במשך אלפי שנים, עד המדידה הראשונה של גלי כבידה ב-2016, היה לנו, בני האדם, צוהר אחד בלבד ליקום: קרינה אלקטרומגנטית. חוץ ממידע שמקורו בכמה משימות אנושיות ורובוטיות לירח ולכוכבי הלכת הסמוכים לנו, את כל מה שאנו יודעים על כוכבים ועל גלקסיות רחוקות, על חורים שחורים וסופרנובות, על ראשית ועל אחרית היקום, למדנו מצפייה בקרינה אלקטרומגנטית שהגיעה אלינו: בהתחלה צפינו באור הנראֶה, כלומר באותו חלק של הספקטרום האלקטרומגנטי שהעין האנושית מסוגלת לקלוט, ולאחר מכן גם בתדרים אחרים בספקטרום, כמו רנטגן וגמא, שרובם נחסם על ידי אטמוספירת כדור הארץ.
מכיוון שכך, כשאנו חושבים על אסטרונומיה, אנו מייד מדמיינים טלסקופ – אותו מכשיר המאפשר צפייה בעצמים רחוקים. אבל האמת היא שהמדע העתיק של אסטרונומיה תצפיתית (Observational Astronomy, להבדיל מאסטרונומיה תאורטית) קודם בהרבה להמצאת הטלסקופ. אסטרונומים גדולים כמו תלמי, קופרניקוס, ברהה וקפלר, וכמובן עוד אלפי אסטרונומים אנונימיים מבבל ועד האימפריה המוסלמית, התבוננו בתנועת גרמי השמיים ודקדקו בתצפיותיהם באמצעות מדי זווית כמו סֶקסטַנטים, קוואדרנטים וגלגלי חישוקים. האסטרונומים הראשונים שנעזרו בטלסקופ, אם כן, עמדו על כתפי ענקים.
המצאת הטלסקופ
האסטרונום הראשון שנעזר בטלסקופ היה האנגלי תומס הריוט. הוא צפה בירח ומיפה אותו, וצפה גם בכתמי השמש. אולם מי שהביא לפרסומו של הטלסקופ ולהפצתו היה האיטלקי גלילאו גליליי, ולכן רבים סבורים בטעות שהוא שהמציא את המכשיר. בראשית המאה ה-17 היה הטלסקופ היה כלי אופטי בשימוש צבאי, מעין משקפת שדה מגושמת. ב-1608 מלטש עדשות פלמי בשם הנס ליפֶּרסהיי רשם את ההמצאה כפטנט. גליליי שמע על כך והחליט לבנות טלסקופ משלו, וב-1609 הוא הצליח לבנות טלסקופ בעל הגדלה של 20x, פי שניים מכושר ההגדלה של טלסקופים מתחרים, והעניק בזה יתרון לצבאות הוונציאניים: הם יכלו לראות את האויב לפני שהאויב יכול היה לראות אותם.
אלא שגליליי הבין גם את החשיבות המדעית של המכשיר – והפנה אותו לשמיים. בעזרת הטלסקופ ראה גליליי שהירח "מלא בליטות גדולות, בקעים עמוקים ומערות" והבחין בכתמים אדירים על השמש, הם כתמי שמש – ובזאת הפריך את התפיסה הקלאסית שלפיה כל גרמי השמיים הם עצמים מושלמים, כדורים חלקים וברורים. ב-1610 הוא הבחין בארבע נקודות זעירות החגות סביב צדק – ארבעת "הירחים הגליליאניים" – וכן במופעיו השונים של כוכב הלכת נוגה (נוגה מלא; חצי נוגה; נוגה סהוּר), ואלה הוכיחו סופית את צדקת המודל הקופרניקאי: נוגה התמלא והתחסר לפי מסלולו סביב השמש, לא סביב הארץ.
"שליח הכוכבים": ההיסטוריה של הטלסקופ
כשקפלר שמע על המכשיר של גליליי ועל הישגיו הוא כתב שיר הלל לטלסקופ: "הו טלסקופ, מכשיר של ידע רב, יקר מכל שרביט מלכות! האין זאת כי המחזיק בך בידו נעשה מלך ואדון למעשי אלוהים?"
לאחר פרסום ספרו המכונן של גלילאו גליליי, "שליח הכוכבים", הפך הטלסקופ למוצר נחשק בקרב אסטרונומים – ועם הדרישה למוצר באה גם הדרישה לשיפור המוצר. מאחר שגליליי השתמש בעדשות שיוצרו למשקפיים, יכולת ההפרדה (הרזולוציה) של הטלסקופ שלו הייתה נמוכה מאוד. קפלר עצמו תכנן ב-1611 טלסקופ בעל עיניות קמורות, שהקנו שדה ראייה רחב יותר. לטלסקופ הקפלרי היה מאפיין נוסף, והוא מלווה אותנו עד עצם היום הזה: המיקרומטר, כוונת טלסקופית שמורכבת על העינית ומאפשרת לאסטרונומים למדוד את הגודל והמקום היחסיים של העצמים בשמיים.
