የሥነ-ፈለክ ቤተ-ሙከራ የት ይገኛል?

በባዮሎጂ ወይም በኬሚስትሪ ዘርፎች ያሉ ተመራማሪዎች የሚያጠኑትን አካል በቤተ-ሙከራ ውስጥ በመያዝ እንደፈለጉ ሙከራዎችን ማከናወን ቢችሉም፣ በሥነ-ፈለክ (Astronomy) ግን ሁኔታው የተለየ ነው። የሰማይ አካላትን በአካል ሄደን መጎብኘት ስለማንችል፣ ጥናታችን ሙሉ በሙሉ ሊባል በሚችል ደረጃ የተመሠረተው እነሱ በሚልኩልን 'መልዕክተኛ' ወይም ወደ እኛ በሚመጣው ብርሃን ላይ ነው። በሥነ-ፈለክ ዘርፍ ግዙፉ ቤተ-ሙከራችን አጽናፈ-ዓለሙ ነው (The universe is our lab)!

ይህንን ሰፊ ርቀት ለመረዳት፣ የሰው ልጅ ከሠራቸው ነገሮች ሁሉ በጣም ርቆ የሚገኘውን ቮዬጀር 1 (Voyager 1) መንኮራኩርን እንደ ምሳሌ እንውሰድ። ይህ መንኮራኩር በሰዓት ከ38,000 ማይል በላይ በሆነ ፍጥነት ለ50 ዓመታት ያህል ቢጓዝም፣ ወደ እኛ በጣም ቅርብ ወደሚገኘው ፕሮክሲማ ሴንታሪ (Proxima Centauri) የተባለ ኮከብ የሚወስደውን መንገድ 0.05% እንኳን አልሸፈነም። በዚህ ፍጥነት የራሳችንን ሚልኪ ዌይ ጋላክሲ እምብርት ለመድረስ ከ450 ሚሊዮን ዓመታት በላይ ይፈጅብናል። ይሁን እንጂ የእኛ ጋላክሲ በዚህ ሰፊ የጠፈር ውቅያኖስ ውስጥ እንደ አንዲት ትንሽ የውሃ ጠብታ ብቻ ነው። የአሁኑ የሳይንስ ግምቶች እንደሚጠቁሙት በሚታየው አጽናፈ ዓለም ውስጥ በትንሹ ከ200 ቢሊዮን እስከ 2 ትሪሊዮን የሚደርሱ ጋላክሲዎች ይገኛሉ።

ከ1977 ጀምሮ የፀሐይ ስርዓታችንን በማጥናት ላይ የሚገኘው የናሳ መንኮራኩር ቮዬጀር 1 የምስል ምንጭ፦ ስቴሲ ዙ / ማሸብል ኮምፖዚት፤ ናሳ / ጄ.ፒ.ኤል-ካልቴክ (Stacey Zhu / Mashable composite; NASA / JPL-Caltech)

ለዚህ ነው ስነ-ፈለክ (Astronomy) እኛ በገነባነው አነስተኛ ክፍል ወይም ላቦራቶሪ ውስጥ ብቻ የሚወሰን ሳይንስ አይደለም የምንለው፤ አጽናፈ ዓለሙ ራሱ የእኛ ግዙፍ ቤተ-ሙከራ ነው። በሥነ-ፈለክ ጥናት ውስጥ ብርሃን መረጃን ብቻ ሳይሆን ታሪክንም ተሸክሞ የሚመጣ መልእክተኛ ነው። ከፀሐይ አወቃቀር ጀምሮ እስከ አጽናፈ-ዓለም መስፋፋት ድረስ ያገኘናቸው እውቀቶች በሙሉ ብርሃንን የመተርጎም ችሎታችን ውጤቶች ናቸው። ብርሃን የሚጓዝበት ፍጥነት ውስን በመሆኑ፣ ከሩቅ ከዋክብት የሚመጣው ብርሃን የጥንት ምስላቸውን ይዞልን ይመጣል። ስለዚህ ወደ ጠፈር ስንመለከት ርቀትን ብቻ ሳይሆን፣ ባለፈው ዘመን የተከሰተን የቀድሞ ታሪክ በጊዜ ማሽን ወደ ኋላ እየተመለከትን ነው።

የምስል ምንጭ፦ NASA, ESA (Herschel እና Planck)፣ Lavochkin Association (Specktr-R)፣ HESS Collaboration (HESS)፣ Salt Foundation (SALT)፣ Rick Peterson/WMKO (Keck)፣ Gemini Observatory/AURA (Gemini)፣ CARMA team (CARMA)፣ እና NRAO/AUI (Greenbank እና VLA); የጀርባ ምስል ከ NASA። ዝርዝር መረጃ፦ Forbes / Starts With A Bang

