معرفی و تاریخچه افلاک‌نماها

سقف آسمان، از ديرباز، بر فراز سر انسان، دو چهره بارز و درعين حال، متضاد از خود به نمايش گذاشته است در يك چهره، تابلويی زيبا، چشم‌نواز و بديع كه هيچگاه چشم بشر از نظاره بر آن خسته نمي‌شود و همواره الهام‌بخش لطيف‌ترين و شاعرانه‌ترين

احساسات و عواطف وي بوده است. اما اين گنبد مينايي، براي برخي ديگر پُر رمز و رازترين پديده‌ها و موجد بيشترين ابهام‌ها و سوال‌ها بوده است. افلاك نما (پلانتاريوم) پاسخي است بر نياز بشر براي نگريستن به ستارگان و افلاك، نياز به ستايش زيبایی‌ها و نياز به كسب دانش و معرفت بيشتر از جهان هستی.

«افلاك نما» مكانی است با سقفي به شكل گنبد با سالني كه معمولا در مركز آن تجهيزات نوري و كامپيوتري، نصب مي‌شود و با استفاده از مجموعه‌اي از نورافكن ها و عدسي ها، آسمان، صورت فلكي و ستارگان، بر سقف كروي به نمايش درمي‌آيد و تصاوير بديعي از كرات وستارگان به صورت جلوه‌هاي ويژه بازسازي مي‌شود، آنچنان كه تماشاگران خود را كاملا در فضاي نامتناهي احساس مي‌كنند. امروزه افلاك نماها علاوه بر ارائه اطلاعات علمي و ستاره شناسي، مراكز فرهنگي و اجتماعي هستند كه انسان را بيش از پيش با اصل و منشا خلقت، تاريخ و محيط زيست آشنا مي‎سازند. در انواع پيشرفته امروزي، افلاك نماها با استفاده از اسلايد، ويدئوليزر و با همراهي اصوات مختلف، امكان مسافرتي فضايي وكاملا دلپذير را براي همگان مهيا ساخته‌اند.

کاربردهای دیگر افلاک‌نماها

با گسترش فن آوری موجود در افلاک‌نماها، این مراکز که زمانی فقط برای آموزش نجوم به کار می‌رفته‌اند، اکنون کاربردهای تازه‌ای پیدا کرده‌اند. از فضای آن‌ها برای نمایش‌های اعجاب آور لیزر به همراه موسیقی‌های مختلف استفاده می‌شود. گاهی صحنه‌ی برنامه‌های تلویزیونی یا برنامه‌های علمی تخیلی یا کنسرت‌های موسیقی زنده زیر آسمانی با هزاران ستاره، همراه با نورپردازی و جلوه‌های ویژه صوتی و تصویری هستند.

در برخی از افلاک‌نماها نیز فیلم‌هایی با قطع بسیار بزرگ نمایش داده می‌شود. این نمایش‌های فضایی طوری طراحی می‌شوند که پرده‌ی نمایش سراسر دید تماشاگر بر گنبد افلاک‌نما را بپوشاند و تصوری سه‌بعدی از سفر به اعماق فضا ایجاد کند.

افلاک‌نماها در فقط کمتر از یک قرن که از پیدایش آن‌ها می‌گذرد، تحول بسیاری یافته‌اند. اکنون افلاک‌نماهای جهان سالانه پذیرای صدها میلیون بازدیدکننده‌اند. بازدیدکننده‌هایی که وقتی از در افلاک‌نما به بیرون پا می‌گذارند با تمام وجود شگفتی و زیبایی گیتی را حس می‌کنند.

شبیه سازها(Simulators) مهمترین ابزار آموزشی در بسیاری از شاخه های علوم و فنون هستند. شبیه سازهای نجومی نقش بی نظیری در آموزش دانش نجومی داشته و دارند. آموزش و انتقال مفاهیمی مانند حرکات نجومی، کره سماوی، مدارهای سیاره ای، صورت های فلکی و بررسی رویدادهای نجومی، سفری به بیرون از منطومه شمسی امکان پذیر است. غیر ممکن است همه ی ما در طول زندگیمان بتوانیم به مریخ قدم بگذاریم.

