فهم الفلك الكاشوفي
فهم الفلك الكَاشُوفِي أوفهم الفلك الإشعاعي أوفهم الفلك المَوْجِي أوفهم الفلك اللاَسِلْكِي (أوفهم الفلك الراديوي) هوفرع من فهم الفلك، يهتم بدراسة الموجات الكهرومغناطيسية التي تصدرها الأجسام الفضائية.
فهم الفلك الراديوي هوفرع حديث نسبياً من فهم الفلك. ففي حين كان يعتمد فهم الفلك على المجال المرئي من الطيف الكهرمغناطيسي، امتد البحث عن الأجرام السماوية وما يصدر عنها من إشعاعات إلى الأمواج تحت الحمراء والأمواج الراديوية ذات الأطوال الموجية الأكـبر من الأطـوال الموجية للطيف المرئي من جهة، وإلى الأمـواج فـوق البنفسجية والأمـواج السينية وأشعة گاما من الجهة الأخـرى للأطوال الموجية القصيرة. تمتد الأطـوال الموجـية الراديويـة بين بضعة مليمترات وبضعة كيلومترات. ويعبـر عن هذه المجالات أيضا بصورة مكافئة، بدلالـة الترددات (التواترات)، فيقع المجال الراديوي بين 1.5×410 و1×710هرتز (Hz)، أوبدلالة طاقات فوتوناتها اللقاءة بين بضعة أجزاء من المئة إلى بضعة أجزاء من المليون من الإلكترون فولط. ويُطلِق بعضهم اسم الأمواج المكروية microwaves على الأمواج الراديوية التي تقلّ أطوال موجاتها عن 30 سنتمتر. ويُستمد قرابة خمسةٍ وستين بالمئة من الفهم الحالية بالكون من هذا الفرع من الفلك. فقد ساعد على اكتشاف الكازارات quasars والنبّاضات pulsars والثقوب السوداء وإشعاع الخلفية الكونية background radiation، الذي يعزى إلى الانفجار العظيم، والمجرات الراديوية، وكذلك في اكتشاف الهدروجين والكربون وجزيئاتهما في الفضاء الكوني.
تاريخ
كان كارل جانسكي Karl Jansky أول من تعرّف الإشارات الراديوية الواردة من خارج الأرض عام 1932. فقد ميّز إشارات لم يستطع إرفاقها بأي مصدر أرضي في أثناء محاولته استكشاف التشويش الذي يعوق الاتصالات الراديوية، ونطق بورودها من مركز مجرة درب التبّانة.
تابع گروت ربر Grote Reber، وهوفلكي هاوٍ، هذا الاكتشاف ولكن باستعمال هوائي على صورة بتر مكافئ الذي يقارن بالمقراب الضوئي، فيقوم بتجميع الإشعاعات الراديوية عند محرقه حيث مكان الكاشف، وتقوم بعدئذٍ تجهيزات إلكترونية بتضخيم إشارة الكاشف وقياسها. مكّنه هذا المقراب من تحديد استقطاب الأمواج أيضاً، فرسم خارطة للمنابع الراديوية في السماء. وبعد عقد من الزمن اكتشف جيمس ستانلي هاي James Stanley Hey ضجيجاً راديوياً قادماً من الشمس مرافقاً البقع الشمسية وتطورها. وتعدّ هذه الأعمال البداية العملية لفهم الفلك الراديوي.
وفي عام 1951، استخدم هارولد يوين Harold I. Ewen وإدوارد ميلز پورسل Edward Mills Purcell هوائياً على شكل بوق يقود الإشعاعات الراديوية ويجمعها حتى تصل إلى المضخّم، وذلك عند المجال القصير من الأطوال الموجية مع مستقبِل. فاكتشفا أول مرة، حين كانا يعملان في مختبرات ليمان بجامعة هارڤرد الإصدار ذا الطـول الموجي 21سم الناجم عن الهدروجين المعتدل الموجود في درب التبّانة. ويعد هذا نجاحاً ملحوظاً لهما، بعد محاولات عدة غير موفّقة قام بها فريق هولندي لاكتشاف هذا الخط المتنبَّأ به نظرياً والذي يعطي فهماً مفصّلاً للفضاء بين النجمي وما يحويه سواء لمجرتنا أم للمجرات الخارجية.
