التلسكوبات والمراصد الفلكية العاملة بالأشعة تحت الحمراء

تُبنى التلسكوبات والمراصد الفلكية العاملة بالأشعة تحت الحمراء لرصد الإشعاع الحراري المنبعث من الأجرام الباردة والمغبرة والبعيدة، مع قمع التوهج الهائل للأشعة تحت الحمراء المنبعث من الغلاف الجوي والجهاز نفسه.

Definition

التلسكوبات والمراصد الفلكية العاملة بالأشعة تحت الحمراء هي مرافق مُحسّنة للنطاق التقريبي من 1 إلى 300 ميكرومتر من خلال البصريات الباردة، والتصميم منخفض الانبعاثية، والاختيار الدقيق للموقع أو التوضع في الفضاء، وتقنيات طرح الخلفية التي تعزل الإشارات الفلكية الخافتة عن الضوضاء الحرارية.

Scope

يغطي هذا الموضوع النوافذ والخلفيات الجوية التي تحد من الرصد الأرضي للأشعة تحت الحمراء، والمواقع الجبلية العالية والجافة، والمنصات المحمولة جواً وبالبالونات، ومراصد الأشعة تحت الحمراء الفضائية، والتبريد المبرّد للبصريات والكاشفات، وتقنيات الرصد مثل التقطيع (chopping) والترنح (nodding) التي تطرح الخلفية الساطعة.

Core questions

• لماذا سماء الأشعة تحت الحمراء أكثر سطوعًا بكثير من سماء الضوء المرئي؟
• كيف يتم التخفيف من الامتصاص والانبعاث الجوي من خلال الموقع أو المنصة أو التوضع في الفضاء؟
• لماذا يجب تبريد تلسكوبات وكاشفات الأشعة تحت الحمراء؟
• ما هي تقنيات الرصد التي تطرح الخلفية الحرارية السائدة؟

Key theories

الخلفية الحرارية والانبعاثية

كل شيء في درجة حرارة الغرفة ينبعث منه إشعاع قوي في نطاق الأشعة تحت الحمراء، لذا فإن الغلاف الجوي والتلسكوب والجهاز يشعون خلفية كبيرة تطغى على المصادر الفلكية وتفرض تصاميم منخفضة الانبعاثية ومبردة.

النوافذ الجوية

يمتص بخار الماء والجزيئات الأخرى معظم أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء، تاركًا فقط نوافذ منفصلة يمكن الوصول إليها من الأرض، مما يدفع المراقبين إلى المواقع الجافة عالية الارتفاع أو فوق الغلاف الجوي.

التقطيع والترنح

من خلال التبديل السريع للشعاع بين المصدر والسماء المجاورة باستخدام المرآة الثانوية ثم تحريك التلسكوب، يقوم المراقبون بفرق الإطارات لإلغاء الخلفية الحرارية المتغيرة ببطء.

Clinical relevance

يكشف رصد الأشعة تحت الحمراء عن مناطق تشكل النجوم المخفية بالغبار، والنظام الشمسي الخارجي البارد، والأقزام البنية والكواكب الخارجية، والمجرات ذات الانزياح الأحمر العالي التي امتد ضوؤها إلى الأشعة تحت الحمراء، مما يجعل هذه المرافق ضرورية في الفيزياء الفلكية الحديثة.

History

اكتشف هيرشل الإشعاع تحت الأحمر عام 1800، لكن علم الفلك الحساس للأشعة تحت الحمراء انتظر مقاييس الإشعاع (bolometers) والكاشفات المبردة التي طُورت منذ الستينيات. وقد أفسحت المسوحات الأرضية المجال لمراصد فضائية مثل IRAS وISO وSpitzer وتلسكوب جيمس ويب الفضائي، إلى جانب المنصات المحمولة جواً التي تحلق فوق معظم بخار الماء الجوي.

Key figures

• William Herschel
• Frank Low
• Gerry Neugebauer

Seminal works

• glass1999
• rieke2003

Frequently asked questions

لماذا تُحفظ التلسكوبات الفضائية مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي باردة للغاية؟

يتوهج التلسكوب الدافئ بشكل ساطع في الأشعة تحت الحمراء ويطغى على الإشارات الكونية الخافتة. من خلال حماية التلسكوب من الشمس وتبريده إلى بضع عشرات من الكلفن أو أقل، يقل انبعاثه الحراري الخاص به إلى حد كبير دون الإشارات التي يحاول اكتشافها.

هل يمكن القيام بعلم فلك الأشعة تحت الحمراء من الأرض على الإطلاق؟

نعم، ولكن فقط في النوافذ الجوية الضيقة ومن المواقع العالية والجافة حيث يكون بخار الماء منخفضًا. وحتى في هذه الحالة تكون السماء الدافئة ساطعة، لذا يعتمد المراقبون على التقطيع والترنح لطرح الخلفية، ويتم تنفيذ معظم أعمال الأشعة تحت الحمراء الأكثر تطلبًا من المنصات المحمولة جواً أو الفضائية.