تلسكوب

التلسكوب جهاز يُستخدم لرصد الأجسام البعيدة من خلال انبعاثها أو امتصاصها أو انعكاسها للإشعاع الكهرومغناطيسي . [ ^{1 ] في} الأصل، كان أداة بصرية تستخدم العدسات أو المرايا المنحنية أو مزيجًا منهما لرصد الأجسام البعيدة - التلسكوب البصري . أما اليوم، فيُعرَّف مصطلح "التلسكوب" بأنه يشمل مجموعة واسعة من الأجهزة القادرة على رصد مناطق مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي ، وفي بعض الحالات أنواعًا أخرى من الكواشف.

كانت أولى التلسكوبات العملية المعروفة عبارة عن تلسكوبات انكسارية ذات عدسات زجاجية، وقد تم اختراعها في هولندا في بداية القرن السابع عشر. وقد استخدمت في كل من التطبيقات الأرضية وعلم الفلك .

تم اختراع التلسكوب العاكس ، الذي يستخدم المرايا لجمع الضوء وتركيزه، في غضون بضعة عقود من اختراع أول تلسكوب انكساري.

في القرن العشرين، تم اختراع العديد من أنواع التلسكوبات الجديدة، بما في ذلك التلسكوبات الراديوية في ثلاثينيات القرن العشرين والتلسكوبات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء في ستينيات القرن العشرين.

صاغ عالم الرياضيات اليوناني جيوفاني ديميسيان كلمة "تلسكوب" عام 1611 لوصف إحدى أدوات غاليليو غاليلي التي قُدّمت في مأدبةٍ في أكاديمية لينسي . ^{[ 2 ] [ 3 ]} في كتابه "الرسول النجمي" ، استخدم غاليليو المصطلح اللاتيني perspicillum . أصل الكلمة من اليونانية القديمة τῆλε، وتعني "بعيد"، وσκοπεῖν، وتعني "ينظر أو يرى"؛ τηλεσκόπος، وتعني "الرؤية البعيدة". ^{[ 4 ]}

أقدم سجل معروف للتلسكوب هو براءة اختراع مُقدمة إلى الحكومة الهولندية عام 1608 من قِبل صانع النظارات هانز ليبرهي من ميدلبورغ، لتلسكوب انكساري . ^{[ 6 ]} المخترع الحقيقي غير معروف، لكن الخبر انتشر في جميع أنحاء أوروبا. سمع غاليليو عنه، وفي عام 1609، بنى نسخته الخاصة، وأجرى أرصاده التلسكوبية للأجرام السماوية. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

بعد اختراع التلسكوب الكاسر بفترة وجيزة، بدأت الأبحاث تتناول فكرة استخدام مرآة بدلاً من عدسة كعنصر تجميع الضوء. ^{[ 9 ]} وقد أدت المزايا المحتملة لاستخدام المرايا المكافئة - مثل تقليل الزيغ الكروي وانعدام الزيغ اللوني - إلى ظهور العديد من التصاميم المقترحة ومحاولات عديدة لبناء تلسكوبات عاكسة . ^{[ 10 ]} في عام 1668، بنى إسحاق نيوتن أول تلسكوب عاكس عملي، وهو تصميم يحمل اسمه الآن، وهو التلسكوب العاكس النيوتني . ^{[ 11 ]} وفي عام 1956، اخترع جون دوبسون التلسكوب الدوبسوني .

