می‌دانیم که منظومه‌های سیاره‌ای در عالم قاعده‌اند نه استثنا. تعجبی ندارد که هابل همچنین بسیار به دانش و درک ما از سیاره‌های فراخورشیدی افزوده است: رصد این تلسکوپ از گذر سیاره‌های فراخورشیدی از مقابل ستاره‌شانْ ترکیبات جوّی مشتری‌های داغ را آشکار کرد، و حتی هابل موفق شد از همدمی پیش‌سیاره‌مانند دور ستاره‌ی فم‌الحوت مستقیم عکس بگیرد.

تصویر معروف ستون‌های آفرینش در سحابی عقاب در نور فروسرخ

۳- عالم بی‌قرار

حدود سیصد سال پیش، ادموند هالی (Edmund Halley) (1656-1742) نخستین کسی بود که اشاره کرد «ستاره‌های ثابت» اصلاً ثابت نیستند. به‌سبب حرکت‌شان در میان کهکشان، ما می‌بینیم که در آسمان هم حرکت می‌کنند؛ گرچه خیلی آهسته.

حرکت خاص (proper motion) ستاره‌ای دوردست خیلی کم‌تر از حرکت ستاره‌ای نزدیک قابل‌تشخیص است؛ به همان علتی که به‌نظر می‌رسد هواپیمایی مرتفع بسیار آهسته‌تر از پرنده‌ای حرکت می‌کند که درست بالای سر شما درحال پرواز است. پس جای تعجب اندکی است که ما متوجه حرکت خاص ستاره‌هایی فراتر از همسایگی محلی‌مان در عالم نمی‌شویم.

ولی هابل درست همین‌کار را کرد. با مقایسه‌ی تصاویری از ابرهای ماژلان و کهکشان آندرومدا، که با اختلاف چند سال از هم گرفته شده بودند، اخترشناسان توانستند حرکت روبه‌پهلوی این کهکشان‌ها را در مقایسه با پس‌زمینه‌ی «ثابت» اختروش‌های دوردستِ نقطه‌مانند بسنجند. درنتیجه، فهمیدیم که ابرهای ماژلان چنان سریع حرکت می‌کنند که ممکن نیست از نظر گرانشی به کهکشان راه‌شیری ما مرتبط باشند؛ درعوض، فعلاً مهمان ما هستند. و نیز کهکشان آندرومدا واقعاً چند میلیارد سال دیگر با راه‌شیری برخورد می‌کند و با آن ادغام می‌شود. تلسکوپ فضایی هابل، به‌کمک دید چشم‌عقابی‌اش، گروه محلی* ما را به صحنه‌ای سه‌بُعدی تبدیل کرد که اعضای اصلی‌اش در هرجهت به این‌سو و آن‌سو در حرکت‌اند.

در مقیاسی کوچک‌تر، هابل گسترش بقایای ابرنواختر ۱۹۸۷A را زیرنظر گرفت و سنجید و نشان داد که چطور این بقایا با گازهایی برخورد می‌کنند که ستاره پیش از انفجار به فضا فوران‌شان کرده است. هابل همچنین تغییرات پژواک نور در اطراف ستاره‌های متغیر مانند V838-تک‌شاخ و RS-کشتیدُم را در نموداری ترسیم کرد. این نمودار تغییرات و حرکت‌هایی را در نواحی شکل‌گیری ستاره‌ها و در فوران‌هایی از هسته‌ی کهکشان‌های دوردست آشکار کرد. طی چند دهه‌ی گذشته، عالم ما پویاتر شده است.

 بخش پایانی این مقاله را فردا در کانوت دنبال کنید

تلسکوپ هابل چطور دانش اخترشناسی را دگرگون کرد؟ (بخش دوم