أدخل برناند بـِرك BERNARD F. BURKE وكنث فرانكلن Kenneth Franklin عام 1955، حين كانا يعملان في مؤسسة كارنيجي بواشنطن فكرة استعمال هوائي بأذرع متصالبة يتألف جميع منها من 66 ثنائي قطب وبطول يصل قرابة 600 متر، فاستطاعا تحديد إشارة راديوية قادمة من المشتري، إذ مكّنهما هذا الترتيب من كشف حزمة ضيّقة أبعادها الزاويّة بحدود 6.1×2.4 درجة، وقاما بعدئذٍ بمسح السماء عند الطول الموجي 13.5 متر المستعمل في هذا الكاشف.
تقنيات
تلسكوب راديوي
طوَّر مارتن رايل Martin Ryle بعدئذٍ هذه التقانة، فاستخدم الإشارات المركبة الملتقطة بوساطة هوائيين منفصلين متباعدين، فتحسّنت بذلك مقدرة الفصل للمقراب فقد كانت كبيرة جداً بالمقارنة مع مقدرة الفصل للمقاريب الضوئية المحددة بقطر المرآة المجمِّعة، إذ تعدّ المسافة بين الهوائيين بمنزلة قطر فتحة المقراب الضوئي. وأصبح من الممكن تحديد مواقع المنابع بدقة تكفي لتدلّ المقاريب الضوئية على هذه المصادر لتُتابع تحليلها.
تداخل راديوي
تداخل خط الأساس الطويل جدا
في عام 1971، بدأ مشروع عالمي لمجموعة محطّات تغطي الأرض معتمدة التداخل سُمِّي مشروع الصفيف الضخم جداً Very Large Array (VLA) دشّن عام 1980، وتبعه مشروع مهم آخر سمّي مشروع الصفيف الأساس الطويل جداً Very Long Baseline Array (VLBA) يمتد من مساتشوستس عبر ڤرجينيا الغربية وبيركلي حتى السويد في أبسالا الذي دشّن عام 1993. وهويعتمد تقانة التداخل المسمّاة الخط الأساسي التداخلي الطويل جداً Very Long Baseline Interferometry (VLBA) التي تعتمد تسجيل الإشارات من جميع هوائي على شريط مغنطيسي، ثم تجميعها في مكان واحد ومعالجتها حاسوبياً بوساطة عملية إيجاد التعالقcorrelation process ، وهي تطوير لما كان يستعمل في مشروع VLA حيث كانت إشارات الهوائيات تُدار وتُجمع عن طريق شبكة اتصالات تربط بينها، إذ كانت المسافات بين الهوائيات ممتدة بين 1 و36 كيلومتر وكلها على شكل بتر مكافئ قطر صحنها 25 متر قابلة للتوجيه، أما في هذه الحالة فقد تصل المسافات إلى مئات بل آلاف الكيلومترات. تحسّنت بذلك مقدرة الفصل التي تعتمد على طول الموجة المستعمل بصورة عامة، من بضعة أجزاء من الثانية القوسية إلى جزء من ألف من الثانية القوسية، ومازالت تتحسن مع ازدياد المقدرة الحاسوبية ومع تحسّن الكواشف. يأخذ التوقيت الزمني بين المحطّات دوراً مهماً كي تعمل المحطات عمل كاتم أداة واحدة؛ لذلك يستعمل ميزر maser الهدروجين لهذا الغرض. توجد اليوم مشروعات عدة من هذا النوع على المستوى القارّي وعلى المستوى العالمي، إذ أصبح لهذه الأجهزة تطبيقات مهمة على الأرض أبرزها رصد انزياح القارّات.
