چشم‌های الکترونیکی در رصدهای نجومی

میکرو الکترونیک ابزار‌های اختر شناسی نوری را هم در بزرگترین مقایسه و هم در کوچکترین مقیاس، دستخوش تحول کرده است، کنترل کامپیوتری، ساخت و استفاده از تلسکوپهای هر چه بزرگتر را میسر می‌کند؛ نیم ‌رساناهای حساس به نور تضمین می‌کنند که اتلاف فوتون به حداقل برسد. بنابراین، اخترشناسانی که به این طریق مجهز شده‌‌اند می‌تواند اجرام دور دستی را ببینند که نور ضعیفشان در زمانی گسیل شده که عالم کمتر از نصف عمر کنون خود را داشته است. به علاوه می‌توانند طیف نوری ستارگان کهکشان‌های نزدیک را که از خلال ابر‌ها گاز و غبار مراکز کهکشانی به ما می‌رسد بگیرند و شاید هم بتوانند سیاراتی را ببینند که به دور ستارگان نزدیگ می‌گردند.
در سی سال گذشته آشکارسازی‌های نوری نیم رسانا (مرسوم به وسیله‌ای جفت شده با بار CCD) جای فیلم عکاسی را گرفته‌اند و به یک وسیلۀ استاندارد برای ثبت تصویر اجرام نجومی تبدیل شده‌اند، CCD ها که از سریعترین فیلم‌ها هم خیلی حساسترند، تا 70 درصد فوتون‌هایی را که به آن‌ها می‌تابند، آشکار می‌کنند. این کار با انباشتن الکترون‌هایی که از برخورد فوتون‌ها ایجاد می‌شود، صورت می‌گیرد در حال حاضر، این وسیله‌ها تنها نسبت به گستره‌ی محدودی از طول موج‌ها حساس است؛ اما انتظار می‌رود که با استفاده از اندوده‌های فلوئورسان بتوان تابش دریافت شده را به بسامد‌های CCD ها تبدیل کرد و به این طریق گستره‌ی طول موج‌ها را زیاد کرد.
افزایش تعداد واحد‌های تصویر به ازای هر وسیله میدان دید منجمان را وسیع می‌کنند؛ بسیاری از ستاره‌شناسان مشتاقانه در انتظار CCD جدیدی هستند که بیش از چهار میلیون واحد تصویر دارد و شرکت تکترونیکس آن را ساخته است.
تکنولوژی جدید ممکن است تجزیه‌ی نوری را هم که از اجرام دوردست دریافت می‌شود تسریع کند.
گردآوردن نور کافی برای طیف نمایی، به ساعت‌ها رصد احتیاج دارد، اما در سیستم‌های جدید، به کمک اجزای خودکار، می‌توان در آن واحد طیف اجرام متعدد را گرفت. در یکی از سیستم‌های مورد استفاده، نور 50 جرم سماوی موجود در میدان دید تلسکوپ، از طریق تار‌های نوری به طیف نگار می‌رسد. در سیستم‌های جدید تار نوری، مانند سیستمی که جان هیل در رصدخانه لیک سوار کرده است، یک آدم ماشینی این تار‌ها را در صفحه کانونی تلسکوپ جابه‌جا می‌کند و در مواضع درست قرار می‌دهد در این حال تلسکوپ‌ها نیز پیوسته نیرومندتر می‌شوند. توانایی جمع‌آوری نور تلسکوپ را می‌توان با بزرگتر کردن آینه اصلی آن افزایش داد، اما در مورد کیفیت نوری دستگاه نمی‌شود مسامحه کرد: رویه این آینه باید دقتی در حدود چند میلیونیم سانتی متر داشته باشد. بزرگ‌ترین تلسکوپ نوری جهان، که تلسکوپی است به قطر شش متر در کوهستان‌های قفقاز، به علت معیوب بودن آینه‌اش عکس‌هایی در حد متوسط می‌گیرد.
