آیا می‌توان قرص ستاره‌ها را دید؟
آیا می‌توان قرص ستاره‌ها را دید؟ چرا عکس از قرص ستاره‌ها نداریم؟ چرا دیدن سطح ستاره‌ها غیرممکن است؟ سطح کدام ستاره‌ها را دیده‌ایم؟
ستاره‌ها بسیار دورند.
ستاره‌ها بسیار بزرگند.
تلسکوپ‌های ما هم بسیار بزرگند و قدرتمند.
اما با هیچ تلسکوپی نمی‌توان سطح ستاره‌ها را دید، حتا با بزرگترین تلسکوپ جهان!
عجیب نیست؟
که بسیار هم عجیب است!
اما چرا؟
آقا، اون ستاره رو بیارید!
در حال رصد هستیم. تلسکوپ 8 اینچ بازتابی آماده است. ماه را با آن می‌بینیم. دانش‌آموزان، خانواده‌ها و معلم‌هایشان از دیدن دهانه‌ها و پستی بلندی‌های سطح ماه به هیجان آمده‌اند. بعدش به سراغ زحل و حلقه‌ی زیبایش می‌رویم. از دیدن آن هم سرکیف می‌شوند. در این بین چند درخواست که: آقا آقا! اون ستاره رو هم نشون بدید. اون یکی رو هم رصد کنیم. و من که دست به‌سرشان می‌کنم و تلسکوپ را به سوی سیاره مشتری نشانه می‌روم. باز از دیدن قرص کوچک مشتری با قمرهای چهارگانه‌ی زیبایش سر ذوق می‌آیند. پس از دیدنش دوباره صدای بچه‌ها می‌آید که: آقا آخرش ستاره نشون‌مون ندادید!
و این‌جاست که تلسکوپ نشانه می‌رود به سمت یک ستاره‌ی درخشان. مثلا نسرواقع یا قلب العقرب یا دوگانه‌ای همچون منقار ماکیان. بچه‌ها از دیدن درخشش ستاره‌ها هیجان‌زده می‌شوند، اما کمی که از هیجان‌شان گذشت، با کمی احساس ناکامی می‌گویند: آقا همین! پس چرا بزرگتر نشد؟ چرا مث مشتری و ماه نشون نمیده!
و این‌جاست که باید برای‌شان در آن شلوغی و ازدحام توضیح دهم که چرا و به چه علت نمی‌توانیم سطح قرص ستاره‌ها را ببینیم حتا با بزرگترین تلسکوپ‌های جهان.
دوگانه‌ی معروف منقار دجاجه (ماکیان) که تضاد رنگی آبی و قرمز آن‌ها از پشت تلسکوپ‌های آماتوری بسیار جذاب است. به‌راستی نمی‌توانیم سطح قرص این همه ستاره را مشاهده کنیم؟
چرا سطح ستاره‌ها را نمی‌توان دید؟
آری درست است، قرص ستاره‌ها را حتا با بزرگترین تلسکوپ‌های کنونی در جهان هم نمی‌توان دید. اما چرا؟
پاسخ کوتاه به این پرسش این است: به علت فاصله‌ی بسیار بسیار دوری که ستاره‌ها از ما دارند، اندازه قرص آن‌ها در دید ما به قدری ریز و کوچک است که از توان تفکیک بزرگترین تلسکوپ‌های جهان هم کمتر است و بنابراین تلسکوپ‌ها نمی‌توانند سطح آن‌ها را ببینند.
اما شاید برای خیلی‌ها این پاسخ قابل درک نباشد. پس نیاز است که توضیحات بیشتر را با بیان مقدمه‌هایی بیان کرد. ادامه‌ی این مطلب توضیح و شرح پاسخ کوتاه بالاست.