امروزه هیچ مرکز آموزش ستاره شناسی بدون داشتن یک شبیه ساز آسمان کامل نخواهد بود. اگر رصدخانه کارگاه پژوهش نجومی یک مرکز علمی باشد، افلاک‌نما کلاس رصد آسمان خواهد بود. حتی با وجود آلودگی نوری آسمان شهرهای بزرگ، که تنها ستارگان پرنور معدودی را می توان با چشم غیر مسلح دید، بدون خارج شدن از شهر، می توان دانش آموزان را به طور مستمر به داخل افلاک‌نما برده و آن ها را در معرض تجربه رصد آسمان شب قرار داد.

افلاک‌نما یا افلاک نما ابزاری بی نظیر برای نمایش آسمان و آشنایی با زیبایی ها و مبانی نجوم در مدارس، دانشگاه ها، مراکز فرهنگی و تفریحی است. در حالی که پیش از این تهیه ی افلاک‌نمایی کامل به بودجه ای چند میلیون دلاری نیاز داشت که فقط از عهده ی شهرداری ها و سازمان های بزرگ بر می آمد، افلاک‌نماهای دیجیتال امروز با هزینه ای حدود صد بار کمتر، امکان تجربه ی این ابزار آموزشی را برای بسیاری از مراکز آموزشی و فرهنگی در جهان فراهم کرده اند.

 

افلاک‌نماهای ابتدایی

افلاک‌نماهای خیرکنندۀ امروزی نتیجۀ تحول تاریخی افلاک‌نماهای ابتدایی‌اند که از قرن‌ها پیش ساخته شده‌اند. اِراتُوستِن، اخترشناس یونانی در حدود سال ۲۵۰ پیش از میلاد، نخستین کسی بود که مدلی از افلاک‌نما را ساخته است. این ابزار و ابزارهای مشابه به ذات الحَلق معروف شدند. ارشمیدس، ریاضیدان و کاشف یونانی، ذات الحَلقی ساخت که حرکت آن با نیروی آب بود.

مدل دیگری از افلاک‌نماهای قدیمی که نخستین بار در دهۀ ۱۷۰۰ میلادی ساخته شده به اُرِری معروف است. اُرِری ها همان کره‌های سماوی هستند؛ کره‌ای که موقعیت ستاره‌ها و صورت‌های فلکی روی آن کشیده شده، به طوری که می‌توان از بیرون کرۀ آسمان آن را دید.

نخستین تالار افلاک‌نما را شاید آندریاس بوش در سال ۱۶۵۷ ساخته باشد. او کرۀ بزرگی را ساخت که دوازده نفر می‌توانستند به داخل آن بروند. به بازدید کنندگان احساسی از تماشای آسمان کاملاً صاف دست می‌داد که سیارات در آن جابه‌جا می‌شوند.

اخترشناسان تا سدۀ بیستم کره‌های مشابهی را ساختند. والاس اِتوود از فرهنگستان علوم شیکاگو آخرین نمونه از این کره‌های بزرگ را به قطر ۴.۵ متر ساخت که از نیروی الکتریکی استفاده می‌کرد. این کرۀ بزرگ را هنوز می‌توان در فرهنگستان علوم شیکاگو دید.

افلاک‌نماهای امروزی

ماکس ولف از رصدخانه هایددلبرگ و والتر باورزفِلد از کارخانۀ کارل زایس در شهر ینای آلمان نخستین افرادی بودند که به طراحی پروژکتور افلاک‌نما پرداختند. باورزفلد در سال ۱۹۱۹ می‌نویسد کرۀ بزرگی باید ثابت باشد، سقف سفید درونی آن پردۀ نمایش تصویر ستاره‌هایی است که از پروژکتورهای کوچک بسیاری در مرکز کره ایجاد می‌شوند.