برای دستیابی به دقت مجاز در رویه‌ای به قطر هشت متر (که قطر آینه‌ی چندین تلسکوپی است که فعلاً در دست ساختمان است) باید از روش‌هایی استفاده کرد که تنها با محاسبات کامپیوتری سریع میسر است. اگر تک آینه‌ای با این ابعاد به کار برود، شکم خواهد داد مگر آنکه خیلی ضخیم باشد، که دراین صورت مستلزم یاتاقان‌ها بزرگ و (گرانقیمت) خواهد بود، که تحمل وزن آن را داشه باشد. این مشکل در تلکسوپ و.م. کلک که توسط دانشگاه کالیفرنیا وانستیوتوی تکنولوژی کالیفرنیا در مائوناکی ساخته شد با بهره‌گیری از 36 آینه شش گوش 8/1 متری، که تک آینه‌ی معادلی به قطر 10 متر را تشکل می‌دهند، برطرف شد. سیستم اپتیکی فعال این تلسکوپ با کنترل کامپیوتری، پایه‌های آینه را با دقت یک میلیونم اینچ تنظیم می‌کند و بدین طریق تغییر تنش‌ها گرانشی ناشی زا حرکت تلسکوپ را جبران می‌کند این آینه‌ها وقتی با هم ترکیب می‌شوند باید رویه‌ای شلجمی داشته باشند؛ تیغه شیشه در هنگام تراش چنان تحت فشار خواهد بود که رویه کروی اصلی بعد از برداشتن تنش به شکل درست خود باز گردد. اما پیشرفت در این راه آسان نبوده است: برش تیغه‌ها به صورت شش گوش تغییر شکل‌هایی پدید می آورد، و از این رو آزمون سیستم از زمان مقرر عقب افتاده است. جری‌نلسون کارشناس علمی طرح همچنان مطمئن است که با یک بار صیقل دادنِ اصلاحی بتوان این مسئله را حل کرد، و امیدوار است که تلسکوپ کِک"نخستین فروغ" را به موقع در سال ببیند.
ج. راجر انگل از دانشگاه آریزونا راه دیگری برای ساختن آینه در پیش گرفته است؛ او از این حسنِ تصادف بهره برداری می‌کند که رویۀ هر مایع چرخان شکلی سهمی وار دارد. او آینه‌های سبک وزنی با ساختمان‌شان – عسلی را در یک کورۀ گردان قالب ریزی می‌کند. این روش، زمان تراش را به چند هفته کاهش می‌دهد. مدت تراش یک آینه از یک تیغۀ تخت چندین سال است. چون انحنای سطح سهمی‌وار متغیر است (انگل در این فکر است که یک ابزار تراش با کنترل کامپیوتری بسازد، که شکلش ضمن حرکت بر رویۀ آینه تغییر می‌کند) آینه‌هایی که حین چرخیدن قالب ریزی می‌شوند، می‌توانند گودتر از آینه‌هایی باشند که به روشهای معمولی ساخته می‌شوند؛ با این عمل می‌توان از فاصلۀ کانونی کم کرد و تلسکوپهایی کوتاهتر و سبکتر – و در نتیجه ارزانتر – ساخت . انگل با موفقیت یک آینۀ 8/1 متری ساخته است و امیدوار است که سرانجام روش خود را تکمیل کند تا بتواند آینه بزرگ هشت متری تلسکوپ مازلان را که چندین مؤسسه، از جمله مؤسسۀ کارنگی واشنگتن در نظر دارند در شیلی بنا کنند) بسازد طراحی آینه‌های اصلی با قالب ریزی چرخشی در پروژه‌ کولومبوهم در نظر گرفته شده است. این پروژه شامل تلسکوپی است با عنوان اختصاصی NNTT که قرار است توسط کنسرسیوم دانشگاهی در آریوزونا ساخته شود. NNTTاز چهار آینه هشت متری تشکیل می‌شود که در مربعی بر یک پایه قرار می‌گیرند نوری که از این چهار آینه باز می‌تابد دریک کانون جمع می‌شود به این طریق تلسکوپ توانایی جمع آوری نور یک وسیلۀ 16 متری با قدرت تفکیک یک وسیلۀ 12 متری را خواهد داشت.
