بر خلاف شاخه‌های دیگر علم، اجرام نجومی دور از دسترس منجمان هستند. آزمایشگاهی که می‌توان در آن نظریه‌های علم نجوم را آزمود، در فاصله‌ای از ناظر قرار گرفته‌اند که عبور نور از آن میلیاردها سال طول می‌کشد. هر ذره نوری که به ناظر پژوهشگر می‌رسد، حاوی اطلاعات از آن جرم دوردست است و از این‌رو بسیار ارزشمند است. به این دلیل منجمان پس از گالیله، ابزارهایی برای جمع‌آوری هرچه بیشتر نور ساخته‌اند که این ابزارها تلسکوپ نام دارند. تلسکوپ را می‌توان به میکروسکوپی تشبیه کرد که رو به آسمان نشانه می‌رود و برای مطالعه هرچه دقیق‌تر اجرام نجومی استفاده می‌شود. این نور پس از جمع‌آوری، وارد آشکارسازهایی می‌شود که به تلسکوپ وصل می‌شوند و حساسیت آنها به‌مراتب فراتر از چشم انسان است.
در این ابزارها نور ثبت و بررسی و برای مطالعه خواص فیزیکی اجرام مورد نظر، تحلیل می‌شود. بنابراین تلسکوپ و آشکارساز متصل به آن ابزارهایی هستند که دقت و حساسیت چشم را برای رصد اجرام آسمانی افزایش می‌دهند. زمانی که گالیلئو گالیله، دانشمند ایتالیایی، در سال1609 تلسکوپ را به خدمت نجوم گرفت، انقلابی در دانش اخترشناسی ایجاد شد، به‌گونه‌ای که علم نجوم به 2دوره قبل و بعد از گالیله تقسیم می‌شود. تلسکوپ‌ها از آن زمان دچار تحول بسیاری شده‌اند. طی 4 قرن گذشته تلسکوپ‌های بازتابی کاملا جایگزین تلسکوپ گالیله‌ای شده‌اند چون آینه‌ها در مقایسه با عدسی‌ها قابلیت بیشتری برای افزایش قطر، افزایش کیفیت و جلوگیری از خطاهای اپتیکی دارند.
قطر آینه‌های بزرگترین تلسکوپ‌هایی که در حال حاضر بهره برداری می‌شوند در حدود 10-8 متر است که نوعی مرز منطقی محسوب می‌شود. آینه‌های تلسکوپ‌های نسل آینده که اکنون در حال طراحی هستند، از تعداد زیادی قطعات تشکیل شده‌اند که به وسیله مکانیک و الکترونیک کنترل می‌شوند و مجموعا قطری معادل 20 تا 40 متر را تشکیل خواهند داد. به‌طور مثال در طرح E-ELT، (تلسکوپ فوق‌العاده بزرگ اروپا) که با بودجه‌ای در حدود یک میلیارد یورو تا 10 سال دیگر ساخته خواهد شد و طراحی آن آغاز شده، قرار است آینه 42متری آن از اتصال 672 قطعه آینه 6 ضلعی کوچک ساخته شود. البته تلسکوپ‌های مدرن ساختارهایی اپتیکی - مکانیکی- الکترونیکی به شمار می‌آیند که قابلیت‌های آنها در کنار قطر آینه اصلی با تعداد دیگری پارامترهای کمی و کیفی نیز تعریف می‌شود.
- تفاوت تلسکوپ‌های زمینی و فضایی چیست ؟
تلسکوپ‌های زمینی برخلاف تلسکوپ‌های فضایی با مشکل بزرگ تلاطم‌های جوی مواجه هستند. مقدار تلاطم جو وابسته به محل است و در پارامتری به نام دید بیان می‌شود. هرچه مقدار این پارامتر کمتر باشد تلاطم جو تصاویر نجومی را کمتر مغشوش می‌کند و تلسکوپ توانایی بیشتری برای ثبت جزئیات دارد و به‌اصطلاح منجمان توان تفکیک بیشتری دارد. جست‌وجوی مکان‌هایی که پارامتر دیدشان کمترین حد ممکن است، منجمان و تلسکوپ‌های بزرگ را تا‌کنون از قطب جنوب و جزایر قناری و هاوایی تا رشته کوه‌های آمریکای شمالی و شیلی برده است.
