• الكاميرا واسعة المجال 3 (Wide Field Camera 3)

الكاميرا الكوكبية واسعة المجال 3، أو WFC3، جلبت معها عمقا جديدا ومجال رؤية جديد لهابل منذ تركيبها عام 2009، ومن المتوقع أن تُصبح الجهاز الرئيسي على متن هابل. يشمل حقل رؤية WFC3 الضوء القريب من تحت الأحمر، والضوء المرئي، والإشعاع القريب من فوق البنفسجي. ستكون السبب الأول و القوة الكامنة وراء دراسات الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، وتشكل النجوم المنفردة واكتشاف المجرات البعيدة جدا والتي كانت خلف حدود رؤية هابل في السابق. ويوضح المخطط التالي المسار الضوئي داخل الكاميرا:

WFC3 أفضل بحوالي 35 مرة من الكاميرا العاملة في المجال تحت الأحمر والموجودة في الكاميرا الاستقصائية المتقدمة، وأفضل بحوالي 15-20 مرة من كاميرا المجال القريب من تحت الأحمر والمقياس الطيفي للأجسام المتعددة. تمتلك هذه الكاميرا دقة أعلى –أو القدرة على تمييز التفاصيل –بالإضافة إلى امتلاكها لحقل رؤية أكبر –أو المساحة التي تتمكن الكاميرا من رؤيتها –من الجهاز الذي استُبدل وهو WFC2.

رؤية مضاعفة

تمتلك WFC3 قناتين. تكشف كل قناة أطوالا موجية محددة تقوم بمعالجتها. يُمكن استخدام قناة الأشعة فوق البنفسجية-الضوء المرئي من أجل دراسة المجرات القريبة والمجرات التي تعاني من انفجارات بعملية التشكل النجمي. كما يُمكن استخدام الكاميرا العاملة في المجال القريب من تحت الأحمر من أجل دراسة الضوء القادم من المجرات البعيدة، الذي يتمدد جراء تحركه عبر الكون المتوسع. ولأننا نقوم بمشاهدة معظم المجرات البعيدة وهي موجودة خلال المراحل المبكرة من حياة الكون، فإن هذا يُعطينا نظرة عن تاريخ وتطور كوننا.  ويشرح الفيديو التالي عن هذه الكاميرا:

 تعد WFC3 إلى جانب الكاميرا الاستقصائية المتقدمة الأفضل في مجال الضوء المرئي، بإعطائنا مشهدا مذهلا للكون لم يسبق الحصول على كماله أو وضوحه. لقد تم تركيب WFC3 في مايو 2009 خلال مهمة الخدمة 4، لتأخذ مكان الكاميرا الكوكبية واسعة المجال 2، التي عملت على متن تلسكوب هابل للعديد من السنوات. كما تم تطوير WFC3 بالتعاون بين برنامج هابل الموجود في مركز غودارد لرحلات الفضاء، ومعهد علوم تلسكوبات الفضاء وشركة بول للطيران الفضائي والتكنولوجيا.

 

  • المحلل الطيفي للأصول الكونية (The Cosmic Origins Spectrograph​)

لا ينتج المحلل الطيفي للأصول الكونية، أو COS، نفس النوع من الصور التي يشاهدها الناس لتلسكوب هابل. فالمحللات الطيفية عبارة عن أجهزة تقوم بشطر الضوء إلى الألوان وقياس شدة كل لون، لتكشف بالتالي عن معلومات متعلقة بالجسم الذي أصدر الضوء. نموذجيا، يتم رسم المعلومات التي تنتجها المحللات الطيفية، مما يؤدي إلى تشكيل خط متعرج يفحصه العلماء باحثين عن أدلة عن درجة حرارة الجسم، وكثافته، وتركيبه الكيميائي، إلى جانب سرعته وأمور أخرى.

