عظمت و بیکران بودن کهکشان‌ها دو ویژگی منحصربه‌فردی است که بشر را از ابتدای خلقت شیفته خود کرده و انسان همواره بدنبال شناخت بیشتر آن بوده است. رصدخانه فضایی به ابزارهایی مانند تلسکوپ گفته می‌شود که در فضای بیرونی و خارج از جو زمین مستقر شده و برای رصد سیارات دوردست، کهکشان‌ها و دیگر اشیای فضایی به‌کار می‌روند.
تلسکوپ‌های فضایی یا در مداری به دور زمین در چرخش هستند و یا در یکی از نقاط لاگرانژی زمین-ماه و یا زمین-خورشید قرار گرفته‌اند. تلسکوپ هابل یک نمونه از تلسکوپ‌های فضایی است. رصدگرهای فضایی برخی مشکلات رصدخانه‌های زمینی در رصدگری مانند آلودگی نوری و انتشار تابش الکترومغناطیسی را ندارند.
از مزایای تلسکوپ‌های فضایی می‌توان موارد زیر را نام برد:
- نبود گرد و غبار در مسیر دید
- نبود پراکنش نور خورشید و ماه در اثر مولکول‌های جو سیاره
- نبود آلودگی نوری ناشی از مظاهر تمدن بشری
- نبود آلودگی جوی و یا رطوبت در هوا
- امکان رصد در طول موج‌های نامرئی (جو زمین جلوی پرتوهای ایکس، فرابنفش، فروسرخ و... را می‌گیرد).
تلسکوپ فضایی هابل
تلسکوپ فضایی «هابل»
اما خاص‌ترین تلسکوپ فضایی، تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope) است. ۳۰ سال پیش اولین تلسکوپ فضایی موسوم به هابل در یک برنامه مشترک بین ناسا و سازمان فضایی اروپا توسط شاتل دیسکاوری به فضا پرتاب شد.
نام این تلسکوپ از نام کیهان‌شناسی به نام «ادوین هابل» گرفته شد. هابل یکی از بزرگترین و پرکاربردترین تلسکوپ‌ها به شمار می‌آید. هابل اولین تلسکوپی است که می‌توان آن را در فضا تعمیر کرد و تاکنون حدود پنج بار روی آن تعمیرات صورت گرفته است. آخرین ماموریت تعمیراتی هابل در سال ۲۰۰۲ میلادی انجام شد. در این ماموریت با تعویض بخش‌هایی از تلسکوپ فضایی، کارایی آن به میزان زیادی افزایش یافت. در این ماموریت صفحات خورشیدی تلسکوپ فضایی که آسیب دیده بودند، تعویض شدند.
منبع تغذیه نیروی الکتریکی که انرژی تلسکوپ را فراهم می‌کرد به کلی تعویض شد و برای این کار برق تلسکوپ فضایی برای اولین بار در فضا و ارتباطش با مرکز کنترل و فرماندهی روی زمین هم قطع شد. همچنین در این مأموریت، دوربین فروسرخ NICMOS که به دلیل مشکل سیستم خنک‌کننده بلااستفاده مانده بود، تعمیر و راه‌اندازی شد. علاوه بر همه این اصلاحات مهندسان ناسا دوربین بسیار قوی جدید خود موسوم به دوربین پیشرفته نقشه‌برداری را روی تلسکوپ فضایی نصب کردند.
عکس‌های خارق العاده این دوربین، تا مدتها مورد بحث مجامع علمی جهان بود. تلسکوپ فضایی هابل هم مانند بسیاری از ماموریت‌های فضایی موفق دیگر بیشتر از آنچه که پیش‌بینی می‌شد، کار کرده است و زمزمه‌ها درباره بازنشستگی‌اش به گوش می‌رسد. تمام فعالیت‌های تلسکوپ فضایی هابل توسط پایگاه‌های زمینی کنترل می‌شوند.
نقطه مرکزی تمام عملیات‌ها تیم عملیات پرواز است که در مرکز پرواز فضایی گودارد واقع در مریلند، قرار دارد. گرفتن عکس‌های رنگی با تلسکوپ فضایی هابل بسیار پیچیده‌تر از گرفتن این عکس‌ها با دوربین معمولی است. اولین تفاوت آن است که هابل هرگز از فیلم رنگی استفاده نمی‌کند بلکه با استفاده از آشکارسازهای الکترونیکی خود نور را از فضا جمع آوری و ثبت می‌کند.
