التلسكوب ويسمى المقراب أيضًا، آلة تقرب الأشياء البعيدة، ويستخدمها الفلكيون لــدراسة الكـواكب والنجوم وغيرها من الأجرام السماوية. ولولا التلسكوب لكانت معرفتنـا عن الكون الذي وراء كـوكبنا قليلـة جدًا.
تختلف التلسكوبات في الشكل والحجم، فهي تتراوح بين الأنواع الكبيرة التي تشبه الطاسة العاكسة التي قد يبلغ قطرها نحو 305 م، والأنواع الصغيرة كأجهزة النظر في البنادق، ونظارات الميدان المقربة، وهذه بالذات لم تكن في واقع الأمر سوى تلسكوبين اقترن بعضهما ببعض من جانبيهما. وتستعمل في معظم هذه التلسكوبات عدسة أو مرآة لتكوِّن صورة لجسم من الأجسام. ويمكن لهذا الجسم أن يُرى من خلال عدسة المجهر، أو يمكن تسجيله في فيلم ضوئي أو بأجهزة إلكترونية.
وأكثر التلسكوبات المعروفة هي التلسكوبات البصرية. وهذه التلسكوبات ترى الضوء المرئي مثلما تفعل عيوننا. ولكن الأجسام التي في الفضاء تعطي أنواعًا أخرى من الإشعاعات التي لا يمكن رؤيتها مثل موجات الراديو والأشعة السينية. ويستعمل الفلكيون أنواعًا أخرى من التلسكوبات لمراقبة هذه الإشعاعات.
ربما صنع هانز ليبرشاي، اختصاصِيّ النظارات الهولندي، أول تلسكوب سنة 1608م، عندما ركّبَ عدستي زجاج في أنبوب ضيق. وفي خلال سنة ركَّب الفلكي الإيطالي جاليليو جهازًا مماثلاً وأصبح أول شخص يستعمل التلسكوب ليدرس به السماء. وسرعان ما حقق جاليليو بعض الاكتشافات التي أدت إلى ثورة في علـم الفـلك. فقد اكتشف مثلاً أن هناك عدة أقمار تدور حول المشتري.
وفي سنة 1668م صنع الفلكي الإنجليزي إسحق نيوتن تلسكوبًا ذا مرآة. وفي هذه الأيام تستخدم معظم التلسكوبات الكبيرة الخاصة بالأبحاث مرايا بدلاً من العدسات.
ماذا تفعل التلسكوبات
التلسكوبات الضخمة في المراصد.
بعض التلسكوبات تدور حول الأرض في أقمار صناعية.
ُتظهِر التلسكوبات صورًا صافية واضحة للأجسام البعيدة النائية التي لا تبصرها عين الإنسان بدون جهاز مساعد. والتلسكوبات التي يستعملها الفلكيون الهواة تمكّنهم من رؤية الأجسام بتفاصيل أكثر مائة مرة عما يمكن أن تراه العين المجردة. وحتى التلسكوبات الكبيرة القوية التي تستعمل في المراصد لا يمكنها أن تكشف لنا تفاصيل أكثر لأن الغلاف الجوي للأرض يطمس أشكال النجوم وغيرها من الأجرام السماوية. ولكي نتفادى هذا التعتيم في الرؤية فقد أطلق العلماء تلسكوب هَبْل الفضائي لكي يعمل فوق الغلاف الجوي.
ويمكن للتلسكوبات أن تكتشف أجسامًا خافتة. وفي التلسكوبات البصرية، تعتمد هذه القدرة على كمية الضوء الذي يمكن للتلسكوب أن يجمعه. وكلما كانت عدسة التلسكوب أو المرآة الجامعة للضوء كبيرة، يصبح بإمكان التلسكوب أن يستقطب ضوءًا أكثر. ويمكن للتلسكوبات الكبيرة أن تستقطب نحو مليون ضعف ما تجمعه العين المجردة، وبذلك تكتشف أجسامًا خافتة أكثر بنحو مليون مرة. والضوء المرئي ما هو إلا واحد من الأنواع الكثيرة من الإشعاعات الكهرومغنطيسية التي تصل إلى الأرض من الفضاء. وينتقل هذا الإشعاع من خلال الفضاء في أنماط تسمى بالموجات، والتي تختلف في طول موجاتها. وطول الموجة هو المسافة بين قمة إحدى الموجات وقمة الموجة التالية لها. والأنواع الرئيسية للإشعاعات الكهرومغنطيسية هي، حسب تزايد طول الموجة: أشعة جاما، والأشعة السينية، والأشعة فوق البنفسجية، والضوء المرئي، والأشعة تحت الحمراء، وموجات الراديو. ويستعمل الفلكيون تلسكوبات خاصة بها أجهزة كشف إلكترونية للقيام بعمل أشكال أو رموز للأشياء غير المرئية من الإشعاعات الإلكترومغنطيسية.
وهناك بعض أنواع الإشعاعات الكهرومغنطيسية، بما في ذلك الضوء المرئي وبعض الموجات اللاسلكية المعينة، تمر من خلال الغلاف الجوي ويمكن دراستها من الأرض. غير أن الغلاف الجوي يسد الطريق على بعض أنواع الإشعاعات الأخرى، وبصفة خاصة الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما. ويستخدم الفلكيون تلسكوبات مركبة في الأقمار الصناعية لمراقبة هذه الأنواع الثلاثة من الإشعاعات.
وتمكّن التلسكوبات، المزودة بنبائط تسمى مقاييس الطيف، الفلكيين من دراسة أطوال موجات محددة خاصة بالإشعاعات الكهرومغنطيسية. هذه النبائط تنتشر وتفصل أطوال موجات الإشعاعات لتشكل نمطًا يدعى الطيف. ويستخدم الفلكيون مقياس الطيف لتحديد درجة حرارة النجوم والكواكب والسحب الغازية وتكوينها الكيميائي، ولكي يحسبوا السرعة التي يقترب بها أي جرم من الأجرام نحو الأرض أو يبتعد عنها.
التلسكوبات البصرية
تختلف التلسكوبات البصرية بعضها عن بعض إلى حد كبير في الحجم. وقد تكون لنظارات الميدان عدسات قطرها حوالي 2,5سم. وقد تكون لتلسكوب المرصد الضخم مرآة قطرها 6 أمتار، إلا أن كلا التلسكوبين يعملان وفقًا لنفس المبادئ البصرية.
في التلسكوب الانكساري تدخل موجات الضوء إلى داخل عدسة زجاجية تقوم بتركيز كل موجة في نقطة تسمى البؤرة. وتشكل هناك صورة يمكن مشاهدتها بواسطة عدسة عينية.
في التلسكوب الانعكاسي تقوم مرآة أسطوانية بعكس موجات الضوء على البؤرة. وهذا التصميم الذي يسمى التلسكوب النيوتوني تُستخدم فيه مرآة صغيرة مسطحة لينعكس عليها الضوء نحو العدسة العينية.
كيف تعمل التلسكوبات البصرية. تستخدم التلسكوبات البصرية عدسة أو مرآة لجمع موجات الضوء وتسليطها للحصول على صورة واضحة. وعادة ما تكون كل موجة من نجم خافت ضعيفة بحيث تكتشف فقط إذا ركزت طاقتها بوساطة مرآة أو عدسة. وتجعل العدسة أو المرآة قمة الموجة تتجمع في نقطة واحدة تسمّى البؤرة. وتجتمع موجات من مختلف النجوم في مواقع مختلفة في السماء في بؤرات مختلفة، لكن كل البؤرات تقع على مسافة متساوية من العدسة أو المرآة في منطقة تسمّى المستوى البؤري. وتسمّى المسافة بين العدسة أو المرآة وبين البؤرة الطول البؤري.
وفي أبسط التلسكوبات يضع الفلكيون أفلامًا ضوئية في المستوى البؤري ليسجل صورًا للأجرام التي في الفضاء. ويمكن تكبير الأشكال لغرض المراقبة المباشرة وذلك بعدسة عينية مجهرية. وتتكون معظم العدسات العينية من عدستين صغيرتين. ويضبط المشاهد بؤرة التلسكوب بضبط العدسة العينية لتغيير المسافة بين العدسة العينية والعدسة الجامعة للضوء، أو المرآة. وللعدسة العينية كذلك طول بؤري. ويمكن إيجاد قوة تكبير التلسكوب عن طريق قسمة الطول البؤري للعدسة أو المرآة على الطول البؤري للعدسة العينية.
أنواع التلسكوبات البصرية. هناك ثلاثة أنواع من التلسكوبات البصرية: 1- التلسكوب الانكساري 2- التلسكوب العاكس 3- التلسكوب الانكساري العاكس.
التلسكوبات الانكسارية. لهذا النوع من التلسكوبات عدسة كبيرة تسمى العدسة الشيئية وتوجد في أحد طرفي أنبوب طويل ضيق. وهذه العدسة الشيئية عدسة محدبة من الجانبين بحيث يكون وسط العدسة أسمك من الأطراف. ويهدئ الزجاج سرعة موجات الضوء أثناء مرورها خلال العدسة. وتقل سرعة الموجة، أكثر ما تقل، في وسط العدسة حيث يكون الزجاج أكثر سُمكًا. وهكذا تجعل العدسة قمة الموجة كلها تصل إلى البؤرة في نفس الوقت.