אלא ששכלולים אלה לא פתרו את בעיית העדשות. במאה ה-17 ידעו לייצר רק עדשות בעלות משטח קעור, שלא מיקדו את כל קרני האור המקבילות במוקד אחד. התוצאה הייתה תמונה מטושטשת. בעיה נוספת הייתה שהצבעים "עלו" זה על זה בעינית. הפתרון שמצאו לכך אז היה טלסקופים ארוכים ומסורבלים במיוחד, שהמוקד שלהם רחוק מאוד מהעינית, לעיתים במרחק עשרות מטרים ממנה.
ב-1666 גילה הפיזיקאי אייזק ניוטון שאפשר לכנס את קרני האור למוקד אחד לא רק בעזרת עדשה, אלא באמצעות החזרתן למוקד משותף בעזרת מראה קעורה. הוא בנה טלסקופים שבהם האור מוחזר אל המוקד המצוי בקדמת הטלסקופ ממראה קעורה בצידו האחורי של הטלסקופ. הטלסקופ מחזיר האור שהמציא ניוטון (Reflecting Telescope) החליף את הטלסקופ שובר האור של גליליי (Refracting Telescope), וכיום הטלסקופים שמשמשים אותנו בנויים לפי התגלית של ניוטון; כל הטלסקופים, מאלה של חובבים ועד לטלסקופ החלל האבל, משתמשים במערכת של מראות כדי לאסוף את האור וליצור דמות של עצם מרוחק.
הטלסקופים מעצבים תפיסת מציאות
לטלסקופים חשיבות מכרעת להבנת היקום שסביבנו, ופעמים רבות האסטרונומיה הקדימה והובילה את הפיזיקה. כך, למשל, קפלר מדד את מסלולי כוכבי הלכת לפני שניוטון ידע להסביר אותם בחוק הכבידה האוניברסלי. גם חישוב מהירות האור נולד מתעלומה תצפיתית. האסטרונום האיטלקי קאסיני הבחין בחריגות בזמני הליקויים של איו, ירחו של צדק: לפעמים הגיח הירח מצילו של צדק כמה דקות לפני המועד הצפוי לפי חישוב זמן המסלול, ולפעמים – כמה דקות אחרי המועד הצפוי. אולה רמר הדני גילה לבסוף שאי הסדירות המחזורית הזו נובעת מכך שלאור עצמו יש מהירות, 160,000 ק"מ בשנייה לפי חישוביו (לעומת כמעט 300,000 ק"מ בשנייה, כפי שאנו יודעים היום), ומכאן שזמן הופעת הירח תלוי במקומו של כדור הארץ ביחס לצדק.
טלסקופים מאפשרים לנו לראות הרבה יותר מתנועה של גרמי שמיים; הם מאפשרים לנו להבין ממה הם עשויים. אטומים שונים פולטים ובולעים אור בצורה שונה. תגלית זו, שראשיתה בכימיה, ייסדה את מדע הספקטרוגרפיה: פענוח החומרים לפי אורכי הגל של האור שהם פולטים. ספקטרוגרפיה מאפשרת לנו לנתח את האור שמגיע מחומרים שונים ולהבין ממה הם עשויים. טלסקופים אפשרו לספקטוגרפיה לצאת מגבולות כדור הארץ ובכך פתחו בפנינו עידן חדש של התבוננות ביקום, עם תשובות לשאלות כגון ממה עשויות שמשות רחוקות או ממה עשויה האטמוספירה של העולמות החוצניים שסובבים אותן.
סוגי הטלסקופים
בין שמדובר בטלסקופ חובבים אצלכם במרפסת, טלסקופ מדעי גדול או טלסקופ חלל, המוצב כך שהאטמוספירה לא תפריע לתצפיותיו – כל הטלסקופים נועדו לקלוט גלי אור, כלומר גלים אלקרומגנטיים.
רוב האנשים משתמשים במילה "אור" כדי לתאר את "האור הנראה", כלומר אורכי הגל שבני האדם מסוגלים לראות. אבל זהו רק חלק מזערי מהספקטרום האלקטרומגנטי, שרובו נחסם על ידי האטמוספירה. הקרינה האלקטורמגנטית מורכבת מקרינה באורכי גל קצרים מאלה הנקלטים בעין האנושית, כמו קרינה על-סגולה וקרני רנטגן, ואורכי גל ארוכים יותר, כמו קרינה תת-אדומה וגלי מיקרו. טלסקופים המשמשים בחקר החלל קולטים אורכי גל שמחוץ לטווח האור הנראה. כך למשל טלסקופ החלל צ'נדרה, ששוגר ב-1999, קולט אורכי גל בתחום הרנטגן, ואילו טלסקופ החלל שפיצר, ששוגר ב-2003, מתמקד בקרינה תת-אדומה.