عکس‌های ارسالی هابل ترکیبی از ترکیب چند عکس سیاه و سفید به نمایندگی رنگ‌های مختلف نور به وجود می‌آیند. پنج ابزار دقیق تلسکوپ هابل یعنی دوربین‌ها، طیف نگارها و حسگرهای رهنمایی بسیار دقیق به طور هماهنگ و مجزا از هم کار می‌کنند تا عکس‌های عالی را از دورترین نقاط هستی به ما برسانند. هر کدام از ابزارها برای مشاهده جهان از راهی منحصربه‌فرد در نظر گرفته شده‌اند.
تلسکوپ فضایی جیمز وب
تلسکوپ فضایی «جیمز وب»
تلسکوپ فضایی «جیمز وب» (James Webb Space Telescope) جایگزین تلکسوپ فضایی هابل خواهد بود. تلسکوپ جیمز وب با اندازه‌ای بزرگتر و قدرتی بالاتر و البته هدف‌هایی متفاوت در دست طراحی است. ابعاد این تلسکوپ بزرگتر از هابل است و دارای آینه‌ای عظیم خواهد بود که بر قدرت رصدگری آن می‌افزاید و به علاوه نسبت به هابل دورتر از زمین مستقر خواهد شد. بودجه ۸.۸ میلیارد دلاری تلسکوپ تلسکوپ فضایی جیمز وب آن را به یکی از بزرگترین و پرهزینه‌ترین پروژه‌های تاریخ ناسا مبدل ساخته است.
چهار ابزار علمی بسیار پیشرفته برای تلسکوپ فضایی جیمز وب در نظر گرفته شده است؛ ابزار مادون قرمز متوسط برای تهیه تصاویر شبیه هابل از کهکشان‌ها، دنباله‌دارها و اجرام آسمانی سنگین توسط کنسرسیوم اروپا آماده شده و در سال ۲۰۱۲ به ناسا تحویل داده شد. دوربین فیلتردار مجهز به حسگرهای دقیق FGS-TFI برای تصاویر با وضوح تصویری بالا از سایر اجرام آسمانی نیز توسط آژانس فضایی کانادا ساخته و دو سال پیش در اختیار ناسا قرار گرفته است.
بنابر برنامه‌ریزی‌ها تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) قرار است در ماه مارس سال ۲۰۲۱ پرتاب شود که اگر پرتاب آن با موفقیت انجام شود، به بزرگترین تلسکوپ فضایی تاریخ تبدیل خواهد شد. آینه اصلی جیمز وب که عنصر بصری این تلسکوپ است، از ۱۸ قسمت آینه شش ضلعی تشکیل شده که آینه‌ای با قطر ۶٫۵ متر را تشکیل می‌دهند. این آینه بسیار بزرگتر از آینه هابل با قطر ۲٫۴ متر است.
بر خلاف هابل که طیف‌های اشعه فرابنفش، طیف مرئی و مادون قرمز (۰٫۱ تا ۱ میکرومتر) را مشاهده می‌کند، تلسکوپ جیمز وب در محدوده فرکانس پایین‌تری از نور مرئی با طول‌موج بلند از طریق مادون قرمز (۰٫۶ تا ۲۷ میکرومتر) رصد خواهد کرد که به آن اجازه می‌دهد اجرام بزرگ انتقال به سرخ را مشاهده کند که برای هابل بیش از حد دور و بسیار قدیمی هستند.
این تلسکوپ باید بسیار سرد نگه داشته شود تا بتواند اشعه مادون قرمز را بدون تداخل دریافت کند، بدین منظور تلسکوپ در فضا در نزدیکی نقطه لاگرانژی خورشید قرار خواهد گرفت و یک آفتابگیر بزرگ آینه و دیگر قطعات تلسکوپ را در دمای زیر ۲۲۳/۲- درجه سانتی‌گراد نگه می‌دارد. تلسکوپ "جیمزوب" توسط ناسا با مشارکت آژانس فضایی کانادا و آژانس فضایی اروپا توسعه داده شده است و به افتخار «جیمز ای. وب» که از سال ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۸ به عنوان مدیر ناسا مشغول به کار بوده و نقش مهمی در برنامه فضایی آپولو داشته، نامگذاری شده است.