اندازه ظاهری اجسام
به این مثال‌ها دقت کنید:
وقتی یک مداد را از فاصله بیست سانتی‌متری نگاه می‌کنیم، بزرگ دیده می‌شود. اما اگر آن‌را از چشم‌هایمان دور کنیم، اندازه‌ای که از آن می‌بینیم (یعنی اندازه ظاهری، یا زاویه‌ای که با آن دیده می‌شود) کوچک می‌شود. این همان چیزی است که یک هواپیمای غول‌پیکر را به هنگام مشاهده در اوج آسمان آن قدر کوچک می‌بینیم که ممکن است حتا از یک پرنده یا حشره هم کوچکتر به نظر آید.
هرچه هواپیما دورتر باشد، کوچکتر دیده می‌شود. و اگر دورتر و دورتر شود دیگر چشم‌هایمان توانایی تشخیص شکل آن (تفکیک آن) را نخواهد داشت. در این حالت اگر از یک دوربین دوچشمی استفاده کنیم، این ابزار کمک میکند تا دوباره جزئیات آن‌را ببینیم. و اگر هواپیما باز هم دورتر شود، این‌بار از قدرت دید دوربین هم خارج شده و در پهنه آسمان محو خواهد شد.
ستاره‌ها، سیاره‌ها و همه اجسامی هم که در آسمان مشاهده می‌شوند همین وضعیت را دارند. چشمان ما قدرت تشخیص قرص سیاره‌ها را ندارند. اما یک تلسکوپ کوچک آماتوری به‌راحتی می‌تواند قرص سیاره‌های نزدیک را تشخیص دهد (یا تفکیک کند). هرچه تلسکوپ بزرگتر باشد، می‌تواند اجسام با بزرگی ظاهری کوچکتر و ریزتر را تشخیص دهد.
توان تفکیک تلسکوپ
توان تفکیک یکی از ویژگی‌های اصلی تلسکوپ‌هاست (هرنوع تلسکوپی: نوری، رادیویی، پرتو ایکس، گاما و غیره) که نشان دهنده‌ی کوچک‌ترین یا ریزترین جسمی (به عبارت دقیق‌تر: زاویه‌ای) است که می‌تواند آن‌را تشخیص دهد. در واقع هر ابزار مشاهده، حتا چشم انسان و حیوانات هم دارای این ویژگی است. قدرت دید چشم جانوران مختلف در تفکیک ریزترین اجسام متفاوت است.
هرچه دهانه‌ی موثر تلسکوپ بزرگتر باشد، هم توان جمع‌آوری نور آن و هم توان تفکیک آن بیشتر خواهد بود. یک مثال ساده: با تلسکوپ 3 اینچ نمی‌توان شکاف کاسینی در حلقه زحل را تشخیص داد، اما با یک تلسکوپ 8 اینچ این شکاف دیده می‌شود.
پس برای دسترسی به توان تفکیک بالا یعنی مشاهده‌ی جزئیات بیشتر از اجسام نجومی باید به سراغ تلسکوپ‌های با دهانه‌ی بزرگتر برویم. از این جهت است که ستاره‌شناس‌ها همیشه در تلاش هستند تا تلسکوپ‌های بزرگتر و بزرگتر در اختیار داشته باشند.
البته توان تفکیک یک تلسکوپ در طول موج‌های مختلف نوری که دریافت میکند، متفاوت است که اکنون به این موضوع نمی‌پردازیم.
همچنان قرص ستاره‌ها را نمی‌توان دید
اما هنگامی که نوبت به ستاره‌ها می‌رسد، باوجود این‌که ستاره‌ها کره‌هایی بسیار عظیم و بزرگ هستند، تلسکوپ‌ها توان تشخیص (تفکیک) قرص آن‌ها را نخواهند داشت. به جز خورشید. خورشید به قدری به ما نزدیک است که بدون تلسکوپ هم قرص و سطح آن قابل تشخیص است. قابل توجه است بدانیم ستاره‌ی آلفای قنطورس که نزدیک‌ترین ستاره‌ی همچون خورشید به ماست، نزدیک به 271000 مرتبه نسبت به خورشید دورتر از ما است! این تازه نزدیک‌ترین ستاره‌ای است که رصد می‌کنیم. دیگر تکلیف بقیه ستاره‌ها که ده‌ها و صدها و چند هزار سال نوری از ما فاصله دارند، مشخص می‌شود.
