التقانة الأولية لرصد السماء

الأسطرلاب هو آلة فلكية قديمة وأطلق عليه العرب ذات الصفائح. وهو نموذج ثنائي البعد للقبة السماوية، وهو يظهر كيف تبدو السماء في مكان محدد عند وقت محدد. وقد رسمت السماء على وجه الأسطرلاب بحيث يسهل إيجاد المواضع السماوية عليه. بعض الأسطرلابات صغيرة الحجم وسهلة الحمل، وبعضها ضخم يصل قطر بعضها إلى عدة أمتار^[1].

وقد كانت الأسطرلابات حواسيبا فلكية في وقتها، فقد كانت تحل المسائل المتعلقة بأماكن الأجرام السماوية، مثل الشمس والنجوم، والوقت أيضا. وقد كانت ساعات جيب لعلماء الفلك في القرون الوسطى. وقد تمكنوا أيضا من قياس ارتفاع الشمس في السماء، وهذا مكنهم من تقدير الوقت في النهار أو الليل، كما يمكنهم من تحديد وقت بزوغ الشمس أو تكبد النجوم. وقد طبع على ظهر الأسطرلاب جداولا مبتكرة مكنتهم من هذه الحسابات. ويمكن لهذه الجداول أن تحتوي على معلومات عن منحنيات لتحويل الوقت، ومقومة لتحويل اليوم في الشهر إلى مكان للشمس في دائرة البروج، ومقاييس مثلثيةوتدريجات لـ 360 درجة.^[1]

المزولة الشمسية وتسمى كذلك بالـرخامة, أداة توقيت نهاري، تتكون من عدة نقاط وخطوط, رسمت على صفيحة عريضة, وفي وسطها عصا مستقيمة أفقية يتحدد الوقت من طول ظلها الناتج عن وقوع اشعة الشمس عليها، حيث تترك ظلا متحركا على النقاط والخطوط. من أقدم آلات قياس الوقت لأن تاريخها يرجع إلى عام 3500 قبل الميلاد، استخدمها المسلمونقديما في المساجد لتحديد أوقات الصلوات۔
الساعة الشمسية هي أول ساعة اخترعها الإنسان فقد كتب عنها العالم الخوارزمي وكان العرب المسلمون يستخدمونها لتحديد أوقات الصلاة فهي تعتمد على الشمس وزاوية انحرافها عن الأفق أي مبدئها يعتمد على الزوايا عوضاً عن الساعة والدقائق والثواني.تألف المزولة من عصا تثبت في الأرض بشكل رأسي لتسمح برصد تحرك ظل الشمس، بسهولة في أي مكان على الأرض. والمزولة هي النسخة القديمة من الساعة الشمسية. وتعتبر عملية رصد ظل الشمس مفيدة جداً، إذا قمنا بها على فترات طويلة. ففي الصيف، عندما تقترب الشمس من السمت، يكون ظلها أصغر منه في الشتاء. وهذا يبين لنا أن ارتفاع الشمس في السماء يتغير باختلاف الفصول، وأن طول النهار يتغير هو الآخر. ويرجع ذلك إلى حركة دوران الأرض حول الشمس، التي تتم وفقـاً لميل محور دوران الأرض، الذي لا يتغير أثناء دوران الأرض حول الشمسفي فصل الصيف، تبين لنا المزولة أن الشمس تكون على ارتفاع أعلى في السماء، بما أن ظلها يكون أصغر حجماً. وبالإضافة إلى ذلك، يكون زمن سطوع الشمس أطولفي فصلي الخريف والربيع، نلاحظ أن ظل الشمس يكون أكثر طولاً عنه في فصل الصيف، في نفس الساعة. ويعني ذلك أن الشمس تكون على ارتفاع منخفض في السماء..في فصل الشتاء، يكون ظل الشمس أكثر طولاً، وتكون الشمس على أدنى ارتفاع لها في السماء، في نفس الساعة. أستعمالات على مر التاريخ بتاريخ 21 يونيو 250 ق.م قام العالم المصري ايراتو ثينس بقياس زاويه ميل أشعه الشمس عن طريق المزوله في اسوان حيث كانت عموديه و في الأسكندريه حيث وجدها 7.5 و من تلك الطريقه استطاع حساب محيط الأرض كالتالي واعتمدت طريقة ايراتوستين لقياس محيط الأرض على ملاحظة الفرق بين زاوية سقوط أشعة الشمس على سطح الأرض عند قرية سيين الواقعة على مدار السرطان (حوالي 40كم جنوبي أسوان)، ومدينة الإسكندرية وقت الظهيرة في يوم الانقلاب الشمالي للشمس (21 يونيو). وكان معروفا وقتذاك أن مدينتي أسوان والأسكندرية تقعان على نفس خط الطول وأن المسافة بينهما حوالي (5000) ستاديا. واستخدم إيراتوستين المزولة لقياس زاوية ميل أشعة الشمس الساقطة. ولقد وجد إيراتوستين أن أشعة الشمس وقت الظهيرة في يوم الانقلاب الصيفي الشمالي كانت عمودية تماما على سطح الأرض في منطقة أسوان حتى أن العصا التي تثبت رأسيا في هذه المنطقة لا يكون لها ظل، وفي نفس الوقت يكون للعصا الرأسية في الأسكندرية ظل على السطح الأفقي. وقاس إيراتوستين زاوية ميل الشمس عن العمودي في الإسكندرية فوجدها (5 / 1 7 ) درجة من دائرة وعاء المزولة التي مقدارها (360) درجة. وهي تقابل المسافة بين أسوان والأسكندرية (5000) ستاديا. وعلى ذلك كان محيط الأرض كما قدره إيراتوستين هو 250000 ستادياثم صحح إيراتوستين هذا الرقم إلى (252000) ستاديا، وهو ما يعادل (39690) كم. وهو يقل (430) كم عن المقدار الصحيح لمحيط الأرض (40120) كم.

