ستاره شناسی
ستاره‌شناسی رادیویی

رادیو اخترشناسی یکی از شاخه‌های مهم اخترشناسی است که با استفاده امواج الکترومغناطیسی به مشاهدهٔ فضا می‌پردازد.

تکنیک‌های اخترشناسی رادیویی شبیه به تکنیک‌های اخترشناسی اپتیکی است با این تفاوت که در اخترشناسی رادیویی، منابع رادیویی توسط رادیو تلسکوپ رصد می‌شود ولی در اخترشناسی اپتیکی، از تلسکوپ نوری استفاده شده و تنها منبع اطّلاعات نور است.






تاریخچه

این ایده که اجرام فضایی می‌توانند تشعشعات رادیویی داشته باشند نخستین بار توسط معادله ماکسول نشان داده شد که تشعشات رادیویی از ستارگان می‌توانند با هر طول موجی وجود داشته باشند.

بسیاری از دانشمندان برجسته مانند توماس الوا ادیسون, الیور جوزف لوج و ماکس پلانک پیش بینی کرده بودنند که خورشید دارای تشعشعات رادیویی است. حتی لوج سعی کرد که سیگنالهای خورشیدی را دریافت کند ولی به دلیل مشکلات دستگاهش در این امر موفق نبود.

اولین تشعشعات دریافت شده از یک منبع رادیویی در فضا که به طور اتفاقی در اوایل دهه ۳۰ ثبت شد به وسیله کارل گوت جانسکی انجام شد. او که به عنوان یک مهندس در آزمایشگاه تلفن بل کار می‌کرد در حال تحقیق و بررسی روی فرستادن امواج صوتی به آن سوی اقیانوس اطلس بود که بدین منظور از یک آنتن بزرگ استفاده می‌کرد سپس او متوجه شد که سیستم آنالوگ ضبط وی مدام یک سیگنال را از منبعی نامعین ضبط می‌کند از آنجا که این سیگنال روزی شدت گرفت جانسکی گمان کرد که منبع آن ممکن است خورشید باشد. پس از بررسی‌ها او متوجه شد که سیگنال دقیقا با طلوع و غروب خورشید مطابق نیست ولی در عوض در یک سیکل ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه تکرار می‌شود. او نتیجه گرفت که منبع آن باید نوعی از اجرام سماوی که با شب و روز زمین می‌چرخند باشد. با مقایسه مشاهدات وی با نقشه‌های فضایی، دریافت که این سیگنال‌ها از کهکشان راه شیری می‌آید و در مرکز کهکشان قوت می‌گیرد بویژه در صورت فلکی کماندار. او نتایج مشاهدات و اکتشافاتش را در سال ۱۹۳۳ رسما اعلام کرد. ولی از آنجا که آزمایشگاه بل وی را به شاخه دیگری منتقل کرد او نتوانست تحقیقات خود را در این زمینه ادامه دهد.

گرت ربر با ساختن یک دیش شلجمی به شعاع ۹ متر که در ساخترادیو تلسکوپ استفاده می‌شد کمک شایانی به اخترشناسی رادیوی کرد این کار در ۱۹۳۷ انجام گرفت بعد از مدتی وی موفق به ترسیم اولین نقشه آسمانی از امواج رادیویی شد.

در ۱۹۴۲ ج. س هی که یک محقق نظامی در بریتانیا بود کشف کرد که خورشید امواج رادیویی می‌دهد.

در اوایل دهه ۵۰ مارتین رایل و آنتونی هویش دردانشگاه کمبریج از تداخل سنج امواج که در دانشگاه موجود بود استفاده کرده و موفق به ترسیم نقشه‌های معروف ۲c و ۳c شدند.


ستاره‌شناسی فروسرخ

ستاره شناسی فروسرخ شاخه‌ای از ستاره‌شناسی و اخترفیزیک می‌باشد که به مطالعات اجرام آسمانی قابل مشاهده با امواج فروسرخ می‌پردازد. طول موج نور مادون قرمز در محدودهٔ ۰.۷۵ تا ۳۰۰ میکرومتر قرار دارد. امواج فروسرخ پایین‌تر از نور مرئی (۳۸۰ تا ۷۵۰ نانومتر) قرار دارند و به همین دلیل با چشم قابل دیدن نمی‌باشند.