تلسکوپ فضایی اسپیتزر
تلسکوپ فضایی «اسپیتزر»
تلسکوپ فضایی اسپیتزر (Spitzer Space Telescope) یک تلسکوپ فضایی در طول موج مادون قرمز است. این تلسکوپ چهارمین و آخرین مرحله از پروژه برنامه بزرگ تلسکوپ‌های ناسا بود. این پروژه ۸۰۰ میلیون دلار آمریکا هزینه در بر داشت. اسپیتزر در ۲۵ اوت ۲۰۰۳ از سکوی پرتاب کیپ کاناورال همراه با موشک دلتا ۲ پرتاب شد.
مداری که اسپیتزر دنبال می‌کند مدار معمول زمین‌مرکز نیست بلکه یک مدار خورشیدمرکز است و در نتیجه این تلسکوپ سالانه ۰٫۱ واحد نجومی از زمین دور می‌شود. قطر آینه اصلی آن ۸۵ سانتیمتر بوده و از برلیوم ساخته شده است و تا ۵٫۵ کلوین سرد شده است.
تلسکوپ فضایی تِس
تلسکوپ فضایی «تس»
تلسکوپ فضایی «تس» (TESS - Transiting Exoplanet Survey Satellite) که ۱۸ اوریل سال ۲۰۱۸ به فضا پرتاب شد، سال ۲۰۱۹ موفق به شکار اولین سیاره فراخورشیدی هم‌اندازه زمین شد. دانشمندان تخمین می‌زنند که این سیاره فراخورشیدی، دارای شعاعی حدود ۲.۷ برابر زمین باشد.
ماهواره نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران (تس) یک تلسکوپ فضایی ساخت ناسا است که ۱۸ آوریل سال ۲۰۱۸ میلادی به فضا پرتاب شد. به عنوان ادامه برنامه کاوشگران، هدف تس، جستجوی سیاره‌های فراخورشیدیِ بیشتر در فضایی ۴۰۰ برابر پوشش مأموریت کپلر با استفاده از روش گذر است که در کهکشان‌های دیگر به ویژه در مدار ستاره‌های پر نور اطراف خودشان در فاصله‌ای که امکان حیات در آن وجود داشته باشد قرار دارند.
با استفاده از تس، ممکن است توده، اندازه، تراکم و مدار یک گروه بزرگ از سیارات کوچک، از جمله نمونه‌ای از دنیای سنگی در مناطق قابل سکونت ستارگان میزبان، مطالعه شود. تس اهداف اولیه را برای تسلط بیشتر توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب و دیگر تلسکوپ‌های فضایی و زمینی آینده ارائه خواهد داد.
تلسکوپ فضایی چئوپس
تلسکوپ فضایی «چئوپس»
آژانس فضایی اروپا قصد دارد یک تلسکوپ فضایی را برای بررسی سیارات فراخورشیدی به فضا پرتاب کند. تاکنون هزاران سیاره فراخورشیدی کشف شده‌اند و اکنون زمان آن رسیده که این سیارات مورد بررسی دقیق‌تر قرار بگیرند. «آژانس فضایی اروپا» ۲۸ آذر سال ۱۳۹۸ تلسکوپ «چئوپس» (CHEOPS - CHaracterising ExOPlanets Satellite) را با هدف انجام مطالعات دقیق پیرامون سیارات فراخورشیدی دور دست کشف شده توسط تلسکوپ‌های فضایی قبلی مانند «کپلر» و «تس» با موفقیت به فضا فرستاد.
این تلسکوپ فضایی سوار بر موشک «Soyuz-Fregat» در مدار قرار گرفت. این موشک همچنین حامل یک ماهواره رصد زمین برای ایتالیا و سه تاسواره بود. چئوپس، اولین ماهواره آژانس فضایی اروپا است که به جستجوی جهان‌های بیگانه در حال گردش به دور ستاره‌های دور دست اختصاص داده شده است.
این تلسکوپ نگاه خود را بر ستارگانی خیره خواهد کرد که قبلاً میزبان سیاره‌هایی تشخیص داده شده‌اند که از نظر اندازه، بین زمین و نپتون هستند. هنگامی که یک سیاره در راستای نگاه این تلسکوپ از جلوی ستاره خود عبور می‌کند، چئوپس با استفاده از نورسنج دقیق خود اندازه‌گیری‌های دقیقی از اندازه آن جرم آسمانی انجام می‌دهد.
دانشمندان با تلفیق اطلاعات اندازه این سیاره‌ها و اندازه گیری جرم آنها و استفاده همزمان از اطلاعات سایر رصدخانه‌ها می‌توانند میانگین چگالی جهان را محاسبه کنند. همچنین می‌توانند ترکیب و ساختار آنها را مدلسازی کنند و حتی مشخص کنند که آیا ممکن است محیط مناسبی برای حمایت از زندگی فرازمینی باشند یا خیر.
