ستاره شناسی مادون قرمز

[foroogh]

مقدمه
همه اجرام آسمانی مقداری اشعه مادون قرمز ساطع می‌کنند. بخار آب بخشهای تحتانی جو این اشعه را حذب می‌کند، بنابراین برای یافتن آن ، باید تلسکوپها در ارتفاعات بر روی ماهواره‌ها نصب شوند. ستاره شناسان می‌توانند با سنجش اشعه مادون قرمز ، اجرامی را مشاهده کنند که ابرهای متراکم غبار نظیر سحابی جبار که محل تولد ستارگان است، آنها را احاطه کرده اند. آنها همچنین می‌توانند حلقه‌های گازی پیرامون ستارگان که محل تشکیل سیارات هستند را رصد کنند.

مشاهده اشعه مادون قرمز
ماهواره ستاره شناسی با اشعه مادون
قرمز (ایراس) در سال
1983 پرتاب شد و بیش از 200
هزار منبع را برای این اشعه کشف نمود.


ستاره شناسی مادون قرمز هنوز عصر طلایی خود را می‌گذراند و در کارآیی هزینه‌های صرف شده با تمام شاخه‌های دیگر ستاره شناسی ، رقابت می‌کند. علاقه و اهمیت به آن از هزینه‌های نسبتا کم آن ناشی می‌شود. مادون قرمز در حوزه گسترده‌ای از حدود 3X1011 سیکل بر ثانیه در سمت فرکانسهای پایین ، تا حدود 3.75X1014 سیکل بر ثانیه در طرف فرکانسهای بالا گسترده است. تابش مادون قرمز در قسمت اعظم این پهنه نمی‌تواند آزادانه به جو زمین نفوذ کند. لیکن چند نوار فرکانس محدود که به پنجره معروفند وجود دارد که از آن طریق تابش نسبتا به راحتی نفوذ می‌کند.

ستاره شناسان نامهای Q , Z , N , M , L , K , H را به این نوارها نسبت می‌دهند. مدتها قبل دبیلو - هرشل (W. Herschel) ثابت کرد که حرارت واقعا شکلی از تابش است. هرشل فقط یک آشکار ساز بسیار ابتدایی برای اینگونه تابشهای مادون قرمز در اختیار داشت، یعنی یک دماسنج ساده.

آشکار سازی و اندازه گیری تابش مادون قرمز
تا دو دهه اخیر ، پیشرفت زیادی در ستاره شناسی مادون قرمز حاصل نشده بود، زیرا تا قبل از پیشرفت الکترونیک جدید (پی آمد کاربرد عملی ایده‌های مکانیک کوانتومی) هیچ روش مناسبی برای آشکار سازی و اندازه گیری تابش مادون قرمز در دسترس نبود. تأثیر تابش مادون قرمز به بلورها ، عنوان روش جدیدی برای آشکار سازی مادون قرمز می‌باشد. وقتی بلورها حرارت ببینند همواره خواص فیزیکی آنها تا حدودی تغییر می‌کند. مسأله در آشکار سازی تابش مادون قرمز ، یافتن بلور ویژه‌ای است که خواص الکتریکی آن ، بصورت بسیار حساس ، حتی به ازای حرارت بسیار کم تغییر کند. تا کنون هیچ بلور تکی که قادر به کار در تمام حوزه طول موجهای مادون قرمز باشد یافت نشده است.

برتری ستاره شناسی مادون قرمز
ستاره شناسان مادون قرمز ، چند برتری غیر قابل رقابت بر ستاره شناسان در رشته‌های دیگر دارند. از آنجا که طول موجهای تابش مادون قرمز بلندتر از تابش نور مرئی هستند، لزومی ندارد کمه دقت تلسکوپهای آنها ، در حد دقت بالای تلسکوپهای ستاره شناسی باشد که با نور مرئی کار می‌کنند و نور خورشید که توسط جو زمین پراکنده می‌شود، آنقدر بر مشاهده آنها اثر نمی‌گذارد که بر نورهای مرئی. از این رو ستاره شناسان مادون قرمز ، اغلب می‌توانند هم در مدت روز و هم در طول شب ، مشاهدات سودمندی انجام دهند.