آلفای قنطورس: نزدیک‌ترین ستاره به منظومه شمسی که در فاصله 4.3 سال نوری از ما قرار دارد. در این عکس که با تلسکوپ‌های نقشه‌بردار رصدخانه جنوبی اروپا ثبت شده است، زمان نوردهی زیاد بوده تا تعداد زیادی ستاره‌های کم‌نور اطراف آن هم در عکس ثبت شوند.
این عمل باعث شده نور شدید آلفا قنطورس در بخش بزرگی از عکس پخش شود.
Credit: ESO
بزرگترین تلسکوپ‌های موجود در جهان (سال 1403) قطر دهانه‌شان بین هشت تا ده متر است! هیچکدام از آن‌ها نمی‌توانند حتا سطح ابرغول‌های سرخ آسمان را تفکیک کنند. بزرگترین ستاره‌های نزدیک به ما ابط‌الجوزا یا شانه شکارچی و قلب العقرب هستند. این دو، ابرغول‌های سرخی هستند با قطری در حدود 1000 و 800 برابر قطر خورشید! پس انتظار داریم اولین ستاره‌ای که بتوانیم قرصش را تشخیص دهیم همین‌ها باشند. هرچند بزرگترین تلسکوپ‌های موجود در دنیا نمی‌توانند قرص این ستاره‌ها را تفکیک کنند، اما اخترشناسان ناامید نشده و بیکار ننشسته‌اند.
تداخل‌سنجی به کمک اخترشناسان می‌آید
با استفاده از روش تداخل‌سنجی و به‌کارگیری چند تلسکوپ که در فاصله‌های مناسب کنار هم قرار گرفته باشند می‌توان به توان تفکیک لازم برای تشخیص قرص این ستاره‌های غول‌پیکرِ نزدیک رسید.
یکی از بزرگترین مجموعه رصدخانه‌های دنیا که متعلق به رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) است، برفراز قله‌ی پارانال در شیلی قرار دارد. این رصدخانه شامل چهار تلسکوپ اصلی بسیار بزرگ با قطر آیینه‌ی هر کدام 8.2 متر است. این چهار تلسکوپ با نام اختصاصی VLT وی‌ال‌تی (Very Large Telescope) شناخته می‌شوند. VLTها در آرایش خاصی در فاصله‌های چند ده متری از هم قرار دارند. در کنار آن‌ها چهار تلسکوپ کوچکتر با قطر آینه‌های 1.8 متر قرار دارند. این تلسکوپ‌های کمکی روی ریل‌هایی قرار دارند و می‌توانند جابه‌جا شوند. در تصویر زیبای آن‌ها می‌توان گنبدهای چند ضلعی VLTها و کره‌های سفید رنگ تلسکوپ‌های کمکی را مشاهده کرد. با جابه‌جایی حساب‌شده‌ی تلسکوپ‌های کمکی در کنار چهار تلسکوپ اصلی، می‌توان توان تفکیک‌های مختلف ایجاد کرد.
در روش تداخل‌سنجی، نور یک ستاره توسط چند تلسکوپ به صورت همزمان دریافت می‌شود و سپس در یک سیستم اپتیکی بسیار پیچیده و پیشرفته این نورها روی هم قرار می‌گیرند و ترکیب می‌شوند. تصویری که به این صورت ایجاد می‌شود دارای جزئیات بسیار بیشتری نسبت به تصویرهای تک‌تک تلسکوپ‌ها به صورت جداگانه است. در واقع با تداخل‌سنجی قدرت تفکیک مجموعه تلسکوپ‌ها هم‌اندازه با تلسکوپی فرضی می‌شود که قطر دهانه‌ی آن به اندازه فاصله‌ی دورترین تلسکوپ‌ها از یکدیگر است!
