مقدمه ای بر نجوم رصدی

بیشتر دانش ما در اخترفیزیک بر مبنای اندازه گیری تابش الکترومغناطیس است هر چند نویترینو ها و امواج گرانشی نیز حامل اطلاعات مهمی هستند. در طول موج های مختلف و نیز در زمینه های مختلف، تکنیک های متفاوتی وجود دارند که منجمان می توانند با استفاده از آنها پارامترهای فیزیکی اجرام آسمانی را اندازه گیری کنند. این تکنیک ها به ما امکان می دهند، برای مثال، بردار سرعت و میدان مغناطیسی، چگالی و فراوانی عناصر، دما، سرعت تلاطم و بسیاری دیگر از پارامتر ها را اندازه گیری کنیم. با توجه به پنجره های جو زمین، رصد در طول موج هایی نظیر فرابنفش، ایکس، گاما و بخش بزرگی از زیر قرمز از روی زمین امکان پذیر نیست. در نتیجه منجمان در این طول موجها رصدخانه های مداری دارند در بیرون جو زمین. جذب نور البته تنها اثر جو زمین نیست. اختلالی که جبهه موج نور در عبور از لایه های متلاطم جو زمین تجربه می کند همان عامل سوسو زدن ستاره هاست. این مساله توان تفکیک رصد های زمینی را محدود می کند. رصد خانه مداری هابل به این علت دستاوردهای بی نظیری داشته است که توان تفکیک بی نظیری در طول موج مریی و فرابنفش نزدیک در اختیار منجمان قرار داده است

نجوم رادیویی از مهم ترین پیشرفت های نجوم در قرن بیستم بود و تداخل سنجی رادیویی که توان تفکیکی بهتر از تلسکوپ فضایی هابل دارد (یک میلی ثانیه کمانی)، از مهم ترین تکنیک های منجمان است که سایه سیاهچاله به تازگی به کمک آن ثبت شد. طی دو دهه اخیر نجوم زیر قرمز نیز پیشرفت های چشم گیری داشته است و می توان امید داشت که طی چند دهه آینده کشفیات مهمی در این زمینه انجام شود. در کنار نجوم رادیویی و زیرقرمز، ساخت سیستم های اپتیک سازگار که اختلالات جو را تا حدی تصحیح می کنند از مهمترین دستاوردهای نجومی طی چند دهه اخیر هستند. این سیستم ها که امروزه در اغلب رصدخانه های مدرن وجود دارند با اندازه گیری اختلای جو زمین و تصحیح آن به شکل زنده، تصویری با توان تفکیک نزدیک به حد نظری توان تفکیک تلسکوپ به دست می دهند

یکی از ساده ترین تکنیک ها در نجوم رصدی تصویر برداری است. برای این کار یک فیلتر که پهنای باند کوچکی دارد در مسیر نور قرار می گیرد. بسته به پهنای باند و شدت نور چشمه، مدت نوردهی می تواند کوچک تر از یک میلی ثانیه یا در حد چند دقیقه باشد. برای مثال برای تصویر برداری از یک اختروش در قرمز گرایی نیم باید دوربین و فیلتر مناسب برای رصد های زیر قرمز نزدیک داشته باشیم. دوربین باید دست کم پنجاه درجه سردتر از محیط باشد چون نویز گرمایی در این شرایط بسیار مهم است. در عمل فقط قطر دهانه تلسکوپ نیست که تعیین می کند چه اجسام کم سویی قابل رصد هستند، بلکه حساسیت طیفی و کیفیت سرمایش آشکار ساز نیز بسیار موثر است. تصاویر ثبت شده با این روش با تکنیک های استاندارد پردازش می شوند. در طی این مراحل نه تنها جریان تاریک و همگن بودن حساسیت آشکارساز در نظر گرفته می شود، بلکه نور پراکنده در جو و در اپتیک تلسکوپ که در اثر غبار پدید می آید و نیز نوری که در اثر پراش پخش شده است تا حد امکان تصحیح می شوند. این عمل کنتراست و توان تفکیک تصویر را بالا می برد

یکی از مهم ترین تکنیک ها در اخترفیزیک رصدی، طیف سنجی یا طیف-قطبش سنجی است. در این روش نور ناحیه کوچکی از آسمان به طیف سنج می رسد. بسته به نوع، توان تفکیک و طول موج مورد نظر، بخشی از نور در خروجی ثبت می شود. بسته به شدت نور چشمه و سایر پارامتر ها، می توان از طیف سنجی با توان تفکیک طیفی از حدود هزار تا میلیون استفاده کرد. برای مثال زمان نوردهی لازم برای ثبت طیف یک ستاره از قدر دهم در یک تلسکوپ دو متری از مرتبه نیم ساعت است. در نتیجه می توان تصور کرد که ثبت طیف اختروش ها و اجسام در فاصله های کیهان شناسی چقدر زمان بر است. طیف سنجی یکی از مهم ترین تکنیک ها در اخترفیزیک است و بخش عمده ای از دانش ما بر مبنای طیف سنجی است. با طیف سنجی می توانیم برای نمونه وجود میدان الکتریکی و مغناطیس در جسم را با اثر اشتارک، اثر زیمان یا رژیم پاشن-بک اندازه گیری کنیم. طیف سنج های ویژه ای که برای کشف سیارات فراخورشیدی به کار می روند سرعت داپلری تا حد چند سانتیمتر بر ثانیه را تفکیک می کنند.

در طیف-قلبش سنجی، یک قطبش سنج که شامل المانهای فعال نوری است در امتداد محور اصلی تلسکوپ و پیش از رسیدن نور به طیف سنج قرار می گیرد. در این حالت با افزودن اختلاف فاز خاصی به نور چشمه می توان نور با قطبش نوع الف را به نوع ب تبدیل کرد. در عمل تراشه دوربین ها فقط به شدت نور حساسیت دارند نه فاز نور. در نتیجه در فرآیند بالا نور با قطبش های خطی و دایره ای به نور بدون قطبش اضافه یا از آن کم می شوند. حاصل این مجموعه اندازه گیری ها، دستگاهی است که در آن تعداد چهار یا بیشتر اندازه گیری انجام شده و با حل آن می توان چهار پارامتر استوکس را که قطبش با آن توصیف می شود محاسبه کرد