پرتوهای فرابنفش کیهانی

تابشی که ویتامین D را در بدن ما می‌سازد، تابش فرابنفش است که در گستره طول‌ موجی چند صد تا حدود چهار هزار آنگستروم قرار دارد. اینجا روی زمین، هم از مزایای این تابش بهره‌مند هستیم و هم از معایب آن. تابش فرابنفش که به آن UV هم می‌گویند، اگر بیش از حد باشد می‌تواند باعث ازبین‌رفتن سلول‌های پوست شود. آنچه برای بشر مضر است برای اخترشناسان نعمتی بزرگ به شمار می‌آید. لایه ازن اجازه نمی‌دهد بخش عمده تابش فرابنفش به سطح زمین برسد و در نتیجه در ارتفاع سطح دریا نمی‌توان به کاوش آسمان در محدوده طول‌ موج‌های فرابنفش پرداخت. البته لایه ازن نمی‌تواند جلوی باند کوچکی از پرتوهای فرابنفش در گستره 3100 تا 3900 آنگستروم را بگیرد. اگرچه چشم غیرمسلح قادر نیست تابش‌های این محدوده را رؤیت کند، تا آنجا که به صفحات عکاسی مربوط می‌شود، این باند در امتداد باند مرئی قرار دارد. در نجوم فروسرخ با قراردادن تلسکوپ‌های مرئی در ارتفاعات بلند می‌توان کارهایی را در باند فروسرخ انجام داد. اما در نجوم فرابنفش به این دلیل که مقدار ازن استراتوسفر سه برابر بیشتر از ازن در ارتفاعی معادل کوه اورست است، چنین کاری ممکن نیست. با این حساب چگونه می‌توان تابش فرابنفش را آشکار کرد؟ یک تلسکوپ بازتابی معمولی با سطح بازتاباننده آلومینیومی به خوبی می‌تواند تابش فرابنفش را کانونی کند. تصویر تشکیل‌شده در کانون را می‌توان با آشکارسازی الکترونیکی یا حتی صفحه عکاسی ثبت کرد. معمولا برای افزایش شدت تصویر از ابزاری خاص استفاده می‌کنند که از هزاران لوله شیشه‌ای کوچک بسیار سبک تشکیل شده است. نخستین تلسکوپ‌های فرابنفش را با بالن به ارتفاع بالا می‌فرستادند. نظیر چنین بالن‌هایی برای بررسی استراتوسفر استفاده می‌شوند. بعدها اخترشناسان با بهره‌گیری از موشک‌های کوچک، برای مدت کوتاهی آشکارسازهای فروسرخ را بالاتر از لایه ازن قرار دادند. البته بدیهی است که بهترین روش استفاده از ماهواره‌ای حامل آشکارساز فرابنفش باشد به گونه‌ای که برای سالیان متوالی بتواند به زمین اطلاعات ارسال کند. چنین ماهواره فرابنفشی موسوم به رصدخانه نجومی مدارگرد، نخستین کاوش آسمان در محدوده طول‌ موج‌های فرابنفش را انجام داد. چنین مأموریت‌هایی با چندین مأموریت ماهواره‌ای دیگر ادامه یافت. به عنوان مثال کاوشگر فرابنفش بین‌المللی که حاصل همکاری ناسا، سازمان فضایی اروپا و انگلستان بود، در سال 1978 به فضا پرتاب شد و تا سال 1996 تقریبا همچون یک رصدخانه مستقر در زمین به طور منظم کار کرد و اطلاعات ارسال کرد. ماهواره دیگری به نام کاوشگر فرابنفش دور هم در مدار است. علاوه بر اینها تلسکوپ فضایی هابل هم قابلیت رصد در باند فرابنفش را دارد. تمام این رصدها آسمانی یا بهتر بگوییم عالمی مملو از هزاران ستاره را آشکار كردند که در راستای راه کهکشان تمرکزی تمیيزپذیر دارند. هرچند این تصویر شبیه همان تصویری است که در باند مرئی مشاهده می‌کنیم، جزئیات اما کاملا متفاوت‌اند. ستارگانی که تابش فرابنفش شاخص دارند با ستارگانی که عمدتا در محدوده نور مرئی می‌درخشند، کاملا فرق دارند. در حالی که ستارگانی با دمای سطحی چند هزار درجه غالبا در باند مرئی می‌درخشند، ستارگان با دمای سطحی ده هزار درجه و بیشتر بیشترین تابش را در باند فرابنفش