یک راه کاهش دید برای تلسکوپ‌های زمینی، کم کردن ضخامت جو بالای سر، یعنی افزایش ارتفاع تلسکوپ از سطح دریاست. راه حل بعدی قراردادن تلسکوپ در یک هواپیما، مانند طرح (SOFIA) و نهایتا بردن تلسکوپ به فضاست. به‌علت هزینه‌های زیاد و محدودیت در حجم و وزن محموله‌های موشک‌های فضایی، قطر آینه تلسکوپ‌های فضایی کوچکتر است. تا‌کنون چند تلسکوپ فضایی به خارج از جو پرتاب شده است که بزرگترین و مشهورترین آنها تلسکوپ فضایی هابل (HUBBLE) در سال ۱۹۹۰ آغاز به کار کرده است.
تلسکوپ فضایی هابل دارای یک آینه 5/2 متری است و سازمان‌های فضایی در ایالات متحده و اروپا برای طراحی، ساخت، پرتاب، نگهداری، تعمیر و تعویض آشکارسازهای آن تا‌کنون چندمیلیارد دلار هزینه کرده‌اند، به‌طوری که این تلسکوپ در کنار آزمایشگاه فیزیک ذرات CERN از پرهزینه‌ترین طرح‌های پژوهشی بشر بوده است. طرح بعدی، پس از تلسکوپ فضایی هابل که در طول موج‌های مرئی و فرابنفش کار می‌کند، تلسکوپ فضایی جیمز وب برای طول موج‌های فروسرخ است. قرار است آینه اصلی 5/6 متری این تلسکوپ مانند پنل‌های خورشیدی در فضا همانند یک پازل سه بعدی باز شود.
خصوصیات محل رصدخانه ملی چیست و به‌عنوان مثال با شیلی و هاوایی چه فرقی دارد؟
صافی آسمان، شرایط آب و هوایی و کمترین تلاطم جوی و دید، از جمله عواملی بوده‌اند که تیم مکان یابی به سرپرستی دکتر سعدالله نصیری در طول فعالیت‌های گسترده و چندساله در نظر داشته‌اند. سر انجام مطالعات و اندازه‌گیری‌های دید پیشنهاد دو قله در اطراف شهرهای کاشان و قم بود که ارتفاع 3050 متر و 3620 متر دارند.
پس از پایان فعالیت‌های تیم مکان‌یابی ایستگاه‌های خودکار هواشناسی را در دو قله نصب کرده‌ایم که داده‌های مهمی را برای تصمیم‌های آینده در اختیارمان می‌گذارند. آنچه از دید متخصصان گفته شد، تأییدی است بر کیفیت این دو نقطه انتخاب شده، ضمن اینکه نگرانی‌هایی بابت رشد جمعیت و افزایش آلودگی نوری شهرهای کاشان و قم ابراز شده است. اندازه‌گیری‌های فعلی پارامتر دید در این دومحل نشان می‌دهد که کیفیت آنها اگرچه به خوبی مکان‌های مشهوری مانند شیلی و هاوایی نیست اما برای تلسکوپ 3متری در ایران قابل‌قبول است. پس از پایان فصل سرما، اندازه‌گیری دید این بار مطابق با استانداردهای بین‌المللی در ارتفاع 6 متری تکرار خواهد شد. دکتر میرعباس جلالی سرپرستی طراحی و ساخت برج‌های 6 متری را به‌عهده گرفته‌اند که یک عدد به رصدخانه ملی تحویل داده شده و در قله دینوا نصب شده است و پس از پایان فصل سرما مورد آزمایش قرار خواهد گرفت.