تعكس العدسات الانكسارية التي لها عدسة عينية مكبرة الصورة بحيث تبدو مقلوبة. ولكن المراقبة الفلكية لا تحتاج إلى صورة غير مقلوبة. كما أن التلسكوبات التي تستعمل في أعمال المراقبة التي يقوم بها الفلكيون لا تحتاج إلى أشكال عمودية. أما التلسكوبات التي تستعمل عادة في مراقبة الأجسام التي على الأرض مثل: نظارات الميدان، وجهاز النظر لتصويب البندقية، ومعدات المساحة، فإنها تستعمل عدسات إضافية أو موشورات لقلب الصورة إلى الجهة الصحيحة مرة أخرى.
وقد أنجز جاليليو معظم اكتشافاته باستعمال التلسكوبات الانكسارية. غير أن أدوات جاليليو وغيرها من أجهزة الانكسار قد أنتجت صورًا بألوان قوس قزح حول الأطراف سميت بالزيغ الكروماتي. وقد ظهر هذا التلوين بسبب أن إحدى العدسات تبطئ في نقل الضوء الأزرق أكثر من الأحمر، وبذلك تعطي الضوء الأزرق طولاً بؤريًا أقصر. وعندما يمر الضوء الأبيض ـ وهو النور الذي يتكون من كل الألوان ـ داخل عدسة فإن لونًا واحدًا فقط من الألوان يصطدم بالبؤرة تمامًا وبطريقة مضبوطة.
تلسكوب كاسيجرين الانعكاسي تُستخدم فيه مرآة ابتدائية فيها ثقب في الوسط لتعكس الضوء إلى مرآة محدبة أصغر حجمًا. وتعكس المرآة الصغيرة الضوء من خلال الثقب، ويمكن رؤيته بوساطة العدسة العينية أو يتم تسجيله.
التلسكوبات العاكسة. تستخدم في هذه التلسكوبات المرايا المقعرة التي تشبه الزبديات (الطاسات) في شكلها بدلاً من العدسات. وللمرآة التي تسمّى المرآة الابتدائية سطح مصنوع بحيث يصبح أي خط يعبر مركز المرآة مكافئيًا؛ أي أشبه ما يكون بمسار الكرة التي ضربت بالمضرب عاليًا في الهواء. والمرآة التي تكون بهذا الشكل، والتي تسمّى المرآة المكافئية، تعكس أشعة الضوء لبؤرة مضبوطة جدًا أمامها. وهناك تعكس مرآة أخرى الإشعاعات إلى عدسة عينية.
ويفضل الفلكيون عادة التلسكوبات العاكسة على التلسكوبات الانكسارية. وقد يتسبب وزن العدسة الكبيرة في انحنائها وتشوهها. لكن المرآة الكبيرة الثقيلة يمكن أن تُسند من الخلف. ونتيجة لذلك فإنه يمكن للمرايا أن تصنع لتكون أكبر من العدسات، وبذلك تستطيع أن تجمع ضوءًا أكثر. وبالإضافة إلى ذلك فإن المرايا المكافئية مفيدة لأن بإمكانها تجميع بعض الأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء بالإضافة إلى الضوء المرئي.
وقد تمكن إسحق نيوتن من تصميم واحد من أوائل التلسكوبات العاكسة سنة 1668م ليتفادى الزيغ الكروماتي الذي تسببه العدسات. وفي التصميم الذي صنعه استعمل مرآة صغيرة مسطحة لكي تعكس ضوءًا من المرآة الابتدائية إلى العدسة العينية التي على جانب أنبوب التلسكوب. وفي سنة 1672م قام صانع تلسكوبات فرنسي يعرف باسم كاسيجرين بتصميم تلسكوب استعمل فيه مرآة محدبة صغيرة أمام المرآة الابتدائية. وتعكس المرآة الصغيرة الضوء من خلال ثقب في المرآة الابتدائية للعدسة الابتدائية خلفها. هذا التصميم أطلق عليه اسم تلسكوب كاسيجرين، وهو يستعمل بشكل واسع بوساطة الفلكيين اليوم ليقوم مقام التلسكوبات البصرية وتحت الحمراء.
كانت مرايا التلسكوبات العاكسة الأولى في شكل مقطع من كرة. فالمرآة الكروية أسهل في نظافتها وتلميعها من المرآة المكافئية، لكنها لا تضبط الضوء في البؤرة تمامًا. وقد وضع الفلكيون تقنيات لصنع المرايا المكافئية في أوائل القرن الثامن عشر. وكانت المرايا القديمة تصنع من السبيكة المرآوية، وهي خليط ثقيل من النحاس والقصدير الذي ينطمس لمعانه سريعًا وبسهولة ويحتاج بعد ذلك إلى مسح متكرر. وفي أواسط القرن التاسع عشر تعلم الكيميائي الألماني جوستس فون لايبج كيف يصنع طبقة خفيفة من الفضة على الزجاج لإخراج سطح لامع عاكس. وعندما ينطمس السطح أو يخبو لمعانه، يمكن للمرآة أن يعاد طلاؤها دون مسحها وصقلها. واليوم نجد أن لكل التلسكوبات مرايا زجاجية، وأن معظمها مطلي بطبقة من الألومنيوم.
التلسكوبات الانكسارية العاكسة. لهذه التلسكوبات عدسة كبيرة في الطرف الأمامي للأنبوب، ومرآة كبيرة في المؤخرة. وهي تستعمل مرايا كروية بدلاً من المرايا المكافئية. وتقوم العدسة بكسر أشعة الضوء قليلاً لتصحيح الأخطاء العكسية التي تسببها المرآة الكروية.
وقد اخترع بيرنهارد شميت، اختصاصي البصريات الألماني، التلسكوب الانكساري العاكس سنة 1930م. ويقوم هذا التلسكوب بتكوين صور لمنطقة أوسع من السماء مما يمكن أن يتم بوساطة أي تلسكوب آخر. وقد قام الفلكيون باستعمال تلسكوبات شميت الكبيرة الحجم لتصوير السماء بأكملها.
تسجيل أشكال أظهرتها التلسكوبات البصرية. كثيرًا ما يستعمل الفلكيون ألواحًا فوتوغرافية أو أفلامًا لتسجيل الأشكال التي تتكون بوساطة التلسكوب البصري. فإذا تعرض الفيلم لنجم خافت أو لأي جسم آخر لفترة طويلة تنتج عن ذلك صورة مضيئة. ولهذا السبب فإن صور السماء الضوئية التي تؤخذ بوساطة التلسكوب تكشف عن تفاصيل كثيرة لا يمكن أن تُرى بالعين. وفي منتصف السبعينيات من القرن العشرين حلَّت تدريجيًا أجهزة الاكتشاف الإلكترونية محل الأفلام، ويطلق عليها أدوات الشحن القارنة. وتقوم هذه الأجهزة بتحويل الضوء إلى شحنة كهربائية تستعمل في تكوين صور أو أشكال على شاشة حاسوب. وتقوم أجهزة الشحنة المزدوجة بعمل صور أحسن مما نجده من الألواح الفوتوغرافية أو الأفلام لأنها حساسة للضوء إلى درجة بعيدة.
وباستعمال أجهزة الشحنة المزدوجة، فإن الفلكيين يستطيعون أن يروا المجرات الخافتة إلى حد بعيد في أي جزء من السماء تقريبًا. وبعض هذه المجرات بعيدة كل البعد بحيث إنَّ ضوءها بدأ رحلته إلى الأرض قبل أن تتكون الأرض قبل 4,5 بليون سنة.
أبعاد التلسكوبات البصرية. يستطيع الفلكيون أن يروا المجرات الموجودة في الكون بوساطة تلسكوبات كبيرة. وتظهر الأشكال دون أن تكون واضحة تمامًا وذلك بسبب غلاف الأرض الجوي. وتشكل الرياح والحرارة اليومية والبرودة في الغلاف الجوي بعض الجيوب الهوائية ودوامات من الهواء الدافئ والبارد. وتؤثر هذه الاختلافات في درجة الحرارة على اتجاه وسرعة الضوء وهو يخترق الهواء. ونتيجة لذلك فإن موجات ضوء النجم تصل إلى البؤرة في أوقات مختلفة بعض الشيء مما يضر بالصورة. وعندما تسبب ظروف الغلاف الجوي قليلاً من عدم الوضوح، يقول الفلكيون بأن "الرؤية جيدة".
ومنذ أواخر السبعينيات اكتشف الفلكيون أن بإمكانهم تحسين الرؤية عن طريق عزل وتبريد قباب المراصد. ويمكن للتلسكوب الذي يعمل فوق الغلاف الجوي فقط أن يفلت من عدم وضوح الرؤية. وقد أطلق على هذا التلسكوب، وهو مرصد له مدار، اسم تلسكوب هَبْل الفضائي. وقد أخذ مداره في عام 1990م. ورغم أن فيه مرآة يشوبها النقص، مما أدّى إلى منع التلسكوب من العمل بالطريقة التي كان العلماء يريدونها له، إلا أن هذا التلسكوب قد أخرج أشكالاً أكثر وضوحًا، وبتفاصيل أكثر دقة من أي تلسكوب آخر على ظهر الأرض.
التلسكوبات اللاسلكية
مقياس التداخل اللاسلكي البالغ الضخامة، وقد أُقيم بالقرب من سكورو بنيومكسيكو بالولايات المتحدة. وهو من أقوى التلسكوبات اللاسلكية. ويتكون من 27 طبقًا لاسلكيًا قطر كل منها 25 مترًا.