در اوت سال ۱۹۲۳ باورزفلد نمایش آزمایشی نخستین افلاک‌نمای زایس را بانام «زایس ۱» در گنبد گچی موقتی بر بام کارخانۀ زایس آغاز کرد. در این نمایش جزئیات خیره‌کننده‌ای از ستاره‌ها، خورشید، ماه و سیارات، آن‌طور که به‌طور طبیعی از مونیخ دیده می‌شود، نشان داده شد. دو ماه بعد این پروژکتور در دویچه موزئوم نصب شد. نخستین نمایش عمومی در ۲۱ اکتبر ۱۹۲۳ انجام شد. این نمایش آن‌قدر برای مردم شگفت‌آور بود که نام آن افلاک‌نما را «شگفتی ینا» گذاشته بودند.

نخستین نمونۀ افلاک‌نماهای امروزی که در ایالات‌متحده ساخته‌شده، افلاک‌نمای آدلِر در شیکاگو بود که وقتی در سال ۱۹۳۰ ساخته شد فقط پنج افلاک‌نما مانند آن در جهان وجود داشت. در سال ۱۹۴۷ آرم‌اند اسپیتز، منجم آماتوری از اهالی فیلادلفیای آمریکا، پروژکتور کوچک‌تر، ساده‌تر و کم‌هزینه‌تری برای افلاک‌نماها ساخت. با ابتکار او موزه‌ها، کتابخانه‌های کوچک‌تر و حتی مدارس نیز می‌توانستند یک افلاک‌نما داشته باشند.

از آن هنگام تا امروز چندین هزار افلاک‌نما در دنیا ساخته شده است. تعداد افلاک‌نماهای بزرگ ( گنبد بیش از ۱۸ متر و ظرفیت بیش از ۲۰۰نفر) به حدود ۲۰۰می رسد. ژاپن و ایالات متحده بیشترین افلاک‌نماها را دارند. در ایالات متحده به ازای هر صدهزار نفر یک افلاک‌نما فعال است – از گنبد حدود ۲۰ متر با ظرفیت چند صد نفر تا گنبدهای بادی کوچک ۳ تا ۴ متری در مدارس و مراکز آموزشی کوچک، اکنون افلاک‌نماهای جهان، سالانه پذیرای صدها میلیون بازدید کننده اند. بازدید کننده هایی که وقتی از در افلاک‌نما به بیرون پا می گذارند با تمام وجود شگفتی و زیبایی گیتیی را حس می کنند. در ایران تعداد افلاک‌نماهای مدرن بسیار کم است (اگرچه افلاک‌نماهای کوچک مناسب کلاس درس با گنبد چتری۲ متری در سطحی وسیع عرضه شده اند اما کیفیت و امکانات افلاک‌نماهای کوچک کلاسی – خانگی قابل مقایسه با افلاک‌نمای دیجیتال نیست). متأسفانه بسیاری از شهرهای بزرگ و بهترین مراکز آموزشی و فرهنگی کشورمان هنوز افلاک‌نمایی ندارند، در حالی که این ابزار به بخشی الزامی در فعالیت های علمی فرهنگی شهرها و مراکز آموزشی کشورهای توسعه یافته تبدیل شده است. این مراکز علاوه بر استفاده ی آموزشی از این ابزار برای دانشجویان و دانش آموزان،  از آن برای نمایش های سرگرم کننده و میهیج برای مردم بهره می برند و به کمک جلوه های آسمان و عظمت کیهان می کوشند فرهنگ علمی اجتماعی مردم منططقه ی خود را ارتقا دهند.

در افلاک‌نماهای نوین تماشاگران می‌توانند در محیطی سه بعدی به اعماق فضا سفر کنند. در این نمایش‌ها علاوه بر تصاویر ستاره‌ها بر گنبد از پروژکتورهای جانبی بسیاری استفاده می‌شود که هر کدام لحظه‌ای تصویری را ظاهر می‌کنند و تجسم سفر در فضا را ایجاد می‌کنند، گویی تماشاگر از کنار اجرام فضایی می‌گذرد.

