انواع تلسکوپ ها چگونه کار می‌کنند و از چه اجزایی تشکیل شده‌اند؟

کافه نجوم/ مزايا و معايب تلسکوپ هاي شکستي و بازتابي را مي دانيد؟ انواع تلسکوپ ها چگونه کار مي کنند و از چه اجزايي تشکيل شده اند؟ مسير حرکت نور در تلسکوپ ها چگونه است؟ مزايا و معايب انواع تلسکوپ ها چيست؟ در اين مقاله تلسکوپ هاي شکستي (گاليله اي و کپلري) و بازتابي (گرگوري، نيوتوني، کاسگرين، دابسوني) و اشميت کاسگرين معرفي و بررسي شده اند. بسياري از افراد به اشتباه گاليله را مخترع تلسکوپ مي دانند. در واقع چنين وسيله اي قرن ها قبل از گاليله شناخته شده بود. در سده پنجم هجري (يازدهم ميلادي) ابن هيثم اولين بار براي رصد خورشيد گرفتگي جعبه تاريک را ساخت. اتاقک تاريک، عبارت بود از جعبه يا اتاقکي که فقط بر روي يکي از سطوح آن روزنه‌اي ريز، وجود داشت. عبور نور از اين روزنه باعث مي‌شد که تصويري نسبتاً واضح اما به صورت وارونه در سطح مقابل آن تشکيل شود. اين وسيله در سده شانزدهم مورد توجه نقاشان به خصوص نقاشان ايتاليايي قرار گرفت و از آن براي رسم چشم انداز ها استفاده مي شد. بعد ها اين وسيله طي جنگ هاي صليبي به اروپا راه يافت. سال ها بعد در انگلستان رابرت گروس تست ايده ساخت تلسکوپ با استفاده از عدسي ها را مطرح کرد. در زمان گاليله يک عدد تلسکوپ به ونيز آمد که قيمت بالايي داشت. او شنيد که آن تلسکوپ داراي دو عدسي در دو انتهاي لوله آن است. همين سر نخ کافي بود، چون گاليله با اطلاع از (به تعبير خودش) پرسپکتيو موفق شد وسيله‌اي براي ديدن از راه دور براي خود بسازد و اين کار را نيز در کمترين مدت ممکن انجام داد. او يک شب تلسکوپي ساخت که سه برابر جسم را بزرگ مي‌کرد و به زودي توانست تلسکوپ ديگري را که بزرگنماييش 10 برابر بود، بسازد. ولي تلسکوپ را گاليله اختراع نکرد. تلسکوپ هاي شکستي • تلسکوپ گاليله اي قبل از گاليله، تلسکوپ به عنوان وسيله اي در ديدباني کشني استفاده مي شد. اما گاليله براي اولين بار از اين وسيله در اخترشناسي استفاده کرد. تلسکوپ گاليله از دو عدسي و يک لوله تشکيل شده. عدسي شيئي اين تلسکوپ يک عدسي محدب يا همگرا است که نور ستاره را در يک نقطه جمع مي کند. عدسي دوم که به عنوان عدسي چشمي ناميده مي شود، عدسي مقعر يا واگرا است. تصوير کوچک شده • تلسکوپ کپلر منجمان امروزه بيشتر اين نوع تلسکوپ استفاده مي کنند. در اين نوع از تلسکوپ به جاي عدسي مقعر از عدسي محدب استفاده شده است. به اين ترتيب تصوير در مکان متفاوتي تشکيل مي شود اما اندازه آن مانند تلسکوپ گاليله است. در واقع تفاوت تلسکوپ کپلر تصوير وارونه و ميدان ديد بزرگتر است. تصوير کوچک شده در اين نوع تلسکوپ به علت دور بودن جسم، تصوير بعد از عبور از عدسي شيئي در فاصله کانوني f1 تشکيل مي شود. اين تصوير در فاصله کانوني عدسي چشمي يا f2 قرار دارد و به اين ترتيب توسط عدسي چشمي تصوير نهايي بوجود مي آيد. طول لوله تلسکوپ بايد به اندازه f1+f2 باشد و همچنين چشم بايد در فاصله f2 از عدسي چشمي