تجمِّع التلسكوبات اللاسلكية (الراديوية) وتقيس الموجات اللاسلكية الخافتة التي تطلقها بعض الأجسام في الفضاء. وقد اكتشف المهندس الأمريكي كارل جوث جانسكي الموجات اللاسلكية المنبعثة من الفضاء سنة 1931م. وفي أواخر الثلاثينيات من هذا القرن بنى جروت روبر ـ وهو مهندس أمريكي آخر ـ أول تلسكوب لاسلكي على شكل الطاسة أو الطبق. وكانت التلسكوبات اللاسلكية الأولى قد وجدت أن الشمس ومركز إحدى المجرات مصادر قوية للموجات اللاسلكية. وكذلك اكتشف أن هناك بعض الموجات اللاسلكية القوية آتية من جهات مظلمة في الفضاء. واكتشف أن هذه المصادر إنما هي بقايا نجوم متفجرة أو نوع نادر من المجرات البعيدة. ومنذ ذلك الوقت اكتشف الفلكيون الذين يستعملون التلسكوبات اللاسلكية أجرامًا في الفضاء لم تكن قد رؤيت بوساطة التلسكوبات البصرية من قبل. واشتملت هذه الاكتشافات على سحائب عملاقة لجزيئات غازية ومنبضات، ونجوم منهارة ترسل نبضات منتظمة من الموجات اللاسلكية وأشباه نجوم، وأجرام نائية جدًا تشبه النجوم وترسل كميات كبيرة من الإشعاع.
كيف تعمل التلسكوبات اللاسلكية. تستخدم معظم التلسكوبات اللاسلكية عاكسًا مكافئيًا ضخمًا يسمى في كثير من الأحيان بالهوائي الطبق أو باختصار الطبق، وذلك لجمع الموجات اللاسلكية من الفضاء. وللطبق نفس شكل المرآة المكافئية الخاصة بالتلسكوب العاكس. ولكن الموجات اللاسلكية أطول بكثير من موجات الضوء. ونتيجة لذلك فإن طبق التلسكوب اللاسلكي لا يحتاج للصقل أو التشكيل الدقيق المتبع في صنع مرآة التلسكوب العاكس. لكن يجب أن يكون أكبر في قطره لكي يضبط في البؤرة الموجات اللاسلكية الطويلة. وتضبط العاكسة الموجات على هوائي يحوّلها إلى إشارات كهربائية. ويقوم جهاز استقبال لاسلكي بتضخيم هذه الإشارات ويسجل قوتها عند ترددات مختلفة ومن جهات مختلفة في شكل إحصاءات على شريط. وتحلل المعلومات بوساطة حاسوب يجمع الإشارات من جهاز الاستقبال. ثم يستخدم الحاسوب هذه الإشارات لرسم صورة لمصدر الموجات اللاسلكية أو لتحليل الطيف اللاسلكي والتركيب الكيميائي للمصدر.
وتستعمل التلسكوبات اللاسلكية الكبيرة كأنظمة رادار ضخمة لإعداد خرائط لسطح القمر والكواكب. ويرسل الفلكيون موجات لاسلكية قوية للقمر أو لأحد الكواكب، ثم يسجلون بعد ذلك الأصداء اللاسلكية التي ترتد راجعة. ويسمى الفلكيون هذه التقنية رسم الخرائط بالرادار.
أنواع التلسكوبات اللاسلكية. في معظم التلسكوبات اللاسلكية هناك محركات تدير العاكسة نحو أي مصدر للموجات اللاسلكية في السماء. وأكبر طبق متحرك يصل قطره إلى100م. ويمكن للفلكيين أن يستعملوا طبقًا ثابتًا كبيرًا لدراسة الإشارات اللاسلكية الصادرة من جرم ضئيل الضوء. وأكبر تلسكوب لاسلكي في العالم إنما هو طبق ثابت مركب في واد بالقرب من أريسيبو في بورتوريكو. ويبلغ طول قطر الطبق 305م. ويستعمل في أغلب الأحيان لتحديد مكان المنبضات وقياسها.
ينتج الفلكيون صورًا لاسلكية دقيقة إلى أبعد حد، وذلك بضم إشارات من عدد كبير من الأطباق اللاسلكية المنتشرة على مسافات بعيدة. وفي محطة مركزية تجمع الحواسيب الإشارات اللاسلكية إلكترونيًا من عدة مواقع مختلفة مع إدخال فترات التأخير في الوقت بين الإشارات من الأطباق المختلفة. هذه التأخيرات تجعل الإشارات من موجة لاسلكية تأتي معًا في نفس الوقت، ويقوي بعضها بعضا تمامًا كما تتركز موجة ضوئية في البؤرة بوساطة عدسة أو مرآة. وتسمى التلسكوبات اللاسلكية التي تتجمع ويتصل بعضها ببعض بهذه الطريقة مقياس التداخل اللاسلكي. وكلما كانت المسافة بين التلسكوبات أطول كانت نتيجة مقياس التداخل أحسن، ويستعمل الفلكيون مقياس التداخل لإعداد خرائط لاسلكية للسماء.
يسمّى أقوى مقياس تداخل لاسلكي الصف الكبير جدًًا. (V L A)، وقد ركب هذا في سهل مرتفع بالقرب من سكّورو، بنيو مكسيكو بالولايات المتحدة الأمريكية. وفي هذا السهل 27 طبقًا قطر كل منها 25م. وهناك مقياس تداخل آخر مهم، اسمه صف خط القاعدة الطويل جدًا (V L B A )، وقد تم الفراغ من إعداده في عام 1993م. ويتكون هذا النظام من عشر عاكسات وضعت عبر الولايات المتحدة من هاواي إلى فيرجن آيلاندز. ويتوقع العلماء أن يزودهم هذا النظام بأدق الصور اللاسلكية التي أنتجت حتى الآن.
التلسكوبات تحت الحمراء
يجمع التلسكوب تحت الأحمر الأشعة تحت الحمراء (حرارة) من الأجرام الفضائية. ومعظم التلسكوبات تحت الحمراء تلسكوبات بصرية عاكسة، مزودة بكاشف بدلاً عن العدسة العينية. ويعطي أي جسم، وهو في درجة حرارة الغرفة، كميات كبيرة من الأشعة تحت الحمراء بسبب الحرارة التي يحفظها. ونتيجة لذلك فإنه يجب على الفلكيين أن يصمموا التلسكوبات تحت الحمراء بحيث لا تتداخل الحرارة الصادرة من التلسكوب نفسه مع الأشعة القادمة من الفضاء. كذلك يجب عليهم أن يبردوا أجزاء من التلسكوب إلى درجة حرارة متدنية للغاية، وذلك لاكتشاف الأشعة تحت الحمراء من أكثر المصادر برودة وهي الخافتة جدًا. وتمر بعض موجات الأشعة تحت الحمراء من الفضاء خلال الغلاف الخارجي. ولكن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون الموجودين في الهواء يحجبان غيرهما. ولهذا السبب فإن الفلكيين يركِّبون التلسكوبات تحت الحمراء في قمم الجبال حيث يكون الهواء خفيفًا جافًا. كذلك فإنهم يرسلون التلسكوبات تحت الحمراء فوق الغلاف الخارجي للأرض على طائرات تطير غالبًا في الفضاء أو على أقمار صناعية.
وفي عام 1961م بنى الفيزيائي الأمريكي فرانك جيه لو أول كاشف للأشعة تحت الحمراء حساس بالقدر الكافي ليستعمل في علم الفلك. وسمّى الجهاز بولوميتر وكان بمثابة ثيرمومتر إلكتروني باردٍ إلى أبعد الحدود داخل فراغ. وعندما تصدم الأشعة تحت الحمراء البولوميتر تدفأ ثم تخرج إشارات كهربائية. وفي هذه الأيام تستخدم التلسكوبات تحت الحمراء نبائط إلكترونية تسمّى كاشفة الصفوف لكي تكوِّن صورًا تحت حمراء على شاشة حاسوب.
عمل أحد التلسكوبات تحت الحمراء في مدار وهو على متن قمر صناعي سمِّي اختصارًا إيراس من يناير إلى نوفمبر 1983م. وقد استخدم سائل الهيليوم لتبريد التلسكوب بأكمله بما في ذلك المرايا، والكاشفات والأنبوب إلى درجة حرارة أعلى بدرجات قليلة فقط من الصفر المطلق (-273,15.
أنواع أخرى من التلسكوبات
للإشعاع الكهرومغنطيسي ذي الأطوال الموجية القصيرة أعلى الطاقات الفوتونية مقارنة بكل أنواع الإشعاعات الكهرومغنطيسية الأخرى. وتشتمل هذه الأشكال من الإشعاعات على الإشعاعات فوق البنفسجية، والأشعة السينية، وأشعة جاما. وبسبب طاقتها العالية فإن هذه الإشعاعات لا يمكن عكسها مثل الضوء بسهولة بوساطة مرآة. ونتيجة لذلك فإن التلسكوبات التي تستعمل لمراقبة هذه الأشكال من الإشعاعات تبدو في كثير من الأحيان مختلفة جدًا عن التلسكوبات الأخرى. وهناك فرق آخر وهو أنه باستثناء الإشعاعات فوق البنفسجية ذات الطاقة الأقل، فإن الغلاف الجوي يمتص هذه الإشعاعات قبل أن تصل إلى الأرض. ولدراسة إشعاعات هذه الأشكال ذات الطاقة العالية فإن على علماء الفلك أن يرسلوا تلسكوبات فوق الغلاف الجوي على صواريخ أو أقمار صناعية.