یکی دیگر از رصدخانه‌های بزرگ و معروف دنیا هم که از چنین روشی استفاده میکند رصدخانه کِک بر فراز قله موناکیا در هاوایی است. اما چون رصدخانه کک فقط از دو تلسکوپ ثابت استفاده میکند، توان تفکیک کمتری نسبت به تلسکوپ‌های VLT به‌دست می‌آورد.
عکس سطح ستاره‌ها
تاکنون با استفاده از روش تداخل‌سنجی این تلسکوپ‌های بسیار بزرگ توانسته‌اند قرص تعداد معدودی از ستاره‌ها را ثبت کنند. برای نمونه عکس‌های منتشر شده برای عموم مربوط به سه ستاره زیر هستند: ابط‌الجوزا، قلب‌العقرب و پی1 درنا. اولی و دومی ابرغول‌های قرمز هستند و سومی یک غول قرمز است که در صورت فلکی درنا از نیمکره جنوبی قابل مشاهده است.
همانطور که این عکس‌ها را می‌بینید، باز هم با تصویری مبهم مواجه هستیم. طبیعی است که باز هم نتوانیم تصویری همچون قرص خورشید را از این ستاره‌های بسیار دوردست تهیه کنیم. اما در همین عکس‌ها می‌توان قرص ستاره را به همراه برخی جزئیات همانند ناحیه‌های روشن و تیره دید. ناحیه‌های روشن دارای دمای بیشتری نسبت به بخش‌های تیره هستند. این ناحیه‌ها دگرگون می‌شوند و همچون سطح خورشید وضعیت ثابت و پایداری ندارند.
به قطر این سه ستاره دقت کنید: ابط‌الجوزا حدود هزار برابر خورشید، قلب العقرب حدود هشتصد برابر خورشید و پی1 درنا نزدیک به 350 برابر آن! در عکس زیر مدار زمین برای مقایسه‌ی اندازه ابط الجوزا آمده است.
نخستین عکس ستاره‌ای خارج از کهکشان
به تازگی (ابتدای آذر 1403) رصدخانه جنوبی اروپا تصویری منتشر کرد با این عنوان: «نخستین تصویر نزدیک از ستاره‌ای خارج از کهکشان ما». این تصویر که با همین روش توسط تداخل‌سنجی وی‌ال‌تی‌ها گرفته شده است، اولین تصویری است که از سیمای یک ستاره در خارج کهکشان خودمان ثبت شده است. ستاره نام WHO G64 دارد و در ابرماژلانی بزرگ به فاصله حدود 160 هزار سال نوری از ما قرار دارد. رصدها اندازه‌ی آن‌را 2000 برابر قطر خورشید تخمین زده‌اند.
قرص میانی عکس نشان دهنده توده گازی است که همچون پیله‌ای تخم‌مرغ شکل، یک ابرغول قرمز را پوشانده است. ابرغول سرخی که ستاره‌شناسان ادعا می‌کنند آخرین مراحل عمر خود قبل از انفجار ابرنواختری را تجربه میکند. رصدهای اخترشناسان نشان می‌دهد این پیله‌ی گاز و غباری ناشی از خروج گازها از سطح ستاره به فضای اطراف آن است. بنابراین خود ستاره در درون این پیله‌ی بیضی‌گون مخفی است و قابل دیدن نیست. ستاره‌شناس‌ها حدس می‌زنند حلقه‌ی نورانی‌ای که اطراف قرص مرکزی دیده می‌شود به احتمال زیاد مربوط به بخش داخلی یک حلقه دونات مانند از گاز و غبار است که ستاره را احاطه کرده است. به گفته اخترشناسان تأیید این حدس، نیازمند رصدهای بیشتری است که در آینده باید انجام شود.