ساهم اختراع العدسة اللا لونية عام 1733 في تصحيح جزئي للانحرافات اللونية الموجودة في العدسة البسيطة ^{[ 12 ]} ، ومكّن من بناء تلسكوبات انكسارية أقصر وأكثر فعالية. ^{[ 13 ]} أما التلسكوبات العاكسة، فرغم أنها لم تكن تعاني من مشاكل الألوان التي لوحظت في التلسكوبات الانكسارية، إلا أنها كانت تعاني من استخدام مرايا معدنية عاكسة سريعة التشويه ، والتي كانت شائعة الاستخدام خلال القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، وهي مشكلة تم التخفيف منها بإدخال مرايا زجاجية مطلية بالفضة عام 1857، ومرايا مطلية بالألومنيوم عام 1932. ^{[ 14 ]} يبلغ الحد الأقصى لحجم التلسكوبات الانكسارية حوالي متر واحد (39 بوصة) ، مما يعني أن الغالبية العظمى من التلسكوبات البصرية البحثية الكبيرة التي بُنيت منذ مطلع القرن العشرين كانت تلسكوبات عاكسة. أكبر التلسكوبات العاكسة حاليًا لها عدسات موضوعية أكبر من 10 أمتار (33 قدمًا) ، والعمل جارٍ على العديد من التصاميم التي يتراوح قطرها بين 30 و40 مترًا. ^{[ 15 ]}

شهد القرن العشرون أيضاً تطور التلسكوبات التي تعمل ضمن نطاق واسع من الأطوال الموجية ، من موجات الراديو إلى أشعة غاما . وقد بدأ تشغيل أول تلسكوب راديوي مصمم خصيصاً لهذا الغرض في عام 1937. ومنذ ذلك الحين، تم تطوير مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأدوات الفلكية المعقدة.

نظرًا لأن الغلاف الجوي معتم لمعظم الطيف الكهرومغناطيسي، لا يمكن رصد سوى نطاقات قليلة من سطح الأرض. هذه النطاقات مرئية - الأشعة تحت الحمراء القريبة وجزء من موجات الراديو. ^{[ 16 ]} لهذا السبب، لا توجد تلسكوبات أرضية تعمل بالأشعة السينية أو الأشعة تحت الحمراء البعيدة، إذ يجب رصدها من المدار. حتى لو كان بالإمكان رصد طول موجي معين من الأرض، فقد يكون من الأفضل وضع تلسكوب على قمر صناعي نظرًا لمشاكل مثل الغيوم، وضعف الرؤية الفلكية ، والتلوث الضوئي . ^{[ 17 ]}

تشمل عيوب إطلاق تلسكوب فضائي التكلفة والحجم وسهولة الصيانة والتحديث. ^{[ 18 ]}

من أمثلة التلسكوبات الفضائية التابعة لوكالة ناسا: تلسكوب هابل الفضائي الذي يرصد الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة، وتلسكوب سبيتزر الفضائي الذي يرصد الأشعة تحت الحمراء، وتلسكوب كيبلر الفضائي الذي اكتشف آلاف الكواكب الخارجية . ^{[ 19 ]} أما أحدث تلسكوب أُطلق فهو تلسكوب جيمس ويب الفضائي في 25 ديسمبر 2021، في كورو ، غويانا الفرنسية ، على متن صاروخ أريان 5. يرصد تلسكوب ويب الأشعة تحت الحمراء ويدور حول نقطة لاغرانج _L2 في نظام الأرض والشمس. ^{[ 20 ]}

يشمل مصطلح "التلسكوب" مجموعة واسعة من الأدوات. معظمها يكشف الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ولكن هناك اختلافات كبيرة في كيفية قيام علماء الفلك بجمع الضوء (الإشعاع الكهرومغناطيسي) في نطاقات تردد مختلفة.

مع ازدياد طول الموجات، يصبح استخدام تقنية الهوائيات للتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي أسهل (مع إمكانية تصنيع هوائيات متناهية الصغر). يمكن جمع الأشعة تحت الحمراء القريبة كما يُجمع الضوء المرئي؛ أما في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة ودون المليمترية، فيمكن للتلسكوبات العمل بشكل أقرب إلى التلسكوبات الراديوية. على سبيل المثال، يرصد تلسكوب جيمس كلارك ماكسويل أطوال موجية تتراوح بين 3  ميكرومتر (0.003  مليمتر) و2000  ميكرومتر (2  مليمتر)، ولكنه يستخدم هوائيًا مكافئًا من الألومنيوم. ^{[ 21 ]} في المقابل، يستخدم تلسكوب سبيتزر الفضائي ، الذي يرصد أطوال موجية تتراوح بين 3  ميكرومتر (0.003  مليمتر) و180  ميكرومتر (0.18  مليمتر)، مرآة (بصريات عاكسة). كما يستخدم تلسكوب هابل الفضائي المزود بكاميرا المجال الواسع 3 بصريات عاكسة، مما يتيح له الرصد في نطاق الترددات من حوالي 0.2  ميكرومتر (0.0002  مليمتر) إلى 1.7  ميكرومتر (0.0017  مليمتر) (من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء). ^{[ 22 ]}