مصادر فلكية
الإشعاع الحراري
توسّع إمكان كشف المجال الراديوي باتجاه الأطوال الموجية الأقصر بعد الحرب العالمية الثانية توسّعاً كبيراً مع إدخال تقانات الرادار التي كانت متقدمة حينئذٍ. كما طُوّرت مستقبلات ومضخِّمات إلكترونية خاصة بأطوال موجية تكشف عن جزيئات بعينها مثل جزيئات الهدروكسيل (OH)، التي بدأ البحث عنها في الكون عام 1963، إضافة إلى ذرّات الهدروجين والأكسجين، فأمكن رسم خارطة توزعاتها ووفرتها في المجرّات والكون مما أسهم في فهم تكوّن المجرات. كما أصبح بالإمكان رسم أطياف راديوية إضافة إلى تتبع خط طيفي معين تماماً كما تقوم به المقاريب الضوئية. ولعل أبرز اكتشاف لفهم الفلك الراديوي اكتشاف ما يسمى إشعاع الخلفية الكونية أوإشعاع الدرجة ثلاثة كلڤن. وهوطيف إشعاعي يصدره جسم درجة حرارته المطلقة ثلاثة كلفن قريب من إشعاع الجسم الأسود كانت تنبّأت بوجوده نظرية الانفجار العظيم التي تتناول نشأة الكون، فهومن بقايا هذا الانفجار ويتوزع توزعاً متجانساً، وفق هذه النظرية، وهذا ما وجده روبرت ر. ولسون Robert Wilson وأرنوألان پنزياس Arno Penzias عام 1965 وحازا بذلك جائزة نوبل. إذ من المعروف حتى الأجسام تصدر إشعاعات حرارية ممتدة على طيف واسع من الأطوال الموجية يتميز بقمة عالية عند طول موجي محدد، ويتغير هذا التوزع بتغير درجة حرارة الجسم، فطيف الشمس مثلاً يقابل طيف جسم أسود black body درجة حرارته تقارب 6000 كلفن وتقع قمته بجوار فوق البنفسجي، فينزاح طول موجة هذه القمة نحوالأطوال الموجية الطويلة مع انخفاض درجة حرارة الجسم فتصبح في المجال الراديوي. وقد ساعد قياس الشدّة الإشعاعية في مجال واسع من الأطوال الموجية الراديوية على استكمال شكل التوزع فتبين أنه يقابل إشعاع جسم أسود درجة حرارته ثلاثة كلفن.
نضج فهم الفلك الراديوي منذ الستينيات وأسهم في تصنيف المجرات. فبعد حتى كان التصنيف يعتمد بصورة رئيسة على شكل المجرة كما تظهر في المجال المرئي، وُجد حتى بعض المجرات تحتوي نوى نشيطة تُصدر إشعاعات راديوية عالية الشدة ذات طاقة هائلة، كما تَصْدر هذه الإشعاعات عن مناطق تقع على أطراف هذه المجرات على شكل فصوص، وغالباً ما تكون هذه المجرّات إهليلجية، فسميت المجرات الراديوية. كما عثر حتى قرابة خمسة بالمئة من المجرّات مجرّات نشيطة، ومنها ما يصدر إشعاعات راديوية متأرجحة الشدة، ومتناوبتها سميت الكازارات (جمع لحدثة كازار). وعند التدقيق في بعض المجرات عثر حتى الإشعاع الشديد يترافق مع عملية غريبة، ليست مفهومة حتى اليوم فهماً تاماً، تَحْدُث عند النوى تشير إلى حدوث انفجارات ونفثات غازية أوأيونية مع إلكترونات سريعة لكن هذا الإشعاع الشديد يشبه الإشعاعات الصادرة عن مثل هذه الجسيمات المسرَّعة صنعياً حتى سرعة تقارب سرعة الضوء، التي تسمى الإشعاع السنكروتروني syncrotron radiation.
الإشعاع السنكروتروني
تصدر عن الجسيمات المشحونة كهربائياً مثل الإلكترونات والبروتونات المتسارعة سواء كان التسارع خطياً يزيد من قيمة السرعة، أم ناظمياً على المسار يغير من اتجاه هذه السرعة، وسواء كانت في الخلاء أم في المادة (كما في سلك الهوائي) إشعاعات كهرمغناطيسية يعتمد توزع شدتها وفق الاتجاهات وتواترها على هذا التسارع وعلى سرعتها. غير حتى هذا التوزع يأخذ شكلاً حادّا حينما تقترب سرعة الجسيمات من سرعة الضوء لتولّد الإشعاع السنكروتروني، الذي لوحظ للمرة الأولى عام 1947 عياناً في مسرّع دائري للإلكترونات معروف بالسنكروترون يستعمل حقلاً مغنطيسياً لجعل الجسيمات تسير دائرياً وحقلاً كهربائياً لتعويض الضياعات عند جميع دورة. وكان هذا الإشعاع يعدّ أحد أنواع الضياعات التي يجب تعويضها لتبقى الجسيمات في مساراتها. غير حتى ميزات هذا الإشعاع الفريدة جعلته أداة مفيدة في كثير من مجالات الفيزياء وعلوم الحياة. إذا أبرز ما يميّز هذا الإشعاع كونه عالي الاستقطابية polarization ومستمراً واعتماد تواتره، وشدته على الحقل المغنطيسي الذي يجعل حركة الجسيمات متموّجة فتصدره، فهوخلافاً للإشعاعات الحرارية لا يعتمد على درجة حرارة المنبع.
