כיצד פועל טלסקופ האבל

-

### כיצד פועל טלסקופ האבל

טלסקופ החלל האבל (HST) שינה באופן מהותי את הבנתנו את היקום מאז שיגורו בשנת 1990. טלסקופ החלל האבל, השוכן בגובה של כ-547 קילומטרים מעל כדור הארץ, מעבר לעיוות האטמוספירה, מספק תצוגה ברורה ובלתי מוגבלת של כוכבים רחוקים, גלקסיות ותופעות שמימיות אחרות. אבל איך בדיוק עובד פלא ההנדסה המודרנית הזה? מאמר זה צולל לתוך הרכיבים, העקרונות והפעולות המרכזיים שהופכים את HST לכלי חסר תקדים בתחום האסטרונומיה.

#### ההקשר ההיסטורי ומטרות המשימה

הרעיון לטלסקופ החלל האבל מקורו בשנות ה-40 של המאה ה-20, אם כי רק בשנות ה-70 החלו להתגבש תוכניות למה שיהפוך לאחד הפרויקטים המדעיים המוצלחים ביותר של נאס"א. הטלסקופ, הקרוי על שם האסטרונום אדווין האבל, נועד בעיקר לחקור את מבנה היקום, את היווצרות הגלקסיות והכוכבים, את תכונותיהם של כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, ובאופן כללי יותר, לענות על שאלות יסוד לגבי מקומנו בקוסמוס.

#### רכיבי טלסקופ החלל האבל

הבנת אופן פעולתו של האבל מתחילה בפירוט מרכיביו העיקריים.

1. מכלול הטלסקופ האופטי (OTA):
– מראה ראשית: לב ליבו של האבל, המראה הראשית בקוטר 2.4 מטרים (7.9 רגל). היא אוספת אור מגופים שמימיים ומחזירה אותו אל המראה המשנית.
– מראה משנית: מראה קטנה יותר זו, הממוקמת מעל המראה הראשית, מחזירה אור שוב, ומכוונת אותו מטה אל המכשיר הראשי.

2. המכשירים המדעיים:
האבל מצויד בסט של מכשירים מדעיים מתקדמים, כל אחד מהם מתמחה בסוגים שונים של תצפיות:
– מצלמת שדה רחב 3 (WFC3): מצלמה זו לוכדת תמונות ברזולוציה גבוהה בשלושה טווחים שונים של הספקטרום האלקטרומגנטי: אולטרה סגול, גלוי וקרוב אינפרא אדום.
– מצלמה מתקדמת לסקרים (ACS): מותאמת לתצפיות בסגנון סקר, היא יכולה ללכוד אזורים גדולים בחלל בפירוט רב.
– ספקטרוגרף מקורות קוסמיים (COS): נועד לחקור את הספקטרום של אור אולטרה סגול ממקורות שמימיים, ולחשוף מידע על הרכבם, טמפרטורה, צפיפות ותנועה.
– ספקטרוגרף הדמיה של טלסקופ החלל (STIS): יכולות משולבות אלה של הדמיה וספקטרוסקופיה מאפשרות בחינה מפורטת של תהליכים כימיים ותכונות פיזיקליות.
– מצלמת אינפרא אדום קרובה וספקטרומטר רב-עצמים (NICMOS): למרות שאינה פעילה עוד, NICMOS היה קריטי לתצפיות אינפרא אדום לפני ש-WFC3 קיבל על עצמו תפקיד זה.

3. מערכות התמיכה:
– מערכת בקרת כיוון: דיוק בחלל הוא בעל חשיבות עליונה, ומערכת הכיוון המדויקת של האבל משתמשת בג'ירוסקופים וחיישני הנחיה עדינים כדי לשמור על כיוון מדויק. מערכת זו מאפשרת לטלסקופ להינעל על מטרה בדיוק של 0.007 קשתות.
– מערכות טיפול בנתונים: האבל מצויד במערכות מחשב השולטות בתצפיות, מאחסנות נתונים ומשדרות מידע זה בחזרה לכדור הארץ. הנתונים מועברים דרך מערכת הלוויינים TDRSS (מעקב והעברת נתונים).

#### העקרונות מאחורי תפקודו של האבל

פעולתו של האבל תלויה בכמה עקרונות יסוד של פיזיקה והנדסה:

1. החזרה ושבירה:
כפי שצוין קודם לכן, האבל מסתמך על מראות ראשוניות ומשניות כדי ללכוד ולמקד אור. מראות אלו מצופות בשכבה דקה של אלומיניום, ולאחריה שכבת מגן של מגנזיום פלואוריד, אשר מגבירה את יכולת ההחזרה ומפחיתה את הפיזור.

