آیا تلسکوپ‌ها می‌توانند رد پای فضانوردان را روی ماه ببینند؟

در اوایل دهه ۲۰۰۰، زمانی که گهگاه افرادی پیدا می‌شدند که باور داشتند فرود انسان روی ماه دروغ است، این استدلال مطرح شد که اگر تلسکوپ فضایی هابل ناسا به اندازه کافی قوی است که جزئیات ریز کهکشان‌های دور را ببیند، چرا نمی‌تواند جای چکمه فضانوردان آپولو را روی ماه ببیند؟

استدلال یادشده مانند بسیاری از تفکرات توطئه‌آمیز، در ظاهر قانع‌کننده به‌نظر می‌رسد؛ اما با کوچک‌ترین بررسی، ارزش خود را از دست می‌دهد. کسانی که فریب این ادعا را می‌خورند، درمورد دو موضوع اشتباه می‌کنند: نحوه کار تلسکوپ‌ها و بزرگی فضا.

فیل پلیت، دانشمند ستاره‌شناس در وب‌سایت ساینتیفیک آمریکن توضیح می‌دهد که بسیاری از مردم فکر می‌کنند وظیفه تلسکوپ بزرگنمایی تصاویر است. البته سازندگان تلسکوپ‌های ارزان دوست دارند بدین شکل آن‌‌ها را تبلیغ کنند و عباراتی مانند «قدرت بزرگنمایی ۱۵۰ برابر» را با حروف بزرگ روی جعبه‌ی تلسکوپ‌ها همراه با تصاویر بسیار گمراه‌کننده از تلسکوپ‌های بسیار بزرگ‌تر چاپ می‌کنند. هرچند بزرگنمایی مهم است، قدرت واقعی تلسکوپ در وضوح آن است. این تفاوت ظریف، اما بسیار مهم است.

بزرگنمایی به این معنا است که چقدر می‌توانید روی جسمی متمرکز شوید و آن را بزرگ‌تر نشان دهید. این امر مهم است، زیرا درحالی‌که اجرام نجومی از نظر فیزیکی اندازه‌های بسیار بزرگی دارند، بسیار دور هستند و درنتیجه در آسمان کوچک به‌نظر می‌رسند. بزرگنمایی آن‌ها موجب می‌شود راحت‌تر دیده شوند.

آیا این همان بزرگنمایی نیست؟ خیر؛ زیرا بزرگنمایی فقط همه چیز را بزرگ‌تر می‌کند. این موضوع را می‌توان به راحتی با عکس زیر نشان داد: هرچقدر می‌خواهید روی عکس زوم کنید، اما وقتی از حد معینی عبور کنید، فقط پیکسل‌ها را بزرگ می‌کنید و اطلاعات جدیدی به دست نمی‌آورید. برای عبور از این مانع باید به جای بزرگنمایی، وضوح بالایی داشته باشید.

مسئله‌ای که وجود دارد، این است وضوح به خود تلسکوپ بستگی دارد، به این معنی که افزایش‌ چشمگیر در وضوح معمولاً نیازمند داشتن تلسکوپی بسیار بزرگ‌تر است؛ اما بدون توجه به اینکه تلسکوپ شما چقدر بزرگ شود، باز هم وضوح محدودی خواهد داشت.

وقتی نورِ نقطه بی‌نهایت کوچکی مانند ستاره‌های دور از تلسکوپ می‌گذرد، نور آن اندکی درون ابزار نوری تلسکوپ (آینه‌ها یا لنز‌ها) پخش می‌شود. این ویژگی اساسی پراش نور نامیده می‌شود و اجتناب‌ناپذیر است. وضوح تصاویر تلسکوپ تا حدی به اندازه آینه یا لنز آن بستگی دارد. هرچه ابزار جمع‌آوری کننده نور تلسکوپ بزرگ‌تر باشد، وضوح تصویر آن بیشتر خواهد بود.

نحوه انتشار نور در تجهیزات نوری به طول موج بستگی دارد و طول موج‌های کوتاه‌تر وضوح بالاتری تولید می‌کنند. بنابراین دو ستاره آبی نزدیک ممکن است در تلسکوپ تفکیک‌پذیر باشند، درحالی‌که شاید نتوان دو ستاره قرمز با همان فاصله را از هم تفکیک کرد.

اخترشناسان هنگام تصمیم‌گیری درباره بزرگی پیکسل‌های دوربین تلسکوپ، باید طول موجی را که می‌خواهند رصد کنند، درنظر بگیرند. در غیر این صورت، آن‌ها فقط نویز را بزرگنمایی می‌کنند؛ مانند مثال قبلی درمورد زوم کردن بیش از حد روی عکس.

تمام این موارد به نتیجه شگفت‌انگیزی  منجر می‌شود. تلسکوپ فضایی هابل آینه‌ای به قطر ۲٫۴ متر و تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) آینه‌ای به قطر ۶٫۵ متر دارد. بنابراین می‌توان انتظار داشت وضوح تصاویر تلسکوپ جیمز وب بسیار بالاتر باشد. در برخی از طول موج‌ها این چنین است: کوتاه‌ترین طول موجی که تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند ببیند حدود ۰٫۶ میکرون است (چیزی که چشم ما به‌عنوان نور نارنجی درک می‌کند) و وضوح آن ازنظر فنی بسیار بهتر از وضوح تصویر هابل است.

