آینه های مورد نیاز برای تلسکوپ های غول پیکر چگونه ساخته می شوند؟ (بخش اول)

وقتی ستاره شناسان به کمک تلسکوپ به ابرنواخترها و ستارگان دوردست می نگرند، در واقع آن ها در حال جمع آوری نوری هستند که میلیون ها سال و چه بسا میلیاردها سال در حرکت بوده است. با این اوصاف حتی منابع انرژی بسیار قدرتمند و بزرگ هم با توجه به فاصله بسیار زیادی که دارند، کوچک و کم نور دیده می شوند. به همین دلیل برای مشاهده اجسام بسیار کم نور و کوچک از دید ناظر زمینی، نیازمند تلسکوپ ها قدرتمندتری هستیم.

بنابراین جسمی که نور را دریافت می کند باید بسیار حساس و دقیق باشد. چالش نسل بعدی تلسکوپ ها، یافتن سیارات مشابه زمین است. این سیارات از ستاره های میزبان خود بسیار کم نور تر هستند و بنابراین دشواری کار بسیار بیشتر می شود. آشکارسازهای تلسکوپ های پژوهشی به قدری حساس هستند که تقریبا همه فوتون های برخوردی را دریافت می کنند. با توجه به این سطح بالای حساسیت، برای مشاهده اجسام کم نورتر باید تلسکوپ های بزرگتری ساخت. یک تلسکوپ بزرگ، هم می تواند فوتون های بیشتری دریافت کند و هم می تواند تصاویر باکیفیت تری ارائه دهد. این موضوع به دلیل ماهیت موجی نور است که محدودیتی بر میزان تفکیک تلسکوپ ایجاد می کند و به آنحد پراش می گویند. در واقع میزان کیفیت تصویر به طول موج نور و قطر تلسکوپ وابسته است. با توجه به مباحث مطرح شده، ما نیاز به آینه های بسیار بزرگی برای تلسکوپ های قدرتمندمان داریم و ساخت این آینه ها به فناوری بسیار پیچیده ای نیازمند است.

آینه های چندگانه

چالش پیش رو ساخت تلسکوپ هایی بزرگتر از تلسکوپ های نسل حاضر با قطر 8 تا 12 متر است. دشوارترین بخش این کار ساخت آینه های بزرگتر برای جمع آوری نور است. در تصویر زیر سازوکار اپتیکی یک نمونه از این تلسکوپ ها را می بینید. در این طرح در ابتدا آینه اولیه غول پیکر نور فرودی را جمع آوری می کند و آن را به سمت آینه ثانویه بازتاب می کند. آینه ثانویه کوچکتر است و با توجه به سازوکار اپتیکی طراحی شده تمامی نور بازتابی از آینه اول در آن جمع آوری و بازتاب می شود. در نهایت تمام نور دریافتی بر ابزار ثبت تصویر بازتاب می شود. به این صورت است که تمامی نور دریافت شده توسط آینه بزرگ در ناحیه بسیار کوچکی متمرکز می شود.

ساخت آینه ای که بزرگتر از هشت متر باشد و تنها از یک شیشه تشکیل شده باشد، بسیار پرهزینه است و حمل و نگهداری آن بسیار دشوار است. راه حل سازندگان این است که به جای ساخت یک آینه غول پیکر از تعداد زیادی آینه کوچکتر استفاده شود. این آینه های کوچکتر با آرایش دقیقی در کنار هم قرار می گیرند و مشابه یک آینه غول پیکر عمل می کنند. برای کمتر شدن فاصله بین آینه ها، آنها را در یک سطح میزبان به طور سهموی در کنار هم قرار می دهند. شیوه های ساخته این آینه های ترکیبی متفاوت است: در یک شیوه که در پروژه ساخت تلسکوپ ELT استفاده شده است، آینه ای بسیار بزرگ از ترکیب صدها آینه 1.5 متری ساخته می شود. در شیوه دیگر که در تلسکوپ ماژلانی بزرگ در شیلی مورد استفاده قرار گرفته است، آینه 25 متری نهایی، تنها از 7 آینه تشکیل شده است. این آینه ها بزرگترین آینه های قابل ساخت توسط سازندگان هستند و قطر آنها 8.4 متر است. آرایش این آینه ها به صورت کندوی عسل است. علاوه بر این در ساخت آینه ثانویه هم از همین سیستم استفاده می شود: برای مثال آینه ثانویه 3 متری GMT از 7 قطعه تشکیل شده است.