المحلل الطيفي للأصول الكونية

يُركز COS بشكل خاص على الضوء فوق البنفسجي وهو أكثر الأجهزة التي تم بناؤها حساسية للأشعة فوق البنفسجية في الفضاء. وقد حسنَ تركيب هذا الجهاز من حساسية التلسكوب بعشرة أضعاف في المجال فوق البنفسجي من الضوء وقد يصل إلى 70 ضعف عند النظر إلى الأجسام الخافتة جدا.

 

الوصول إلى الهدف

COS أفضل ما يكون عندما يتعلق الأمر برصد النقاط الضوئية، مثل النجوم والكوازارات، في حين يكون المحلل الطيفي الآخر على متن هابل، المحلل الطيفي لتصوير التلسكوب الفضائي، أفضل عند النظر إلى المساحات الواسعة من السماء، مثل المجرات. معا، يقوم الجهازان بتكميل بعضهما البعض جراء مجال خبرتهما المختلف.

 

يمتلك COS قناتين، واحدة من أجل فحص الضوء فوق البنفسجي البعيد والأخرى من أجل فحص الضوء فوق البنفسجي القريب. يحدد تصميمه القنواتي من عدد المرات التي يُمكن خلالها للضوء أن يرتد عن سطح ما قبل أن يصدم الكاشف. وطالما أن الضوء يرتد بشكلٍ بسيط ويتشتت القليل منه على طول الطريق، فإن التصميم يؤكد على أن الجهاز يقوم برصد الكمية الأكبر المتاحة من الضوء. وفي الفيديو التالي نجد شرحاً مفيداً عن هذه الأداة القوية: 

تم تركيب COS في مايو 2009، خلال مهمة الخدمة 4، كبديل عن COASTAR –الأداة التي قامت بتصحيح التشوش الذي وُجد في الرؤية الأصلية لهابل خلال مهمة الخدمة الأولى. منذ ذلك الوقت، تم تصميم أجهزة هابل بحيث تتلائم مع ذلك التصحيح، وبالتالي لم يعد هناك حاجة لجهاز COASTAR. تمت صناعة COS من قبل جامعة كولورادو في بولدر، جامعة كاليفورنيا في بيركلي، وشركة بول للطيران الفضائي والتكنولوجيا.

 

  • الكاميرا الاستقصائية المتقدمة (Hubble’s Advanced Camera)

الكاميرا الاستقصائية المتقدمة لهابل، أو ACS، مسؤولة عن الكثير من أهم صور تلسكوب هابل الجميلة للفضاء السحيق. بفضل حقل رؤيتها الواسع، ونوعية الصور الحادة والحساسية المعززة، تضاعف الكاميرا من حقل رؤية هابل وتوسع قدراته بشكل معتبر منذ تركيبها في مارس 2002. تُشاهد ACS الأطوال الموجية الموجودة انطلاقا من المجال فوق البنفسجي البعيد وصولا إلى الضوء المرئي، ما يجعلها قادرة على دراسة بعض أقدم النشاطات الموجودة في الكون.

الكاميرا الاستقصائية المتقدمة

تحتوي ACS أيضا على كاميرات ثلاثية: كاميرا الحقل الواسع، والكاميرا عالية الدقة، والكاميرا العمياء بالنسبة للشمس. في عام 2007، حصل توقف في التيار الكهربائي في كل الكاميرات عدا العمياء بالنسبة للشمس. قام رواد الفضاء بإصلاح blind خلال مهمة الخدمة 4 في العام 2009، أما الكاميرا عالية الدقة فكانت الوحيدة التي لم يكن بالإمكان إعادة تشغيلها.

 

تُجري كل كاميرا وظيفة محددة. تقوم الكاميرا واسعة الحقل في ACS بإجراء عمليات مسح واسعة للكون. يستخدمها الفلكيون من أجل دراسة طبيعة وتوزع المجرات، مما يكشف عن أدلة حول كيفية تطور الكون. تحجب الكاميرا العمياء بالنسبة للشمس الضوء المرئي من أجل تعزيز الحساسية للأشعة فوق البنفسجية، والتركيز على النجوم أو الكواكب التي تُصدر أطوال موجية فوق بنفسجية.