در مقابل مزایای فوق ، این عیب وجود دارد که بلورها باید در دمای بسیار پایینی نگه داشته شوند تا برای کار ، حساسیت کافی داشته باشند. مسأله دیگری که برای ستاره شناسان مادون قرمز پیش می‌آید و آن اینکه گازهای جو ، خود تابش مادون قرمز گسیل می‌کنند، هم در شب و هم در روز. این تابش که از جو زمین می‌رسد، به تلسکوپ وارد می‌شود و در گرم کردن بلور آشکار ساز نقش دارد و از این طریق یک علامت ناخواسته بوجود می‌آید. برای به حداقل رساندن این مشکل تلسکوپها را بر فراز کوههای مرتفع قرار داده تا مقداری از جو (بویژه مقدار بخار آب آن) که در بالا تلسکوپها قرار می‌گیرد، کاهش یابد. تابش مادون قرمز رسیده از آسمان ، تماما یکنواخت نیست و گرادیان درخشندگی آسمان موجب دشواریهایی می‌شود.


تولد ستارگان
این تصویر اشعه مادون قرمز
بخشی از سحابی حمال
را نشان می‌دهد که تعدادی
ستاره تازه در آن متولد می‌شوند.


ستاره شناسی مادون قرمز و حضور ستارگان جدید الورود
فهرستی از 5612 منبع تابش مادون قرمز که در سال 1969 میلادی از سوی لایتون و نیوگبار به چاپ رسیده موجب تعجب اکثر ستاره شناسان شد. این بررسی توسط تلسکوپی (مادون قرمز) که خودشان ساخته بودند و در طول موج 2.2 میکرون ستاره شناسان شد. این بررسی توسط تلسکوپی (مادون قرمز) که خودشان ساخته بودند و در طول موج 2.2 میکرون کار می‌کرد انجام شد. ستاره شناسان انتظار داشتند که در این بررسی ، تعدادی ستاره بسیار سرخ را شامل باشد، اما در عمل ، منابع به هیچ جسم مرئی ارتباطی نداشتند.

نخست گمان می‌رفت که منابع ابرهایی از گاز و غبارند که از راه متراکم شدن ، یعنی از طریق فشرده شدن از طریق گرانش تا دماهایی حدود K500 گرم شده‌اند، لیکن بزودی روشن شد که انرژی موجود در تعداد زیادی از این قبیل اجسام ، بسیار زیادتر از آن است که گرم شدن ابرها بتواند منشأ رانش داشته باشد. تنها اجسامی که دسترسی به انرژی هسته‌ای دارند می‌توانند به اندازه بسیاری از منابع تابش مادون قرمز که توسط لایتون و نیوگباور کشف شدند، با سخاوت هر چه تمامتر انرژی گسیل کنند. پر انرژی این منابع ابری ، ‌تابندگیهای مادون قرمز از مرتبه یک میلیون بار بزرگتر از انرژی خروجی یک ستاره نوعی مانند خورشید را دارا هستند. یعنی یک چیز بسیار استثنایی و غیر معمول کشف شده بود.