دارند. از آنجایی که تلسکوپ‌های فرابنفش داغ‌ترین ستارگان را شناسایی می‌کنند درواقع جوان‌ترین ستارگان را پیدا می‌کنند؛ زیرا ستارگان سنگین خیلی سریع سوخت‌شان را مصرف می‌کنند و به دماهای سطحی خیلی بالا می‌رسند. بنابراین خیلی زود هم می‌میرند. به همین دلیل است که ستارگانی که بیشینه تابش را در باند فرابنفش دارند حتما جوان هستند. این حقیقت که نجوم فرابنفش ستارگان جوان را انتخاب می‌کند، به این معناست که چنین ستارگانی را نزدیک محل تولدشان می‎‌بینیم. ستارگان پیرتر ممکن است از محلی که شکل گرفته‌اند به مرور زمان فاصله گرفته باشند. با این ‌حساب نجوم فرابنفش به‌طور غیرمستقیم این امکان را فراهم می‌کند که نواحی نزدیک به محل تولد ستارگان را بررسی کنیم. برای مثال تصاویر فرابنفش کهکشان‌های مارپیچی، بازوهای کهکشان را بسیار درخشان نشان می‌دهد زیرا محل شکل‌گیری ستارگان هستند. نجوم فرابنفش علاوه بر کاوش آسمان می‌تواند سرنخ‌های باارزشی از دینامیک برخی فرایندهای اخترفیزیکی ویژه هم به ما نشان بدهد. برای مثال دو نوع از فراوان‌ترین عناصر عالم یعنی کربن و نیتروژن، هیچ خط طیفی مفیدی در باند مرئی تولید نمی‌کنند، حال آنکه در باند فرابنفش به شدت می‌درخشند. با مطالعه طیف‌های این عناصر می‌توان فراوانی آنها را تعیین کرد. از این روش برای مطالعه انفجارهای ابرنواختری و به‌ویژه تخمین مقدار کربن یا نیتروژنی که ستاره به بیرون پرتاب می‌کند هم استفاده می‌شود. همچنین هنگام بررسی گاز میان‌ستاره‌ای هم نجوم فرابنفش می‌تواند اطلاعات دست‌اولی را به ما بدهد؛ زیرا گاز محیط میان‌ستاره‌ای در باندهای مشخصی تابش فرابنفش را جذب می‌کند.

تابشی که ویتامین D را در بدن ما می‌سازد، تابش فرابنفش است که در گستره طول‌ موجی چند صد تا حدود چهار هزار آنگستروم قرار دارد. اینجا روی زمین، هم از مزایای این تابش بهره‌مند هستیم و هم از معایب آن. تابش فرابنفش که به آن UV هم می‌گویند، اگر بیش از حد باشد می‌تواند باعث ازبین‌رفتن سلول‌های پوست شود. آنچه برای بشر مضر است برای اخترشناسان نعمتی بزرگ به شمار می‌آید. لایه ازن اجازه نمی‌دهد بخش عمده تابش فرابنفش به سطح زمین برسد و در نتیجه در ارتفاع سطح دریا نمی‌توان به کاوش آسمان در محدوده طول‌ موج‌های فرابنفش پرداخت. البته لایه ازن نمی‌تواند جلوی باند کوچکی از پرتوهای فرابنفش در گستره 3100 تا 3900 آنگستروم را بگیرد. اگرچه چشم غیرمسلح قادر نیست تابش‌های این محدوده را رؤیت کند، تا آنجا که به صفحات عکاسی مربوط می‌شود، این باند در امتداد باند مرئی قرار دارد. در نجوم فروسرخ با قراردادن تلسکوپ‌های مرئی در ارتفاعات بلند می‌توان کارهایی را در باند فروسرخ انجام داد. اما در نجوم فرابنفش به این دلیل که مقدار ازن استراتوسفر سه برابر بیشتر از ازن در ارتفاعی معادل کوه اورست است، چنین کاری ممکن نیست. با این حساب چگونه می‌توان تابش فرابنفش را آشکار کرد؟ یک تلسکوپ بازتابی معمولی با سطح بازتاباننده آلومینیومی به خوبی می‌تواند تابش فرابنفش را کانونی کند. تصویر تشکیل‌شده در کانون را می‌توان با آشکارسازی الکترونیکی یا حتی صفحه عکاسی ثبت کرد. معمولا برای افزایش شدت تصویر از ابزاری خاص استفاده می‌کنند که از هزاران لوله شیشه‌ای کوچک بسیار سبک تشکیل شده است. نخستین تلسکوپ‌های فرابنفش را با بالن به ارتفاع بالا می‌فرستادند. نظیر چنین بالن‌هایی برای بررسی استراتوسفر استفاده می‌شوند. بعدها اخترشناسان با بهره‌گیری از موشک‌های کوچک، برای مدت کوتاهی آشکارسازهای فروسرخ را بالاتر از لایه ازن قرار دادند. البته بدیهی است که بهترین روش استفاده از ماهواره‌ای حامل آشکارساز فرابنفش باشد به گونه‌ای که برای سالیان متوالی بتواند به زمین اطلاعات ارسال کند. چنین ماهواره فرابنفشی موسوم به رصدخانه نجومی مدارگرد، نخستین کاوش آسمان در محدوده طول‌ موج‌های فرابنفش را انجام داد. چنین مأموریت‌هایی با چندین مأموریت ماهواره‌ای دیگر ادامه یافت. به عنوان مثال کاوشگر فرابنفش بین‌المللی که حاصل همکاری ناسا، سازمان فضایی اروپا و انگلستان بود، در سال 1978 به فضا پرتاب شد و تا سال 1996 تقریبا همچون یک رصدخانه مستقر در زمین به طور منظم کار کرد و اطلاعات ارسال کرد. ماهواره دیگری به نام کاوشگر فرابنفش دور هم در مدار است. علاوه بر اینها تلسکوپ فضایی هابل هم قابلیت رصد در باند فرابنفش را دارد. تمام این رصدها آسمانی یا بهتر بگوییم عالمی مملو از هزاران ستاره را آشکار كردند که در راستای راه کهکشان تمرکزی تمیيزپذیر دارند. هرچند این تصویر شبیه همان تصویری است که در باند مرئی مشاهده می‌کنیم، جزئیات اما کاملا متفاوت‌اند. ستارگانی که تابش فرابنفش شاخص دارند با ستارگانی که عمدتا در محدوده نور مرئی می‌درخشند، کاملا فرق دارند. در حالی که ستارگانی با دمای سطحی چند هزار درجه غالبا در باند مرئی می‌درخشند، ستارگان با دمای سطحی ده هزار درجه و بیشتر بیشترین تابش را در باند فرابنفش دارند. از آنجایی که تلسکوپ‌های فرابنفش داغ‌ترین ستارگان را شناسایی می‌کنند درواقع جوان‌ترین ستارگان را پیدا می‌کنند؛ زیرا ستارگان سنگین خیلی سریع سوخت‌شان را مصرف می‌کنند و به دماهای سطحی خیلی بالا می‌رسند. بنابراین خیلی زود هم می‌میرند. به همین دلیل است که ستارگانی که بیشینه تابش را در باند فرابنفش دارند حتما جوان هستند. این حقیقت که نجوم فرابنفش ستارگان جوان را انتخاب می‌کند، به این معناست که چنین ستارگانی را نزدیک محل تولدشان می‎‌بینیم. ستارگان پیرتر ممکن است از محلی که شکل گرفته‌اند به مرور زمان فاصله گرفته باشند. با این ‌حساب نجوم فرابنفش به‌طور غیرمستقیم این امکان را فراهم می‌کند که نواحی نزدیک به محل تولد ستارگان را بررسی کنیم. برای مثال تصاویر فرابنفش کهکشان‌های مارپیچی، بازوهای کهکشان را بسیار درخشان نشان می‌دهد زیرا محل شکل‌گیری ستارگان هستند. نجوم فرابنفش علاوه بر کاوش آسمان می‌تواند سرنخ‌های باارزشی از دینامیک برخی فرایندهای اخترفیزیکی ویژه هم به ما نشان بدهد. برای مثال دو نوع از فراوان‌ترین عناصر عالم یعنی کربن و نیتروژن، هیچ خط طیفی مفیدی در باند مرئی تولید نمی‌کنند، حال آنکه در باند فرابنفش به شدت می‌درخشند. با مطالعه طیف‌های این عناصر می‌توان فراوانی آنها را تعیین کرد. از این روش برای مطالعه انفجارهای ابرنواختری و به‌ویژه تخمین مقدار کربن یا نیتروژنی که ستاره به بیرون پرتاب می‌کند هم استفاده می‌شود. همچنین هنگام بررسی گاز میان‌ستاره‌ای هم نجوم فرابنفش می‌تواند اطلاعات دست‌اولی را به ما بدهد؛ زیرا گاز محیط میان‌ستاره‌ای در باندهای مشخصی تابش فرابنفش را جذب می‌کند.