إن التشابه بين عملية توليد هذا الإشعاع على الأرض ومحاكاة تلك المشاهدة في بعض المجرّات يسهم في فهم ما يحدث لها.
وقد اكتُشف أيضاً حتى بعض المنابع تصدر دفقات منتظمة زمنياً، من الطاقة تراوح تواتراتها ما بين مرّة وثلاثين مرة في الثانية سميت النبّاضات pulsars، وكان أوّلها قد اكتشف عام 1967 ثم ازداد عددها ليصل إلى الآلاف. وتستعمل اليوم مؤقتات كونية مرجعية، تماماً كما تستعمل بعض النجوم مواقع مرجعية. تبيَّن فيما بعد حتى النباضات تعبير عن نجوم نترونية تلفّ لفّاً سريعاً حول نفسها مرسلة تلك الدفقات المنتظمة حدثا مرّ محورها باتجاه الأرض.
لم تقتصر الفائدة من التقدم في فهم الفلك الراديوي على المساعدة في فهم الكون، بل تعدَّته للاستخدامات على الأرض. فقد استُعمل الكثير من الكواشف المطوَّرة أصلا للفلك لرصد ظواهر تحدث على الأرض أوفي المجموعة الشمسية مثل رصد الكوكب زحل والمشتري والجوالمحيط بهما، إذ يحتاج رصد ما يصدر عنهما إلى حساسية عالية بالمقارنة مع ما يصدر عن الشمس مثلاً التي خُصّص لدراستها ساتل satellite مع مقرابه. فقد بدأ في عام 1965 استعمال أدوات الفلك الراديوي للرصد الأرضي المفيد في التنبؤ بسلوك الجوالأرضي والطقس والإشعاع الأرضي المكافئ لإشعاع الجسم الأسود، إذ يقع المجال الراديوي فيما يعهد بالنافذة الراديوية التي لا تحجبها الغيوم. ففي عام 1970 حُدِّد توزع درجة الحرارة الجويّة باستعمال المجس المرسل المستقبل على متن طائرة ثم باستعمال السواتل الصنعية. تستطيع هذه المحطات متابعة التغيرات في درجة الحرارة وتحديد المراكز المهمة من حيث درجات الحرارة الأعظمية والأصغرية، وكذلك مراكز الأعاصير واتجاهات تحرّكها، وفي رصد غازات محدّدة تهدد بيئة الأرض. كما أفادت من الدقة البالغة المستخدمة للكشف عن الجزيئات في الفضاء لتشخيص سرطان الثدي في البشر باستخدام المقاييس الراديوية المكروية لتحديد الإشعاعات الصادرة عن النسج المصابة التي تعطي ارتفاعات حرارية شاذة.
شجّع نجاح فهم الفلك الراديوي على استكمال ما يصدر من إشعاعات عن المنابع كافة على تام الطيف الكهرمغنطيسي، إضافة إلى ما يمكن حتى يعطيه من معلومات ينفرد بها. فهناك مشاريع عالمية مشهجرة تتضافر فيها الجهود الاستكشافية والبيئية لحماية الإنسان ومنها ما ذكر عن دراسة الحركة التكتونية وانزياح القارّات. كما شجّع على مشاركة الهواة في بحوث لا تقل في مستواها عن أبحاث الاختصاصيين المحترفين، سواء في تتبع ظاهرة معينة أوبإنشاء شبكات رصد عالمية.
انظر أيضا
- Radar astronomy
- Channel 37
المصادر
- ^ البنك الآلي السعودي للمصطلحات (باسم). خطأ استشهاد: وسم
<ref>غير صالح؛ الاسم "باسم" معهد أكثر من مرة بمحتويات مختلفة. خطأ استشهاد: وسم<ref>غير صالح؛ الاسم "باسم" معهد أكثر من مرة بمحتويات مختلفة. خطأ استشهاد: وسم<ref>غير صالح؛ الاسم "باسم" معهد أكثر من مرة بمحتويات مختلفة. - ^ فوزي عوض. "الفلك الراديوي (فهم ـ)". الموسوعة العربية.