رصدخانه جنوبی اروپا با تلسکوپ پیشنهادی خیلی بزرگش (که بزرگترین تلسکوپ نوری جهان خواهد بود)، روش دیگری را در پیش گرفته است. این تلسکوپ، که در صورت تصویب باید در شیلی ساخته شود، عملاً از چهار تلسکوپ هشت متری تشکیل می‌شود که بر یک خط قرا ردارند.اتصال این تلسکو‌پها به یکدیگر باید از طریق تداخل سنجی نوری باشد تا بتوان جمع‌آوری نور آن برابر با توان یک تلسکوپ 16 متری بشود؛ (دست کم برای رصد‌های فروسرخ، که در آن انعطاف بیشتری در حدود دقت مجاز است) این نوع طرح، توان تفکیک را حداکثر می‌کند اما ترکیب باریکه‌ها واقعاً دشوار است. هر تلسکوپ را می‌توان به طور انفرادی هم به کاربرد. هر یک از آینه‌های نازک اولیه متکی به 150 عامل محرک الکترونیکی است، که برای جبران اثرات فشار باد و تنش‌های گرانشی هر ثانیه چندین بار شکل آینه را تنظیم می‌کنند.
در تلسکوپ‌های آینده باید از نور شناخت انعطاف پذیر استفاده شود که متکی بر عامل‌های محرکی است که اعوجاجهای ناشی از تلاطم جوی را در تصویر تصحیح می‌کند این اعوجاجها محدودیت اصلی مطالعات نجومی در ایستگا‌های زمین است. دشواری‌های محاسباتی و مهندسی فراوان‌اند زیرا لازم است که در هر ثانیه چند صدبار عمل تنظیم انجام شود به علاوه یک تلسکوپ بزرگ به 5000 عامل محرک نیاز دارد.
با وجود این بکرز متقاعد شده است که نور شناخت انعطاف پذیر دست کم برای کار در فرو سرخ جا خواهد افتاد او فعلاً سیستمی را می‌آزماید که در آن یک ستاره راهنمای درخشان به 37 تصویر فرعی شکافته می‌شود و از حرکت نسبتی آن‌ها استفاده می‌کند تا میزان تنظیم یک آینه قابل انعطاف را محاسبه کند. تعداد ستارگان پرنوری که از آن‌ها بتوان به عنوان راهنما استفاد کرد در آسمان شب کم است، اما اخیراً لیرد ا. تامسن از دانشگاه‌ هاوایی در مانوا نشان داده است که یک لایه طبیعی یون سدیوم در جو، نور یک باریکه‌ی لیزری قوی را چندان پراکنده می‌کند که یک ستاره‌ی راهنمای مصنوعی پدید می‌آید.
دست کم یک طرح احتمالی تلسکوپ وجود دارد که کاری با این تکنیک‌های جدید ندارد. ارمانوف. بورا ازدانشگاه لاوال کانادا فکر قدیمی آینه‌های مایع را احیا کرده است. یک لایه نازک جیوه را روی سطح چرخانی که تقریباً سهمی وار است قرار می‌دهیم. این آینه‌های مایع تنها بالا را می‌بینند که این یک نقص آشکار است بورا مزایا فراوانی برای آینه‌ها مایع ذکر می‌کند که ارزان بودن از اهم آنهاست او یک آینه یک متری را با نتایج رضایت‌بخشی امتحان کرده است و انتظار دارد که برای ساختن یک مدل 5/2 متری کمک‌های مالی دریافت کند. بورا معتقد است که این آینه‌ها سرانجام می‌تواند آینه‌های متداول را کنار بزنند: او خواب یک آینه مایع 30 متری را می‌بیند که احتمالاً چارچوبش بتواند بر آب چرخان متکی باشد.