ستاره شناسی فروسرخ در سال‌های ۱۸۳۰، سه دهه پس از کشف پرتو فروسرخ توسط ویلیام هرشل در سال ۱۸۰۰، آغاز شد. پیشرفت در ابتدا، تا زمانی که اوایل قرن بیستم اجرام آسمانی دیگری به جز خورشید و ماه توسط امواج فروسرخ شناسایی شدند، محدود بود.پس از تعدادی اکتشاف در زمینهٔ ستاره‌شناسی رادیویی بین سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰، ستاره‌شناسان به این نتیجه رسیدند که اطلاعاتی مفید در فضا خارج از نور مرئی قرار دارد.در این زمان ستاره‌شناسی مدرن فروسرخ پا به عرصهٔ وجود گذاشت.

ستاره شناسی فروسرخ و نوری اغلب از یک نوع تلسکوپ استفاده می‌کند.در اینجا می‌توان به آینه‌ها و عدسی های یکسان که در نور محدودهٔ بینایی کارایی دارند، اشاره کرد. هر دو از آشکارسازهای حالت جامد استفاده می‌کنند، با وجود اینکه نوع آن‌ها یکسان نمی‌باشد. نور فروسرخ توسط بخار آب در اتمسفر زمین در بیشتر طول موج‌ها جذب می‌شود، به همین دلیل بیشتر تلسکوپ‌های مربوط به امواج فروسرخ را در ارتفاع و جاهای به دور از رطوبت قرار می‌دهند. تلسکوپ‌های خارج از جو نیز وجود دارند که در محدودهٔ فروسرخ کار می‌کنند.از آن‌ها می‌توان به تلسکوپ فضایی اسپیتزر و رصدخانه فضایی هرشل اشاره کرد.


تاریخچه
کشف اشعه فروسرخ را به ویلیام هرشل نسبت می‌دهند، که آزمایشی با قرار دادن دماسنج را در نور خورشید با رنگ‌های مختلف که از منشور خارج می‌شد، انجام داد. او متوجه شد که نور خورشید دماسنج را در محدودهٔ نور خارج از بینایی، بیشتر گرم می‌کند.(قسمت زیر نور قرمز) با وجود اینکه دلیل افزایش دما در دماسنج ساختار منشور و نه ویژگی از خورشید است، اما واقعیت افزایش دما هرشل را به این فکر انداخت که امواجی خارج از دید نیز از خورشید به زمین ارسال می‌شوند. او به این پرتوها، امواج رنگ‌مانندلقب داد.زیرا تمامی ویژگی‌های نور رنگی مانند بازتاب، ارسال، جذب را داشتند.با تلاش‌هایی که انجام شد، دانشمندان بین سال‌های ۱۸۳۰ تا اواخر قرن ۱۹ام موفق به کشف منابع ستاره‌شناسی دیگری با این ویژگی شدند. امواج فروسرخ مربوط به ماه در سال ۱۸۷۳ توسط ویلیام پارسونز، کشف شدند. ارنست فاکس نیکولز با استفاده از تابش‌سنج تلاش کرد، تا پرتو فروسرخ ستاره‌های نگهبان شمال و کرکس نشسته را تشخیص دهد، اما به نتایج قطعی دست پیدا نکرد.سال‌ها بعد با استفاده از دستگاه‌های مدرن، جرج ریکه توانست ثابت کند که این دو ستاره موج فروسرخ متصاعد می‌کنند.برای احترام به نیکولز اعتبار کشف پرتو فروسرخ برای ستاره‌ای خارج از منظومهٔ خورشیدی به او داده شد.شاخه ستاره شناسی فروسرخ همچنان به توسعه آرام خود در اوایل قرن ۲۰ام ادامه داد، هنگامی که ست بارنز نیکلسون و ادیسون پتی پیل گرماسنجی را ایجاد کردند.این وسیله می توانست امواج فروسرخ را آشکارسازی کند و دقتی برای چند صد ستاره داشت. البته این بخش از ستاره‌شناسی تا سال‌های ۱۹۶۰ توسط ستاره‌شناسان سنتی مورد توجه قرار نگرفت.بسیاری از دانشمندان که در این زمینه فعالیت کردند فیزیکدان و نه ستاره‌شناس بودند. موفقیت‌های ستاره‌شناسی رادیویی و پیشرفت‌هایی که میان سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ در زمینهٔ حس‌گرهای فروسرخ صورت گرفت، باعث توجه ستاره‌شناسان به این بحث و محکم شدن جای این شاخه در علم ستاره‌شناسی شد.