مع الفوتونات ذات الأطوال الموجية الأقصر والترددات الأعلى، تُستخدم بصريات ذات سقوط مائل بدلاً من البصريات العاكسة كلياً. تستخدم تلسكوبات مثل TRACE و SOHO مرايا خاصة لعكس الأشعة فوق البنفسجية الشديدة ، مما ينتج صوراً ذات دقة أعلى وسطوع أكبر مما هو ممكن في الظروف العادية. لا تعني الفتحة الأكبر مجرد تجميع المزيد من الضوء، بل تُمكّن أيضاً من الحصول على دقة زاوية أدق.

يمكن تصنيف التلسكوبات أيضاً حسب موقعها: تلسكوب أرضي، تلسكوب فضائي ، أو تلسكوب طائر . كما يمكن تصنيفها حسب ما إذا كان يُشغّلها فلكيون محترفون أو هواة . ويُطلق على المركبة أو المجمع الدائم الذي يحتوي على تلسكوب واحد أو أكثر أو أدوات أخرى اسم المرصد .

موجات الراديو والموجات دون المليمترية

التلسكوبات الراديوية هي هوائيات راديوية موجهة تستخدم عادةً طبقًا كبيرًا لجمع الموجات الراديوية. تُصنع هذه الأطباق أحيانًا من شبكة سلكية موصلة بفتحات أصغر من الطول الموجي المراد رصده.

بخلاف التلسكوب البصري الذي يُنتج صورة مُكبّرة لجزء السماء المرصود، يحتوي طبق التلسكوب الراديوي التقليدي على مُستقبِل واحد يُسجّل إشارة واحدة مُتغيرة مع الزمن تُميّز المنطقة المرصودة؛ ويمكن أخذ عينات من هذه الإشارة بترددات مُختلفة. في بعض تصميمات التلسكوبات الراديوية الحديثة، يحتوي الطبق الواحد على مصفوفة من عدة مُستقبِلات؛ ويُعرف هذا باسم مصفوفة المستوى البؤري .

من خلال جمع الإشارات التي تستقبلها عدة أطباق في آنٍ واحد، وربطها ببعضها، يُمكن حساب صور عالية الدقة. تُعرف هذه المصفوفات متعددة الأطباق باسم مقاييس التداخل الفلكية ، وتُسمى هذه التقنية بتوليف الفتحة . تتشابه الفتحات "الافتراضية" لهذه المصفوفات في حجمها مع المسافة بين التلسكوبات. اعتبارًا من عام 2005، بلغ حجم المصفوفة القياسية أضعاف قطر الأرض، وذلك باستخدام تلسكوبات التداخل ذات الخط الأساسي الطويل جدًا (VLBI) الفضائية، مثل القمر الصناعي الياباني HALCA (المختبر المتقدم للغاية للاتصالات وعلم الفلك) VSOP (برنامج مرصد VLBI الفضائي). ^{[ 23 ]}

يتم الآن تطبيق توليف الفتحة أيضًا على التلسكوبات البصرية باستخدام مقاييس التداخل البصرية (مصفوفات من التلسكوبات البصرية) وقياس التداخل باستخدام قناع الفتحة في التلسكوبات العاكسة المفردة.

تُستخدم التلسكوبات الراديوية أيضًا لجمع إشعاع الميكروويف ، والذي يتميز بقدرته على المرور عبر الغلاف الجوي وسحب الغاز والغبار بين النجوم.

