لا بد أنك سمعت عن تلسكوبي هابل وسبيتزر الفضائيين اللذين يدوران حول الأرض ويلتقطان صوراً للأجرام السماوية المختلفة وبهذه الطريقة يقدمان معلومات مهمة للبحث. لماذا من الضروري إرسال الكاميرات إلى الفضاء؟ لماذا لا نستطيع التقاط صور من الأرض؟ * الأشياء التي تراها من هناك
المؤلف: د. نتساح باربياش، جاليليو الشاب
لا بد أنك سمعت عن تلسكوبي هابل وسبيتزر الفضائيين اللذين يدوران حول الأرض ويلتقطان صوراً للأجرام السماوية المختلفة وبهذه الطريقة يقدمان معلومات مهمة للبحث. لماذا من الضروري إرسال الكاميرات إلى الفضاء؟ لماذا لا نستطيع التقاط صور من الأرض؟
تكمن الإجابة في طبقة الغلاف الجوي للأرض، التي تقوم بتصفية الأطوال الموجية المختلفة. ما هو ذلك "الفلتر" وما علاقته بظاهرة الاحتباس الحراري، هذه الأسئلة تشغلنا كثيراً.
ما هو الجو؟
الغلاف الجوي هو طبقة الغازات التي تحيط بالأرض (أو أي جرم سماوي آخر لديه كتلة كبيرة بما يكفي لاحتواء الغازات). يتكون الغلاف الجوي للأرض من خليط من الغازات نسميه الهواء. تنجذب الغازات إلى الأرض بسبب جاذبيتها، وعلى الرغم من وجود غازات جوية تنطلق إلى الفضاء، إلا أن الأرض ضخمة بما يكفي لاحتواء طبقة دائمة منها (على المريخ، على سبيل المثال، الغلاف الجوي رقيق جدًا، و وعلى القمر لا وجود له على الإطلاق).
بسبب الجاذبية، يقع الجزء الأكثر سمكًا في الغلاف الجوي بالقرب من الأرض، وكلما ارتفعت إلى أعلى، أصبح أقل سمكًا. على ارتفاع عدة مئات من الكيلومترات فوق السطح، يندمج الغلاف الجوي في الفضاء الفارغ. ويتكون الهواء الجاف من 78 بالمئة نيتروجين و21 بالمئة أكسجين وهو ما يشكل 99 بالمئة من الغلاف الجوي، والنسبة الأخرى تشمل ثاني أكسيد الكربون والغازات النبيلة مثل الأرجون والهيليوم والنيون. تتميز في الغلاف الجوي طبقات مختلفة، تنقسم حسب كثافتها وخصائصها الفيزيائية. نحن مهتمون بقدرة الغلاف الجوي على التفاعل مع الموجات الكهرومغناطيسية بترددات مختلفة.
طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي
على الرغم من أن طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي مستمر، إلا أنه ينقسم إلى عدة مجالات رئيسية، اعتمادًا على الطول الموجي. وبما أن الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي أطول، فإن تردده أقل وأقل نشاطا. المجالات الرئيسية لطيف الإشعاع الكهرومغناطيسي هي:
- - موجات الراديو: ويبلغ طولها الموجي من الأمتار إلى الكيلومترات. تُستخدم موجات الراديو بشكل أساسي للاتصالات الصوتية في البث الإذاعي والهواتف اللاسلكية.
- أفران الميكروويف: يبلغ طولها الموجي عدة سنتيمترات. في أفران الميكروويف، يتم استخدام أفران الميكروويف بسبب التفاعل الذي تحدثه مع جزيئات الماء الموجودة في الطعام.
- الأشعة تحت الحمراء: طولها الموجي ميكرومتر (ميكرومتر – جزء من مليون من المتر). تشع أجسام الحيوانات المختلفة وكذلك البشر في هذه المنطقة (وبالتالي من الممكن استخدام مكونات حساسة للأشعة تحت الحمراء في أجهزة الرؤية الليلية).
