المرصد

مرصد

Observatory - Observatoire

المرصد

المرصد observatory، هو بناء يضم مقاريب telescopes وتجهيزات مساعدة أخرى مصممة لرصد الأجرام السماوية، مثل الكواكب[ر: الكوكب] والنجوم[ر: النجم] والمجرّات[ر: المجرة]. وتكون هذه التجهيزات عادة محمية داخل بناء دائري تعلوه قبة قابلة للدوران تمنع عنها تأثيرات رطوبة الجو وتغير درجة الحرارة والرياح والغبار وغير ذلك. والقبة مجهزة بفتحة شاقولية يمكن توجيهها بتدوير القبة حيث تتيح توجيه المقراب نحو أي جزء من السماء، (الشكل 1). وتجهز المراصد الفلكية الحديثة بأجهزة إلكترونية وآلات تصوير وحواسيب ومخابر ومكتبات.

تُبنى المراصد عادة في المواقع التي يسبب فيها جو الأرض أقل قدر ممكن من التشويش الناشئ عما يمكن أن يحويه الجو من جسيمات، مثل جزيئات الماء أو الدخان، تعكس جزءاً من الضوء الآتي من الفضاء أو تمتصه. ولذلك تُختار لبناء المراصد المواقع التي يكون فيها الجو صافياً والهواء هادئاً وجافاً. ولهذا السبب فإن معظم المراصد الحديثة مبنية على قمم الجبال العالية، بعيداً عن المدن لتجنب الضوء المنبعث منها وجوها الملوث. ولهذا السبب أيضاً يُلجأ إلى وضع أدوات الرصد الفلكي في مدارات حول الأرض، حيث لا وجود لتأثير الجو على الرصد. فالمرصد المسمّى مقراب هَبْل الفضائي Hubble Space Telescope، (الشكل 2)،  يدور حول الأرض على ارتفاع كبير، ويمكنه أن يرصد الكون بصورة أكثر وضوحاً مما ترصده المقاريب الأرضية.

لمحة تاريخية

يعدُّ المقراب اختراعاً حديثاً نسبياً، لكن المراصد الفلكية موجودة منذ العصور القديمة. فقد بنى الإنسان مراصد لمراقبة السماء منذ أكثر من 5000 عام. وفي الحضارات القديمة، البابلية واليونانية والمصرية، وبسبب الحاجة إلى معرفة تواريخ الاحتفالات الدينية بدقة، كانوا يراقبون حركة الأجرام السماوية. وقد بنى المصريون في معبد الكرنك أبنية للرصد الفلكي وطوروا تقويماً مبنياً على أساس حركة الشمس. وبنوا مثلها كذلك في الأُقصر، ما يدل على أن معرفة دقيقة بحركات النجوم كانت متوفرة لديهم (الشكل 3). ويعتقد معظم العلماء أن الأهرامات الحجرية لحضارة المايا في جنوب المكسيك، التي تعود إلى ما قبل 2500 سنة لها دلالات فلكية. وقد بنى المأمون مرصداً فلكياً بالقرب من بغداد في العام 829 للميلاد. وبنى عالم الفلك البتّاني مرصداً في أنطاكية في عام 877، استطاع من خلال أرصاده إنشاء جداول فلكية وحساب القيمة الزاويّة لمبادرة خطوط الاعتدال precession of the equinoxes. وأقام الخليفة الفاطمي الحاكم بأمر الله مرصداً في المقطّم في نحو العام 1000م، كما بُني مرصد مهم في دمشق في الفترة ذاتها. وبنيت مراصد في آسيا، في كل من إيران وكوريا والصين وفي سمرقند (أوزبكستان)، وكذلك في نصف الكرة الأرضية الغربي في غواتيمالا والمكسيك في فترات تاريخية قديمة.