گسیلهای مادون قرمز کهکشانها شباهتهای به گسیل امواج از کهکشانهای رادیویی دارند
کهکشانهایی که گسیل کنندگان بسیار قوی امواج رادیویی هستند، گسیل کنندگان قوی تابش مادون قرمز نیز هستند. درست همانگونه که منطقه گسیل شدید امواج رادیویی ، دسته‌های مرکزی کهکشانهای رادیویی هستند، گسیل مادون قرمز قوی نیز از یک هسته مرکزی کوچک می‌آید. تابش مادون قرمز ممکن است با فرآیند سنکروترون که به گسیل شدید کهکشانهای رادیویی منجر می‌شود، تولید شود. این یک خصوصیت فرآیند سنکروتون است که محدوده گسترده‌ای ار فرکانسها را تولید می‌کند و در اجسامی همچون سحابی خرچنگ از امواج رادیویی یا فرکانس کم تا نور مرئی و پرتوهای ایکس و گاما که فرکانس بالاتری دارند ادامه می‌یابد.

هسته‌های مادون قرمز مرکزی در مقایسه با اندازه خود کهکشانها بسیار کوچک هستند، اما از هسته‌های رادیویی بسیار بزرگترند. در حالی که هسته‌های رادیویی حداکثر فقط چند سال نوری قطر داشتند، قطر هسته‌های مادون قرمز حدود 200 سال نوری بود.

سهم غبار در گسیل مادون قرمز
تابش گرم می‌تواند ناشی از ذرات ریز غبار باشد که در هسته‌های مرکز کهکشانها بطور چگال متمرکزند. یک استدلال بر علیه پیشنهاد فوق این بود که گسیل مادون قرمز نیز مانند گسیل نور از اجسام شبه ستاره‌ای از لحاظ زمانی متغیر است. یک ابر غبار به قطر 200 سال نوری قطعا نمی‌توانست آن تغییر پذیری را که ادعا می‌شد کهکشانهای مادون قرمز دارا می‌باشند از خود نشان دهد. با تحقیقاتی که انجام شد تردیدی جدی نسبت به این این تغییر پذیری فرضی زمانی برانگیخت و اکنون عموما گمان می‌رود که غبار واقعا محکمترین مولد تابش مادون قرمزی است که از کهکشانها به ما می‌رسد.

احتمال دارد که در اینجا نیز تابش سنکروترون دخالت داشته باشد، ولی بطور مستقیم و غبار در هسته‌های مرکزی کهکشانها هم نورمرئی و هم فرکانسهای بالاتر را که ممکن است توسط فرآیند سنکروترون در خود مرکز کهکشانها تولید شود، جذب کنند. غبار ، فقط فرکاسنهای بالاتر را به تابش مادون قرمز تنزل داده و آنرا گسیل می‌دارد و ستاره شناسان مادون قرمز همین تابش را مشاده می‌کنند.

کاربردهای ستاره شناسی مادون قرمز
ستاره شناسی مادون قرمز ، هم در اجسام کوچک (سیارکها) و هم در اجسام بزرگ (کهکشانها) کاربرد دارد. از بسیار بزرگها به بسیار کوچکها ، از کهکشانها به سیارکها. سیارکها اجسام کوچکی هستند که مانند سیارات به دور خورشید حرکت می‌کنند و به این دلیل اغلب با نام سیاره‌های خرد از آنها یاد می‌شود. بیشتر آنها در منطقه‌ای بین مریخ و مشتری قرار دارند و اندازه‌های آنها بین چند متر تا صد کیلومتر متغیر است. مسأله مورد بحث تعیین قطر سیارکهای بزرگ بود، انجام این کار با روشهای نوری بسیار دشوار بود، زیرا حتی سیارکهای بزرگ نیز در تلسکوپ نور بصورت یک قرص کوچک دیده می‌شوند و ... .

با استفاده از داده‌های مربوط به ستاره شناسی مرئی و مادون قرمز و نتایج حاصل از آنها می‌توانند رابطه بین قطر سیارکها و همچنین کسری از نور تابی به آنها از خورشید (ضریب بازتاب) را پیدا و هر مؤلفه را بصورت مجزا بدست آورند. قطرهای مادون قرمز جدیدی که بدست می‌آیند اثر جالبی بر چگالهایی که برای سیارکها محاسبه می‌شوند، و واقعیتها روشنتر می‌شوند.