- الضوء المرئي: يبلغ طوله الموجي مئات النانومترات (نانومتر – جزء من مليار من المتر). تحتوي هذه المنطقة من الطيف على أطوال موجية مختلفة الألوان، والتي يمكننا رؤيتها.
- الأشعة فوق البنفسجية: يبلغ طولها الموجي عشرات وحدات النانومتر. تحجب طبقة الأوزون الموجودة على الأرض معظم الأشعة فوق البنفسجية التي تأتي من الشمس، ولكن هذا الإشعاع نشيط للغاية لدرجة أنه حتى القليل الذي يخترقه يمكن أن يسبب ضررًا للجلد والعينين عند التعرض المتكرر لأشعة الشمس (وبالتالي يتم تحذيرنا من المخاطر) من الإشعاع الشمسي).
- الأشعة السينية: يبلغ طولها الموجي بضعة أنجستروم (الأنجستروم هو عُشر النانومتر). ولهذا الإشعاع استخدامات عديدة في الطب والتكنولوجيا، وذلك بفضل قدرته على العمل من خلال مواد لا يستطيع الضوء المرئي اختراقها، مثل الأنسجة الرخوة في جسم الإنسان.
- إشعاع جاما: له أقصر طول موجي، من بين مئات الأنجستروم، وبالتالي فهو أيضًا الأكثر طاقة. يعتبر هذا الإشعاع خطيرًا للغاية، وينشأ عادةً من ظواهر إشعاعية (على سبيل المثال، انفجار نووي). يستخدم للتعقيم.
وكيف يرتبط كل هذا بالتصوير الفلكي؟
تتفاعل أجزاء مختلفة من الغلاف الجوي بأطوال موجية مختلفة. وكما ذكرنا فإن الأوزون يتفاعل مع الأشعة فوق البنفسجية ويمتصها. من وجهة نظر الإنسان، هذه ميزة مهمة بشكل خاص، لأنه كما ذكرنا، هذا الإشعاع خطير بالنسبة لنا. لذلك، إذا أردنا تصوير الأجرام السماوية في مجال الإشعاع هذا، فسيتعين علينا الخروج من الغلاف الجوي إلى الفضاء. ولهذا الغرض، يتم إرسال التلسكوبات إلى الفضاء - فهي تسمح بالتصوير بأطوال موجية لا تصل إلى الأرض.
وبالمثل، تفشل الأشعة تحت الحمراء أيضًا في اختراق طبقة الغلاف الجوي. في الواقع، تبعث الأرض نفسها الأشعة تحت الحمراء إلى الفضاء. ولحسن الحظ، يمنع الغلاف الجوي معظم هذه الإشعاعات من الهروب ويعمل بمثابة غطاء للأرض. هذا هو تأثير الاحتباس الحراري. لكن إذا أردنا تصوير الأجرام السماوية في هذه المنطقة، فسنكتشف مرة أخرى أن هذا غير ممكن من الأرض ويجب علينا الذهاب إلى الفضاء الخارجي.
قد تسأل، لماذا نريد التصوير بهذه الأطوال الموجية؟ حسنًا، اتضح أن العمليات الفيزيائية المهمة ترتبط بانبعاث الإشعاع في هذه المنطقة، وبالتالي يتم إخفاء معلومات مهمة فيها. ولهذا السبب يجب إرسال التلسكوبات إلى الفضاء، حتى تتمكن من نقل الصور من هناك. انظر، على سبيل المثال، سديم العقرب: كل صورة من الصور لنفس النجم بالضبط! ومع ذلك، فإن التصوير الفوتوغرافي بأطوال موجية مختلفة يوفر صورة مختلفة تمامًا، يمكن من خلالها التعرف على فيزياء غرام السماء.
> الكاتب هو نائب الرئيس العلمي في Caruso Science Park
* تم نشر المقال في عدد ديسمبر 2014 من مجلة يونج جاليليو
هل تريد قراءة المزيد؟ للحصول على مجلة جاليليو شابة كهدية