أنواع التلسكوبات

الكاسر : و هناك ثلاثة أنواع منة و هي :-

Non-achromatic : وهذا النوع يستعمل واحدة أو اتنتان من العدسات المحدبة لتركيز الضوء ،و له أنحراف شديد(الضوء) اذ انه لا يقوم بتركيز جميع الالوان الضوئية في نفس النقطة ، ما يؤدي لتكون صور سيئة و النوع هذا متوافر لدى المتاجر العادية و هو غير فعال بالنسبة للاستخدامات الفلكية الجادة.

achromatic : وهذا النوع يستعمل العدسات المحدبة و المقعرة لحني الضوء، و هذا بالتالي يضمن أن معظم الالوان الضوئية سوف تركز في نفس النقطة ، و ميزة النوع هذا أنه يعطى صور ناصعة(دقيقة) و واضحة. ومن سيئاتة أنة غال نوعا ما ، ويعطي لونا كاذبا حول النجم يبدو كهالة زرقاء.Apochromatic : يستخدم هذا النوع وجهان من العدسات المحدبة و تصنع العدسات من نوعان مختلفان من الزجاج ، ما يسمح لجميع الوان الضوء بالتمركز حول نقطة واحدة. و النوع هذا يوفر أفضل نصوع للصورة و اعلى نسبة من الوضوح ، و من عيوبة أنه غااااااال الثمن و لكنه خيار جيد لأغراض الرصد الجاد.

التلسكوبات الكاسرة  (Refractors) اخترعت عام 1609 بواسطة جالليو جللي وتعد أكثر الأنواع شيوعا وانتشارا،وهي عبارة عن أنبوب رفيع وطويل(long thin tube) وفكرة هذا النوع تقوم على مبداء وجود عدسة في بداية ألا نبوب تقوم هذه العدسة بتجميع الضوء من العدسة الشيئية في بداية الأنبوب (objective lens) وأرسالة مباشرة إلى العينية(eyepiece) في نهاية الأنبوب.

التلسكوبات النيوتيونيه الكاسرة (Newtonian Reflectors) : اخترعت بواسطة إسحاق نبوتن عام 1668، فكره عمل هذه التلسكوبات تقوم على أساس وجود مرآة منحنية (مقعرة) مصقولة جيدا تسمى المرآة ألا وليه primary mirror)) تقوم بتجميع الضوء الصادر عن الأجرام السماوية وتركيزه في نقطه واحدة تم بعد ذلك تقوم بعكسه(الصورة) إلى مرآة أخرى تسمى المرآة الثانوي mirror) flat secondary) وهي عبارة عن مرآة صغيره جدا مثلثة الشكل(diagonal) وتقوم هذه الأخيرة بعكس الصورة(image) إلى الجانب العلوي من التلسكوب ومنها إلى العينية.