የሥነ-ፈለክ ምልከታ ሽግግር

ቴሌስኮፕ ገና ባልተፈጠረበት ዘመን፣ የሰው ልጅ ሰማይን የሚመረምርባቸው ብቸኛ መስኮቶች ዓይኖቹ ነበሩ። ምንም እንኳ ዓይኖቻችን በጥቂት ሚሊሜትር ስፋታቸው የተነሳ የሚቀበሉት የብርሃን መጠን ውስን ቢሆንም፣ በነዚሁ ውስን መሣሪያዎቻችን የአጽናፈ-ዓለሙን ግርማ ለማድነቅና ምስጢሩን ለመከታተል ችለናል። ሆኖም ጥልቅ የሆነውን የጠፈር ምስጢር ለመመልከት ግን ዓይኖቻችን ብቻቸውን በቂ አልነበሩም።

ከባዮሎጂያዊ ወደ ቴክኒካዊ ምልከታ የተደረገው ሽግግር የተጀመረው በ1608 እ.ኤ.አ. የደች መነጽር ሰሪ ሃንስ ሊፐርሼይ ለመጀመሪያው 'የሩቅ መመልከቻ መነጽር' (spyglass) የፈቃድ ጥያቄ ሲያቀርብ ነበር። ይህ መሣሪያ ለመርከብ ጉዞ ታስቦ የተሰራ ቢሆንም፣ በ1609 እ.ኤ.አ. በጋሊልዮ ጋሊሊ አማካኝነት ወደ ሌላ ደረጃ ተሸጋገረ። ጋሊልዮ የራሱን ሪፍራክቲንግ (Refracting) ቴሌስኮፕ ከሌንስ በመስራት ወደ ሰማይ በማቅናት፣ የጁፒተርን ጨረቃዎችና የጨረቃን ጉድጓዶች አገኘ። ይህም ጽንፈ-ዓለሙ በባዶ ዓይን ከሚታየው በላይ እጅግ ውስብስብ እና ውብ መሆኑን አረጋገጠ።

በፍሎረንስ በሚገኘው ሙዚየም ጋሊልዮ (Museo Galileo) ለዕይታ የቀረቡ በጋሊልዮ ጋሊሊ እንደተሠሩ የሚገመት 'ካኖቺያሊ' (Cannocchiali) ቴሌስኮፖች። (የላይኛው፦ ከ1610–1630፤ ታችኛው፦ ከ1609–1640 ዓ.ም. የነበሩ)። የምስል ምንጭ፦ Sailko / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

ሌንስን የሚጠቀሙ ቴሌስኮፖች መጠናቸው እየጨመረ ሲሄድ 'ክሮማቲክ አበሬሽን' (chromatic aberration) የተባለ፣ የተለያዩ የብርሃን ሞገዶችን በተለያዩ ነጥቦች ላይ በማገናኘት ምስልን የማደብዘዝ ችግር አጋጠማቸው። ይህንን ለመፍታት አይዛክ ኒውተን በ1668 ዓ.ም. ሪፍሌክቲንግ (Reflecting) ወይም መስተዋትን የሚጠቀም ቴሌስኮፕን ፈጠረ። ይህ መሣሪያ ከሌንስ ይልቅ ጎባጣ መስተዋቶችን በመጠቀም ሰፊ እይታና ግልጽ ምስል ሰጠ። በ1840 ጆን ዊሊያም ድራፐር የመጀመሪያውን የጨረቃ ፎቶግራፍ በማንሳት ብርሃንን በቋሚነት መቅዳት እንደሚቻል አሳየ።

የዛሬው የምልከታ አቅም፦ ግዙፎቹ የጠፈር ዓይኖች

ዘመናዊው የስነ-ከዋክብት ጥናት ብርሃንን ለመሰብሰብ የኢንጂነሪንግ ወሰኖችን ጥሷል። በኦፕቲካል (የሚታይ ብርሃን) ዘርፍ ከጋሊልዮ ትንሽዬ ቴሌስኮፕ ተነስተን ወደ ግዙፍ ቴሌስኮፖች ተሻግረናል። ዛሬ በመሬት ላይ ያሉ ታላላቅ የምልከታ ጣቢያዎች ከ8 እስከ 10 ሜትር ስፋት ያላቸው መስተዋቶችን ይጠቀማሉ። አሁን ደግሞ 39 ሜትር ስፋት ያለውና የሩቅ ፕላኔቶችን ምስል እጅግ በተሻለ ጥራት ማንሳት የሚያስችለውን ኤክስትሪምሊ ላርጅ ቴሌስኮፕ (ELT) በመገንባት ላይ እንገኛለን።