2. ספקטרוסקופיה:
ספקטרוסקופיה חיונית לזיהוי ההרכב הכימי של עצמים נצפים. על ידי פיצול האור לצבעים המרכיבים אותו (ספקטרום), מכשירים כמו COS ו-STIS יכולים לזהות חתימות ייחודיות התואמות ליסודות ומולקולות ספציפיים.

3. ספקטרום אלקטרומגנטי:
האבל צפה בטווח רחב של הספקטרום האלקטרומגנטי, החל מאולטרה סגול ועד קרוב לאינפרא אדום. יכולת זו מאפשרת לו לזהות תופעות בלתי נראות לעין בלתי מזוינת ואפילו כמה מצפי כוכבים קרקעיים המוגבלים על ידי הפרעות אטמוספריות.

#### הפעולות: כיצד האבל מבצע תצפיות

1. תכנון משימה ובחירת מטרה:
לפני שהאבל יוכל לבצע תצפית, מדענים על כדור הארץ חייבים לקבוע את מטרותיה. הצעות לזמן תצפית מגיעות מאסטרונומים מכל העולם, והצעות אלו נבדקות בקפדנות ומתוכננות.

2. הצבעה ויציבות:
לאחר בחירת מטרה, הג'ירוסקופים המדויקים וחיישני ההכוונה העדינים של האבל פועלים יחד כדי לכוון את הטלסקופ לכיוון הרצוי. האבל מקיף את כדור הארץ במהירות של כ-27,300 קילומטרים לשעה (17,000 מייל לשעה), ומשלים סיבוב בערך כל 97 דקות. למרות תנועה מהירה זו, מערכת ההכוונה שלו מאפשרת לו להתמקד באופן יציב בעצמים רחוקים לפרקי זמן ממושכים.

3. איסוף נתונים:
כאשר אור מגוף שמימי נכנס לטלסקופ וממוקד על ידי המראות, הוא מופנה למכשיר המדעי המתאים. בהתאם לדרישות התצפית, המכשיר עשוי ללכוד תמונות, לנתח ספקטרום או אפילו למדוד קיטובים.

4. העברת נתונים ועיבודם:
הנתונים שנאספו נשלחים לכדור הארץ דרך רשת TDRSS. מידע זה מאוחסן, מעובד ומכויל במכון למדעי טלסקופ החלל (STScI) בבולטימור, מרילנד. הנתונים המעובדים זמינים לאחר מכן לאסטרונומים ולציבור, ותורמים לאינספור תגליות מדעיות.

#### הישגים ותרומות

מאז השקתו, האבל חולל מהפכה בהבנתנו את היקום. כמה מתרומותיו המשמעותיות ביותר כוללות:

– גיל היקום: על ידי תצפית על כוכבים משתנים בגלקסיות רחוקות, האבל סייע בקביעת גיל היקום לכ-13.8 מיליארד שנים.
– אנרגיה אפלה: תצפיותיו של האבל על סופרנובות רחוקות סיפקו ראיות מרכזיות לקיומה של אנרגיה אפלה, כוח מסתורי המניע את האצת התפשטות היקום.
– אטמוספרות של כוכבי לכת חיצוניים: האבל מילא תפקיד מרכזי באפיון האטמוספרות של כוכבי לכת המקיפים כוכבים אחרים, בגילוי אדי מים, מתאן ומולקולות אחרות.
– תמונות שדה עמוק: שדה עמוק האבל ויורשיו (שדה עמוק במיוחד, שדה עמוק קיצוני) חשפו יקום גדוש בגלקסיות, כל אחת בשלבי אבולוציה שונים, ובכך הרחיבו משמעותית את הידע שלנו על קוסמולוגיה והיווצרות גלקסיות.

#### אתגרים ותחזוקה

המסע של האבל לא היה חלק לחלוטין. מיד לאחר שיגורו, התגלה פגם בעקמומיות המראה הראשית, שגרם לתמונות מטושטשות. בעיה זו תוקנה בשנת 1993 על ידי משימת תחזוקה שהתקינה את טלסקופ החלל אופטיקה מתקנת (COSTAR), מה שהעניק להאבל "משקפיים" והחזיר את בהירות התצפית שלו.

חמש משימות שירות שביצעו אסטרונאוטים על סיפון מעבורת החלל שדרגו את מערכות האבל, החליפו מכשירים ישנים בחדשים והבטיחו את המשך פעולתו. האחרונה מבין המשימות הללו התקיימה בשנת 2009, ומאז, האבל המשיך לייצר תמונות מדהימות ונתונים מדעיים יקרי ערך.

### מצפה

בעוד יורשו של האבל, טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), עומד לתפוס את חזית המחקר האסטרונומי בזכות יכולותיו המתקדמות, מורשתו של האבל תישאר בחזית. יחד, מצפי כוכבים אלה יציעו תצוגות משלימות, כאשר האבל יתמקד באולטרה סגול ובקרינה הנראית.