تُستخدم بعض التلسكوبات الراديوية، مثل مصفوفة ألين للتلسكوبات، في برامج مثل SETI ^{[ 24 ]} ومرصد أريسيبو للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

الضوء المرئي

يجمع التلسكوب البصري الضوء ويركزه ، وخاصةً من الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي. ^{[ 27 ]} تعمل التلسكوبات البصرية على تكبير الحجم الزاوي الظاهري للأجسام البعيدة، بالإضافة إلى زيادة سطوعها الظاهري . ولرصد الصورة وتصويرها ودراستها وإرسالها إلى الحاسوب، تستخدم التلسكوبات عنصرًا بصريًا واحدًا أو أكثر منحنيًا، مصنوعًا عادةً من عدسات زجاجية و/أو مرايا ، لتجميع الضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر وتوجيهه إلى نقطة بؤرية. تُستخدم التلسكوبات البصرية في علم الفلك وفي العديد من الأدوات غير الفلكية، بما في ذلك: أجهزة قياس الزوايا (بما في ذلك أجهزة العبور )، والمناظير الأرضية ، والمناظير أحادية العدسة ، والمناظير ثنائية العدسة ، وعدسات الكاميرات ، والمناظير المقربة . وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من التلسكوبات البصرية:

• التلسكوب الكاسر الذي يستخدم العدسات لتكوين صورة. ^{[ 28 ]}
• التلسكوب العاكس الذي يستخدم مجموعة من المرايا لتكوين صورة. ^{[ 29 ]}
• التلسكوب العاكس الكاسر الذي يستخدم المرايا مع العدسات لتكوين صورة.

جهاز التصوير فريسنل هو تصميم مقترح فائق الخفة لتلسكوب فضائي يستخدم عدسة فريسنل لتركيز الضوء. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

إلى جانب هذه الأنواع البصرية الأساسية، توجد العديد من الأنواع الفرعية ذات التصميم البصري المتنوع، والتي يتم تصنيفها حسب المهمة التي تؤديها، مثل أجهزة التصوير الفلكي ، ^{[ 32 ]} وأجهزة رصد المذنبات، ^{[ 33 ]} والتلسكوبات الشمسية . ^{[ 34 ]}

الأشعة السينية

تُعدّ الأشعة السينية أصعب بكثير في جمعها وتركيزها من الإشعاع الكهرومغناطيسي ذي الأطوال الموجية الأطول. تستخدم تلسكوبات الأشعة السينية بصريات خاصة بها ، مثل تلسكوبات وولتر ، المُكوّنة من مرايا حلقية الشكل "مائلة" مصنوعة من معادن ثقيلة ، قادرة على عكس الأشعة بزاوية بضع درجات فقط . عادةً ما تكون هذه المرايا جزءًا من قطع مكافئ مُدار وقطع زائد ، أو قطع ناقص . في عام 1952، حدّد هانز وولتر ثلاث طرق لبناء تلسكوب باستخدام هذا النوع من المرايا فقط. ^{[ 37 ] [ 38 ]} من أمثلة المراصد الفضائية التي تستخدم هذا النوع من التلسكوبات: مرصد أينشتاين ، ^{[ 39 ]} وروسات ، ^{[ 40 ]} ومرصد تشاندرا للأشعة السينية . ^{[ 41 ] [ 42 ]} في عام 2012، تم إطلاق تلسكوب NuSTAR للأشعة السينية، والذي يستخدم بصريات تصميم تلسكوب Wolter في نهاية صاري طويل قابل للنشر لتمكين طاقات الفوتون التي تبلغ 79 كيلو إلكترون فولت. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

أشعة جاما

تتجنب تلسكوبات الأشعة السينية وأشعة جاما ذات الطاقة العالية التركيز بشكل كامل وتستخدم أقنعة الفتحة المشفرة : يمكن إعادة بناء أنماط الظل التي يخلقها القناع لتشكيل صورة.