قرار گيرد تا تصوير ديده شود. همان طور که گفته شد اين تلسکوپ امروزه به عنوان تلسکوپ شکستي استفاده مي شود. • مزايا و معايب تلسکوپ هاي شکستي مزايا: 1) در تلسکوپ شکستي بعد از تنظيم اوليه انحراف کمتري نسبت به تلسکوپ هاي بازتابي در آنها بوجود مي آيد. 2) سطح شيشه ها به دليل قرار گرفتن در لوله به ندرت نياز به تميز کردن داد. 3) به دليل بسته بودن لوله جريان هوا و تغييرات دما تاثيري در تصوير ندارد. معايب: 1) در تلسکوپ هاي شکستي ابيراهي رنگي بوجود مي آيد که با عث بوجود آمدن اعوجاج و رنگين کمان در اطراف تصوير مي شود. به دليل ماهيت موجي نور، زماني که نور از عدسي عبور مي کند، طول موج بلند تر (رنگ قرمز) کمتر از طول موج کوتاه تر (رنگ آبي) خم مي شود. اين خاصيت در منشور ها براي توليد رنگين کمان استفاده مي شود اما در تلسکوپ باعث خراب شدن تصوير مي گردد. دو راه براي از بين بردن اين ابيراهي وجود دارد. اولين روش تغيير در عدسي محدب است. در واقع اين عدسي از چسبيدن چندين عدسي کوچک ساخته مي شود. دومين راه استفاده از عدسي محدب با فاصله کانوني زياد است. به همين دليل اوايل تلسکوپ هاي شکستي بسيار بزرگ ساخته مي شدند. 2) در تلسکوپ هاي شکستي نور ماوراي بنفش از لنز عبور نمي کند. 3) ميزان عبور نور عبوري با ضخيم شدن لنز کمتر مي شود. 4) ساخت عدسي بدون انحراف و صاف بسيار سخت و پر هزينه است. تلسکوپ هاي بازتابي • تلسکوپ گرگوري (Gregorian ) احتمالا مي توان اولين مخترع تلسکوپ هاي بازتابي را نيکولا تسکوي (Father Niccolo Zucchi) در سال 1616 بوده است. بعد از وي نيز با تغيير در آينه ها تلسکوپ هاي متفاوتي ساخته شد. يکي از اين تلسکوپ ها در سال 1663 توسط ستاره شناس و رياضي دان اسکاتلندي جيمز گرگوري (James Gregory) ابداع شد. وي در کتاب Optica Promota نحوه کار اين تلسکوپ را شرح داد. در اين تلسکوپ پس از بازتاب نور توسط آينه اول، نور از طريق آينه مقعر ثانويه به سمت بيرون هدايت مي شود. در اين سيستم تصوير مستقيم به دست مي آيد. هنوز اين سيستم کاربرد دارد و بعضي از تلسکوپ هاي بزرگ و مدرن مانند تسکوپ پيشرفته واتيکان، تلسکوپ ماژلان، تلسکوپ دوچشمي بزرگ و تلسکوپ غول پيکر ماژلان با روش تلسکوپ گرگوري ساخته شده اند. تصوير کوچک شده • تلسکوپ نيوتون اولين تلسکوپ بازتابي موفق در سال 1668 توسط آيزاک نيوتون ساخته شد. قبلا ساخته تلسکوپ با آينه توسط افراد زيادي همچون گاليله مورد بحث قرار گرفته بود. نيوتون با مطالعه کتاب جيمز گرگوري به فکر ساخت اين تلسکوپ افتاد. در واقع نيوتون قصد داشت تا نظريه خود درباره تجزيه نور سفيد به طيف رنگي را با ساخت اين تلسکوپ اثبات کند. در دوران نيتون ابيراهي رنگي در تلسکوپ هاي شکستي هنوز به صورت يک مشکل وجود داشت و علت آن مشخص نبود. در اواسط دهه 1660 نيوتون در نظريه خود نشان داد که عدسي در تلسکوپ شکستي مانند يک منشور عمل مي کند و نور در آن تجزيه مي گردد. اگر اين نظريه درست بود پس بايد با ساخت تلسکوپي بدون عدسي