- رصدخانه ملی چه زمانی به بهره برداری می‌رسد ؟
یک رصدخانه مدرن مجموعه پیچیده‌ای از چند زیرمجموعه است و ترکیب صحیح این زیرمجموعه‌ها درنهایت مشخصات و کیفیت آن را مشخص می‌کند. احداث رصدخانه ملی مانند طرح‌های مشابه در چند مرحله انجام می‌شود. مرحله نخست شامل کارهای مقدماتی مانند برآورد نیازهای علمی، امکان سنجی، تخمین بودجه و مکان یابی است که با موفقیت به پایان رسیده است. مرحله بعد تبدیل نیازهای علمی طرح به مشخصات فنی و مهندسی تلسکوپ، ساختمان و سایر زیرمجموعه‌هاست که این ترجمه به زبان ارقام و اعداد مهندسی، ابتدا در طراحی مفهومی انجام می‌شود و نیازهای فنی هر یک از زیرمجموعه‌ها تعیین می‌شود.
بخش بعدی مرحله طراحی، طراحی مقدماتی شامل تعیین مشخصات فنی زیرمجموعه‌ها، مانند اپتیک، گنبد تلسکوپ، ساختار مکانیکی، کنترل و نرم‌افزار است. طراحی تفصیلی، تهیه نقشه‌های مهندسی و بخش پایانی طراحی است و ساخت و سفارش قطعات و زیرمجموعه‌ها پس از آن آغاز می‌شود. در پایان مرحله ساخت، ترکیب زیرمجموعه‌ها، انتقال به محل و نصب و راه‌اندازی انجام خواهد شد. هر مرحله از طراحی با نشست متخصصان بین‌المللی به پایان می‌رسد که منجر به تأیید یا تصحیح طراحی‌های انجام شده می‌شود. هر قطعه‌ای که ساخته یا خریداری می‌شود و همچنین هر زیر مجموعه‌ای که تکمیل می‌شود باید با استانداردهای موجود آزمایش شود. بنابراین در پیش‌بینی دقیق زمان بهره‌برداری از رصدخانه عوامل متعددی دخیل هستند که تا حدودی خارج از اختیار ماست.
شیشه خام یکی از مهم‌ترین و گران‌ترین قطعات تلسکوپ است که اکنون رصدخانه ملی ایران در مرحله مطالعات اولیه خریداری این شیشه است. از سوی دیگر در نشست‌هایی که با حضور متخصصان بنام انجام شده است، بخش‌هایی از فعالیت‌های انجام شده، مانند مکان‌یابی، مطالعه اهداف علمی و طراحی تلسکوپ مورد بررسی قرار‌گرفته‌اند. تخمین شخصی من در حالت خوش‌بینانه این است که اگر طرح با بودجه و امکانات کافی پیش برود و با مشکلات ویژه‌ای روبه‌رو نشود، 5 ساله تمام خواهد شد.
- چه فناوری‌هایی در ساخت تلسکوپ درگیر هستند؟ آیا ما از توان داخلی هم استفاده خواهیم کرد؟
تلسکوپ 3 متری رصدخانه ملی که با استفاده از دستاوردهای فنی امروزی ساخته می‌شود، شامل چندین هزار قطعه است. فناوری‌های اپتیک، مکانیک، الکترونیک، کنترل و نرم افزار در ساخت یک تلسکوپبه کار می‌آید. در هر کدام از این بخش‌ها ما تلاش می‌کنیم از دانش و فناوری داخلی کمک بگیریم. بخش‌هایی که در حال حاضر موجود نیستند، باید ایجاد یا منسجم شوند. انتقال فناوری، فرایند آموختن و به کارگرفتن دانش فنی جدیدی است که تا‌کنون در داخل کشور در دسترس نبوده است. در زمینه‌هایی که استعداد رشد در داخل وجود دارد و کمبودهای دانش فنی مورد نیاز طرح، قابل جبران است، قصد داریم طی مراحل انجام طرح رصدخانه با برنامه‌های آموزشی، تیم‌هایی را برای نگهداری، تعمیرات و توسعه ایجاد کنیم که در زمان بهره‌برداری از تلسکوپ ما را تاحد زیادی خودکفا کنند.
- فناوری ساخت آینه تلسکوپ به چه صورتی است؟
جنس آینه تلسکوپ‌ها ترکیبی از شیشه- سرامیک است؛ شیشه‌ای با ساختار درونی بی‌شکل و سرامیک که دارای ساختار بلوری است. شیشه – سرامیک از طریق گرمایش مجدد شیشه پس از ریختن آن در قالب و سردشدن تولید می‌شود که منجر به فرایند بلورسازی داخل شیشه می‌شود. شیشه- سرامیک قابلیت برش، تراش، اندود کردن و لایه نشانی دارد. برای آینه تلسکوپ از نوع خاصی شیشه- سرامیک استفاده می‌شود که دارای ضریب انبساط بسیار پایینی در حد یک میلیونیوم یا تقریبا صفر است. این خاصیت باعث می‌شود تغییر شکل آینه تلسکوپ در اثر اختلاف دما به حداقل برسد. چون دقت موردنظر سطح آینه تلسکوپ 3متری در حد چند نانومتر یا میلیونیوم میلی‌متر است. تعیین مشخصات شیشه به‌طور دقیق، شامل ابعاد هندسی و برش‌ها و حد بالای عواملی مانند ناخالصی‌ها، حباب‌ها و منافذ الزامی است.
- مراحل ساخت آینه تلسکوپ چیست ؟
اول شیشه به‌صورت استوانه‌ای داخل قالب ریخته می‌شود و با گرمایش مجدد در آن فرایند بلورسازی رخ می‌دهد. سپس در مدت چندماه با سرعت بسیار کم در کوره سرد می‌شود تا شکاف و شکست در آن ایجاد نشود. انجماد سریع و سرد شدن با سرعت زیاد باعث ایجاد شکاف در ماده می‌شود.
شیشه خام بعد از این مرحله با ماشین‌آلات برش و تراش به شکل هندسی مورد نظر آینه اولیه در می‌آید، کار آن در کارخانه شیشه‌سازی تمام می‌شود و به کارگاهی که ویژه صیقل زدن است انتقال می‌یابد. صیقل زدن یا تراش نهایی شیشه با دقتی بین10 تا 20نانومتر (یک صدم میلی‌متر) انجام می‌شود تا سطح آینه آماده اندود کردن یا لایه نشانی بشود. مجموعه این فعالیت‌ها از ابتدای ریختن شیشه، سردشدن در کوره، گرمایش مجدد و بلورسازی، برش و تراش اولیه، حمل به کارگاه صیقل زدن، لایه نشانی و انتقال به محل نصب، حدود 3 سال طول می‌کشد. به این دوره زمانی اجتناب‌ناپذیر، مدتی را باید اضافه کرد که در کارخانه‌های تولید شیشه خام و صیقل دادن آن در نوبت خواهیم ماند. در حال حاضر، فقط 2 سازنده شیشه خام در دنیا وجود دارد و تعداد اندکی کارگاه‌های صیقل. با داشتن شناخت کافی از طرح‌های مشابهی که بالقوه متقاضی محصولات و خدمات همین شرکت‌ها هستند و با تصمیم‌گیری‌های هوشمندانه می‌توانیم این زمان‌ها را کاهش دهیم و باعث صرفه جویی در هزینه‌ها شویم. لازم به ذکر است که چون موارد استفاده از چنین شیشه‌ای بسیار خاص است، احداث کارخانه‌های بیشتری برای تولید آن مقرون به صرفه نیست.
- در مورد ساختمان رصدخانه ملی ایران چه نکات فنی و مهندسی در نظر گرفته می‌شود؟
ساختمان هر رصدخانه یکی از مهم‌ترین و تأثیرگذارترین بخش‌های هر رصدخانه است که معماری خاصی را می‌طلبد. بنابراین در ساخت این سازه باید مؤلفه‌های علمی و فنی بسیاری در نظر گرفته شود. رصدخانه ظاهراً یک کار معماری است اما در مورد رصدخانه‌های بزرگ و پژوهشی این ساختمان کاملاً خاص است و باید مشخصات فنی لازم را داشته باشد تا بتواند تلسکوپ را درون خودش پوشش دهد.
