تخيل أنك تحتفظ بشعاع ليزر موجه على قطعة نقدية تبعد 200 ميل. والآن تخيل أنك تفعل ذلك بشكل متواصل لمدة 24 ساعة، أثناء ركوبك لدوامة الخيل. تبدو صعبة؟ حسنًا، هذا هو ما يفعله تلسكوب هابل الفضائي بشكل أساسي.
وبعد أشهر من المشاكل التقنية، أعلنت ناسا في 4 يونيو/حزيران أن هابل سيتحول إلى وضع الجيروسكوب الواحد. وهذا يعني بشكل أساسي أن التلسكوب سيتعين عليه الاعتماد على واحد فقط من العديد من الجيروسكوبات – وهي أجهزة تقيس اتجاه الجسم في الفضاء – والتي تستخدم عادة لتتبع ومتابعة الأجسام في الفضاء.
أطلق تلسكوب هابل، الذي سمي على اسم عالم الفلك إدوين هابل، في عام 1990 إلى مدار أرضي منخفض. هنا، يوجد فوق الغلاف الجوي للأرض، مما يتداخل مع ملاحظات التلسكوبات الأرضية. وخلال ثلاثة عقود من تشغيله، زودنا بصور مذهلة للمجرات البعيدة، وأتاح للعلماء النظر عن كثب إلى بداية الكون.
يلتقط هابل صورًا واضحة وعالية الدقة لنجوم تبعد مليارات السنين الضوئية. ولجمع ما يكفي من الفوتونات – “الجسيمات” الخفيفة – للحصول على صورة عالية الجودة، فإنها تعمل بشكل أساسي ككاميرا منخفضة السرعة للغاية. إنها تحافظ على فتحتها – أي الفتحة الموجودة في العدسة التي تسمح بمرور الضوء – مفتوحة لمدة تصل إلى 24 ساعة لالتقاط صورة واحدة.
أي شخص التقط صورة بسرعة غالق منخفضة يعرف مدى صعوبة تجنب الحصول على صورة ضبابية. يأخذ هابل هذا إلى أقصى الحدود. يجب أن تظل موجهة إلى نفس النقطة البعيدة في الفضاء بدقة في غضون بضعة ملي ثانية قوسية – حيث يساوي المللي ثانية القوسية واحدًا على 3,600,000 جزء من الدرجة – لمدة تصل إلى 24 ساعة. ويحتاج إلى الحفاظ على هذه الدقة أثناء الدوران حول الأرض بسرعة 17000 ميل في الساعة (27000 كيلومتر في الساعة) خلال الحرارة والبرودة الشديدتين.
لتتبع هدفه وتوليد صور واضحة، يستخدم هابل ما يسميه مهندسو الفضاء الجوي مثلي أنظمة التحكم في الموقف. تحتوي جميع المركبات الفضائية والطائرات على نظام للتحكم في الموقف لمساعدتها على التوجيه في الاتجاه الصحيح.
ما هو الجيروسكوب، على أي حال؟
يتكون نظام التحكم في الموقف من مجموعة من أجهزة الاستشعار التي تقيس اتجاه المركبة الفضائية، ومجموعة من المحركات – أجهزة الدفع أو عجلات رد الفعل أو جيروسكوبات لحظة التحكم – التي تحرك المركبة الفضائية، وكمبيوتر الطيران. يأخذ كمبيوتر الرحلة القياسات من أجهزة الاستشعار ويصدر الأوامر للمشغلات.
الجيروسكوب هو جهاز يقيس وضع الجسم أو اتجاهه في الفضاء. وبعبارة أخرى، فهو يقيس مدى دوران الجسم من نقطة ثابتة. لكي يعرف هابل إلى أين يشير لالتقاط الصورة، عليه أن يعرف مكان وجوده في الفضاء. يحتاج إلى ثلاثة جيروسكوبات على الأقل – واحد لكل محور.