- ^ "First 7-metre ALMA Antenna Arrives at Chajnantor". ESO Picture of the Week. 29 August 2011. Retrieved 1 September 2011.
للإستزادة
صحف
- Gart Westerhout, The early history of radio astronomy. Ann. New York Acad. Sci. 189 Education in and History of Modern Astronomy (August 1972) 211-218 doi 10.1111/j.1749-6632.1972.tb12724.x
- Hendrik Christoffel van de Hulst, The Origin of Radio Waves From Space.
- History of High-Resolution Radio Astronomy. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, September 2001
خط
- Woodruff T. Sullivan, III, The early years of radio astronomy. 1984. A collection of articles by pioneers of radio astronomy as well as historians.
- Woodruff T. Sullivan, III, Cosmic Noise: A History of Early Radio Astronomy (Cambridge University Press; 2009). A detailed worldwide history of the field from before World War II through 1953.
- Woodruff T. Sullivan, III, Classics in Radio Astronomy. Reidel Publishing Company, Dordrecht, 1982. Reprints of 37 key papers through 1954, with extensive commentary.
- Kristen Rohlfs, Thomas L Wilson, Tools of Radio Astronomy. Springer 2003. 461 pages. ISBN 3-540-40387-6
- Raymond Haynes, Roslynn Haynes, and Richard McGee, Explorers of the Southern Sky: A History of Australian Astronomy. Cambridge University Press 1996. 541 pages. ISBN 0-521-36575-9
- Shigeru Nakayama, A Social History of Science and Technology in Contemporary Japan: Transformation Period 1970-1979. Trans Pacific Press 2006. 580 pages. ISBN 1-876843-46-2
- David L. Jauncey, Radio Astronomy and Cosmology. Springer 1977. 420 pages. ISBN 90-277-0839-8
- Allan A. Needell, Science, Cold War and American State: Lloyd V. Berkner and the Balance of Professional Ideals. Routledge 2000. ISBN 90-5702-621-X (ed., see Chapter 10, Expanding Federal Support of Private Research: The Case of Radio Astronomy (Pages 259 - 596))
- Bruno Bertotti, Modern Cosmology in Retrospect. Cambridge University Press 1990. 446 pages. ISBN 0-521-37213-5 (ed., see essays by Robert Wilson, Discovery of the cosmic microwave background and Woodruff T. Sullivan, III, The entry of radio astronomy into cosmology: radio stars and 309 Martin Ryle's 2C survey.))
- J. S. Hey, The Evolution of Radio Astronomy. Neale Watson Academic, 1973. (Also, Watson Pub Intl, 1975 ISBN 0-88202-030-7)
- D. T. Wilkinson and P. J. E. Peebles, Serendipitous Discoveries in Radio Astronomy. National Radio Astronomy Observatory, Green Bank, WV, 1983.
- Joseph Lade Pawsey and Ronald Newbold Bracewell, Radio Astronomy. Clarendon Press, 1955. 361 pages.
- J. C. Kapteyn, P. C. v. d. Kruit, & K. v. Berkel, The legacy of J.C. Kapteyn: studies on Kapteyn and the development of modern astronomy. Astrophysics and space science library, v. 246. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers 2000.
- Roger Clifton Jennison, Introduction to Radio Astronomy. 1967. 160 pages.
- Robin Michael Green, Spherical Astronomy. Cambridge University Press 1985. 546 pages. ISBN 0-521-31779-7
- Albrecht Krüger, Introduction to Solar Radio Astronomy and Radio Physics. Springer 1979. 356 pages. ISBN 90-277-0957-2
- توماس ت.آرني، استكشافات ومقدمة في فهم الفلك، ترجمة أحمد محمود الحصري وسعيد محمد الأسعد (دار طلاس 1998).
- W.K.HARTMANN, Astronomy The Cosmic Journey .3rd ed (Wadworth Publishing Co. 1985).
وصلات خارجية
- nrao.edu National Radio Astronomy Observatory
- The History of Radio Astronomy * Reber Radio Telescope - National Park Services
- Radio Telescope Developed - a brief history from NASA Goddard Space Flight Center
- Society of Amateur Radio Astronomers
- Visualization of Radio Telescope Data Using Google Earth
- UnwantedEmissions.com A general reference for radio spectrum allocations, including radio astronomy.
- Improving Radio Astronomy Images by Array Processing