صورة لاسلكية لبقايا نجم تفجر، أُعدت بحاسوب من موجات لاسلكية جمعت بواسطة مقياس التداخل اللاسلكي الكبير جدًا. وتوضح هذه الصورة نجمًا قد تفجر قبل حوالي 300 سنة في كوكبة ذات الكرسي.
تلسكوبات الإشعاعات فوق البنفسجية. يستعمل الفلكيون تلسكوبات عاكسة في الفضاء بكاشفات إلكترونية لدراسة معظم أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية التي يمكن أن تُعكس بنفس الطريقة التي يُعكس بها الضوء المرئي. لكن أقصر أطوال الموجات، التي تسمى بالإشعاعات فوق البنفسجية النهائية، يصعب عكسها. ويمكن فقط عكس الإشعاعات فوق البنفسجية النهائية من مرآة بزاوية صغيرة. وهذه الخاصية التي تتميز بها مثل هذه الإشعاعات تشبه الكيفية التي تجعل الحجارة تثب بخفة على سطح بركة ماء.
وتمكن تلسكوبات الإشعاعات فوق البنفسجية علماء الفلك من دراسة الأجسام الحارة جدًا في الفضاء بما في ذلك أشباه النجوم، والأنجم التي تعرف باسم الأقزام البيضاء. ويستعمل علماء الفلك تلسكوبات الأشعة فوق البنفسجية ليدرسوا كيفية تكون النجوم وتركيب الغاز بين النجوم والمجرات.
تلسكوبات الأشعة السينية. للأشعة السينية أطوال موجية أقصر وطاقة أعلى من الإشعاعات فوق البنفسجية. والأشعة السينية التي لا تمتصها المادة أو تنثرها تمر بشكل مستقيم خلال مواد كثيرة. غير أن الأشعة السينية ذات الطول الموجي الأطول مثل الإشعاعات فوق البنفسجية النهائية يمكن أن تُعْكَس بزاوية ضيقة. وبعض الأجرام الكونية تعطي الكثير من طاقتها في شكل أشعة سينية. وتشتمل مصادر الأشعة السينية على مراكز المجرات وسحب الغاز الحار للغاية التي توجد بين المجرات.
ويستعمل تلسكوب الأشعة السينية البسيط مجموعة من الشرائح الحديدية أو الرصاصية بدلاً من المرايا. وتسد الشرائح كل الأشعة السينية ما عدا تلك التي من خط واحد عبر السماء، ثم تدخل فوتونات الأشعة السينية كاشفًا مليئًا بغاز ماص للأشعة السينية، حيث يتم عدها. وبمسح السماء فإن هذه التلسكوبات يمكنها أن تحدد مواقع مصادر الأشعة السينية.
وخلال السبعينيات من القرن العشرين اكتشفت تلسكوبات الأشعة السينية مصادر كثيرة للأشعة السينية في الفضاء. ويعلم الفلكيون اليوم أن كثيرًا من مصادر الأشعة السينية المتألقة هي نجوم مزدوجة، أي أنها زوج من النجوم يدور كل منهما حول الآخر. وفي أزواج النجوم هذه فإن أحدها قد انهار وأصبح نجمًا صغيرًا كثيفًا يسمى النجمة النيوترونية أو الثقب الأسود، وهو جسم غير مرئي وله قوة جاذبية قوية لا يمكن حتى للضوء أن يفلت من سطحه. وتحدث الأشعة السينية عندما يسقط غاز من نجم على النجمة النيوترونية أو الثقب الأسود.
مرصد كومتون لأشعة جاما. قمر صناعي أطلق في سنة 1991م وهو يحمل بعض الأجهزة اسمها الملألئات للكشف عن أشعة جاما وقياس كثافتها وتحديد مصادرها.
تلسكوبات أشعة جاما. لأشعة جاما أقصر طول موجي وأعلى طاقة مقارنة ببقية أنواع الإشعاع الكهرومغنطيسي. وعندما يصطدم فوتون أشعة جاما مع ذرة أثناء مرورها داخل مادة فإنها قد تحدث فكاكًا لبعض إلكترونات الذرة أو ربما تحطم نواة الذرة. ويمكن لهذه الاصطدامات أن تنتج رذاذًا من الجسيمات تحت الذرية وإشعاعًا ذا طاقة منخفضة. وينتقل الرذاذ في نفس اتجاه إشعاع جاما الأصلي ويكشف عنه بنبائط تسمى الملألئات. وتحدث هذه الأداة بريقًا من الضوء يمكن تسجيله عندما يصطدم بإشعاع أو جسيمات. وبقياس الرذاذ فإن العلماء يستطيعون أن يحسبوا مستوى طاقة أشعة جاما واتجاه مصدرها. وقد مكّنت تلسكوبات أشعة جاما، الموجودة في مرصد كومبتون لإشعاع جاما، العلماء من أن يعرفوا الكثير عن بعض الأجسام التي يُعرف عنها القليل في الكون، بما في ذلك المنبضات وأشباه النجوم. وكثير من هذه الأجسام العالية الطاقة مصادر قوية لأشعة جاما.
التطورات الأخيرة في التلسكوبات
التلسكوب الكيكي الموجود في ماونا كاي في جزيرة هاواي له مرآة كبيرة بإقطاعات قطرها 10 أمتار. وتتكون المرآة من 36 قطعة.
في الثمانينيات من القرن العشرين أخذ الفلكيون يُعدِّون جيلاً جديدًا من التلسكوبات البصرية المقامة على الأرض وبحجم أكبر من أي تلسكوب آخر أقيم من قبل. ويأمل علماء الفلك في استعمال هذه التلسكوبات ليكشفوا الكثير من أسرار الكون بما في ذلك الكيفية التي تكونت بها الكواكب والنجوم والمجرات. وستستخدم هذه التلسكوبات كاشفات بصرية وتحت حمراوية حساسة؛ وبصريات تكيفية وذلك لإخراج صور غاية في الدقة والضبط. وبالإضافة إلى ذلك فإنه سيكون لهذه التلسكوبات مرايا أكبر وأكثر دقة من أي أدوات أخرى ركبت من قبل. وقد مكنت كثير من تصميمات المرايا الفلكيين من صنع مرايا أكبر لا تنثني أو يصيبها التشويه بسبب وزنها.
ومن بين التصميمات الحديثة المرايا المقطعية التي تستعمل في تلسكوب كيك، في جزيرة هاواي الذي تم بناؤه في سنة 1992م. وتتكوّن مرآة هذا النوع الجامع للضوء، من 36 مرآة ذات ستة أوجه مركبة بالقرب من بعضها بعضا. وتكوِّن المرايا سطحًا عاكسًا قطره 10 أمتار. وهناك تلسكوب كيك آخر من نفس التصميم، بدأ تشغيله في الموقع سنة 1996م.
تتضمن بعض المشاريع وصل تلسكوبين أو أكثر لتجميع ضوء أكثر. وسيتكون المشروع المسمّى بالتلسكوب الكبير من أربعة تلسكوبات بمرايا قطر الواحدة منها 8,2 من الأمتار. وعندما تستعمل التلسكوبات الأربعة فستكون لها قوة تجميع ضوئية كمرآة واحدة بقطر 16م. وستتكون المرايا من أسطوانات رقيقة من الزجاج مدعمة بمئات من الأجهزة التي يتحكم فيها حاسوب.
قام علماء الفلك بجامعة أريزونا بالولايات المتحدة بصنع مرايا زجاجية قرص عسلية (بشكل خلايا النحل). وتستخدم عملية البناء قالبًا مليئًا بمئات من الكتل السداسية الشكل. ويغطي زجاج منصهر المكعبات، ويملأ الفراغات بينها. وتنقل المكعبات بعد أن يبرد الزجاج تاركًا بناءً زجاجيًا خفيفًا بحيث يمكنه أن يطفو على الماء.
وكذلك فإن لتلسكوب كولمبوس، الذي اكتمل تركيبه في سنة 1997م، مرايا قرص عسلية. وتتكون هذه الأداة من تلسكوبين بكل منهما مرآة قطرها 8,4م، ومركبة جنبًا إلى جنب مثل زوج ضخم جدًا من نظارات الميدان. وتلسكوب كولمبوس مشروع مشترك بين الفلكيين الإيطاليين والأمريكيين. ووضع على جبل جراهام في جنوب شرقي أريزونا. وفي أواسط التسعينيات من القرن العشرين كانت هناك تلسكوبات أخرى بمرايا أقراص عسلية تحت التشييد.
تصنع الآن كل من المرايا القرص عسلية والأسطوانات الرقيقة الخاصة بالتلسكوبات الكبيرة جدًا بتقنية جديدة تسمى الصب في القالب الدوار الذي عرف وطور في ثمانينيات القرن العشرين. وقد حلت طريقة صب القوالب الدوراة محل العملية المضنية المكلفة التي تطحن بها المرآة لتكون بالشكل المكافئ المناسب. وبدلاً من ذلك فإن فرنًا دوارًا ضخمًا يدير زجاجًا منصهرًا بدرجة متحكم فيها بحذر كبير. ويتدفق الزجاج المنصهر في شكل يكاد يكون هو المطلوب تمامًا لمرآة التلسكوب.
