היכולת לראות עצמים רחוקים לפרטי פרטים, כאילו הם סמוכים לנו, שימשה מצביאים, יורדי ים ואסטרונומים לאורך ההיסטוריה. בעוד שבעבר מכשירי ההגדלה שימשו בעיקר לצרכים צבאיים, היום הטלסקופים מסייעים להרחבת הידע שלנו על היקום, ולחקר תהליכים שלאו דווקא יכולים להתרחש על כדור הארץ. זיהוי הרכבם של גרמי שמיים מרוחקים סייע רבות להבנה של תהליכים ביקום ואף לפיתוח טכנולוגיות מתקדמות.
עם חלוף המאות היכולת של האנושות לראות לא רק רחוק אלא גם בצורה מפורטת ואיכותית השתכללה עוד ועוד: מהגדלת גג בניין או ספינה רחוקה, ועד להתבוננות בגרמי שמיים במרחק מאות שנות אור מאיתנו ברזולוציה גבוהה, שמאפשרת לנו לחקור את עומק החלל. הכל בזכות כמה אנשים לאורך ההיסטוריה שהצליחו לראות רחוק (תרתי משמע), והניחו את היסודות בזה אחר זה, עד להתפתחות מכשיר הטלסקופ שאנו מכירים כיום.
7 צפייה בגלריה
עם חלוף המאות היכולת של האנושות לראות לא רק רחוק אלא גם בצורה מפורטת ואיכותית השתכללה. הדפס של Adriaen van de Venne שמראה את "הטלסקופ ההולנדי", 1624
(איור: ויקימדיה, Pieter Kuiper)
ההולנדים המלטשים
קשה לקבוע בוודאות מי היה הראשון שהמציא את הטלסקופ, שכן נראה שהוא הומצא יחסית במקביל בידי כמה ממציאים, שלא היו מודעים זה לקיומו של זה. רבים נוטים לייחס את ההמצאה למדען האיטלקי הדגול גלילאו גליליי, אבל ההמצאה המקורית הגיעה ככל הנראה מהולנד.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
החיים הסודיים של העטלפים
השקט שלפני הרעש
משפכים בחול: ארינמל וארי-תולע
האגדה מספרת שילדיו של הנס ליפרסהיי (Lippershey), מלטש עדשות הולנדי, שיחקו בכמה עדשות פגומות בסדנה של אביהם והצליחו לראות בהגדלה גג של בניין. בשנת 1608 הגיש ליפרסהיי לממשלת הולנד בקשת פטנט על מכשיר אופטי שיצר, שמורכב משתי עדשות ומאפשר לראות עצמים רחוקים בהגדלה של כפי עשרה.
כיצרן עדשות, ליפרסהיי הכיר את התכונות האופטיות שלהן, והשתמש ביכולת של העדשות לרכז ולפזר את האור שמגיע אליהן: עדשה קמורה (שצורתה דומה לכיפה) מרכזת קרני אור, ועדשה קעורה (שצורתה דומה לקערה) מפזרת קרני אור. לא ברור מי גילה לראשונה את העיקרון הזה, אבל אם נמקם שתי עדשות במרחק המתאים זו מזו, נקבל תמונה מוגדלת.
בקשת הפטנט של ליפרסהיי לא אושרה משום שבאותה תקופה התקבלו בקשות דומות מצד יצרני המשקפיים ג’ייקוב מטיוס (Metius) וזכריה ג’נסן (Janssen), שהיה ממציאי המיקרוסקופ. בנוסף, לא נמצאה דרך להגן על הפטנט ולשמור עליו בסוד. תיאור המצאתו של ליפרסהיי הופץ ברחבי אירופה, שם השתמשו בה עשירים בעיקר כשעשוע אופטי, אלא שאז הגיעה הבשורה לאיטליה, מקום מגוריו של מדען בשם גלילאו גליליי.
לשבור את האור
הטלסקופ (מיוונית: טלה τῆλε – רחוק; סקופ σκοπεῖν – לראות) שיצר ליפרסהיי היה טלסקופ שובר אור. הטכנולוגיה מאחוריו מבוססת על שבירת האור דרך מערכת של עדשות, ביניהן עדשה שממקדת את האור לעיני הצופה בחלקו האחורי של המכשיר. בשנת 1609 הגיעה השמועה על המצאת הטלסקופ לאוזני גלילאו גליליי, שכבר הספיק לעשות לעצמו שם כמדען מוערך.