ستاره‌شناسی مادون قرمز مدرن
پرتو مادون قرمز با طول موج هایی طولانی تر از نور مرئی، معروف به فروسرخ نزدیک

، رفتار بسیار شبیه به نور مرئی دارد و با آشکارسازهای مربوط به نور مرئی می‌توان آن را مورد مطالعه قرار داد. به همین دلیل، این منطقه نزدیک مادون قرمز از طیف خارج شده از منشور به مانند منطقه نزدیک فرابنفش، در محدوده بینایی گنجانیده می‌شود. بسیاری از تلسکوپ ها نوری، مانند آنهایی که در رصدخانه کک قرار دارند، می‌توانند در زمینهٔ پرتوهای نزدیک مادون قرمز نیز مانند نور مرئی فعالیت کنند. مادون قرمز دور طول موجی گسترده تا زیرمیلیمیتر دارد، که توسط تلسکوپ های مخصوص مانند تلسکوپ جیمز کلرک ماکسول در رصدخانهٔ مونوکی دیده می‌شوند.

مانند دیگر اشکال امواج الکترومغناطیس، فروسرخ نیز توسط ستاره‌شناسان برای مطالعهٔ جهان پیرامون مورد استفاده قرار می‌گیرد. تلسکوپ مادون قرمز، که در بزرگ ترین تلسکوپ های نوری و همچنین چند تلسکوپ اختصاصی مادون قرمز جای دارد، نیاز به کاهش دادن حرارت با نیتروژن مایع و عایق بندی دربرابر حرارت دارند. دلیل این کار این است که اشیاء با حرارت کمتر از چند صد کلوین بیشترین انرژی گرمایی خود را در قالب پرتو فروسرخ منتشر می‌کنند. اگر آشکارسازهای مادون قرمز سرد نگه داشته نشوند، تابش از سطح خود آشکارساز باعث ایجاد نویز بر روی امواجی که از آسمان می‌آید، می‌شود. این برای طیف‌های فروسرخ میانی و دور مشکل‌ساز است.

برای رسیدن به وضوح فضایی بالاتر، برخی از تلسکوپهای مادون قرمز با ابزارهای اندازه‌گیری پرتوفروسرخ ترکیب می‌شوند. رزولوشن موثر توسط فاصله تلسکوپ‌ها تعیین می‌شود، این به اندازه‌ٔ تلسکوپ‌های مورد نظر بستگی ندارد. وقتی این دو ابزار باهم و با عدسی‌های تلفیقی استفاده می‌شوند.مانند ۲ تلسکوپ ۱۰ متری و ۴ تلسکوپ ۸.۲ متری رصدخانهٔ کک که یک ابزار سنجش فروسرخ و تلسکوپ بسیار بزرگ ایجاد می‌کنند و این منجر به یک وضوح فضایی بالا می‌شود.

محدودیت اصلی حساسیت این تلسکوپ‌ها اتمسفر زمین می‌باشد. بخار آب به میزان زیادی امواج فروسرخ را جذب می‌کند، در عین حال خود جو زمین نیز به میزانی پرتو فروسرخ متصاعد می‌کند. به همین دلیل تلسکوپ‌های فروسرخ را در مکان‌ها با آب و هوای خشک و در ارتفاعات قرار می‌دهند تا بالاتر از بخار آب موجود در اتمسفر قرار گیرند. مکان های مناسب بر روی زمین، شامل رصدخانه در مونوکی ۴۲۰۵ متر بالاتر از سطح دریا، سایت آلما ۵۰۰۰ متر بالاتر از سطح دریا در شیلی و مناطق باارتفاع بالا در قطب جنوب مانند سی دم
می شوند. حتی در ارتفاعات بالا، شفافیت محدود است به جز در پنجره فروسرخ، یا طول موج‌هایی که در آنها اتمسفر زمین تاثیری ندارد.



تکنولوژی فروسرخ

یکی از رایج ترین آرایه‌های آشکارساز فروسرخ، آرایه‌های مورد استفاده در تلسکوپ های پژوهشی HgCdTe است. آن‌ها به خوبی میان طول موج‌های ۰.۶ تا ۵ میکرومتر کار می‌کنند. برای طول موج‌های بالاتر یا حساسیت بیشتر ممکن است از آشکارسازهای دیگری استفاده شود، مانند آشکارسازهای نیمه‌رسانه با فاصلهٔ کم، بولومترهای مخصوص دماهای پایین یا ابررسانه‌هایی که تعدا فوتون را اندازه‌گیری می کنند.

شرایط ویژه برای ستاره شناسی فروسرخ عبارتند از : مدارهای با نویز پایین و گاهی اوقات تعداد بالای پیکسل.

دمای پایین توسط مایع خنک کننده بدست می‌آید، که معولا به اتمام
می‌رسد.ماموریت های فضایی در این زمان به پایان می‌رسد و یا تصاویر پس از این اتفاق با نام تصاویر گرم ثبت می‌شوند. به عنوان مثال، وایز در اکتبر ۲۰۱۰، ده ماه پس از پرتاب مواد خنک کنندهٔ خود را به اتمام رساند.
... page1 - page2 - page3 ...