كانت الأدوات المستخدمة في هذه المراصد التي سبقت اختراع المقراب مؤلفة من قضبان متصالبة لقياس المسافات الزاويّة في السماء ثم من الإسطرلاب[ر] المؤلف، في أحد أشكاله، من مجموعة من أقراص معدنية متمركزة لحساب إحداثيات النجوم الاستوائية أو الأفقية، وفي شكل آخر منه لقياس المسافات الزاويّة بين النجوم أو الارتفاع الزاوي لجسم سماوي. ثم الرباعية quadrant المؤلفة من قطاع ربع حلقة مدرّج بوحدات القوس لقياس الارتفاعات الزوالية، ثم السداسية sextant التي توفر قياساً دقيقاً للزوايا.

كان اختراع المقراب على يد العالم الإيطالي غاليليه (غاليليو غاليلي)[ر] Galilée (Galileo Galilei) في العام 1609 منعطفاً حاسماً في تطور الرصد الفلكي، (الشكل 4). وعلى الرغم من أن التكبير في مقراب غاليليه لم يتجاوز 20 مرة، إلا أن غاليليه اكتشف بوساطته أشياء عديدة منها سطح القمر ذو الفوهات البركانية وأقمار المشتري Jupiter وأطوار الزهرة Venus المتغيرة، والعدد الذي لا يحصى من النجوم التي تشكل درب التبانة[ر: المجرة]. وساعدت أرصاد غاليليه على التخلي عن فكرة أن الأرض هي مركز الكون وفتحت الطريق أمام علم فلك حقيقي.

كانت المقاريب الأولى تستخدم العدسات الزجاجية لتجميع الضوء وتبئيره. وكانت هذه المقاريب الانكسارية ذات استطاعة جيدة، لكنها كانت طويلة جداً وكان التحكم بثباتها واتزانها عسيراً. وفي نهاية القرن الثامن عشر بنى العالم الإنكليزي نيوتن[ر] مقراباً استخدمت فيه مرآة بدلاً من العدسة. وكانت المرايا المستخدمة في البداية معدنية، ثم ما لبثت أن حلّت محلها المرايا الزجاجية.

وبما أن المرايا الكبيرة أقل وزناً من العدسات الكبيرة فقد أمكن صنع مقاريب ذات مرايا أكبر كثيراً مما يمكن صنعه من عدسات. وتمكّن السطوح العاكسة الكبيرة من الرؤية أبعد كثيراً في الكون واكتشاف أسرار أكثر. وسرعان ما أصبحت بعض المقاريب كبيرة لدرجة لايمكن معها تحريكها إلا بوساطة منظومات مسنَّنات معقدة. ومع مرور الزمن  استمرت المقاريب في أن تصبح أكبر، وأصبحت المرايا كبيرة وثقيلة لدرجة أنه أصبح من شبه المستحيل بناء مقاريب متينة تتحملها، وفي الوقت نفسه توجهها نحو مختلف مناطق السماء. ولذلك بدأ منذ سبعينيات القرن الماضي بناء مقاريب ذات مرايا متعددة. وساعد التقدم في تقانة الحواسيب على انتفاء حاجة المراصد إلى حوامل مقاريب معقدة، فقد أصبح بالإمكان وضع المقراب على حامل بسيط وجعل الحاسوب يحدد الحركة الدقيقة اللازمة لمتابعة الجسم المرصود في السماء. ولذلك بدأت المراصد تأخذ شكلاً غير الشكل المألوف. فبعض المراصد التي بنيت في النصف الثاني من القرن العشرين هي أبنية كبيرة مربعة عوضاً عن أن تكون دائرية ذات قبة.

وقد بنيت في تسعينيات القرن العشرين أكبر مراصد في العالم، ويبلغ قطر مرايا كل من المقرابين Keck في المرصد الذي بُني  في جزر هاواي 10 متر. ويستخدم المقراب الكبير جداً Very Large Telescope في المرصد الأوربي الجنوبي أربعة مقاريب ـ قطر كل منها 8.2 أمتار ـ مربوطة مع بعضها فتعادل بذلك مقراباً قطره 16 متراً.

وفي أقل من خمسة عقود تضاعفت مقدرة المقراب على جمع الضوء أكثر من ثلاث مرات. ومع بداية القرن الواحد والعشرين بدأ بناء ستة مقاريب جديدة ـ قطر كل منها أكثر من 6.5 أمتار ـ ضمن مشروعات مشتركة بين بلدان مختلفة مثل الولايات المتحدة وبريطانيا وكندا والبرازيل والأرجنتين وإيطاليا وتشيلي واليابان.

