ستاره شناسی نور مرئی

با این که نور مرئی تنها بخش بسیار کوچکی از پرتوهایی است که از اجرام آسمانی به ما می‌رسد، اما اکثر اطلاعات ستاره شناسان از بدو تولد دانش ستاره شناسی در دوران نجوم باستان تا اختراع تلسکوپ در سال 1609 و حتی در دنیای مدرن امروزی مرهون همین پرتوهای نور مرئی است. اکنون علاوه بر آن که تصاویر شگفت‌انگیز اجرام ژرف آسمان هر بیننده علاقمندی را به وجد می آورد، اختر فیزیکدانان می‌توانند با روش های گوناگون نور رسیده از آن ها را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند و داده‌های سودمندی را از آن استخراج کنند.

تحلیل نور: چشم انسان برای آشکار سازی نورهای کم فروغ مناسب نیست. به همین سبب ستاره شناسان حرفه‌ای به ندرت مستقیم از درون تلسکوپ آسمان را نگاه می‌کنند. در عوض، تلسکوپ‌ها نور اجسامی چون ستاره ها، سحابی ها یا کهکشان ها را به کمک دوربین های الکترونیکی حساس ثبت می کنند. اگر جسم خیلی کم نور باشد، دوربین ها از آن عکس هایی با نوردهی های چند دقیقه ای تا چند ساعتی می گیرند و در این مدت، نور کافی از جسم بر آشکارساز جمع می‌شود. طیف نگارها نور را به طول موج های گوناگون تشکیل دهنده آن تجزیه می کنند تا شدت هر یک را مشخص کنند و به دنبال اطلاعات فیزیکی و شیمیایی جسم در طیف نور بگردند. رایانه ها نیز نتیجه را تحلیل می کنند تا میزان گرمای جسم و ترکیبات آن را نشان دهند. این دو ابزار در کنار هم می توانند آخرین ذره های اطلاعات را از نور سیاره، ستاره یا کهکشان بیرون بکشند. باورنکردنی است که این همه اطلاعات فیزیک و شیمی اجرام سماوی، در باریکه‌ای از نور آن ها نهفته است.

تراشه های حساس به نور: تصاویر خیره کننده کهکشان ها، شبیه عکسی یک دست به نظر می رسند؛ اما در حقیقت، همچون تصویر تلویزیون یا نمایشگر رایانه، از دانه های مربع شکلی به نام پیکسل تشکیل شده اند. این تصاویر را به کمک دوربین های الکترونیک می گیرند که یک تراشه رایانه ای حساس به نور به نام ابزار مزدوج کننده بار الکتریکی(CCD) دارند. CCDها بسیار حساس تر از صفحه های عکاسی اند: در نوردهی 2 دقیقه ای با CCD جزئیاتی به کم سویی جزئیات نوردهی یک ساعته یا فیلم عکاسی ظاهر می شود. بسیاری از کارشناسان، تحولی را که CCDها در علم ستاره شناسی ایجاد کرده اند، با تحول ورود تلسکوپ به دنیای نجوم مقایسه می کنند. در حالی که چشم انسان یا فیلم های عکاسی عادی فقط چند درصد از فوتون های نوری را ثبت می کند، دوربین های CCD چنان حساس اند که اغلب بیش از 70 درصد از فوتون های نور را آشکار می سازند. در نتیجه، پژوهش های بسیار بیشتری در زمان کوتاه تر و به صورت کامل تر انجام می شود.

ابزار مزدوج کننده بار الکتریکی(CCD): CCD اساس دوربین های فیلمبرداری خانگی و بسیاری از دوربین های تلویزیونی و دوربین های عکاسی دیجیتالی است. این وسیله تراشه سیلیکونی نازکی با سطح حساس به نور است که به هزاران یا میلیون ها پیسل مربعی(اجزای سازنده تصویر) تقسیم شده است. وقتی نور به پیکسل می رسد، بار الکتریکی تولید می شود: هر چه نور بیشتر باشد، بار بزرگتر است. در پایان زمان نوردهی، مدارهایی الکتریکی که پشت تراشه ساخته شده اند، بارهای رها شده و مکان مربوط به آن ها را ردیف به ردیف می خوانند و شمارش می کنند. سپس آمار را به رایانۀ متصل به CCD می فرستند تا به صورت تصویر دیجیتالی در آن ذخیره شود.

طیف الکترومغناطیس: امواج تابشی مانند امواج دریا حرکت می کنند، با این تفاوت که در محیط خلأ یا فضای بدون ماده هم منتقل می شوند. به فاصله بین دو قله موج، طول موج می گویند. تابش های متفاوت را طول موج‌های گوناگون از هم متمایز می کند. آن هایی که طول موج کوتاه تری دارند، بسامد(فرکانس یا تعداد موج در ثانیه) بلندتری دارند و حامل انرژی بیشتری هستند.

رنگی دیدن: CCDها فقط سیاه و سفید می بینند؛ اما رنگ، اطلاعات ارزشمندی همچون دمای ستاره ها را در اختیار ما می گذارد. ستاره شناسان، برای به دست آوردن تصویری تمام رنگی، از جسم مورد نظر چندین بار با فیلتر های رنگی عکس می گیرند. سپس این تصاویر را با هم ترکیب می کنند. به این ترتیب، مقایسه تصاویر گرفته شده با تلسکوپ های متفاوت، ساده‌تر می شود. در ادامه چندین عکس مربوط به مطالبی که گفته شد می‌بینیم.

پیکسل های CCD، مربع های سیلیکونی‌اند که با دیواره های عایق بسیار نازکی از هم جدا شده‌اند.

تصاویر کهکشان مارپیچی که با فیلتر های رنگی گرفته شده است.

خطوط طیفی عناصر

رایانه ها در ستاره شناسی: رایانه ها کار تجزیه و تحلیل داده های نجومی را به عهده گرفته اند. امروزه بیشتر داده ها، مانند خروجی CCDها و طیف نگارها، به صورت دیجیتالی به دست می آید و تحلیل آن ها با رایانه کار ساده‌ای است. از رایانه برای پردازش تصاویر و برجسته سازی برخی جزئیات مطلوب تصویر نیز استفاده می شود. به علاوه، با رایانه ها می توان در صفحه های عکاسی به دنبال موضوعات گوناگون گشت. به این ترتیب، ساعت ها در وقت ستاره شناسان صرفه‌جویی می‌شود.

طیف سنجی: نور مرئی ترکیبی از طول موج های گوناگون است که هر یک با رنگ متفاوتی متناظر است. کوتاه ترین طول موج های نور مرئی، بنفش و بلندترین آن ها، قرمز است. ستاره شناسان برای طیف سنجی، جهت تجزیه نور به طیفی از رنگ ها، از منشور یا توری پَراش(صفحه ای شیشه ای که بر سطحش هزاران خط بسیار نزدیک و متقاطع حکاکی شده است) استفاده می کنند. وقتی طیف اجرام آسمان گرفته می شود، خطوط تیره یا روشنی در طول موج های گوناگون دیده می شوند که طیف را قطع کرده‌اند. به طیفی که خطوط تیره دارد، طیف جذبی و به طیفی که خطوط روشنی در زمینه تاریک دارد، طیف نشری می گویند. قدرت طیف سنجی در تحلیل این خطوط نهفته است تا نوع و فراوانی عناصر موجود در جسم آسمانی و همچنین دمای آن را مشخص کند. بزن اسلاید بعدی👈🏻