هر چیزی را که تصور کنید یا در عالم واقعیت باشد می‌توان در افلاک‌نماهای امروزی پیاده کرد. ابزارهای افلاک‌نما می‌توانند شما را به سفری در کهکشان، به پروازی سریع بر سطح مریخ یا به اعماق یک سیاهچاله ببرند. در این نمایش‌ها تماشاگران دور تا دور خود تصاویری واقع گرایانه از اجرام آسمان دور و نزدیک می‌بینند؛ لیزرهای رنگارنگ، سیاره‌های در حال چرخش، ابرهای گاز و غبار چرخان و فضاپیماهایی که از کنار شما می‌گذرند.

هنوز هم ابتکارها و جلوه‌های تازه‌ای به نمایش‌های افلاک‌نماها اضافه می‌شود؛ اما شاید مهم‌ترین تحول در این عرصه، افلاک‌نمای دیجیتال باشد. در سال ۱۹۸۳ نوع کاملاً جدیدی از افلاک‌نما به صحنه‌ی نمایش آمد. ابزاری با توانایی خلق نمایشی مبتنی بر گرافیک رایانه‌ای که دیگر نیازی به چرخ دنده‌ها، روزنه‌ها و پروژکتورهای بسیار نیست. موسسه‌ی رایانه‌ای اوانز و ساترلند در سالت لیک سیتی آمریکا این دستگاه افلاک‌نما را به نام «دیجی استار» ارائه کرد. با آن می‌توان به هر جایی در فضای سه بعدی گرافیکی آسمان که بر اساس داده‌های رایانه‌ای است، رفت. به بیان دیگر، تماشاگران می‌توانند سفرهای فضایی بر پایه‌ی داده‌های دقیق علمی به هزاران سال نوری دورتر از زمین انجام دهند و ببینند چگونه ستارگان همسایه‌ی خورشید در طول چند سال یا حتی چند میلیون سال آینده تغییر می‌کنند.

از این فن آوری جدید به همراه فن آوری لیزر و فیبر نوری برای شبیه سازی گرافیکی سه بعدی هر چیزی استفاده می‌شود. از اتم‌ها و مولکول‌ها گرفته تا سیارات، ستاره‌ها و کل کهکشان‌ها. این دستگاه جدید شاید روزی در سراسر دنیا جایگزین افلاک‌نماهای کنونی شود.

دستگاه افلاک‌نما بسته به نوع پروژکتوری که دارند به دو دسته تقسیم می شوند : مکانیکی و دیجیتال.

افلاک‌نما از دو بخش اصلی تشکیل شده است: دستگاه افلاک‌نما و نیم کره ای که در حکم آسمان بالای سر است.

دستگاه افلاک‌نما قلب تاسیسات است که بوسیله کامپیوتر و نرم افزارهای شبیه ساز آسمان منظره واقعی آسمان را ساخته، تصویری کروی را آماده و با استفاده از پروژکتورهای ویژه آن را بر روی صفحه نمایش داخلی نیم کره می اندازد. این کامپیوتر باید به اندازه ی کافی قوی باشد تا از پس پردازش تصاویر گرافیکی برآید.

از آن جایی که پروژکتور در مرکز گنبد قرار می گیرد، تصویر باید روی سطحی خمیده تشکیل شود. لنزهای معمولی برای تشکیل دادن تصویر روی سطحی تخت طراحی شده اند، نه سطحی کروی. بنابراین برای تشکیل شدن تصویر روی سطح درونی گنبد نیاز به لنزی با طراحی خاص است.

افلاک‌نمای مکانیکی

نسل اول افلاک‌نماها از نوع مکانیکی است. ساده ترین حالت آن، کره ی کوچکی است که ستاره ها با سوراخ هایی که روی سطح کره تعبیه شده اند شبیه سازی می شوند. لامپی درون این کره قرار دارد که نور لازم برای نمایش ستاره ها را فراهم می کند. افلاک‌نماهای مکانیکی جز در موارد خاص امروزه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. سیارات در افلاک‌نماهای مکانیکی هر کدام به پروژکتور کوچک جداگانه ای احتیاج دارند. بسیاری از پدیده های آسمان با افلاک‌نماهای مکانیکی به دشواری شبیه سازی می شوند و حتی در بعضی موارد اصلاً امکان این کار وجود ندارد.