اما تلسکوپ فضایی جیمز وب به‌عنوان تلسکوپ فروسرخ طراحی شده است. در آن طول موج‌ها، مثلاً حدود دو میکرون، وضوح آن با آنچه هابل می‌تواند در طول موج‌های نور مرئی ببیند، قابل مقایسه است. در فروسرخ میانی، یعنی طول موج ۱۰ تا ۲۰ میکرون، وضوح تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب حتی کمتر است. بااین‌حال، از آنجایی که جیمز وب بزرگ‌ترین تلسکوپ فروسرخی است که تاکنون به فضا ارسال شده است، می‌تواند واضح‌ترین تصاویری را که تاکنون در این طول موج‌ها داشته‌ایم، ارائه دهد.

ستاره‌شناسان قدرت تفکیک را به صورت زاویه در آسمان اندازه‌گیری می‌کنند. از افق تا بالاترین نقطه آسمان ۹۰ درجه است و هر درجه به ۶۰ دقیقه قوسی و هر دقیقه قوسی به ۶۰ ثانیه قوسی تقسیم می‌شود.  به‌عنوان مثال، قطر زاویه‌ای ماه از دید ما در آسمان حدود نیم‌درجه است. یعنی اگر از زمین به ماه نگاه کنیم، ماه در آسمان فضایی به اندازه‌ی نیم درجه از دایره کامل آسمان را اشغال می‌کند که معادل ۳۰ دقیقه قوسی یا ۱۸۰۰ ثانیه قوسی است.

حداکثر وضوح تلسکوپ به کوچک‌ترین فاصله زاویه‌ای بین دو جسم اشاره دارد که تلسکوپ قادر است آن‌ها را به عنوان دو جسم مجزا از هم تشخیص دهد. این وضوح به صورت زاویه بیان می‌شود.

در بهترین حالت، وضوح تلسکوپ هابل حدود ۰/۰۵ قوسی است که زاویه‌ی بسیار کوچکی محسوب می‌شود. اما میزان جزئیاتی که هابل توانایی دیدنش را دارد، به فاصله و اندازه فیزیکی هدف بستگی دارد. برای مثال ۰/۰۵ ثانیه قوسی معادل اندازه ظاهری سکه کوچکی است که از حدود ۱۴۰ کیلومتری دیده می‌شود.

بدین ترتیب به بحث نظریه‌پردازان توطئه و ادعای آن‌ها درمورد مشاهده ردپای فضانوردان روی ماه برمی‌گردیم. کهکشان‌ها معمولا در فاصله ده‌ها میلیون و حتی میلیاردها سال نوری از زمین قرار دارند. در آن فواصل، تلسکوپ هابل می‌تواند اجسام با ابعاد چند سال نوری (یعنی ده‌ها تریلیون کیلومتر) را با بهترین وضوح خود تفکیک کند. بنابراین، هرچند به‌نظر می‌رسد در آن تصاویر شگفت‌انگیز هابل، کهکشان‌ها را با جزئیات زیادی می‌بینیم، کوچک‌ترین چیزی که می‌توانیم مشاهده کنیم، هنوز هم بسیار بزرگ است.

درعین‌حال، ماه تنها حدود ۳۸۰ هزار کیلومتر از ما و از تلسکوپ هابل فاصله دارد. در این فاصله، وضوح تلسکوپ هابل به‌طرز شگفت‌آوری محدود است و نمی‌تواند اجسام کوچک‌تر از حدود ۹۰ متر را تفکیک کند. درنتیجه، نه تنها نمی‌توانیم جای پای فضانوردان را در تصاویر هابل مشاهده کنیم، بلکه حتی قادر به دیدن ماه‌نشین‌های آپولو که حدود چهار متر عرض دارند نیز نیستیم. وضوح هابل در این فاصله به حدی محدود است که نمی‌تواند جزئیات کوچک‌تر از حدود ۹۰ متر را تفکیک کند، بنابراین، دیدن اجسام با اندازه‌های کوچک‌تر از این حد در ماه امکان‌پذیر نیست.

در تصاویر گرفته‌شده توسط مدارگرد شناسایی ماه ناس (LRO)، می‌توانیم ماه‌نشین‌ها و رد پای فضانوردان را مشاهده کنیم. هرچند دوربین این مدارگرد دارای آینه‌ای به قطر حدود فقط ۲۰ سانتی‌متر است، فضاپیما در مدار ماه قرار دارد و از ارتفاع ۵۰ کیلومتری از محل‌های فرود ماه‌نشین‌های آپولو عبور می‌کند.

دلیل اینکه مدارگرد شناسایی ماه ناسا  می‌تواند جزئیات بیشتری را روی سطح ماه مشاهده کند، فاصله‌ی بسیار اندکش به سطح ماه است. به همین دلیل است که کاوشگرها را به سیاره‌ها می‌فرستیم: این کار به ما امکان می‌دهد تا تصاویر بسیار بهتری از آن‌ها دریافت کنیم. گاهی اوقات، هیچ چیزی نمی‌تواند جایگزین حضور در آنجا شود.

درسی که از این مبحث می‌آموزیم این است که نحوه عملکرد واقعی ابزارها اغلب پیچیده‌تر و متفاوت از چیزی است که انتظار داریم. علاوه‌بر‌این، ادعاهایی که ممکن است معقول به‌نظر برسند، با کمی بررسی علمی از هم می‌پاشند. اگر تلسکوپی فقط براساس میزان بزرگنمایی تبلیغ شود، بهتر است آن را خریداری نکنید و به دنبال گزینه‌های دیگری باشید. شاید سخت به‌نظر برسد، اما با کمی اراده موفق خواهید شد.