أخذت الكاميرا عالية الدقة صوراً تفصيلية للمناطق الداخلية من المجرات. بحثت عن النجوم الجارة للكواكب والتقطت صورا قريبة للكواكب الموجودة في نظامنا الشمسي. ستسمح الدقة العالية لإحدى أجهزة هابل الأحدث، الكاميرا الكوكبية واسعة المجال 3، بإجراء عملية مكاملة مع هذه الكاميرا الخاصة.

 

إفراغ الغرفة

تحتل ACS، التي تمَّ تركيبها من قبل رواد الفضاء عام 2002، مكان كاميرا الأجسام الخافتة (FOC)، التي استمرت بالعمل كعدسة التقريب الخاصة بهابل لما يقارب 12 عام. تم بناء الجهاز بين عامي 1996 و 1999 من قبل علماء من جامعة جونز هوبكنز، وشركة بول للطيران الفضائي والتكنولوجيا، وكذا معهد علوم تلسكوبات الفضاء ومركز غودارد-ناسا لرحلات الفضاء.

 

  • المحلل الطيفي التصويري لتلسكوب الفضاء (Space Telescope Imaging Spectrograph)المحلل الطيفي

بالإضافة إلى التقاط صور تفصيلية للأجسام السماوية، يلعب المحلل الطيفي التصويري لتلسكوب الفضاء (STIS) دورا مشابها للموشور بقيامه بشطر الضوء القادم من الكون إلى مكوناته اللونية الأساسية.

 

يُقدم هذا الأمر "بصمة" موجية فريدة للجسم الذي تمَّ رصده، مما يُخبرنا بالمزيد عن درجة حرارته، وتركيبه الكيميائي، وكثافته وحركته. تكشف المراقبات الطيفية أيضاً عن تغيرات في الأجسام السماوية خلال تطور الكون. يمتد مجال عمل STIS على الأطوال الموجية فوق البنفسجية، والمرئية، والقريبة من تحت الأحمر.

 

صائد الثقوب السوداء العظيم

يستخدم الفلكيون STIS من أجل اصطياد الثقوب السوداء. يظهر أن الضوء الصادر عن النجوم والغاز الدائرين حول مركز المجرة أكثر احمراراً عندما يتحرك بعيدا عنا (انزياح نحو الأحمر)، واكثر زرقةً عند الاقتراب نحونا (انزياح نحو الأزرق). يبحث STIS عن المواد المنزاحة نحو الأحمر والموجودة في أحد جوانب الثقب الأسود المشتبه به وعن المواد المنزاحة نحو الأزرق عند الجانب الآخر، حيث يُوضح هذا الأمر أن هذه المادة تدور حول جسم بسرعات عالية جدا.

 

يُمكن لـ STIS جمع عينات من 500 نقطة لجسم سماوي في الوقت نفسه. يعني ذلك أن الكثير من المناطق في الغلاف الجوي لكوكب ما أو الكثير من النجوم الموجودة في مجرة ما يُمكن تسجيلها خلال تعريض واحد، مما يُحسن بشكلٍ كبير من سرعة هابل وحساسيته. يمتلك هابل أيضا محللا طيفيا آخر، ومحلل الأصول الكونية، الذي يُشاهد كامل المجال فوق البنفسجي. معا، يقدم المحللان الطيفيان كنزا من البيانات للفلكين من أجل دراستها. وقد تم تركيب STIS، الذي تم بناؤه من قبل بول للطيران الفضائي، على متن تلسكوب هابل الفضائي عام 1997 خلال مهمة الخدمة الثانية.