طرائق الرصد

يغطي الفلك مدى واسعاً من البحث، ويستخدم الفلكيون أنواعاً متعددة من التجهيزات في إجراء بحوثهم. وتحتوي معظم المراصد على مقراب ضوئي، أو أكثر، مصمم لرؤية الضوء في المجال المرئي. لكن هناك مراصد أخرى فيها أنواع أخرى من المقاريب والتجهيزات الخاصة تبعاً لمجال الضوء الذي يرغب الباحثون استخدامه في بحوثهم. والمقراب الضوئي الحديث هو أنبوب ضخم مزود في أحد طرفيه بمرآة عملاقة مركبة (على هيئة الصحن) أو بمجموعة من المرايا تجمع الضوء القادم من الفضاء وتركزه في محرقها، (الشكل 5). ويرسل المقراب هذا الضوء المجمّع إلى آلة تصوير أو إلى أدوات إلكترونية لتحليله.

وبسبب دوران الأرض فإن النجوم التي تُرصد من الأرض تبدو وكأنها تدور في الاتجاه المعاكس؛ لذلك ينبغي أن يؤخذ هذا الأمر بالحسبان؛ فيُدار المقراب بعكس اتجاه دوران الأرض لكي يبقى موجهاً نحو الأجسام السماوية المرصودة نفسها. ولذلك تُجعل قبة المرصد نفسها قابلة للدوران حيث تتيح فتحتها للمقراب أن يرى دوماً الجزء المرغوب من السماء. تركّب المقاريب عادة على منصات خاصة أحد محوريها موازٍ لمحور دوران الأرض والمحور الآخر عمودي عليه (أي موازٍ لاتجاه حركة النجوم الظاهرية). وتعتمد المقاريب الحديثة على الحاسوب للتحكم بحركتها وتوجيهها.

نادراً ما يلجأ الفلكيون المعاصرون إلى النظر من خلال عينية المقراب لمشاهدة ما يرغبون في رؤيته، فهم يتحكمون بالمقراب من مكاتبهم التي قد تكون بعيدة عن المرصد، حيث تعرض الصور التي يراها المقراب في أي لحظة على شاشات العرض وعلى شاشات الحواسيب.

ليس الضوء المرئي الذي تستخدمه المقاريب الضوئية سوى جزء صغير من الطيف الكهرمغنطيسي، أي من مدى الأمواج الكهربائية المغنطيسية الممتد من أمواج الراديو إلى الضوء المرئي إلى الأشعة السينية وما يقع بينها من إشعاع كهرمغنطيسي. ويهتم الفلكيون كذلك برصد الأمواج الكهرمغنطيسية ذات الأطوال الموجية الأطول والأقصر من الضوء المرئي. وهذه الأمواج التي لا تراها عين الإنسان لا يراها المقراب المصمم لجمع الضوء المرئي. ولذلك يحتاج الفلكيون إلى مقاريب ومكاشيف خاصة لدراسة بقية الطيف.

تُصِدر أبرد الأجسام في الكون أمواجاً راديوية هي الأطول من بين الأمواج الكهرمغنطيسية الأخرى. ويستخدم الفلكيون لجمع الأمواج الراديوية الآتية من الفضاء ودراستها ما يدعى المقاريب الراديوية[ر: علم الفلك الراديوي]، التي تتألف عادة من صحون معدنية ضخمة توضع إما على الأرض أو على حوامل مرتفعة فوق سطح الأرض. ترسل الإشارات الراديوية الضعيفة الملتقطة إلى مضخمات إلكترونية قبل تحليلها. وتكمن الميزة الكبرى للفلك الراديوي في أنه يتيح رصد الأجسام السماوية التي تُصدر هذا الإشعاع في أثناء الليل أو النهار، وبغض النظر عن كون الجو صافياً أو مليئاً بالغيوم. ومن الأجسام التي تصدر أمواجاً راديوية الشمس والقمر والكواكب ومناطق كثيرة من المجرة (درب التبانة).