تختلف التلسكوبات في الشكل والحجم، فهي تتراوح بين الأنواع الكبيرة التي تشبه الطاسة العاكسة التي قد يبلغ قطرها نحو 305 م، والأنواع الصغيرة كأجهزة النظر في البنادق، ونظارات الميدان المقربة، وهذه بالذات لم تكن في واقع الأمر سوى تلسكوبين اقترن بعضهما ببعض من جانبيهما. وتستعمل في معظم هذه التلسكوبات عدسة أو مرآة لتكوِّن صورة لجسم من الأجسام. ويمكن لهذا الجسم أن يُرى من خلال عدسة المجهر، أو يمكن تسجيله في فيلم ضوئي أو بأجهزة إلكترونية.
وأكثر التلسكوبات المعروفة هي التلسكوبات البصرية. وهذه التلسكوبات ترى الضوء المرئي مثلما تفعل عيوننا. ولكن الأجسام التي في الفضاء تعطي أنواعًا أخرى من الإشعاعات التي لا يمكن رؤيتها مثل موجات الراديو والأشعة السينية. ويستعمل الفلكيون أنواعًا أخرى من التلسكوبات لمراقبة هذه الإشعاعات.
ربما صنع هانز ليبرشاي، اختصاصِيّ النظارات الهولندي، أول تلسكوب سنة 1608م، عندما ركّبَ عدستي زجاج في أنبوب ضيق. وفي خلال سنة ركَّب الفلكي الإيطالي جاليليو جهازًا مماثلاً وأصبح أول شخص يستعمل التلسكوب ليدرس به السماء. وسرعان ما حقق جاليليو بعض الاكتشافات التي أدت إلى ثورة في علـم الفـلك. فقد اكتشف مثلاً أن هناك عدة أقمار تدور حول المشتري.
وفي سنة 1668م صنع الفلكي الإنجليزي إسحق نيوتن تلسكوبًا ذا مرآة. وفي هذه الأيام تستخدم معظم التلسكوبات الكبيرة الخاصة بالأبحاث مرايا بدلاً من العدسات.
ماذا تفعل التلسكوبات
التلسكوبات الضخمة في المراصد.
بعض التلسكوبات تدور حول الأرض في أقمار صناعية.
ُتظهِر التلسكوبات صورًا صافية واضحة للأجسام البعيدة النائية التي لا تبصرها عين الإنسان بدون جهاز مساعد. والتلسكوبات التي يستعملها الفلكيون الهواة تمكّنهم من رؤية الأجسام بتفاصيل أكثر مائة مرة عما يمكن أن تراه العين المجردة. وحتى التلسكوبات الكبيرة القوية التي تستعمل في المراصد لا يمكنها أن تكشف لنا تفاصيل أكثر لأن الغلاف الجوي للأرض يطمس أشكال النجوم وغيرها من الأجرام السماوية. ولكي نتفادى هذا التعتيم في الرؤية فقد أطلق العلماء تلسكوب هَبْل الفضائي لكي يعمل فوق الغلاف الجوي.
ويمكن للتلسكوبات أن تكتشف أجسامًا خافتة. وفي التلسكوبات البصرية، تعتمد هذه القدرة على كمية الضوء الذي يمكن للتلسكوب أن يجمعه. وكلما كانت عدسة التلسكوب أو المرآة الجامعة للضوء كبيرة، يصبح بإمكان التلسكوب أن يستقطب ضوءًا أكثر. ويمكن للتلسكوبات الكبيرة أن تستقطب نحو مليون ضعف ما تجمعه العين المجردة، وبذلك تكتشف أجسامًا خافتة أكثر بنحو مليون مرة. والضوء المرئي ما هو إلا واحد من الأنواع الكثيرة من الإشعاعات الكهرومغنطيسية التي تصل إلى الأرض من الفضاء. وينتقل هذا الإشعاع من خلال الفضاء في أنماط تسمى بالموجات، والتي تختلف في طول موجاتها. وطول الموجة هو المسافة بين قمة إحدى الموجات وقمة الموجة التالية لها. والأنواع الرئيسية للإشعاعات الكهرومغنطيسية هي، حسب تزايد طول الموجة: أشعة جاما، والأشعة السينية، والأشعة فوق البنفسجية، والضوء المرئي، والأشعة تحت الحمراء، وموجات الراديو. ويستعمل الفلكيون تلسكوبات خاصة بها أجهزة كشف إلكترونية للقيام بعمل أشكال أو رموز للأشياء غير المرئية من الإشعاعات الإلكترومغنطيسية.
وهناك بعض أنواع الإشعاعات الكهرومغنطيسية، بما في ذلك الضوء المرئي وبعض الموجات اللاسلكية المعينة، تمر من خلال الغلاف الجوي ويمكن دراستها من الأرض. غير أن الغلاف الجوي يسد الطريق على بعض أنواع الإشعاعات الأخرى، وبصفة خاصة الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما. ويستخدم الفلكيون تلسكوبات مركبة في الأقمار الصناعية لمراقبة هذه الأنواع الثلاثة من الإشعاعات.
وتمكّن التلسكوبات، المزودة بنبائط تسمى مقاييس الطيف، الفلكيين من دراسة أطوال موجات محددة خاصة بالإشعاعات الكهرومغنطيسية. هذه النبائط تنتشر وتفصل أطوال موجات الإشعاعات لتشكل نمطًا يدعى الطيف. ويستخدم الفلكيون مقياس الطيف لتحديد درجة حرارة النجوم والكواكب والسحب الغازية وتكوينها الكيميائي، ولكي يحسبوا السرعة التي يقترب بها أي جرم من الأجرام نحو الأرض أو يبتعد عنها.
التلسكوبات البصرية
تختلف التلسكوبات البصرية بعضها عن بعض إلى حد كبير في الحجم. وقد تكون لنظارات الميدان عدسات قطرها حوالي 2,5سم. وقد تكون لتلسكوب المرصد الضخم مرآة قطرها 6 أمتار، إلا أن كلا التلسكوبين يعملان وفقًا لنفس المبادئ البصرية.
في التلسكوب الانكساري تدخل موجات الضوء إلى داخل عدسة زجاجية تقوم بتركيز كل موجة في نقطة تسمى البؤرة. وتشكل هناك صورة يمكن مشاهدتها بواسطة عدسة عينية.
في التلسكوب الانعكاسي تقوم مرآة أسطوانية بعكس موجات الضوء على البؤرة. وهذا التصميم الذي يسمى التلسكوب النيوتوني تُستخدم فيه مرآة صغيرة مسطحة لينعكس عليها الضوء نحو العدسة العينية.
كيف تعمل التلسكوبات البصرية. تستخدم التلسكوبات البصرية عدسة أو مرآة لجمع موجات الضوء وتسليطها للحصول على صورة واضحة. وعادة ما تكون كل موجة من نجم خافت ضعيفة بحيث تكتشف فقط إذا ركزت طاقتها بوساطة مرآة أو عدسة. وتجعل العدسة أو المرآة قمة الموجة تتجمع في نقطة واحدة تسمّى البؤرة. وتجتمع موجات من مختلف النجوم في مواقع مختلفة في السماء في بؤرات مختلفة، لكن كل البؤرات تقع على مسافة متساوية من العدسة أو المرآة في منطقة تسمّى المستوى البؤري. وتسمّى المسافة بين العدسة أو المرآة وبين البؤرة الطول البؤري.
وفي أبسط التلسكوبات يضع الفلكيون أفلامًا ضوئية في المستوى البؤري ليسجل صورًا للأجرام التي في الفضاء. ويمكن تكبير الأشكال لغرض المراقبة المباشرة وذلك بعدسة عينية مجهرية. وتتكون معظم العدسات العينية من عدستين صغيرتين. ويضبط المشاهد بؤرة التلسكوب بضبط العدسة العينية لتغيير المسافة بين العدسة العينية والعدسة الجامعة للضوء، أو المرآة. وللعدسة العينية كذلك طول بؤري. ويمكن إيجاد قوة تكبير التلسكوب عن طريق قسمة الطول البؤري للعدسة أو المرآة على الطول البؤري للعدسة العينية.
أنواع التلسكوبات البصرية. هناك ثلاثة أنواع من التلسكوبات البصرية: 1- التلسكوب الانكساري 2- التلسكوب العاكس 3- التلسكوب الانكساري العاكس.
التلسكوبات الانكسارية. لهذا النوع من التلسكوبات عدسة كبيرة تسمى العدسة الشيئية وتوجد في أحد طرفي أنبوب طويل ضيق. وهذه العدسة الشيئية عدسة محدبة من الجانبين بحيث يكون وسط العدسة أسمك من الأطراف. ويهدئ الزجاج سرعة موجات الضوء أثناء مرورها خلال العدسة. وتقل سرعة الموجة، أكثر ما تقل، في وسط العدسة حيث يكون الزجاج أكثر سُمكًا. وهكذا تجعل العدسة قمة الموجة كلها تصل إلى البؤرة في نفس الوقت.