اين ابيراهي حذف مي شد. به همين علت نيوتون تلسکوپ بازتابي خود را ساخت. نيوتون در تلسکوپ خود آينه را با استفاده از يک آلياژ از قلع و مس ساخت. او براي ساخته تلسکوپش از يک آينه کروي به جاي آينه سهموي استفاده کرد. با وجود بوجود آمدن ابيراهي کروي در اين روش، به هر حال ابيراهي رنگي از بين خواهد رفت. او در طراحي ابداعي خود از يک آينه ثانويه تخت براي تغيير جهت نور به اندازه 90 درجه استفاده کرد. اين آينه در بين فاصله کانوني آينه اوليه قرار مي گيرد و نقطه کانوني را در بيرون تلسکوپ بوجود مي آورد. اين روش منحصر به فرد باعث مي شود که برعکس تلسکوپ گرگوري، کمترين مقدار تصوير با سد آينه رو به رو شود. در اولين نسخه تلسکوپ نيوتوني قطر دهانه تلسکوپ 1.3 اينچ (33 ميلي متر) و نسبت کانوني (نسبت فاصله کانوني به قطر دهانه) آن f⁄5 بود. تصوير کوچک شده اين تلسکوپ يکي از ساده ترين و ارزان ترين روش هاي ساخته تلسکوپ ها است و به دليل روش کار آسان تر و تصاوير واضح تر بيشتر توسط منجمان آماتور استفاده مي شود. تصوير کوچک شده • تلسکوپ کاسگرين اين تلسکوپ در سال 1672 توسط لوران کاسگرين طراحي شد. در ين تلسکوپ آينه اوليه يک آينه سهموي و آينه ثانويه آينه هذلولي شکل است. در اين تلسکوپ با وجود فاصله کانوني زياد، طول لوله تلسکوپ کم است. • تلسکوپ دابسوني اين تلسکوپ در سال 1960 توسط جان دابسون ساخته شد و امروزه به علت هزينه کم و حمل آسان و تنظيم راحت بيشتر مورد استفاده منجمان آماتور است. در اين تلسکوپ ها قطر دهانه بزرگ و فاصله کانوني کوچک است. در اين تلسکوپ به علت قطر دهانه زياد نور بيشتري جمع مي شود و براي رصد اجرام و سحابي هاي کم نور و رصد در مناطق آلوده مناسب هستند. • تصوير در تلسکوپ هاي بازتابي در تلسکوپ هاي کاسگرين تصوير علاوه بر وارونه شدن، سمت راست و چپ آن جا به جا مي شود. براي رفع اين مشکل در رصد در اين تلسکوپ ها از يک رابط استفاده مي شود که تصوير وارونه را مستقيم مي کند، اما همچنان سمت راست و چپ تصوير عکس مي ماند. به اين ترتيب تصوير با کمک اين رابط در تلسکوپ هاي بازتابي مانند ديدن تصوير در آينه است. البته نوع ديگري از رابط ها وجود دارد که با کمک منشور اين اشکال را نيز بر طرف مي کند. چنين رابط هايي براي تلسکوپ هاي نيوتوني وجود ندارد. • مزايا و معايب تلسکوپ هاي بازتابي مزايا: 1) در تلسکوپ‌هاي بازتابي، ابيراهي رنگي وجود ندارد، زيرا تمام طول‌موج‌ها به يک نقطه بازتابش مي‌شوند. 2) در تلسکوپ هاي بازتابي معمولا قطر دهانه بزرگ است و اين موضوع براي گردآوري نور ستاره ها و سحابي هاي کم نور مناسب است. 3) در تلسکوپ‌هاي بازتابي اگر از آينه سهموي شودابيراهي کروي به حداقل کاهش مي‌يابد. 4) مي توان آينه خميده را به راحتي در قسمت انتهايي تلسکوپ نصب کرد، بدون آن که وزن آينه مشکلي ايجاد کند. معايب: از معايب تلسکوپ هاي بازتابي سخت بودن ساخت آينه مقعر سهموي است. مشکل ديگر ميدان ديد کم اين تلسکوپ ها مي باشد. تصوير کوچک شده تلسکوپ کاسگرين با عوض کردن مکان آينه ثانويه در تلسکوپ نيوتني و همچنين تغيير آن به آينه محدب به لوله کوتاه تري دست يافته است. اما تنها راه برطرف سازي ابيراهي کروي همچنان ساخت آينه به صورت سهموي است. البته گوشه هاي تصوير در طرح کاسگرين نيز نسبت به نيوتني وضوح کمتري داشتند. برنارد اشميت در سال 1931، براي تلسکوپ هاي کاسگرين نوعي عدسي نازک (که بعد ها به نام تيغه اشميت معروف شد) با طرحي نسبتا پيچيده ابداع کرد که در سر لوله قرار مي گرفت و ابيراهي کروي را به همراه افت کيفيت گوشه هاي تصوير از بين مي برد. در اين صورت ديگر نياز به ساخت آينه به شکل سهموي که خود کاري دشوار بود از بين رفت. تصوير کوچک شده تيغه تصحيح کننده در اين اپتيک ها معمولا در حدود 0.6 آينه اصلي قطر دارد و گشودگي تلسکوپ را آن تعيين مي کند (بر خلاف بازتابي ها و شکستي ها). نسبت کانوني همچنان بالاست و بايد از کاهنده هاي نسبت کانوني در آن ها استفاده نمود تا مناسب در عکاسي نجومي باشند. معمولا نسبت کانوني 10 در اشميت کاسگرين ها بد نسبتا خوب است و مي‌توان آن را با کاهنده حتي به 6.3 رساند. استفاده همزمان از آينه و عدسي، طول کوتاه لوله، امکان استفاده در عکاسي از سيارات و عمق آسمان در کنار يکديگر، تلسکوپ هاي اشميت کاسگرين را به تلسکوپ هايي محبوب براي عکاسان نجومي تبديل کرده اند که البته قيمت بالاي آن ها يکي از ضعف هايي است که مي‌توان برايشان نام برد. اين نوع تلسکوپ ها در عکاسي عمق آسمان به سبب فاصله کانوني بالاي خود در سحابي ها کاربرد کمتر و در عکاسي کهکشان ها بهتر عمل مي کنند. البته در عکاسي از ماه و سيارات نيز اپتيک هاي بسيار مناسبي مي باشند. تلسکوپ هاي اشميت کاسگرين معمولا در ابعاد 6 اينچ به بالا توليد مي شوند. مقايسه تلسکوپ شکستي و نيوتوني 1) تلسکوپ هاي بازتابي معمولا علي رقم قيمت ارزان تر، گشودگي بيشتري دارند. اما تلسکوپ هاي شکستي به علت بسته بودن لوله و عدم ورود جريان هوا، وضوح تصوير بهتري دارد. به اين ترتيب تلسکوپ هاي شکستي براي رصد جزييات سيارات و ماه مناسب هستند و تلسکوپ هاي بازتابي براي رصد سحابي ها و کهکشان هاي دور و کم نور. 2) چشمي تلسکوپ هاي شکستي پايين آن است و زماني که قصد رصد ارتفاع بالا را در آسمان داشته باشيد، کار با آن سخت است. اما در تلسکوپ هاي نيوتوني چشمي در بالاي تلسکوپ است و کار با آن راحت تر است. 3) در تلسکوپ هاي شکستي ابيراهي رنگي بوجود مي آيد که براي از بين بردن آن دو راه وجود دارد، يکي استفاده از لوله بلند و ديگري قرار دادن لايه اي روي عدسي تلسکوپ. اما در تلسکوپ هاي بازتابي، ابيراهي رنگي وجود ندارد و ابيراهي کروي با استفاده از آينه سهموي رفع مي شود. 4) تلسکوپ هاي نيوتوني ارزان تر از تلسکوپ هاي شکستي هستند. زيرا ساخت آينه راحت تر است. 5) نوع کاسگراين تلسکوپ هاي بازتابي کوچک تر از تلسکوپ هاي نيوتوني است. در اين تلسکوپ ها نور دو بار رفت و برگشت دارد و به همين علت طول آنها نصف تلسکوپ هاي نيوتوني است.