גלילאו לא הסתפק בהשגת טלסקופ, אלא יצר גרסה משוכללת שלו והצליח לשדרג במידה רבה את יכולת ההגדלה שלו, עד לפּי עשרים. אבל גדולתו האמיתית לא התבטאה בהנדסה שמאחורי המכשיר, אלא בשימוש שבחר לעשות בו: גלילאו היה אולי הראשון שהביט דרך הטלסקופ בשמי הלילה, וגילה דברים חדשים לגמרי על הירח ועל כוכבי הלכת. מסיבה זו רבים נוטים לחשוב שהוא המציא את המכשיר.
התגלית המשמעותית הראשונה שגלילאו הגיע אליה הודות לשימוש בטלסקופ הייתה תיאור פני השטח של הירח. עד אותה עת סברו כי הירח, כמו יתר גרמי השמיים, הוא כדור מושלם. בעזרת הטלסקופ, גלילאו הראה שפני הירח כוללים עמקים, הרים ומכתשים. מהירח עבר גלילאו להתבונן בצדק, כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש.
7 צפייה בגלריה
התגלית המשמעותית הראשונה שגלילאו גליליי הגיע אליה הודות לשימוש בטלסקופ הייתה תיאור פני השטח של הירח. עמוד השער של חיבורו האסטרונומי הראשון של גליליאו גליליי, ולצידו השרטוטים של פני הירח
(איור: ויקימדיה, Grook Da Oger, Rob at Houghton)
הוא הבחין בשלושה גרמי שמיים סמוכים לצדק שלא נראו עד כה, ושלושה לילות לאחר מכן נוכח לגלות כי אחד מהם נעלם. הוא הסיק שגרם השמיים הנעלם מסתתר מאחורי צדק. גרמי השמיים שגילה גליליאו היו ירחים שסובבים סביב צדק, ובהמשך הוא גילה ירח נוסף, רביעי במספר. ארבעת הירחים האלה, הגדולים שבירחי צדק, נקראים בימינו “הירחים הגָליליאנים”: איו, אירופה, גנימד וקליסטו.
גילוי הירחים של צדק היה לא רק שימוש יעיל ומרשים בטלסקופ, אלא גם טיעון חשוב נגד התפיסה הגאוצנטרית. במשך מאות שנים בני האדם האמינו במודל של האסטרונום תלמי, בן המאה השנייה לספירה, שלפיו כדור הארץ עומד במרכז היקום. רק כמה עשרות שנים לפני זמנו של גלילאו החלו אסטרונומים, ובראשם קופרניקוס, לאתגר את המודל השגוי הזה. טענתו החלוצית של קופרניקוס, שלפיה דווקא השמש נמצאת במרכז, סללה את הדרך בפני אסטרונומים רבים, דוגמת גלילאו גליליי, שלמעשה אישש את השערותיו של קופרניקוס בעזרת הטלסקופ. הגילוי של גלילאו, שישנם ירחים שסובבים סביב צדק, היה ראיה חזקה לכך שלא כל גרמי השמיים סובבים סביב כדור הארץ.
7 צפייה בגלריה
גלילאו גליליי גילה גם את הטבעות של שבתאי ואת הכתמים על פני השמש. ציור של Giuseppe Bertini, שמראה את גלילאו גליליי מציג את הטלסקופ בפני אצילי ונציה
(איור: ויקימדיה, David J. Wilson)
באותה תקופה גילה גלילאו גם שבניגוד למה שסברו עד אז, המראה של כוכב הלכת נוגה מכדור הארץ מתפרש על כל הטווח שבין “מלא” ו”חסר”, כמו הירח שלנו. עוד גילה גלילאו את הטבעות של שבתאי ואת הכתמים על פני השמש. את התגלית האחרונה הוא פרסם בחיבור בשם “מכתבים על כתמי השמש” עם שרטוטים פרי עטו, שנועדו לשכנע את קהל הקוראים באמיתות התצפיות החדשניות שלו.
האיש מאחורי העדשה
מוחות גדולים רבים השפיעו על הטלסקופ כפי שאנו מכירים אותו היום, ביניהם הפיזיקאי והמתמטיקאי האנגלי אייזק ניוטון. עד ניוטון הטלסקופים היו בנויים מעדשות בלבד, אבל ב-1666 הוא גילה שאפשר לכנס את קרני האור למוקד אחד לא רק בעזרת עדשה, אלא גם בעזרת מראה קעורה שמחזירה את האור למוקד משותף. בטלסקופים שהמציא ניוטון האור מוחזר אל המוקד שבקדמת הטלסקופ ממראה קעורה בצידו האחורי. בעזרת המראה עקף ניוטון בעיה מרכזית בשבירת קרני האור: העדשה הממרכזת מסיטה באופן שונה קרני אור בצבעים שונים, כך שאי אפשר למקד את כולן לאותה נקודה. הדבר גרם לטלסקופ של גלילאו להחזיר תמונה לא ממוקדת.
הבעיה נפתרה הודות לשימוש במראה, שפועלת באופן זהה על קרני אור בצבעים שונים. לטלסקופ המראה יתרונות נוספים, שרובם נובעים מגודלה של המראה, המאפשר הגדלה טובה יותר משל עדשה: קל יותר לבנות מראה גדולה מאשר עדשה גדולה, משום שליטוש עדשה דורש דיוק רב, הרבה יותר משנדרש מיצירת המשטח מחזיר האור של המראה. כיום מרבית הטלסקופים בנויים בטכנולוגיה שגילה ניוטון.
לחלום בענק
הפיזיקאי והאסטרונום ויליאם הרשל (Herschel) נולד ב-15 בנובמבר 1738 בהנובר שבגרמניה. כשהיה צעיר החל הרשל לקרוא ספרי פיזיקה, ועד מהרה פיתח עניין בבניית טלסקופ, בליטוש עדשות ובתצפיות אסטרונומיות. הוא בנה לעצמו טלסקופ והתחיל לחקור בעזרתו את השמיים, כשהוא מתמקד בירח ובמערכות של כוכבים כפולים – שני כוכבים שמסתובבים זה סביב זה. הוא היה הראשון לצפות בכוכב הלכת אורנוס דרך טלסקופ: תחילה חשב שמדובר בשביט, גרם שמיים קטן שמורכב ברובו מקרח, אולם תצפיות וחישובים נוספים של מדענים מרחבי אירופה הראו שמדובר בכוכב לכת שנע במסלול אליפטי בחלל.
7 צפייה בגלריה
יצירתו המפורסמת ביותר של ויליאם הרשל הייתה טלסקופ באורך 12 מטרים, שהיה הגדול ביותר בתקופתו והחזיק בתואר הזה במשך 50 שנה. ציור של הטלסקופ
(איור: ויקימדיה, ArtMechanic)
בנוסף לתצפיותיו, הרשל בנה כ-400 טלסקופים ומכר אותם לאסטרונומים. יצירתו המפורסמת ביותר הייתה טלסקופ באורך 12 מטרים, שהיה הגדול ביותר בתקופתו והחזיק בתואר הזה במשך 50 שנה. הטלסקופ תוכנן ונבנה לאורך ארבע שנים, נחנך לבסוף ב-1789, וכבר באותה שנה גילה הרשל באמצעותו שני ירחים של שבתאי. בהמשך גילה הרשל את אוברון, אחד הירחים של כוכב הלכת אורנוס, וכן חקר גופים שמימיים אחרים וטבע את המונח אסטרואיד (“דמוי כוכב” ביוונית). לימים פירק בנו של הרשל את הטלסקופ, שכבר היה על סף התמוטטות, וחלקיו מוצגים כיום במצפה הכוכבים המלכותי בגריניץ’, ליד לונדון.
רדיו בין כוכבים
במהלך המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20 התגלו סוגים חדשים של קרינה - קרינת המיקרו וקרינת הרדיו - ואיתן נפתחו דרכים חדשות לחקור את היקום, שלא מבוססות רק על אופטיקה. ביקום קיימים מקורות רבים של קרינת מיקרו ורדיו, למשל קרינת הרקע הקוסמית, שמספקת הצצה לתהליכים שהתרחשו קרוב מאוד לימיו הראשונים של היקום. גם גלקסיות הן מקורות חזקים של גלי רדיו, שנפלטים מהחורים השחורים הענקיים במרכזן, בעת שהם מאכלים מסות אדירות שנופלות לתוכן. לכן קרינת הרדיו וקרינת המיקרו הן כלים שימושיים מאוד לאסטרופיזיקאים, ובהתאם לכך גם מגוון טלסקופי הרדיו והמיקרו גדול במיוחד.
7 צפייה בגלריה
קרינת הרדיו וקרינת המיקרו הן כלים שימושיים מאוד לאסטרופיזיקאים, ובהתאם לכך גם מגוון טלסקופי הרדיו והמיקרו גדול במיוחד. טלסקופ רדיו בהרי סיירה נבאדה בספרד
(צילום: fornaxstock/Shutterstock)
טלסקופי רדיו ומיקרו נחלקים לשני סוגים עיקריים: טלסקופים בתדר גבוה משתמשים בצלחות קעורות כדי למקד את הקרינה, בדומה למראות בטלסקופי מראות; טלסקופים בתדר נמוך משתמשים במערכי אנטנות הפרושות על פני שטחים גדולים ומסודרות כך שהן מגבירות את האות המתקבל מכיוון מסוים בלבד. האנטנות נבנות בדרך כלל כך שאפשר לשנות את כיוון הצפייה של המערך בקלות יחסית. אם מציבים בצורה הנכונה מספר רב של טלסקופי רדיו ומיקרו קטנים ומחברים את האותות שהם קולטים, מקבלים נתונים ברזולוציה גבוהה מאוד, כאילו מדובר בטלסקופ גדול בהרבה. אחת התמונות המפורסמות ביותר שצולמו בעזרת טלסקופ רדיו היא התמונה הראשונה של חור שחור, שצולמה ב-2019.
הדור הבא של הטלסקופים
צפייה בכוכבים ובכוכבי לכת מהקרקע סיפקה לנו הישגים מדהימים, אבל האנושות תמיד שואפת להגיע רחוק עוד יותר. רבים מהדור החדש של הטלסקופים מוצבים בחלל, וכך הם מתגברים על השפעת האטמוספרה: כאשר אור עובר דרכה הוא נשבר (זו הסיבה לכך שכוכבים מנצנצים), וכשתנועות האוויר באטמוספירה לא יציבות, האור נשבר עוד יותר וקשה למקד אותו. כאשר טלסקופים צופים מהחלל הם לא צריכים להתמודד עם הבעיות הללו, ואיכות התמונה משתפרת.
המפורסם שבטלסקופי החלל הוא ככל הנראה טלסקופ האבל, על שם האסטרונום אדווין האבל – אם כי הקדימו אותו לא מעט טלסקופים ששיגרו לחלל ארצות הברית וברית המועצות. האבל שוגר ב-1990 ממעבורת דיסקברי של נאס”א למסלול הקפה סביב כדור הארץ. הוא צויד במראה בקוטר 2.4 מטר שלוטשה במשך שנתיים שלמות, וסיפק לראשונה תצלומים איכותיים של גרמי שמים רחוקים. פרט לעובדה שהוא ממוקם מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ וכך אינו מושפע ממנה, הייחודיות של האבל טמונה בכך שהוא קולט קרינה מהתחום הנראה, התחום העל-סגול ותחום התדירויות הגבוהות של קרינה תת-אדומה.
כמו הטלסקופ של ניוטון, הוא משתמש במראות כדי לצפות בעצמים רחוקים. השיטה הזו מאפשרת תצפיות מדויקות במיוחד, שאי אפשר להשיג בשיטה אחרת. האבל נחשב אחד הכלים החשובים ביותר בהיסטוריה של חקר החלל, והתצלומים המרהיבים שסיפק התפרסמו ברחבי העולם. בין היתר הוא סייע להערכת מידת האצת התפשטות היקום, סיפק תמונות חדשות של גלקסיות מהיקום הקדום, ושפך אור על תהליכי התנגשות בין גלקסיות, היווצרות כוכבים ומערכות פלנטריות, סופרנובות ועוד.
אחרי ההצלחה הכבירה של האבל, בנאס”א החליטו לקחת את טלסקופי החלל צעד אחד קדימה ושקדו במשך 20 שנה על הטלסקופ רב העוצמה ג’יימס ּווב, ששוגר בשנת 2021. מדובר בטלסקופ אופטי, שקולט אור נראה בעיקר בתחום האדום, וגם אור תת-אדום שסמוך לו, באמצעות מראה ענקית בקוטר של 6.5 מטרים. המראה המרכזית שלו מורכבת מ-18 מראות משושות עשויות בריליום, ומצופות בשכבה דקיקה של זהב, שמחזיר מצוין את האור בטווח הצבעים האדום והתת-אדום. השילוב בין גודל המראה ותצפיות באורכי הגל האלה מאפשר לנו להתבונן באמצעות הטלסקופ הזה עמוק הרבה יותר לתוך היקום הקדום, בניסיון להבין איך נוצרו הגלקסיות הראשונות.
7 צפייה בגלריה
אחרי ההצלחה הכבירה של האבל, בנאס"א החליטו לקחת את טלסקופי החלל צעד אחד קדימה. אילוסטרציה של טלסקופ החלל ג'יימס ווב
(איור: Dima Zel/Shutterstock)
כיוון שלוקח לאור זמן להגיע לעינינו, ככל שגלקסיה שאנו צופים בה רחוקה יותר, משמעות הדבר הוא שהאור שמגיע אלינו ממנה החל את דרכו מוקדם יותר, ואנחנו רואים אותה כפי שנראתה לפני זמן רב יותר. אבל ככל שגלקסיה רחוקה יותר מאיתנו, פחות מהאור שלה מגיע אלינו. בזכות המראה העצומה של ג’יימס ווב אנו יכולים לצפות גם בעצמים רחוקים מאוד.
בזמן שהאבל וג’יימס ווב ממשיכים לשייט בחלל, אצלנו בכדור הארץ לא עוצרים לרגע ומפתחים את הטלסקופים הבאים. אחד מהם, מבית מכון ויצמן למדע וסוכנות החלל הישראלית, הוא טלסקופ אולטראסט שמיועד להיות טלסקופ החלל הישראלי הראשון. מועד השיגור שלו מתוכנן לשנת 2027, וכפי שמלמד שמו, הוא צפוי לקלוט אור מתחומי העל-סגול. בנאס”א שוקדים בינתיים על המשימה הבאה: טלסקופ החלל ננסי גרייס רומן, שצפוי להיות משוגר בשנת 2026 על משגר “פלקון הבי” של חברת ספייס אקס. טלסקופ זה הוצע לראשונה ב-2010, כיורש לטלסקופ החלל האבל. ב-2020 הוחלט בנאס”א לקרוא לטלסקופ על שם ננסי גרייס רומן, האסטרונומית הראשית הראשונה בסוכנות החלל האמריקאית, שנחשבת “אמא של האבל”. הטלסקופ ננסי גרייס רומן דומה להאבל, וגם הוא יצלם בתחומי האור הנצפה והתת-אדום.
מזוג עדשות במאה ה-17 ועד לטלסקופ רב עוצמה שמשוטט בחלל במאה ה-21, היכולות של האנושות להתבונן מבעד לאטמוספירה אל עולמות חדשים ומרוחקים הלכה והשתכללה עד היום. אין לדעת לאן נגיע בעתיד, אבל בטוח שהשמיים הם כבר ממש לא הגבול.
טלסקופ החלל ג'יימס ווב הגיע ליעד
(הדמיה: נאס"א)
המדריך לצופה המתחיל
בשנים האחרונות הולכת וגוברת ההתעניינות במכשירי טלסקופ ביתיים. בשל התפתחות הטכנולוגיה, רבים יכולים להרשות לעצמם לרכוש מכשירים שעושים שימוש בטכנולוגיה זהה לטלסקופים של גלילאו (שובר אור) וניוטון (מחזיר אור), ולעיתים גם משלבים בין שניהם. לכל אחד מסוגי הטלסקופים יתרונות וחסרונות: טלסקופ שובר אור קל ונוח לשימוש אך נוטה להיות יקר ומסורבל יותר בשל גודלו, ובשל שבירת האור ייתכן טשטוש של האובייקט. טלסקופ מחזיר אור נוטה להיות זול וקטן יותר בשל השימוש במראה, אך הטיפול בו מסובך יותר.
ההמלצה למי שרוצה לרכוש מכשיר היא להגיע לתצפיות אסטרונומיות, להתרשם מהמכשירים הקיימים ומהיכולות שלהם, ומכך להבין איזה מכשיר מתאים לכם. חשוב לזכור שהמכשירים הביתיים לא יספקו תמונות באיכות כמו של טלסקופי האבל או ג’יימס ווב, אך הם מציגים באופן מרשים ויפה גרמי שמיים קרובים יחסית, כמו הירח, שבתאי וצדק.
עומר עזרן, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