تعكس العدسات الانكسارية التي لها عدسة عينية مكبرة الصورة بحيث تبدو مقلوبة. ولكن المراقبة الفلكية لا تحتاج إلى صورة غير مقلوبة. كما أن التلسكوبات التي تستعمل في أعمال المراقبة التي يقوم بها الفلكيون لا تحتاج إلى أشكال عمودية. أما التلسكوبات التي تستعمل عادة في مراقبة الأجسام التي على الأرض مثل: نظارات الميدان، وجهاز النظر لتصويب البندقية، ومعدات المساحة، فإنها تستعمل عدسات إضافية أو موشورات لقلب الصورة إلى الجهة الصحيحة مرة أخرى.
وقد أنجز جاليليو معظم اكتشافاته باستعمال التلسكوبات الانكسارية. غير أن أدوات جاليليو وغيرها من أجهزة الانكسار قد أنتجت صورًا بألوان قوس قزح حول الأطراف سميت بالزيغ الكروماتي. وقد ظهر هذا التلوين بسبب أن إحدى العدسات تبطئ في نقل الضوء الأزرق أكثر من الأحمر، وبذلك تعطي الضوء الأزرق طولاً بؤريًا أقصر. وعندما يمر الضوء الأبيض ـ وهو النور الذي يتكون من كل الألوان ـ داخل عدسة فإن لونًا واحدًا فقط من الألوان يصطدم بالبؤرة تمامًا وبطريقة مضبوطة.
تلسكوب كاسيجرين الانعكاسي تُستخدم فيه مرآة ابتدائية فيها ثقب في الوسط لتعكس الضوء إلى مرآة محدبة أصغر حجمًا. وتعكس المرآة الصغيرة الضوء من خلال الثقب، ويمكن رؤيته بوساطة العدسة العينية أو يتم تسجيله.
التلسكوبات العاكسة. تستخدم في هذه التلسكوبات المرايا المقعرة التي تشبه الزبديات (الطاسات) في شكلها بدلاً من العدسات. وللمرآة التي تسمّى المرآة الابتدائية سطح مصنوع بحيث يصبح أي خط يعبر مركز المرآة مكافئيًا؛ أي أشبه ما يكون بمسار الكرة التي ضربت بالمضرب عاليًا في الهواء. والمرآة التي تكون بهذا الشكل، والتي تسمّى المرآة المكافئية، تعكس أشعة الضوء لبؤرة مضبوطة جدًا أمامها. وهناك تعكس مرآة أخرى الإشعاعات إلى عدسة عينية.
ويفضل الفلكيون عادة التلسكوبات العاكسة على التلسكوبات الانكسارية. وقد يتسبب وزن العدسة الكبيرة في انحنائها وتشوهها. لكن المرآة الكبيرة الثقيلة يمكن أن تُسند من الخلف. ونتيجة لذلك فإنه يمكن للمرايا أن تصنع لتكون أكبر من العدسات، وبذلك تستطيع أن تجمع ضوءًا أكثر. وبالإضافة إلى ذلك فإن المرايا المكافئية مفيدة لأن بإمكانها تجميع بعض الأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء بالإضافة إلى الضوء المرئي.
وقد تمكن إسحق نيوتن من تصميم واحد من أوائل التلسكوبات العاكسة سنة 1668م ليتفادى الزيغ الكروماتي الذي تسببه العدسات. وفي التصميم الذي صنعه استعمل مرآة صغيرة مسطحة لكي تعكس ضوءًا من المرآة الابتدائية إلى العدسة العينية التي على جانب أنبوب التلسكوب. وفي سنة 1672م قام صانع تلسكوبات فرنسي يعرف باسم كاسيجرين بتصميم تلسكوب استعمل فيه مرآة محدبة صغيرة أمام المرآة الابتدائية. وتعكس المرآة الصغيرة الضوء من خلال ثقب في المرآة الابتدائية للعدسة الابتدائية خلفها. هذا التصميم أطلق عليه اسم تلسكوب كاسيجرين، وهو يستعمل بشكل واسع بوساطة الفلكيين اليوم ليقوم مقام التلسكوبات البصرية وتحت الحمراء.
كانت مرايا التلسكوبات العاكسة الأولى في شكل مقطع من كرة. فالمرآة الكروية أسهل في نظافتها وتلميعها من المرآة المكافئية، لكنها لا تضبط الضوء في البؤرة تمامًا. وقد وضع الفلكيون تقنيات لصنع المرايا المكافئية في أوائل القرن الثامن عشر. وكانت المرايا القديمة تصنع من السبيكة المرآوية، وهي خليط ثقيل من النحاس والقصدير الذي ينطمس لمعانه سريعًا وبسهولة ويحتاج بعد ذلك إلى مسح متكرر. وفي أواسط القرن التاسع عشر تعلم الكيميائي الألماني جوستس فون لايبج كيف يصنع طبقة خفيفة من الفضة على الزجاج لإخراج سطح لامع عاكس. وعندما ينطمس السطح أو يخبو لمعانه، يمكن للمرآة أن يعاد طلاؤها دون مسحها وصقلها. واليوم نجد أن لكل التلسكوبات مرايا زجاجية، وأن معظمها مطلي بطبقة من الألومنيوم.
التلسكوبات الانكسارية العاكسة. لهذه التلسكوبات عدسة كبيرة في الطرف الأمامي للأنبوب، ومرآة كبيرة في المؤخرة. وهي تستعمل مرايا كروية بدلاً من المرايا المكافئية. وتقوم العدسة بكسر أشعة الضوء قليلاً لتصحيح الأخطاء العكسية التي تسببها المرآة الكروية.
وقد اخترع بيرنهارد شميت، اختصاصي البصريات الألماني، التلسكوب الانكساري العاكس سنة 1930م. ويقوم هذا التلسكوب بتكوين صور لمنطقة أوسع من السماء مما يمكن أن يتم بوساطة أي تلسكوب آخر. وقد قام الفلكيون باستعمال تلسكوبات شميت الكبيرة الحجم لتصوير السماء بأكملها.
تسجيل أشكال أظهرتها التلسكوبات البصرية. كثيرًا ما يستعمل الفلكيون ألواحًا فوتوغرافية أو أفلامًا لتسجيل الأشكال التي تتكون بوساطة التلسكوب البصري. فإذا تعرض الفيلم لنجم خافت أو لأي جسم آخر لفترة طويلة تنتج عن ذلك صورة مضيئة. ولهذا السبب فإن صور السماء الضوئية التي تؤخذ بوساطة التلسكوب تكشف عن تفاصيل كثيرة لا يمكن أن تُرى بالعين. وفي منتصف السبعينيات من القرن العشرين حلَّت تدريجيًا أجهزة الاكتشاف الإلكترونية محل الأفلام، ويطلق عليها أدوات الشحن القارنة. وتقوم هذه الأجهزة بتحويل الضوء إلى شحنة كهربائية تستعمل في تكوين صور أو أشكال على شاشة حاسوب. وتقوم أجهزة الشحنة المزدوجة بعمل صور أحسن مما نجده من الألواح الفوتوغرافية أو الأفلام لأنها حساسة للضوء إلى درجة بعيدة.
وباستعمال أجهزة الشحنة المزدوجة، فإن الفلكيين يستطيعون أن يروا المجرات الخافتة إلى حد بعيد في أي جزء من السماء تقريبًا. وبعض هذه المجرات بعيدة كل البعد بحيث إنَّ ضوءها بدأ رحلته إلى الأرض قبل أن تتكون الأرض قبل 4,5 بليون سنة.
أبعاد التلسكوبات البصرية. يستطيع الفلكيون أن يروا المجرات الموجودة في الكون بوساطة تلسكوبات كبيرة. وتظهر الأشكال دون أن تكون واضحة تمامًا وذلك بسبب غلاف الأرض الجوي. وتشكل الرياح والحرارة اليومية والبرودة في الغلاف الجوي بعض الجيوب الهوائية ودوامات من الهواء الدافئ والبارد. وتؤثر هذه الاختلافات في درجة الحرارة على اتجاه وسرعة الضوء وهو يخترق الهواء. ونتيجة لذلك فإن موجات ضوء النجم تصل إلى البؤرة في أوقات مختلفة بعض الشيء مما يضر بالصورة. وعندما تسبب ظروف الغلاف الجوي قليلاً من عدم الوضوح، يقول الفلكيون بأن "الرؤية جيدة".
ومنذ أواخر السبعينيات اكتشف الفلكيون أن بإمكانهم تحسين الرؤية عن طريق عزل وتبريد قباب المراصد. ويمكن للتلسكوب الذي يعمل فوق الغلاف الجوي فقط أن يفلت من عدم وضوح الرؤية. وقد أطلق على هذا التلسكوب، وهو مرصد له مدار، اسم تلسكوب هَبْل الفضائي. وقد أخذ مداره في عام 1990م. ورغم أن فيه مرآة يشوبها النقص، مما أدّى إلى منع التلسكوب من العمل بالطريقة التي كان العلماء يريدونها له، إلا أن هذا التلسكوب قد أخرج أشكالاً أكثر وضوحًا، وبتفاصيل أكثر دقة من أي تلسكوب آخر على ظهر الأرض.
التلسكوبات اللاسلكية
مقياس التداخل اللاسلكي البالغ الضخامة، وقد أُقيم بالقرب من سكورو بنيومكسيكو بالولايات المتحدة. وهو من أقوى التلسكوبات اللاسلكية. ويتكون من 27 طبقًا لاسلكيًا قطر كل منها 25 مترًا.