افلاک‌نمای دیجیتال

هر آنچه را که در ذهن تان در نظر بگیرید با افلاک‌نمای دیجیتال قابل شبیه سازی است. اساس کار افلاک‌نماهای دیجیتال به این صورت است که تصویر را یک دستگاه ویدئو پروژکتور تولید می کند و سپس با لنز خاصی که توانایی تشکیل دادن تصویر به صورت ۱۸۰ درجه را دارد روی سطح درونی گنبد افلاک‌نما می تاباند.

ویژگی جالب افلاک‌نما امکان نمایش دادن آسمان در هر زمان و مکان است. همچنین می توان آهنگ گردش آسمان را تند و کند کرد و به این ترتیب می توان اثر گذر زمان را روی وقایع نجومی بررسی کرد. افلاک‌نماهای دیجیتال همچنین امکان شبیه سازی وقایع گذشته و آینده را نیز دارند. مثلاً می توان خورشید گرفتگی یا ماه گرفتگی های سال های گذشته یا آینده را شبیه سازی کرد. همچنین می توان صورت های فلکی به همراه شکل اساطیری آن ها را به نمایش گذاشت.

 

گنبد افلاک‌نما

گنبد افلاک‌نما ها به ۲ صورت طراحی و ساخته می شوند : گنبدهای بادی و گنبدهای ثابت

گنبدهای ثابت با مواد و وسایل گوناگونی ساخته می شوند. سازه ی گنبدهای ثابت را می توان از فلز یا مواد دیگری ساخت. سطح درونی افلاک‌نما را باید از مواد سفید رنگ مایل به خاکستری ساخت. این مواد نباید بازتاب داشته باشند و همچنین نباید براق باشند. ساختن سازه های ثابت نیاز به محاسبات و مطالعات خاصی دارد.

گنبدهای بادی برای مراکزی کوچک و شرایطی که حمل و نقل زیاد افلاک‌نما وجود دارد بسیار مناسب و کارآمد هستند.

 

نرم افزار nightshade

Nightshade یک نرم افزار شبیه ساز ستاره شناسی رایگان است که توسط شرکت Digitalis آمریکا برای آموزش نجوم در گنبدهای افلاک‌نما طراحی شده است. این نرم افزار به گونه ای برنامه نویسی شده تا بتواند نمای شبیه سازی شده آسمان را در سرتاسر سطح نیم کره گنبد افلاک‌نما پخش کند. کاربران این نرم افزار دبیران ستاره شناسی و ستاره شناسان آماتور هستند که می توانند با نصب آن بر روی یک کامپیوتر شخصی از امکانات آن در زمینه نجوم رصدی استفاده کنند.

Nightshade می تواند آسمان را در هر شهر و هر نقطه ای از زمین شبیه سازی کند. همچنین با این نرم افزار می توانیم آسمان را از روی اجرام دیگر سامانه ی خورشیدی نیز مشاهده کنیم. توانای Nightshade به اندازه ای است که می تواند موقعیت اجرام آسمانی را از ۱۰۰۰۰۰ سال گذشته تا ۱۰۰۰۰۰ هزار سال آینده را محاسبه کند. از دیگر توانمندی های این شبیه ساز می توان به نمایش صور فلکی(در فرهنگ های گوناگون باستانی)، نمایش بارش های شهابی سالانه، رصد گذرهای سیاره ای، اختفاها، خورشیدگرفتگی ها و ماه گرفتگی ها اشاره کرد. وقایعی که برخی از آنها آنقدر نادر هستند که شاید در طول زندگی خود شانسی برای رصد آنها نداشته باشیم.