ستاره WHO G64 : نخستین ستاره‌ای خارج از راه‌شیری که تصویر آن با روش تداخل‌سنجی پیشرفته‌ی تلسکوپ‌های VLT ثبت شده است. فاصله ستاره از ما 160 هزار سال نوری است!
امتیاز عکس از رصدخانه جنوبی اروپاست:
Credit: ESO
مگر این عکس‌ها قرص ستاره‌ها نیست؟
یک پرسش: پس این همه در عکس‌های نجومی می‌بینیم که ستاره‌ها به صورت قرص‌های دایره‌ای دیده می‌شوند چیست، مگر قرص ستاره‌ها نیست؟ همچون عکس زیر:
ستاره قطبی یک ستاره سه‌گانه است. همدم‌های آن بسیار کم‌نورند. بنابراین برای این‌که بتوان در یک تصویر عکس آن همدم‌های کم‌فروغش را ثبت کرد، عکاس ناگزیر زمان نوردهی را زیاد کرده. در این صورت نور بسیار زیادی از ستاره اصلی که ستاره‌ای پرنور است بر روی فیلم عکاسی یا سطح حسگر حساس به نور اثرگذاشته است. نتیجه‌اش ایجاد یک قرص نورانی از ستاره قطبی شده است.
پاسخ: خیر این‌ها هیچکدام قرص ستاره را نشان نمی‌دهند. بلکه نور شدید ستاره‌های پرنور است که به هنگام نوردهی بلندمدت بر روی صفحه عکاسی یا حسگر دیجیتال عکاسی ثبت می‌شود. هرگاه زمان نوردهی عکاسی زیاد شود تا ستاره‌های کم‌نورتر ثبت شوند، نور ستاره‌های پرنورتر بر روی بخش‌های اطراف فیلم عکاسی یا حسگر دوربین اثرگذاشته و باعث ایجاد این قرص‌های بزرگ از ستاره‌ها می‌شود. این اتفاق در عکاسی از لامپ‌های در دسترس خودمان هم می‌افتد.
عکس بالا بخشی از یک عکس بسیار بزرگ از سحابی زیبای مرغ دریایی است. این عکس توسط یکی دیگر از تلسکوپ‌های رصدخانه جنوبی اروپا در طرح نقشه‌برداری دیجیتال سراسری آسمان گرفته شده است. همانطور که در این عکس و بسیاری عکس‌های مشابه می‌بینیم، دریایی از ستاره‌های ریز و درشت را مشاهده می‌کنیم. اما عبارت دقیق آن است که بگوییم ستاره‌های کم‌نور و پرنور. زیرا آن‌چه که از دیدن عکس ستاره‌ها به صورت ریز و درشتی یعنی اندازه‌ی ستاره‌ها احساس می‌کنیم، درست نیست. چرا که اطلاعی از بزرگی آن‌ها نسبت به هم نداریم. بلکه فقط نورانیت ظاهری آن‌هاست که در عکس ثبت شده و چون ستاره‌های پرنور، در عکس درشت‌تر ثبت شده‌اند، احساس می‌کنیم که این‌ها واقعا بزرگتر از آن ریزها (کم‌نورها) هستند.
امیدوارم با این توضیح، عکس‌های ستاره‌ها و تصویرهای بسیار زیبای نجومی را دقیق‌تر و واقعی‌تر ببینید و از آن‌ها لذت برید.
نویسنده: محمد همایونی
8 آذر 1403
یکی از تلسکوپ‌های VLT که از کنار در این عکس ثبت شده است. برای تصور عظمت آن به آن دو نفری که در مرکز تصویر مشغول انجام تعمیرات هستند دقت کنید. قطر آینه‌ای که زیر پای آن‌ها دیده می‌شود 8.2 متر است! Credit: ESO