تجمِّع التلسكوبات اللاسلكية (الراديوية) وتقيس الموجات اللاسلكية الخافتة التي تطلقها بعض الأجسام في الفضاء. وقد اكتشف المهندس الأمريكي كارل جوث جانسكي الموجات اللاسلكية المنبعثة من الفضاء سنة 1931م. وفي أواخر الثلاثينيات من هذا القرن بنى جروت روبر ـ وهو مهندس أمريكي آخر ـ أول تلسكوب لاسلكي على شكل الطاسة أو الطبق. وكانت التلسكوبات اللاسلكية الأولى قد وجدت أن الشمس ومركز إحدى المجرات مصادر قوية للموجات اللاسلكية. وكذلك اكتشف أن هناك بعض الموجات اللاسلكية القوية آتية من جهات مظلمة في الفضاء. واكتشف أن هذه المصادر إنما هي بقايا نجوم متفجرة أو نوع نادر من المجرات البعيدة. ومنذ ذلك الوقت اكتشف الفلكيون الذين يستعملون التلسكوبات اللاسلكية أجرامًا في الفضاء لم تكن قد رؤيت بوساطة التلسكوبات البصرية من قبل. واشتملت هذه الاكتشافات على سحائب عملاقة لجزيئات غازية ومنبضات، ونجوم منهارة ترسل نبضات منتظمة من الموجات اللاسلكية وأشباه نجوم، وأجرام نائية جدًا تشبه النجوم وترسل كميات كبيرة من الإشعاع.
كيف تعمل التلسكوبات اللاسلكية. تستخدم معظم التلسكوبات اللاسلكية عاكسًا مكافئيًا ضخمًا يسمى في كثير من الأحيان بالهوائي الطبق أو باختصار الطبق، وذلك لجمع الموجات اللاسلكية من الفضاء. وللطبق نفس شكل المرآة المكافئية الخاصة بالتلسكوب العاكس. ولكن الموجات اللاسلكية أطول بكثير من موجات الضوء. ونتيجة لذلك فإن طبق التلسكوب اللاسلكي لا يحتاج للصقل أو التشكيل الدقيق المتبع في صنع مرآة التلسكوب العاكس. لكن يجب أن يكون أكبر في قطره لكي يضبط في البؤرة الموجات اللاسلكية الطويلة. وتضبط العاكسة الموجات على هوائي يحوّلها إلى إشارات كهربائية. ويقوم جهاز استقبال لاسلكي بتضخيم هذه الإشارات ويسجل قوتها عند ترددات مختلفة ومن جهات مختلفة في شكل إحصاءات على شريط. وتحلل المعلومات بوساطة حاسوب يجمع الإشارات من جهاز الاستقبال. ثم يستخدم الحاسوب هذه الإشارات لرسم صورة لمصدر الموجات اللاسلكية أو لتحليل الطيف اللاسلكي والتركيب الكيميائي للمصدر.
وتستعمل التلسكوبات اللاسلكية الكبيرة كأنظمة رادار ضخمة لإعداد خرائط لسطح القمر والكواكب. ويرسل الفلكيون موجات لاسلكية قوية للقمر أو لأحد الكواكب، ثم يسجلون بعد ذلك الأصداء اللاسلكية التي ترتد راجعة. ويسمى الفلكيون هذه التقنية رسم الخرائط بالرادار.
أنواع التلسكوبات اللاسلكية. في معظم التلسكوبات اللاسلكية هناك محركات تدير العاكسة نحو أي مصدر للموجات اللاسلكية في السماء. وأكبر طبق متحرك يصل قطره إلى100م. ويمكن للفلكيين أن يستعملوا طبقًا ثابتًا كبيرًا لدراسة الإشارات اللاسلكية الصادرة من جرم ضئيل الضوء. وأكبر تلسكوب لاسلكي في العالم إنما هو طبق ثابت مركب في واد بالقرب من أريسيبو في بورتوريكو. ويبلغ طول قطر الطبق 305م. ويستعمل في أغلب الأحيان لتحديد مكان المنبضات وقياسها.
ينتج الفلكيون صورًا لاسلكية دقيقة إلى أبعد حد، وذلك بضم إشارات من عدد كبير من الأطباق اللاسلكية المنتشرة على مسافات بعيدة. وفي محطة مركزية تجمع الحواسيب الإشارات اللاسلكية إلكترونيًا من عدة مواقع مختلفة مع إدخال فترات التأخير في الوقت بين الإشارات من الأطباق المختلفة. هذه التأخيرات تجعل الإشارات من موجة لاسلكية تأتي معًا في نفس الوقت، ويقوي بعضها بعضا تمامًا كما تتركز موجة ضوئية في البؤرة بوساطة عدسة أو مرآة. وتسمى التلسكوبات اللاسلكية التي تتجمع ويتصل بعضها ببعض بهذه الطريقة مقياس التداخل اللاسلكي. وكلما كانت المسافة بين التلسكوبات أطول كانت نتيجة مقياس التداخل أحسن، ويستعمل الفلكيون مقياس التداخل لإعداد خرائط لاسلكية للسماء.
يسمّى أقوى مقياس تداخل لاسلكي الصف الكبير جدًًا. (V L A)، وقد ركب هذا في سهل مرتفع بالقرب من سكّورو، بنيو مكسيكو بالولايات المتحدة الأمريكية. وفي هذا السهل 27 طبقًا قطر كل منها 25م. وهناك مقياس تداخل آخر مهم، اسمه صف خط القاعدة الطويل جدًا (V L B A )، وقد تم الفراغ من إعداده في عام 1993م. ويتكون هذا النظام من عشر عاكسات وضعت عبر الولايات المتحدة من هاواي إلى فيرجن آيلاندز. ويتوقع العلماء أن يزودهم هذا النظام بأدق الصور اللاسلكية التي أنتجت حتى الآن.
التلسكوبات تحت الحمراء
يجمع التلسكوب تحت الأحمر الأشعة تحت الحمراء (حرارة) من الأجرام الفضائية. ومعظم التلسكوبات تحت الحمراء تلسكوبات بصرية عاكسة، مزودة بكاشف بدلاً عن العدسة العينية. ويعطي أي جسم، وهو في درجة حرارة الغرفة، كميات كبيرة من الأشعة تحت الحمراء بسبب الحرارة التي يحفظها. ونتيجة لذلك فإنه يجب على الفلكيين أن يصمموا التلسكوبات تحت الحمراء بحيث لا تتداخل الحرارة الصادرة من التلسكوب نفسه مع الأشعة القادمة من الفضاء. كذلك يجب عليهم أن يبردوا أجزاء من التلسكوب إلى درجة حرارة متدنية للغاية، وذلك لاكتشاف الأشعة تحت الحمراء من أكثر المصادر برودة وهي الخافتة جدًا. وتمر بعض موجات الأشعة تحت الحمراء من الفضاء خلال الغلاف الخارجي. ولكن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون الموجودين في الهواء يحجبان غيرهما. ولهذا السبب فإن الفلكيين يركِّبون التلسكوبات تحت الحمراء في قمم الجبال حيث يكون الهواء خفيفًا جافًا. كذلك فإنهم يرسلون التلسكوبات تحت الحمراء فوق الغلاف الخارجي للأرض على طائرات تطير غالبًا في الفضاء أو على أقمار صناعية.
وفي عام 1961م بنى الفيزيائي الأمريكي فرانك جيه لو أول كاشف للأشعة تحت الحمراء حساس بالقدر الكافي ليستعمل في علم الفلك. وسمّى الجهاز بولوميتر وكان بمثابة ثيرمومتر إلكتروني باردٍ إلى أبعد الحدود داخل فراغ. وعندما تصدم الأشعة تحت الحمراء البولوميتر تدفأ ثم تخرج إشارات كهربائية. وفي هذه الأيام تستخدم التلسكوبات تحت الحمراء نبائط إلكترونية تسمّى كاشفة الصفوف لكي تكوِّن صورًا تحت حمراء على شاشة حاسوب.
عمل أحد التلسكوبات تحت الحمراء في مدار وهو على متن قمر صناعي سمِّي اختصارًا إيراس من يناير إلى نوفمبر 1983م. وقد استخدم سائل الهيليوم لتبريد التلسكوب بأكمله بما في ذلك المرايا، والكاشفات والأنبوب إلى درجة حرارة أعلى بدرجات قليلة فقط من الصفر المطلق (-273,15.
أنواع أخرى من التلسكوبات
للإشعاع الكهرومغنطيسي ذي الأطوال الموجية القصيرة أعلى الطاقات الفوتونية مقارنة بكل أنواع الإشعاعات الكهرومغنطيسية الأخرى. وتشتمل هذه الأشكال من الإشعاعات على الإشعاعات فوق البنفسجية، والأشعة السينية، وأشعة جاما. وبسبب طاقتها العالية فإن هذه الإشعاعات لا يمكن عكسها مثل الضوء بسهولة بوساطة مرآة. ونتيجة لذلك فإن التلسكوبات التي تستعمل لمراقبة هذه الأشكال من الإشعاعات تبدو في كثير من الأحيان مختلفة جدًا عن التلسكوبات الأخرى. وهناك فرق آخر وهو أنه باستثناء الإشعاعات فوق البنفسجية ذات الطاقة الأقل، فإن الغلاف الجوي يمتص هذه الإشعاعات قبل أن تصل إلى الأرض. ولدراسة إشعاعات هذه الأشكال ذات الطاقة العالية فإن على علماء الفلك أن يرسلوا تلسكوبات فوق الغلاف الجوي على صواريخ أو أقمار صناعية.