تقع الأشعة تحت الحمراء في الطيف الكهرمغنطيسي بين الأمواج الراديوية والضوء المرئي. وتُصدر معظم الأجسام في الكون شيئاً من الأشعة تحت الحمراء. وتعمل مقاريب الأشعة تحت الحمراء بطريقة مماثلة تقريباً لعمل المقاريب الضوئية، إلا أن الماء الموجود في جو الأرض يمنع وصول معظم هذه الأشعة. ومقاريب الأشعة تحت الحمراء حساسة جداً للحرارة، وهي تنتج أفضل الصور حين تُبرَّد إلى درجات حرارة منخفضة. وكان المرصد الفضائي تحت الأحمر Infrared Space Observatory التابع لوكالة الفضاء الأوربية مقراباً من هذا النوع يدور حول الأرض ودرس إشعاع السماء تحت الأحمر بين عامي 1995 و1998.

للأشعة فوق البنفسجية والسينية وأشعة غاما أطوال موجية أقصر من تلك التي للضوء المرئي. وهذه الأنواع من الإشعاع، توفر معلومات عن أكثر الظواهر حرارة وأشدها عنفاً في الكون. لكن جو الأرض يحجب معظم هذا الإشعاع ولذلك يلجأ الفلكيون إلى إرسال أدوات رصدهم إلى أعالي الغلاف الجوي محمّلة على مناطيد أو صواريخ أو سواتل satellites. ويستخدم الفلكيون المعاصرون آلات تصوير وأدوات إلكترونية أخرى لتسجيل مختلف أنواع الإشعاع وتحليلها. وتستطيع هذه الأجهزة كشف الضوء الذي لا تراه عين الإنسان ولها القدرة على قياس الإشعاع بدقة كبيرة.

بدأت منذ سبعينيات القرن العشرين المكاشيف detectors  المسماة أجهزة الشحنة المقترنة charge- coupled devices أو اختصاراً CCD تحل محل آلات التصوير التقليدية في معظم المراصد. والمكشاف CCD مصفوفة من عشرات الألوف، بل حتى الملايين، من الخلايا الدقيقة الحساسة للضوء. فحين يتعرض المكشاف CCD للضوء تتشكل في كل خلية شحنة كهربائية متناسبة مع شدة الضوء الذي سقط عليها. ويقوم الحاسوب بعدئذ بقراءة الشحنات وبناء الصورة على أساس هذه المعلومات.

ويستخدم الفلكيون كذلك مكاشيف ضوء أخرى، أكثرها شيوعاً مقاييس الضوء photometers التي تقيس سطوع جسم عند أطوال موجية مختلفة ورواسم الطيف spectrographs [ر: مقياس الطيف وراسم الطيف] التي تحلل الضوء إلى أطواله الموجية (أو ألوانه). ويستطيع الفلكيون تصوير هذا الطيف وتحليله بالتفصيل، والحصول منه على معلومات حول درجة حرارة الجسم المرصود وتركيبه الكيمياوي وحقله المغنطيسي[ر] وسرعته مقترباً أو مبتعداً عن الأرض، ومعلومات أخرى عديدة.

مواقع المراصد

من بين الأمور التي يتوقف عليها اختيار الموقع لبناء مرصد فيه هو طول الموجة التي سيعمل عندها المقراب، ومواقع المراصد الأخرى التي يخطط المرصد المَنْوي بناؤه التعاون معها وسهولة وصول التجهيزات الثقيلة والناس إليه.

تؤدي حركة طبقات الهواء في الجو إلى تشويه الضوء الآتي من السماء، وتمتص جزيئات الماء الموجودة في الهواء بعض الأطوال الموجية للضوء وتبعثر بعضها الآخر. ولذلك تبنى المراصد عادة في أماكن يكون فيها الجو رقيقاً قليل الرطوبة. وعلى سطح الأرض يتوفر هذا عادة في الارتفاعات العالية التي غالباً ما تكون أعلى من 1800 متر فوق سطح البحر.