كان لدى هابل في البداية ستة جيروسكوبات: ثلاثة منها رئيسية وثلاثة أخرى كإضافات. ولكن بعد أكثر من 30 عامًا في المدار، فشلت أربعة من الجيروسكوبات بسبب مضاعفات تتعلق بالشيخوخة.
ومن بين الجيروسكوبين المتبقيين، قامت ناسا بحجز واحد كنسخة احتياطية، لذلك يعمل هابل الآن بجيروسكوب واحد. ولكن إذا كنت بحاجة إلى ثلاثة جيروسكوبات على الأقل – واحد لكل محور – لمعرفة مكانك، فكيف يمكن لهابل معرفة مكانه باستخدام جيروسكوبي واحد فقط؟
الإجابة الذكية التي توصل إليها مهندسو ناسا هي في الواقع بسيطة للغاية. يمكنك استخدام أجهزة استشعار أخرى على التلسكوب، مثل أجهزة قياس المغناطيسية وأجهزة استشعار النجوم، لتعويض النقص في الجيروسكوبات.
مواقف الجيروسكوب
تقيس أجهزة قياس المغناطيسية المجال المغناطيسي المحلي للأرض، وهو ما يفهمه العلماء بدقة كبيرة. يمكنك استخدام مقاييس المغناطيسية للحصول على فكرة تقريبية عن الموقف فيما يتعلق باتجاه المجال المغناطيسي المعروف، تمامًا بنفس الطريقة التي تستخدم بها البوصلة. يمكن لمقياس مغناطيسي ثلاثي المحاور أن يأخذ قياسات لقوة واتجاه المجال المغناطيسي للأرض أثناء تحرك القمر الصناعي على طول مداره للعثور على اتجاهه في الفضاء.
أو يمكنك استخدام أجهزة تتبع النجوم أو أجهزة استشعار الشمس، وهي أكثر دقة من أجهزة قياس المغناطيسية. تستخدم هذه المستشعرات خريطة للسماء وتقوم بمحاذاة ما تراه مع ما هو موجود على الخريطة لمعرفة المكان الذي تشير إليه.
ومن خلال الجمع بين أجهزة تعقب النجوم، وأجهزة استشعار الشمس، ومقاييس المغناطيسية، وجيروسكوب واحد، يستطيع هابل الحفاظ على دقة توجيه قريبة جدًا من تكوين الجيروسكوب الثلاثة – على الرغم من أن التكوين الجيروسكوبي الواحد سيحد من سرعة هابل في تتبع الأجسام في الفضاء.
يمتلك هابل واحدًا من أدق أنظمة التحكم في اتجاه التأشير على الإطلاق، وقد زود الناس بصور مذهلة للكون المبكر. لكن فقدان جميع الجيروسكوبات باستثناء اثنين هو مجرد تذكير آخر بأن أيام هابل أصبحت معدودة.
تم إطلاق خليفة هابل، تلسكوب جيمس ويب الفضائي، في 25 ديسمبر 2021. ويتمركز على بعد مليون ميل (1609344 كم) من الأرض عند ما يسمى نقطة لاغرانج الثانية (L2).
عند هذه النقطة، يكون التلسكوب والأرض والشمس في محاذاة دائمًا، ويحجب درع الشمس الواقي للتلسكوب أشعة الشمس. تسمح هذه الميزة لكاميرا الأشعة تحت الحمراء بالعمل في درجات حرارة باردة لتوفير صور ذات جودة أفضل بكثير.
في حين أن اكتشافات هابل الطويلة الأمد فتحت الكون أمام علماء الفلك، فإن ويب سيسمح لنا بالنظر بشكل أعمق في الكون من أي وقت مضى.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. بقلم : باناجيوتيس تسيوتراس . معهد جورجيا للتكنولوجيا
اقرأ أكثر:
باناجيوتيس تسيوتراس يتلقى تمويلًا من NSF، NASA، ONR، AFRL، AFOSR، ARL