صورة لاسلكية لبقايا نجم تفجر، أُعدت بحاسوب من موجات لاسلكية جمعت بواسطة مقياس التداخل اللاسلكي الكبير جدًا. وتوضح هذه الصورة نجمًا قد تفجر قبل حوالي 300 سنة في كوكبة ذات الكرسي.
تلسكوبات الإشعاعات فوق البنفسجية. يستعمل الفلكيون تلسكوبات عاكسة في الفضاء بكاشفات إلكترونية لدراسة معظم أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية التي يمكن أن تُعكس بنفس الطريقة التي يُعكس بها الضوء المرئي. لكن أقصر أطوال الموجات، التي تسمى بالإشعاعات فوق البنفسجية النهائية، يصعب عكسها. ويمكن فقط عكس الإشعاعات فوق البنفسجية النهائية من مرآة بزاوية صغيرة. وهذه الخاصية التي تتميز بها مثل هذه الإشعاعات تشبه الكيفية التي تجعل الحجارة تثب بخفة على سطح بركة ماء.
وتمكن تلسكوبات الإشعاعات فوق البنفسجية علماء الفلك من دراسة الأجسام الحارة جدًا في الفضاء بما في ذلك أشباه النجوم، والأنجم التي تعرف باسم الأقزام البيضاء. ويستعمل علماء الفلك تلسكوبات الأشعة فوق البنفسجية ليدرسوا كيفية تكون النجوم وتركيب الغاز بين النجوم والمجرات.
تلسكوبات الأشعة السينية. للأشعة السينية أطوال موجية أقصر وطاقة أعلى من الإشعاعات فوق البنفسجية. والأشعة السينية التي لا تمتصها المادة أو تنثرها تمر بشكل مستقيم خلال مواد كثيرة. غير أن الأشعة السينية ذات الطول الموجي الأطول مثل الإشعاعات فوق البنفسجية النهائية يمكن أن تُعْكَس بزاوية ضيقة. وبعض الأجرام الكونية تعطي الكثير من طاقتها في شكل أشعة سينية. وتشتمل مصادر الأشعة السينية على مراكز المجرات وسحب الغاز الحار للغاية التي توجد بين المجرات.
ويستعمل تلسكوب الأشعة السينية البسيط مجموعة من الشرائح الحديدية أو الرصاصية بدلاً من المرايا. وتسد الشرائح كل الأشعة السينية ما عدا تلك التي من خط واحد عبر السماء، ثم تدخل فوتونات الأشعة السينية كاشفًا مليئًا بغاز ماص للأشعة السينية، حيث يتم عدها. وبمسح السماء فإن هذه التلسكوبات يمكنها أن تحدد مواقع مصادر الأشعة السينية.
وخلال السبعينيات من القرن العشرين اكتشفت تلسكوبات الأشعة السينية مصادر كثيرة للأشعة السينية في الفضاء. ويعلم الفلكيون اليوم أن كثيرًا من مصادر الأشعة السينية المتألقة هي نجوم مزدوجة، أي أنها زوج من النجوم يدور كل منهما حول الآخر. وفي أزواج النجوم هذه فإن أحدها قد انهار وأصبح نجمًا صغيرًا كثيفًا يسمى النجمة النيوترونية أو الثقب الأسود، وهو جسم غير مرئي وله قوة جاذبية قوية لا يمكن حتى للضوء أن يفلت من سطحه. وتحدث الأشعة السينية عندما يسقط غاز من نجم على النجمة النيوترونية أو الثقب الأسود.
مرصد كومتون لأشعة جاما. قمر صناعي أطلق في سنة 1991م وهو يحمل بعض الأجهزة اسمها الملألئات للكشف عن أشعة جاما وقياس كثافتها وتحديد مصادرها.
تلسكوبات أشعة جاما. لأشعة جاما أقصر طول موجي وأعلى طاقة مقارنة ببقية أنواع الإشعاع الكهرومغنطيسي. وعندما يصطدم فوتون أشعة جاما مع ذرة أثناء مرورها داخل مادة فإنها قد تحدث فكاكًا لبعض إلكترونات الذرة أو ربما تحطم نواة الذرة. ويمكن لهذه الاصطدامات أن تنتج رذاذًا من الجسيمات تحت الذرية وإشعاعًا ذا طاقة منخفضة. وينتقل الرذاذ في نفس اتجاه إشعاع جاما الأصلي ويكشف عنه بنبائط تسمى الملألئات. وتحدث هذه الأداة بريقًا من الضوء يمكن تسجيله عندما يصطدم بإشعاع أو جسيمات. وبقياس الرذاذ فإن العلماء يستطيعون أن يحسبوا مستوى طاقة أشعة جاما واتجاه مصدرها. وقد مكّنت تلسكوبات أشعة جاما، الموجودة في مرصد كومبتون لإشعاع جاما، العلماء من أن يعرفوا الكثير عن بعض الأجسام التي يُعرف عنها القليل في الكون، بما في ذلك المنبضات وأشباه النجوم. وكثير من هذه الأجسام العالية الطاقة مصادر قوية لأشعة جاما.
التطورات الأخيرة في التلسكوبات
التلسكوب الكيكي الموجود في ماونا كاي في جزيرة هاواي له مرآة كبيرة بإقطاعات قطرها 10 أمتار. وتتكون المرآة من 36 قطعة.
في الثمانينيات من القرن العشرين أخذ الفلكيون يُعدِّون جيلاً جديدًا من التلسكوبات البصرية المقامة على الأرض وبحجم أكبر من أي تلسكوب آخر أقيم من قبل. ويأمل علماء الفلك في استعمال هذه التلسكوبات ليكشفوا الكثير من أسرار الكون بما في ذلك الكيفية التي تكونت بها الكواكب والنجوم والمجرات. وستستخدم هذه التلسكوبات كاشفات بصرية وتحت حمراوية حساسة؛ وبصريات تكيفية وذلك لإخراج صور غاية في الدقة والضبط. وبالإضافة إلى ذلك فإنه سيكون لهذه التلسكوبات مرايا أكبر وأكثر دقة من أي أدوات أخرى ركبت من قبل. وقد مكنت كثير من تصميمات المرايا الفلكيين من صنع مرايا أكبر لا تنثني أو يصيبها التشويه بسبب وزنها.
ومن بين التصميمات الحديثة المرايا المقطعية التي تستعمل في تلسكوب كيك، في جزيرة هاواي الذي تم بناؤه في سنة 1992م. وتتكوّن مرآة هذا النوع الجامع للضوء، من 36 مرآة ذات ستة أوجه مركبة بالقرب من بعضها بعضا. وتكوِّن المرايا سطحًا عاكسًا قطره 10 أمتار. وهناك تلسكوب كيك آخر من نفس التصميم، بدأ تشغيله في الموقع سنة 1996م.
تتضمن بعض المشاريع وصل تلسكوبين أو أكثر لتجميع ضوء أكثر. وسيتكون المشروع المسمّى بالتلسكوب الكبير من أربعة تلسكوبات بمرايا قطر الواحدة منها 8,2 من الأمتار. وعندما تستعمل التلسكوبات الأربعة فستكون لها قوة تجميع ضوئية كمرآة واحدة بقطر 16م. وستتكون المرايا من أسطوانات رقيقة من الزجاج مدعمة بمئات من الأجهزة التي يتحكم فيها حاسوب.
قام علماء الفلك بجامعة أريزونا بالولايات المتحدة بصنع مرايا زجاجية قرص عسلية (بشكل خلايا النحل). وتستخدم عملية البناء قالبًا مليئًا بمئات من الكتل السداسية الشكل. ويغطي زجاج منصهر المكعبات، ويملأ الفراغات بينها. وتنقل المكعبات بعد أن يبرد الزجاج تاركًا بناءً زجاجيًا خفيفًا بحيث يمكنه أن يطفو على الماء.
وكذلك فإن لتلسكوب كولمبوس، الذي اكتمل تركيبه في سنة 1997م، مرايا قرص عسلية. وتتكون هذه الأداة من تلسكوبين بكل منهما مرآة قطرها 8,4م، ومركبة جنبًا إلى جنب مثل زوج ضخم جدًا من نظارات الميدان. وتلسكوب كولمبوس مشروع مشترك بين الفلكيين الإيطاليين والأمريكيين. ووضع على جبل جراهام في جنوب شرقي أريزونا. وفي أواسط التسعينيات من القرن العشرين كانت هناك تلسكوبات أخرى بمرايا أقراص عسلية تحت التشييد.
تصنع الآن كل من المرايا القرص عسلية والأسطوانات الرقيقة الخاصة بالتلسكوبات الكبيرة جدًا بتقنية جديدة تسمى الصب في القالب الدوار الذي عرف وطور في ثمانينيات القرن العشرين. وقد حلت طريقة صب القوالب الدوراة محل العملية المضنية المكلفة التي تطحن بها المرآة لتكون بالشكل المكافئ المناسب. وبدلاً من ذلك فإن فرنًا دوارًا ضخمًا يدير زجاجًا منصهرًا بدرجة متحكم فيها بحذر كبير. ويتدفق الزجاج المنصهر في شكل يكاد يكون هو المطلوب تمامًا لمرآة التلسكوب.