ኢ.ኤል.ቲ (ELT) በሴሮ አርማዞንስ (Cerro Armazones) ላይ ሲገነባ ምን ሊመስል እንደሚችል የሚያሳይ ምስል። የምስል ምንጭ፦ ESO/L. Calçada

ወደ ራዲዮ ሞገዶች ስንገባ ከዚህም የላቀ ስኬት አስመዝግበናል። የራዲዮ ሞገዶች ከኦፕቲካል ሞገዶች እጅግ ረጅም ስለሆኑ፣ እነሱን ለማየት ግዙፍ "ዓይኖች" ያስፈልጉናል። በቻይና የሚገኘው የFAST ቴሌስኮፕ 500 ሜትር ስፋት ቢኖረውም፣ ቬሪ ሎንግ ቤዝላይን ኢንተርፌሮሜትሪ (VLBI) የተባለ ዘዴን በመጠቀም ይህንንም ማለፍ ተችሏል።

ለምሳሌ ኢ.ኤች.ቲ (EHT - Event Horizon Telescope) በዓለም ዙሪያ ያሉ የራዲዮ ሳህኖችን በማስተሳሰር የምድርን ያህል ስፋት ያለው መሣሪያ የሚፈጥር ዓለም አቀፍ ጥምረት ነው። ይህ ዘዴ በጋላክሲያችን መሃል የሚገኘውን SgrA* እና በቪርጎ ኤ ጋላክሲ ውስጥ የሚገኘውን M87 የተባሉ ግዙፍ ጥቁር ቀዳዳዎችን (Black Holes) መጠን ለመለካት ረድቷል። በእነዚህ ምልከታዎች የተገኘው የጥቁር ቀዳዳ ጥላ መጠን ከሳይንሳዊ ትንበያዎች ጋር አብሮ ይሄዳል። ይህ ቴሌስኮፕ ያለውን ጥራት ለመረዳት፦ በፓሪስ ከተማ የመንገድ ዳር ካፌ ሆኖ ኒውዮርክ ውስጥ ያለን ጋዜጣ እንደማንበብ ይቆጠራል።

በደቡብ ምዕራብ ቻይና፣ ጉይዙ ግዛት የሚገኘው ባለ 500 ሜትር ክብ ቅርጽ ያለው የራዲዮ ቴሌስኮፕ (FAST) የምስል ምንጭ፦ NAO/FAST

የከባቢ አየር ተግዳሮት፦ በመሬትና በጠፈር ቴሌስኮፖች መካከል ያለው ልዩነት

ምንም እንኳን መሬት ላይ ግዙፍ ቴሌስኮፖች ብንገነባም፣ የምድር ከባቢ አየር (Earth's Atmosphere) ዋነኛው የሳይንሳዊ ምልከታ ተግዳሮት ነው። ከባቢ አየሩ ለተለያዩ የብርሃን የሞገድ ርዝመቶች (Wavelengths) የሚሰጠው ምላሽ የተለያየ በመሆኑ፣ እንደ "ቆሻሻ መስኮት ሊገለጽ ይችላል። ከባቢ አየራችን የሚታይ ብርሃን (Visible Light) እና የተወሰኑ የራዲዮ ሞገዶች ያለምንም ችግር እንዲያልፉ ይፈቅዳል። ለዚህ ነው ግዙፍ የራዲዮ ዲሾች እና ኦፕቲካል ቴሌስኮፖች በመሬት ላይ መገንባት የተቻለው። የሚታይ ብርሃን ወደ መሬት ቢደርስም፣ በከባቢ አየር ውስጥ ያለው የሙቀት እና የንፋስ መለዋወጥ ብርሃኑን በማዛባት ምስሉ እንዲደበዝዝ (Blurring) ያደርገዋል። እንደ ጋማ ጨረር (Gamma rays)፣ ኤክስ-ሬይ (X-rays) እና አብዛኛው አልትራቫዮሌት (UV) ያሉ አደገኛና ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ጨረሮች በከባቢ አየር የላይኛው ክፍል ይዋጣሉ። እንዲሁም የውሃ ትነት (Water vapor) እና ካርቦን ዳይኦክሳይድ አብዛኛውን የኢንፍራሬድ (Infrared) ጨረር ያግዳሉ።