یکی از بحث‌های مطرح، درباره گردان یا ثابت بودن بخش‌های ساختمان است. همچنین باید برای پایه تلسکوپ و جلوگیری از انتقال لرزش سایر بخش‌های ساختمان به آن، ملاحظات فنی خاصی در نظر گرفت. پوشش تلسکوپ باید از آن در برابر اثرهای ناخواسته محیط، مانند آلودگی، غبار، باد وباران محافظت کند و از سوی دیگر باید این امکان را فراهم کند تا تلسکوپ خیلی سریع با فضای اطرافش هم دما بشود، تا با کاهش اختلاف دما، از ایجاد حرکت همرفتی در هوای اطراف آینه‌ها و تلاطم مرتبط با آن جلوگیری شود. بنابراین یکی از اهداف ساختمان تلسکوپ به حداقل رساندن اختلاف دماهاست. برای طراحی ساختمان به شکل مطلوب، بخش مهندسی نیازهای فنی آن را تعیین می‌کند، در طراحی معماری آن همکاری می‌کند و در هنگام ساخت نیز نظارت می‌کند که به ویژگی‌های مورد نظر توجه کافی بشود.
- چرا گنبد رصد خانه‌ها را کروی می‌سازند؟
تا اواسط قرن نوزدهم تلسکوپ‌ها بدون گنبد ساخته می‌شدند و فقط دارای پوشش سقف در برابر باد و باران بودند. گنبدهای نیمکره‌ای برای رصدخانه‌ها در اواخر آن قرن باب شدند. از اولین تلسکوپ‌هایی که با گنبدی به شکل نیمکره در آن زمان ساخته شدند، رصدخانه‌های لیک (Lick)و یرکز (Yerkes) در ایالات متحده بودند. جورج‌ریچی، سازنده تلسکوپ‌های 60 اینچی و 100اینچی رصدخانه ماونت ویلسون، در اوایل قرن بیستم اهمیت کاهش اختلاف دما را تشخیص داد که آینه در اثر آن تغییر شکل پیدا می‌کند. گنبد تلسکوپ باید حین امکان پوشش تلسکوپ به‌طور کامل، دارای شکافی باشد که در زمان رصد با تلسکوپ حرکت می‌کند و در امتداد دهانه آن قرار می‌گیرد.
بنابراین پوشش تلسکوپ باید قابلیت چرخش حول محور عمودی در مرکز (حرکت سمتی تلسکوپ) و تنظیم شکاف (حرکت ارتفاعی) را داشته باشد. نیمکره شکلی هندسی است که ضمن داشتن مقطع دایره‌ای که برای چرخیدن سمتی آن لازم است، کمترین حجم ممکن را دارد. در نتیجه این ملاحظات، گنبدهای تلسکوپ به‌صورت متعارف کروی ساخته می‌شدند اما چند سالی است که شکل‌های دیگری نیز استفاده می‌شوند که محصول مطالعه و درنظر‌گرفتن مجموعه عواملی شامل کاهش اختلاف دما، پوشش در برابر باد، غبار، رطوبت و نیز کاهش پارامتر دیدی است که در داخل گنبد ممکن است ایجاد شود. در سال‌های اخیر در متون تخصصی به جای لفظ گنبد تلسکوپ از واژه پوشش تلسکوپ استفاده می‌شود که ساختمان آن را نیز شامل می‌شود.
- آیا تصاویر گرفته شده توسط تلسکوپ به‌طور مستقیم مورد بهره برداری قرار می‌گیرد؟
تلسکوپ ابزاری برای جمع‌آوری نور است.نور پس از جمع‌آوری وارد ابزارها یا آشکارسازهایی می‌شود تا مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرد. این ابزارها یا به‌طور مستقیم تصویر اجرام نجومی را ثبت می‌کنند یا نور اجرام مورد نظر تجزیه و طیف نگاری می‌شود. خاصیت دیگری که می‌توان سنجید قطبش نور است که با استفاده از آن، خواص مغناطیسی اجرام و محیطی که نور از آن عبور کرده مطالعه می‌شود.