 

  • الكاميرا القريبة من المجال تحت الأحمر والمقياس الطيفي متعدد الأجسام (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer)

كحساسٍ حراري لهابل، يُمكن للكاميرا القريبة من المجال تحت الأحمر والمقياس الطيفي متعدد الأجسام (NICMOS) رؤية الأجسام في الفضاء السحيق –الأجسام التي يحتاج ضوئها إلى مليارات الأعوام من أجل الوصول إلى الأرض. كما يسمح NICMOS للفلكيين باستخدام التفصيل المذهل لهابل من أجل فتح نافذة مهمة على الطيف الكهرومغناطيسي.

 

جعل المختفي مرئيا

تم تصميم الجهاز ثلاثي الكاميرات –كل منها بحقل رؤية مختلف –بشكلٍ خاص من أجل رؤية الأجسام عند الطول الموجي القريب من تحت الأحمر، الأطول قليلا من الأطوال الموجية الخاصة بالمجال المرئي (لا يُمكن للعين البشرية رؤية الضوء تحت الأحمر).

 

يكشف الضوء تحت الأحمر عن العديد من الأسرار المتعلقة بولادة النجوم، والأنظمة الشمسية، والمجرات، مما يُمكننا من اختراق الغاز بين-النجمي والغبار اللذين يحجبان الضوء المرئي. بالإضافة إلى ذلك، ينزاح الضوء القادم من أكثر الأجسام بعدا في الكون نحو الأطوال الموجية تحت الحمراء. ومن خلال دراسة الأجسام والظواهر الموجودة في هذه المنطقة من الطيف، يسبر الفلكيون ماضي كوننا، وحاضره ومستقبله ويتعلمون كيفية تشكل المجرات، والنجوم والأنظمة الكوكبية ويكشفون بتفصيل كبير عن الطبيعة الأساسية لكوننا. وفيما يلي نشاهد صورة لكوكب أورانوس ملتقطة من قبل NICMOS: 

أورانوس

عميل بارد

مع وجوب كون الكاميرا الخاصة بالضوء المرئي مظلمة في الداخل من أجل تجنب التعرض للضوء غير المرغوب به، يجب أن تكون كاميرا المجال تحت الأحمر باردة في الداخل من أجل تجنب التعرض للضوء غير المرغوب به والقادم على شكل حرارة. ومن أجل التأكد من قيام NICMOS بتسجيل الضوء تحت الأحمر القادم من الفضاء (كنقيض للحرارة الناجمة عن الكترونيات الجهاز)، يجب أن تعمل الكواشف الحساسة للمجال تحت الأحمر في NICMOS عند درجات حرارة منخفضة جدا أي أقل من -321 درجة فهرنهايت، أو 77 درجة كلفن.

تم استخدام مبرد فائق (وعاء معزول يشابه كثيراً زجاجة الترمس) من أجل الحفاظ على كواشف الجهاز. عندما تم تركيب NICMOS في عام 1997، احتوى الوعاء المبرد على 230 باوند من جليد النتروجين. لكن نفذ المبرد من الوعاء بشكلٍ كامل بعد أن قام بتبريد الكواشف لما يزيد عن عامين. وقد تمت إعادة تجميد NICMOS خلال مهمة الخدمة 3B باستخدام "مبرد فائق" وهي آلة تعمل بشكل مشابه  للثلاجة المنزلية.

 

تم تركيب NICMOS، الذي تم بناؤه من قبل بول للطيران الفضائي، على متن تلسكوب هابل الفضائي عام 1997 خلال مهمة الخدمة الثانية.

المشاهد الباردة القادمة من NICMOS

  1. مجرات الألعاب النارية (المجرات التي تشتعل بعمليات التشكل النجمي).
  2. الأجسام التي يتم حجبها بوساطة الغبار والغاز.
  3. النجوم المتشكلة حديثا والعناقيد النجمية.
  4. التغيرات الحاصلة في الأغلفة الجوية الكوكبية مع مرور الوقت.