የምድር ከባቢ አየር የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶችን የማሳለፍ ብቃት (Transmittance) ወይም የመከልከል ባህሪ (Opacity)። የምስል ምንጭ፦ ናሳ

ይህንን ለመቅረፍ ሃብል (Hubble) ቴሌስኮፕ በ1990 እ.ኤ.አ. እንዲሁም የጄምስ ዌብ (JWST) ቴሌስኮፕ በ2021 እ.ኤ.አ. እና ሌሎችም በርካታ ቴሌስኮፖች ወደ ህዋ ተልከዋል። እነዚህ መሣሪያዎች ከከባቢ አየር በላይ በመሆናቸው፣ መሬት ላይ ሆኖ ለመሰብሰብ የማይቻሉትን የጨረር መስኮች (Electromagnetic Windows) በከፍተኛ ጥራትና ጥልቀት መሰብሰብ ችለዋል።

ከሚታየው ብርሃን ባሻገር፦ መልቲ-ዌቭ ሌንግዝ (Multiwavelength) ምልከታ

ሌላው አስገራሚው የዕድገት ምዕራፍ፣ እኛ የምናየው ብርሃን (Visible Light) ከአጠቃላዩ የአጽናፈ ዓለም የብርሃን ሞገድ ውስጥ እጅግ ጥቂቱን ክፍል ብቻ እንደሚወክል መረዳታችን ነው። ለምሳሌ ያህል፣ ጋላክሲዎች የኤሌክትሮማግኔቲክ ጨረሮችን በሁሉም የሞገድ ርዝመትና የፍሪኩዌንሲ ክልሎች ይረጫሉ። በመሆኑም እነዚህን ግዙፍ አካላት በሙላት ለመረዳት፣ በሁሉም የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች የሚረጩትን ጨረሮች ለይቶ መሰብሰብና መተንተን አስፈላጊ ነው።

የ SED (Spectral Energy Distribution) ትንተና የአንድን ጋላክሲ 'ጭምብል' በመግለጥ የሚከተሉትን ምስጢሮች እንድንረዳ ያስችለናል፡- የአልትራቫዮሌት (Ultraviolet) ሞገድ በጋላክሲው ውስጥ ምን ያህል ግዙፍ እና ወጣት ከዋክብት እንደሚገኙ ይጠቁመናል፤ ምክንያቱም እነዚህ ከዋክብት ከፍተኛ ኃይል ያለው የUV ጨረር ይረጫሉ። ኢንፍራሬድ (Infrared) ደግሞ ጥቅጥቅ ያለውን የአጽናፈ-ዓለም አቧራ (Cosmic dust) ሰንጥቆ በማለፍ፣ በአቧራ የተሸፈኑ የከዋክብት መፈልፈያ ቦታዎችን እንድናይ ይረዳናል። የኤክስ-ሬይ (X-rays) ሞገድ ደግሞ በጋላክሲው እምብርት ላይ የሚገኘው ግዙፍ ጥቁር ቀዳዳ (Supermassive Black Hole) ምን ያህል ንቁ እንደሆነና በዙሪያው ያለውን ቁስ እንዴት እንደሚመገብ ፍንጭ ይሰጠናል።

የሜሲየር 51 (M51) ጋላክሲ በተለያዩ የብርሃን ሞገዶች ሲታይ፤ ከኤክስ-ሬይ (Chandra) እስከ ራዲዮ ሞገድ (VLA)። እያንዳንዱ ምስል ስለ ጋላክሲው የተለያየ ሳይንሳዊ መረጃ ይሰጣል። የምስል ምንጭ: NASA/CXC/SAO; NASA/JPL-Caltech; NASA/AURA/STScI; MPIfR Bonn. SED Fitting

የሥነ-ፈለክ ምርምር በአራት ግድግዳዎች ውስጥ በሚገኝ ላቦራቶሪ ብቻ የተገደበ አይደለም። መላው አጽናፈ-ዓለም ግድግዳ የሌለው ግዙፍ ቤተ-ሙከራችን ነው። ሳይንቲስቶች እነዚህን የተለያዩ የብርሃን ሞገዶች በማቀናጀት፣ ስለ አጽናፈ-ዓለሙ ኬሚካላዊ ይዘት፣ ስለ ኃይል ምንጮቹና ስለ ዕድሜው ሙሉ ምስል የሚሰጠውን የታሪክ መዝገብ በማጥናት ላይ ይገኛሉ።