تلسكوب (Catadioptric) : يمزج هذا النوع بين استخدام العدسات والمرآة (mirrors and lenses) أي انه يجمع كلا التركيبيين. وهناك نوعان هما الأكثر استعمالا تحت هذا الصنف .

( (Schmidt Cassegrain و Maksutov-Cassegrain) ) في حاله سميت كاس جرين (Schmidt Cassegrain) يدخل الضوء عبر مرآة نحيفة عاكسة تقع في نهاية الأنبوب ويتم استقبال الضوء عن طريق مرآة ثانوية صغيرة و التي بدورها تعكس الضوء إلى خارج فتحه تقع في مؤخرة التلسكوب وأخيرا تظهر الصورة في العينيه(eyepiece) راجع الصورة.

التلسكوب فضائي أو المرصد فضائي في علم الفلك 

(بالإنجليزية :space observatory) 

هو تلسكوب يحمله قمر صناعي يستخدم لرصد الكواكب والمجرات والنجوم وأجرام السماوية البعيدة. وهي تختلف عن المراصد الفضائية الأخرى التي تقيس الأرض وتوجه إليها لأغراض التجسس أو دراسات وجه الأرض المختلفة.

خصائصها وأهميتها

اطلقت مراصد كثيرة تدور حول الأرض في الفضاء وتقدم لنا معلومات فلكية لا نستطيع الحصول عليها من مراصد أرضية.عند القيام بالرصد الفلكي من على سطح الأرض فإن كثير من الأشعة الكهرومغناطيسية تمتص في الجو ولا تصل إلى سطح الأرض. بالنسبة إلى أشعة الضوء التي هي جزء من طيف الأشعة الكهرومغناطيسية فإنها لا تمتص في الجو ويستطيع الجزء الأكبر منها الوصول إلى سطح الأرض فنراه ويعم نور النهار. ولهذا فمعظم التلسكوبات الأرضية تصور الضوء المرئي. ولكن كثير من الأجرام والظواهر السماوية يصدر ضوءا مرئيا إلى جانب أشعة مثل أشعة إكس وأشعة جاما وهذه تتميز بقصر طول الموجة ولا نستطيع العين البشرية رؤيتها مثلما لا تستطيع العين البشرية رؤية الأشعة فوق البنفسجية (من تلك الظواهر الفلكية التي تصدر أشعة قصيرة الموجة انفجارات أشعة جاماوالمستعرات العظمى). لذلك نرسل تلسكوبات خاصة بتسجيل الأشعة فوق البنفسجية وأخرى تقيس الأشعة السينية وأشعة جاما نرسلها كأقمار صناعية تدور حول الأرض في أفلاك في الفضاء فوق الغلاف الجوي، فتسجل تلك الأنواع من الأشعة التي لا تصل إلى سطح الأرض.يبين الشكل 2 على المحور الأفقي تغير طول الموجة بين الموجات الطويلة (أشعة راديوية) إلى الموجات القصيرة جدا (أشعة جاما). ويبين المحور الرأسي درجة العتامة (باللون البني) التي قد تصل إلى 100%، أي أن تلك الأشعة لا تصل إلى سطح الأرض وتـُمتص في الجو. وتتبين نافذتان يمكن للأشعة أن تمر خلال جو الأرض من دون أن تمتص ولهذ فيمكن رؤية تلك الأشعة ومنها الضوء المرئي في حيز طول موجة بين 850 نانومتر إلى 370 نانومتر. والنافذة الثانية للأشعة التي يمكن أن تصل إلى سطح الأرض نجدها للاشعة الراديوية بين طول موجة 20 متر إلى نحو 3 مليمتر.وعلى سبيل المثال لا يمكن رصد أجرام سماوية تصدر أشعة إكس أو أشعة جاما من على سطح الأرض وتتم تلك الدراسات بواسطة مراصد خصيصة لتلك الأشعة تحوم حول الأرض عاليا خارج الغلاف الجوي، ومنها مقراب سبيتزر الفضائي وتلسكوب كي الفضائي وتلسكوب شاندرا الفضائي للأشعة السينية وبيبوساكسومرصد سويفت الفضائي.كذلك تستخدم تلسكوبات فضائية أيضا لقياس الأشعة تحت الحمراء (طول موجة نحو 1000 نانومتر) والأشعة فوق البنفسجية (طول موجة بين 370 - 100 نانومتر).ويوجد نوعان للرصد الفلكي بالأقمار الصناعية بحسب تصميم التلسكوب المبني عليها، نوع واسع زاوية الرؤية يقوم بالمسح الفلكي، أي يصور مساحة واسعة من السماء، ونوع آخر ضيق زاوية الرؤية ويقوم بالتركيز على جرم سماوي واحد ويدرسه بالتفصيل.تقوم ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (إيسا) ووكالة الفضاء اليابانية، وكذلك البرنامج السوفييتي للفضاء، بإطلاق تلك المراصد الفضائية، وتتعاون عادة تلك الجهات فيما بينها أيضا. وأحيانا ينضم إليهم فئات من علماء إيطاليا وهولندا والمملكة المتحدة.

(تلسكوب هابل الفضائي)

 (بالإنجليزية: Hubble Space Telescope, or HST)

هو تلسكوب فضائي يدور حول الأرض وقد أمد الفلكيين بأوضح وأفضل رؤية للكون على الإطلاق بعد طول معاناتهم من المقاريب الأرضية التي يقف في طريق وضوح رؤيتها الكثير من العوائق سواءً جو الأرض المليء بالأتربة والغبار أم المؤثرات البصرية الخادعة لجو الأرض والتي تؤثر في دقة النتائج، سمي على اسم الفلكي إدوين هابل. بدأ مشروع بناء المقراب عام 1977 وأطلق إلى مداره الأرضي المنخفض خارج الغلاف الجوي على بعد 593 كمفوق مستوى سطح البحر حيث يكمل مداره الدائري بين 96 و 97 دقيقة بواسطة مكوك فضائي في شهر أبريل عام 1990 م، ولايزال قيد التشغيل، ذو بؤرة (فتحة عدسة) قدرها 2.4 م، (7.9 قدم). لتلسكوب هابل أربعة أدوات رئيسية للرصد بالأشعة فوق البنفسجية القريبة والطيف المرئي والقريبة من تحت الحمراء.

يقع مدار تلسكوب هابل خارج نطاق تشتيت غلاف الأرض الجوي، الأمر الذي يسمح بالتقاط صور عالية الوضوح بدون ضوء خلفي تقريباً. صورة حقل هابل الفائق العمق، على سبيل المثال هي أكثر صورة ضوء مرئي مفصلة تم أخذها لأجسام الكون الأكثر بعداً. أدت العديد من مشاهدات تلسكوب هابل إلى تقدم مفاجئ في الفيزياء الفلكية، مثل التحديد الدقيق لنسبة توسع الكون.يعد تلسكوب هابل الفضائي أحد أكبر وأكثر التلسكوبات الفضائية تنوعاً مع عدم كونه الأول بينهم، ومعروف جيداً بكونه أداة بحث حيوية في علم الفلك، شيدته ناسا مع مساهمات وكالة الفضاء الأوروبية، وقام بتشغيله معهد علوم تلسكوب الفضاء، كما يعد أحد مراصد ناسا العظيمة جنباً إلى جنب مع مرصد كومبتون لأشعة جاما، ومرصد شاندرا الفضائي للأشعة السينية، وتلسكوب سبيتزر الفضائي.اقترحت تلسكوبات الفضاء عام 1923. تم تمويل تلسكوب هابل في سبعينيات القرن العشرين واقترح إطلاقه عام 1983، ولكن عانى المشروع من تأخيرات تقنية، ومن مشاكل في الميزانية، ومن كارثة شالنجر. أخيراً اكتشف العلماء وقت الإطلاق عام 1990 م، بأن المرآة الرئيسية وضعت بشكل غير صحيح يؤثر على قدرات التلسكوب، وتم إعادة ضبط التلسكوب إلى مستوى الجودة المطلوب منه بمهمة صيانة عام 1993 م.

هابل هو التلسكوب الوحيد المصمم لتتم صيانته في الفضاء من قبل رواد الفضاء. بين عامي 1993 م و2002 م أطلقت أربع مهام لإصلاح وتطوير واستبدال أنظمة التلسكوب وألغيت المهمة الخامسة لأسباب السلامة بعد كارثة كولومبيا. بكل الأحوال وافق مدير ناسا على مهمة صيانة أخيرة، انتهت عام 2009 م، ويتوقع أن يبقى التلسكوب قيد التشغيل حتى نهاية عام 2014 م. الخلف العلمي لتلسكوب هابل هو تلسكوب جيمس ويب الفضائي، المقرر إطلاقه عام 2018 أو ربما لاحقاً.