 

  • حساسات التوجيه الدقيق الثلاث في هابل (Fine Guidance Sensors)

تقدم حساسات التوجيه الدقيق الثلاث الموجودة في هابل –كاميراته التوجيهية –الاستخدام الرجعي لمناورات التلسكوب وإجراء قياسات سماوية. يقوم اثنان من الحساسات بتوجيه التلسكوب نحو هدف فلكي ما، وبعد ذلك يحافظون على الهدف في حقل رؤية الجهاز العلمي. أما الحساس الثالث فهو متاح من أجل إجراء المراقبات العلمية.

 

تقوم الحساسات بتوجيه التلسكوب بالتوجه المستمر نحو "النجوم المُرشدة" وقياس موقع التلسكوب بالنسبة للأجسام التي يتم مشاهدتها. كما يؤدي التحاذي الذي يعتمد على هذه الثوابت إلى الحفاظ على توجه هابل بشكل سلس نحو الاتجاه الصحيح. توضح الصورة التالية أحد حساسات التوجيه الموجودة على متن التلسكوب: 

حساسات التوجيه

من حيث المبدأ، يتمتع هابل بحرية الدوران حول محوره البصري (ليس محورا يمتد من نهاية إلى أخرى وإنما شيء مماثل لمحور قابل للدوران). ومع ذلك، فإن هذه الحرية مقيدة بالحاجة إلى الحفاظ على الإشعاع الشمسي المتجه نحو الألواح الشمسية، وبالتصميم الحراري الذي يفترض أن الشمس تقوم دوما بتسخين نفس الجانب من التلسكوب.

 

لجنة توجيه هابل

يستخدم نظام التحكم بتوجيه هابل حساسات التوجيه الدقيق من أجل توجيه التلسكوب نحو هدف معين بدقة تصل إلى 0.01 ثانية قوسية. تكتشف الحساسات قيام التلسكوب بالانحراف ولو بمقدار صغير جدا، ومن ثم تُعيد تركيزه على الهدف. وهذا ما يوفر لهابل القدرة على البقاء متجها نحو الهدف بدقة لا تزيد عن 0.007 ثانية قوسية، وبانحراف يمتد على فترة طويلة من الزمن. يشبه هذا المستوى من الاستقرار والدقة، القدرة على الحفاظ على شعاع من الليزر مركزا على هدف خافت يقع على بعد 400 ميل (أي نفس المسافة الموجودة بين واشنطن العاصمة وديترويت تقريبا) ولمدة 24 ساعة.

 

قياس الكون

علم الفلك هو العلم الذي يحسب المواقع الدقيقة والحركات الدقيقة للنجوم والأجسام السماوية الأخرى. تساعد هذه القياسات على تطوير معرفتنا بالمسافات النجمية، والكتل، والحركات. يُمكن لحساسات التوجيه الدقيق أن تقدم مواقع النجوم بدقة أكبر بعشرة أضعاف من أي عمليات رصد تعتمد على تلسكوب أرضي. تسمح الحساسات الموجودة في هابل  عند استخدامها كأجهزة علمية بـ :

  1. البحث عن الميلانات الحاصلة في حركة النجوم القريبة، مما يوضح امتلاكها أو عدمه لكواكب تدور حولها.
  2. معرفة إن كان نجم معين عبارة عن نظام نجمي مضاعف.
  3. قياس القطر الزاوي للنجوم والأجسام السماوية الأخرى.
  4. تحسين معرفتنا بمواقع النجوم وقدرها المطلق (لمعانها).
  5. المساعدة في حساب المسافات الصحيحة الموجودة عند سلم القياس الكوني.

تم تجديد حساسات التوجيه الدقيق، التي صُنعت من قبل شركة بركين-المر، ومراقبتها من قبل شركة غودريش للأنظمة البصرية والفضائية في دانبري.


ترجمة: همام بيطار

التدقيق اللغوي: زينب أوزيان


اترك تعليقاً () تعليقات