تُركّب تلسكوبات الأشعة السينية وأشعة غاما عادةً على بالونات تحلق على ارتفاعات عالية ^{[ 45 ] [ 46 ]} أو أقمار صناعية تدور حول الأرض، نظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض معتم لهذا الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي. ومن الأمثلة على هذا النوع من التلسكوبات تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما، الذي أُطلق في يونيو 2008. ^{[ 47 ] [ 48 ]}

يتطلب رصد أشعة غاما ذات الطاقة العالية جدًا، والتي تتميز بطول موجي أقصر وتردد أعلى من أشعة غاما العادية، مزيدًا من التخصص. ويمكن إجراء هذه الرصدات إما باستخدام تلسكوبات تصوير تشيرينكوف الجوية (IACTs) أو باستخدام كاشفات تشيرينكوف المائية (WCDs). ومن أمثلة تلسكوبات تصوير تشيرينكوف الجوية (IACTs) كل من HESS ^{[ 49 ]} و VERITAS ^{[ 50 ] [ 51 ]} ، بالإضافة إلى تلسكوب أشعة غاما من الجيل التالي، وهو مصفوفة تلسكوب تشيرينكوف ( CTA )، قيد الإنشاء حاليًا. أما HAWC و LHAASO فهما مثالان على كاشفات أشعة غاما التي تعتمد على كاشفات تشيرينكوف المائية.

قد يسمح اكتشافٌ في عام 2012 بتركيز تلسكوبات أشعة غاما. ^{[ 52 ]} عند طاقات الفوتون التي تزيد عن 700 كيلو إلكترون فولت، يبدأ معامل الانكسار في الزيادة مرة أخرى. ^{[ 52 ]}

• إليوت، روبرت س. (1966)، الكهرومغناطيسية ، ماكجرو هيل
• كينغ، هنري سي. (1979). تاريخ التلسكوب . إتش. سبنسر جونز. نيويورك: منشورات دوفر. ISBN 0-486-23893-8. OCLC 6025190 . 
• باشوف، جاي إم. (1981). علم الفلك المعاصر (  الطبعة الثانية). فيلادلفيا: دار نشر ساوندرز كوليدج. رقم ISBN 0-03-057861-2. OCLC 7734917 . 
• راشد، رشدي؛ موريلون، ريجيس (1996)، موسوعة تاريخ العلوم العربية ، المجلد  1 و3، روتليدج ، ISBN 978-0-415-12410-2
• صبرا، أ. إ.؛ هوغنديك، ج. ب. (2003). مشروع العلم في الإسلام: منظورات جديدة . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . ص 85-118 . ISBN  978-0-262-19482-2.
• ويد، نيكولاس جيه؛ فينغر، ستانلي (2001)، "العين كأداة بصرية: من الكاميرا المظلمة إلى منظور هيلمهولتز"، الإدراك ، 30 (10): 1157-1177 ، doi : 10.1068/p3210 ، PMID 11721819 ، S2CID 8185797  
• واتسون، فريد (2007). مُراقب النجوم  : حياة التلسكوب وأزمنته . كروز نيست، نيو ساوث ويلز، أستراليا: ألين وأونوين. ISBN 978-1-74176-392-8. OCLC 173996168 . 

• من غاليليو إلى غاما سيفي - تاريخ التلسكوب . مؤرشف في 8 مايو 2013 على موقع Wayback Machine.
• مشروع جاليليو – التلسكوب من تأليف آل فان هيلدن
• "التلسكوبات الأولى". جزء من معرض "رحلة كونية: تاريخ علم الكونيات" . مؤرشف في 9 أبريل 2008 على موقع Wayback Machine بواسطة المعهد الأمريكي للفيزياء.
• تايلور، هارولد دينيس؛ جيل، ديفيد (1911). "التلسكوب"  . الموسوعة البريطانية . المجلد  26 (  الطبعة الحادية عشرة). الصفحات 557-573 . 
• خارج نطاق البصريات: أنواع أخرى من التلسكوبات
• غراي، ميغان؛ ميريفيلد، مايكل (2009). "قطر التلسكوب" . ستون رمزًا . برادي هاران لجامعة نوتنغهام .