كيف يعمل تلسكوب الأشعة تحت الحمراء؟

تستخدم تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي نفس المكونات وتتبع نفس مبادئ تلسكوبات الضوء المرئي ؛ أي أن مزيجًا من العدسات والمرايا يجمع ويركز الإشعاع على كاشف أو كاشفات ، والتي يتم ترجمة البيانات منها بواسطة الكمبيوتر إلى معلومات مفيدة. عادة ما تكون أجهزة الكشف عبارة عن مجموعة من الأجهزة الرقمية المتخصصة ذات الحالة الصلبة: المواد الأكثر استخدامًا لهذه الأجهزة هي سبيكة الموصلية الفائقة HgCdTe (الزئبق الكادميوم تيلورايد). لتجنب التلوث من مصادر الحرارة المحيطة ، يجب تبريد أجهزة الكشف بواسطة مبرد مثل النيتروجين السائل أو الهيليوم إلى درجات حرارة تقترب من الصفر المطلق ؛ تم تبريد تلسكوب سبيتزر الفضائي ، الذي كان عند إطلاقه في عام 2003 أكبر تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء في الفضاء ، -273 درجة مئوية ويتبع مدارًا مبتكرًا يتتبع مسار الشمس ، حيث يتجنب الحرارة المنعكسة والمحلية أرض.

يمتص بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي للأرض معظم الأشعة تحت الحمراء من الفضاء ، لذلك يجب أن تكون مقاريب الأشعة تحت الحمراء الأرضية على ارتفاعات عالية وفي بيئة جافة حتى تكون فعالة ؛ المراصد في ماونا كيا ، هاواي ، على ارتفاع 4205 متر. يتم تقليل تأثيرات الغلاف الجوي عن طريق تركيب التلسكوبات على طائرات تحلق على ارتفاع عالٍ ، وهي تقنية تستخدم بنجاح في مرصد كويبر الجوي (KAO) ، والذي تم تشغيله من 1974 إلى 1995. وبطبيعة الحال ، فإن تأثيرات بخار الماء في الغلاف الجوي يتم التخلص منها تمامًا في التلسكوبات الفضائية ؛ كما هو الحال مع التلسكوبات الضوئية ، فإن الفضاء هو المكان المثالي الذي يتم من خلاله إجراء الملاحظات الفلكية بالأشعة تحت الحمراء. أدى أول تلسكوب مداري يعمل بالأشعة تحت الحمراء ، وهو ساتل علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء (IRAS) ، الذي تم إطلاقه في عام 1983 ، إلى زيادة الكتالوج الفلكي المعروف بحوالي 70 بالمائة.

يمكن أن تكتشف تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء الأجسام شديدة البرودة وبالتالي باهتة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها في الضوء المرئي ، مثل الكواكب وبعض السدم ونجوم الأقزام البنية. أيضًا ، الأشعة تحت الحمراء لها أطوال موجية أطول من الضوء المرئي ، مما يعني أنه يمكن أن يمر عبر الغاز والغبار الفلكي دون أن يتشتت. وبالتالي ، يمكن ملاحظة الأشياء والمناطق المحجوبة عن الأنظار في الطيف المرئي ، بما في ذلك مركز درب التبانة ، في الأشعة تحت الحمراء.

ينتج عن التوسع المستمر للكون ظاهرة الانزياح الأحمر ، والتي تسبب الإشعاع من جسم نجمي لأطوال موجية أطول تدريجيًا بعيدًا عن الأرض. وهكذا ، بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى الأرض ، يكون الكثير من الضوء المرئي من الأجسام البعيدة قد تحول إلى الأشعة تحت الحمراء ويمكن اكتشافه بواسطة تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء. عندما يأتي هذا الإشعاع من مصادر بعيدة جدًا ، فقد استغرق وقتًا طويلاً للوصول إلى الأرض انبعثت أولاً في الكون المبكر ، وبالتالي فهي توفر نظرة ثاقبة لهذه الفترة الحيوية من الفلكية التاريخ.