يقع أعلى مرصد في العالم على قمة البركان الخامد مونا كيا Mauna Kea في جزر هاواي Hawaii الشكل (6). ويضم هذا المرصد، عدة مقاريب ضخمة، بسبب موقعه الممتاز، على ارتفاع 4200 متر فوق سطح البحر.

وتتيح المراصد المرتفعة فوق الجو المضطرب للفلكيين رؤية السماء بصفاء أكبر بكثير مما تتيحه الأجهزة الموضوعة على الأرض، كما تتيح دراسة الأطوال الموجية للإشعاع التي يحجبها الهواء. ويوجد حالياً العديد من المراصد الفضائية في مدارات حول الأرض، كان أولها مقراب هَبل الفضائي Hubble Space Telescope الذي أطلق عام 1990، (الشكل 1)، وتبعته مراصد أخرى مثل مرصد كومتون لأشعة غاما Compton Gamma-Ray Observatory  ومقراب الأشعة تحت الحمراء الفضائي  Space Infrared Telescope Facility الذي أطلق إلى الفضاء عام 2003.

جمع المراصد

يجمَع الفلكيون أحياناً الضوء من مقرابين أو أكثر بغية الحصول على صورة أوضح مما يوفره مقراب واحد. وتدعى هذه الطريقة تقنية التداخل[ر] interferometry. يوصل المقرابان إلى مقياس التداخل الذي يعالج الضوء الذي يجمعانه؛ فيشكل صورة واضحة وضوح صورة تم الحصول عليها بمقراب وحيد كبير كبر المسافة بين المقرابين. فإذا كانت المسافة بين المقرابين، على سبيل المثال، 30 متراً كانت الصورة التي يُحصل عليها بوساطتهما بمثل وضوح صورة يُحصل عليها بمقراب وحيد قطر مرآته 30 متراً.

وقد استخدم الفلكيون منذ ستينيات القرن العشرين المقاريب الراديوية بطريقة التداخل، لكن هذه الطريقة لم تنجح في المقاريب الضوئية إلا في التسعينيات. وكانت الصعوبة في أنه ينبغي للحصول على أوضح النتائج أن يكون طولا الكَبْلين اللذين يربطان المقرابين بمقياس التداخل متساويين تقريباً لا يختلف طول أحدهما عن الآخر إلا بمقدار نصف طول موجة الضوء الذي يجمعه المقرابان بالضبط. بهذا الشكل تتداخل الإشارتان وتعطيان أوضح صورة. وحيث إن الأمواج الراديوية أطول كثيراً من أمواج الضوء المرئي كان من الأسهل تحقيق التداخل المطلوب في المقاريب الراديوية. ويستخدم الفلكيون الراديويون صفوفاً طويلة من المقاريب الراديوية للحصول على التداخل الراديوي. ويغطي أكبر مرصد راديوي ، وهو المسمى Very Large Array (واختصاراً VLA) مسافة 63 كيلومتراً ويقع بالقرب من سوكورو Soccoro بولاية نيومكسيكو في الولايات المتحدة.

وبما أن طول موجة الضوء المرئي أقل من مكرون واحد (المكرون أو المكرومتر هو جزء من مليون من المتر) فلا بد من قياس كبلات التداخل الضوئي بدقة تفوق 0.5 مكرون. وهذا يجعل من الصعوبة بمكان وصل مقاريب بعيد بعضها عن بعضها الآخر. ومع ذلك بدأت عدة مقاريب تداخلية متباعدة بالظهور في التسعينيات. وتُبنى بتعاون مشترك بين كل من الولايات المتحدة وتشيلي وبريطانيا والبرازيل وكندا والأرجنتين مقاريب جيميني Gemini التداخلية.

بسام المعصراني

أجهزة الرصد الفلكي ـ التداخل، الفلك (علم ـ) ـ الفلك الراديوي (علم ـ).

- DONNELLY & MARIAN, A Short History of Observatories (University of Oregon Press 1973).

التصنيف : الرياضيات و الفلك

النوع : علوم

المجلد: المجلد الثامن عشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 380

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية