اخترشناسی فروسرخ

ستاره‌شناسی فروسرخ شاخه‌ای از ستاره‌شناسی و اخترفیزیک است که به بررسی اجرام آسمانی قابل مشاهده با امواج فروسرخ می‌پردازد. طول موج نور مادون قرمز در محدودهٔ ۰٫۷۵ تا ۳۰۰ میکرومتر قرار دارد. امواج فروسرخ پایین‌تر از نور مرئی (۳۸۰ تا ۷۵۰ نانومتر) قرار دارند و به همین دلیل با چشم قابل دیدن نیستند.
ستاره‌شناسی فروسرخ در سال‌های ۱۸۳۰، سه دهه پس از کشف پرتو فروسرخ توسط ویلیام هرشل در سال ۱۸۰۰، آغاز شد. پیشرفت در ابتدا، تا زمانی که اوایل قرن بیستم اجرام آسمانی دیگری به جز خورشید و ماه توسط امواج فروسرخ شناسایی شدند، محدود بود. پس از تعدادی اکتشاف در زمینهٔ ستاره‌شناسی رادیویی بین سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰، ستاره‌شناسان به این نتیجه رسیدند که اطلاعاتی مفید در فضا خارج از نور مرئی قرار دارد. در این زمان ستاره‌شناسی مدرن فروسرخ پا به عرصهٔ وجود گذاشت.
ستاره‌شناسی فروسرخ و نوری اغلب از یک نوع تلسکوپ استفاده می‌کند. در اینجا می‌توان به آینه‌ها و عدسی‌های یکسان که در نور محدودهٔ بینایی کارایی دارند، اشاره کرد. هر دو از آشکارسازهای حالت جامد استفاده می‌کنند، با اینکه نوع آن‌ها یکسان نیست. نور فروسرخ توسط بخار آب در اتمسفر زمین در بیشتر طول موج‌ها جذب می‌شود، به همین دلیل بیشتر تلسکوپ‌های مربوط به امواج فروسرخ را در ارتفاع و جاهای به دور از رطوبت قرار می‌دهند. تلسکوپ‌های خارج از جو نیز وجود دارند که در محدودهٔ فروسرخ کار می‌کنند. از آن‌ها می‌توان به تلسکوپ فضایی اسپیتزر و رصدخانه فضایی هرشل اشاره کرد.

تاریخچه

کشف اشعه فروسرخ را به ویلیام هرشل نسبت می‌دهند، که آزمایشی با قرار دادن دماسنج را در نور خورشید با رنگ‌های مختلف که از منشور خارج می‌شد، انجام داد. او متوجه شد که نور خورشید دماسنج را در محدودهٔ نور خارج از بینایی، بیشتر گرم می‌کند. (قسمت زیر نور قرمز) با وجود اینکه دلیل افزایش دما در دماسنج ساختار منشور و نه ویژگی از خورشید است، اما واقعیت افزایش دما هرشل را به این فکر انداخت که امواجی خارج از دید نیز از خورشید به زمین ارسال می‌شوند. او به این پرتوها، امواج رنگ‌مانند لقب داد. زیرا تمامی ویژگی‌های نور رنگی مانند بازتاب، ارسال، جذب را داشتند.
با تلاش‌هایی که انجام شد، دانشمندان بین سال‌های ۱۸۳۰ تا اواخر قرن ۱۹ام موفق به کشف منابع ستاره‌شناسی دیگری با این ویژگی شدند. امواج فروسرخ مربوط به ماه در سال ۱۸۷۳ توسط ویلیام پارسونز، کشف شدند. ارنست فاکس نیکولز با استفاده از تابش‌سنج تلاش کرد، تا پرتو فروسرخ ستاره‌های نگهبان شمال و کرکس نشسته را تشخیص دهد، اما به نتایج قطعی دست پیدا نکرد.
سال‌ها بعد با استفاده از دستگاه‌های مدرن، جرج ریکه توانست ثابت کند که این دو ستاره موج فروسرخ متصاعد می‌کنند. برای احترام به نیکولز اعتبار کشف پرتو فروسرخ برای ستاره‌ای خارج از منظومهٔ خورشیدی به او داده شد.
شاخه ستاره‌شناسی فروسرخ همچنان به توسعه آرام خود در اوایل قرن ۲۰ام ادامه داد، هنگامی که ست بارنز نیکلسون و ادیسون پتی پیل گرماسنجی را ایجاد کردند. این وسیله می‌توانست امواج فروسرخ را آشکارسازی کند و دقتی برای چند صد ستاره داشت. البته این بخش از ستاره‌شناسی تا سال‌های ۱۹۶۰ توسط ستاره‌شناسان سنتی مورد توجه قرار نگرفت. بسیاری از دانشمندان که در این زمینه فعالیت کردند فیزیکدان و نه ستاره‌شناس بودند. موفقیت‌های ستاره‌شناسی رادیویی و پیشرفت‌هایی که میان سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ در زمینهٔ حس‌گرهای فروسرخ صورت گرفت، باعث توجه ستاره‌شناسان به این بحث و محکم شدن جای این شاخه در علم ستاره‌شناسی شد.

تکنولوژی فروسرخ

یکی از رایج‌ترین آرایه‌های آشکارساز فروسرخ، آرایه‌های مورد استفاده در تلسکوپ‌های پژوهشی HgCdTe است. آن‌ها به خوبی میان طول موج‌های ۰٫۶ تا ۵ میکرومتر کار می‌کنند. برای طول موج‌های بالاتر یا حساسیت بیشتر ممکن است از آشکارسازهای دیگری استفاده شود، مانند آشکارسازهای نیمه‌رسانه با فاصلهٔ کم، بولومترهای مخصوص دماهای پایین یا ابررسانه‌هایی که تعدا فوتون را اندازه‌گیری می‌کنند.
شرایط ویژه برای ستاره‌شناسی فروسرخ عبارتند از: مدارهای با نویز پایین و گاهی اوقات تعداد بالای پیکسل.
دمای پایین توسط مایع خنک‌کننده بدست می‌آید، که معولا به اتمام می‌رسد. ماموریت‌های فضایی در این زمان به پایان می‌رسد یا تصاویر پس از این اتفاق با نام تصاویر گرم ثبت می‌شوند. به عنوان مثال، وایز در اکتبر ۲۰۱۰، ده ماه پس از پرتاب مواد خنک کنندهٔ خود را به اتمام رساند. (ان‌ای‌سی‌موس را برای تلسکوپ فضایی اسپیتزر ببینید).