تلسکوپ چئوپس، یک تلسکوپ نسبتا کوچک است و در مقایسه با «تلسکوپ فضایی هابل» که ۱۳.۲ متر طول و ۴.۲ متر عرض دارد، بسیار کوچک به نظر می‌رسد. برخلاف تلسکوپ فضایی هابل که برای اهداف گوناگون به کار می‌رود، چئوپس فقط برای اهداف خاصی کاربرد دارد. این تلسکوپ به طور خاص برای بررسی شعاع سیاراتی ساخته شده که در حال حاضر جرم آنها مورد ارزیابی قرار دارد.
تلسکوپ فضایی کپلر
تلسکوپ فضایی «کپلر»
کپلر (Kepler Space Telescope) یک تلسکوپ فضایی ساخت ناسا است که با هدف کشف سیارات فراخورشیدی مشابه زمین به فضا پرتاب شده است و برای این کار درخشندگی ۱۰۰ هزار ستاره را در عرض ۳٫۵ سال بررسی کرد تا نشانه‌ای از کاهش درخشندگی بر اثرگذار سیاره‌ای بیابد. این مأموریت به نام ستاره‌شناس آلمانی «یوهانس کپلر» نامگذاری شده است.
تلسکوپ فضایی کپلر حتی پس از بازنشستگی هم دست از اکتشاف برنداشت و تصاویری از یک سیاره گازی شبیه به نپتون، یک اَبَر زمین و یک سیاره شبیه به زحل (که به دور ستاره‌ای در ابعاد خورشید ما می‌چرخید) را به زمین ارسال کرد. سازمان هوافضای ناسا آخرین تصویر ثبت شده توسط تلسکوپ فضایی کپلر به اسم «آخرین نور» (Last Light) را منتشر کرده است.
ناسا همچنین اظهار داشته که تلسکوپ مذکور یک ماه پس از ثبت این عکس، با اتمام سوخت به پایان عمر خود رسیده است. سیاره‌ی K2-18b (سیاره تازه کشف‌شده سکونت‌پذیر) در نقطه‌ای مطبوع، دور ستاره‌ی میزبان خود که K2-18 نام دارد، در گردش است؛ منطقه‌ی زیست‌پذیری که در آن، دما برای جمع شدن آب روی سطح سیاره کاملا مناسب است.
پژوهشگران K2-18b را به کمک تلسکوپ فضایی کپلر کشف کردند. سال گذشته ستاره‌شناسان با کمک داده‌های تلسکوپ فضایی کپلر توانستند دو سامانه سیاره‌ای جدید مشابه سامانه خورشیدی را کشف کنند. یکی از این دو سامانه، میزبان سه سیاره مشابه اندازه زمین است.
تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ
تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ
ناسا با انجام ماموریت «تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ» (WFIRST - Wide Field Infrared Survey Telescope) قصد مطالعه بیشتر کیهان را دارد. این تلسکوپ طرح مفهومی یک ماموریت است که در پاسخ به سوالات اساسی در زمینه کشف سیارات فراخورشیدی و تحقیقات انرژی تاریک مطرح شده است.
ناسا خواستار استفاده از تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ برای انجام یک مجموعه تحقیقاتی گسترده شده است. در این برنامه‌های تحقیقاتی جدید، پدیده‌های تازه کشف شده از انرژی تاریک، اندازه‌گیری تاریخ شتاب کیهانی و سرشماری سیاره‌های فراخورشیدی مورد مطالعه ناسا قرار می‌گیرند.
اخیرا این پروژه نقطه عطفی برای برنامه‌های فنی و پیچیده ناسا است و چراغ سبزی برای آغاز توسعه و آزمایش سخت‌افزارها به شمار می‌آید. قرار است تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ، نواحی ۱۰۰ برابر بزرگتر از تلسکوپ هابل ناسا را مشاهده و رصد کند. از این رو این تلسکوپ قادر خواهد بود سیگنال‌های مادون قرمز ضعیف از سراسر کیهان را کشف کند.
طراحی این تلسکوپ در مرحله پیشرفته‌ای قرار دارد و تیم تحقیقاتی پروژه قصد دارد طراحی نهایی تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ را با ساخت واحدهای آزمایشی مهندسی و مدلسازی، نهایی کند تا از عملکرد دقیق پروژه در فضا، اطمینان حاصل شود.