تلسکوپ بازتابی

از ویکی نجوم
نسخهٔ تاریخ ‏۲۱ نوامبر ۲۰۱۲، ساعت ۱۵:۱۴ توسط هانيه اميري (بحث | مشارکت‌ها) (نقره اندود كردن اینه)
پرش به: ناوبری، جستجو

مقدمه

بعد از مشکلاتی که برای تلسکوپ های شکستی مطرح شد، فیزیکدان بسیار معروف، اسحاق نیوتن در سال 1672 ، شروع به ساخت تلسکوپی دیگر که به جای عدسی در آن از آینه استفاده شد، کرد. به این نوع تلسکوپ ها، تلسکوپ نیوتنی می گویند که ساده ترین و در عین حال ارزان ترین نوع تلسکوپ های بازتابی است. منظور از ارزانی یعنی به ازای افزایش قطر دهانه و افزایش کیفیت، قیمت کمتری را خواهیم پرداخت. رایج‌ترین نوع تلسکوپ در تحقیقات اخترفیزیکی، تلسکوپ آینه‌ای یا بازتابی است. سطح جمع‌کننده‌ی نور، یک آینه می‌باشد که با لایه‌ای نازک از آلومینیوم پوشانده شده است. شکل آینه معمولاً سهموی است. یک آینه سهموی تمام پرتوهای نور را که به صورت موازی با محور اصلی وارد تلسکوپ می‌شود، به یک نقطه کانونی منعکس می‌کند. تصویری را که در این نقطه تشکیل می‌شود می‌توان با یک عدسی چشمی مشاهده کرد، یا به کمک یک آشکارساز ثبت نمود. در تلسکوپ‌های بازتابی، ابیراهی رنگی وجود ندارد، زیرا تمام طول‌موج‌ها به یک نقطه بازتابش می‌شوند؛ و این یکی از مزایای این نوع تلسکوپ‌ها است.

در تلسکوپ‌های خیلی بزرگ، رصدکننده می‌تواند به همراه تجهیزاتش در یک قفس مخصوص در کانون اولیه بنشیند، بدون اینکه نور زیادی را سد کند. در تلسکوپ‌های کوچک‌تر، این کار ممکن نیست و باید تصویر را از بیرون تلسکوپ مورد مطالعه قرار داد. در تلسکوپ‌های مدرن، تجهیزات از دور کنترل می‌شود و رصدکننده باید دور از تلسکوپ بماند تا آشفتگی حرارتی کاهش یابد.

در سال 1663، جیمز گریگوری (James Gregory ) طرحی از یک تلسکوپ بازتابی را ارائه داد. با وجود این، عملاً نخستین بازتابی به‌وسیله‌ی آیزاک نیوتون (Isaac Newton ) ساخته شد. او نور را با کمک یک آینه‌ی تخت کوچک به بیرون تلسکوپ هدایت کرد. به همین دلیل کانون تصویر در این‌چنین سیستمی به کانون نیوتونی (Newtonian Focus ) معروف است. نسبت کانونی در تلسکوپ نیوتونی نوعاً بین f/3 تا f/10 می‌باشد. یک امکان دیگر این است که سوراخی در وسط آینه‌ی اولیه ایجاد شود؛ سپس با استفاده از یک آینه‌ی ثانویه‌ی کوچک که هذلولوی است و در سر جلو تلسکوپ قرار دارد، نور را به درون این سوراخ منعکس نمود. در این طرح، پرتوهای نور در کانون کاسگرین (Cassegrain Focus ) به هم می‌رسند. نسبت کانونی در تلسکوپ‌های کاسگرین بین f/8 تا f/15 است.

در سیستم‌های پیچیده‌تر، نور به‌وسیله‌ی چندین آینه و از میان محور مِیل تلسکوپ به یک کانون ثابت، موسوم به کانون کوده ، هدایت می‌شود. این کانون می‌تواند حتی در یک اتاق مجزا، نزدیک به تلسکوپ باشد. به همین دلیل طول کانونی کوده خیلی بلند، و نسبت کانونی‌ آن f/30 تا f/40 است. بیش‌ترین استفاده از کانون کوده در طیف‌سنجی دقیق است، چرا که طیف‌نگارهای بزرگ می‌توانند ساکن باشند و دمای آن‌ها را نیز با دقت خوبی ثابت نگه داشت. یک ایراد این سیستم آن است که مقدار زیادی از نور در بازتاب‌های بین آینه‌ها از دست می‌رود. یک آینه‌ با پوشش آلومینیوم حدود 80% نور را منعکس می‌کند، بنابراین در یک سیستم کوده با مثلاً پنج آینه (شامل آینه‌های اولیه و ثانویه) تنها 30% نور به آشکارساز می‌رسد.

تلسکوپ بازتابی یک ابیراهی مخصوص به خود دارد که به گیسو (Coma) معروف است. این ابیراهی بر تصاویری که از محور اصلی فاصله دارند تأثیر می‌گذارد. پرتوهای نور در یک نقطه همگرا نمی‌شوند، بلکه شکلی مانند دنباله‌دار می‌سازند. به دلیل ابیراهی گیسو، در تلسکوپ‌های بازتابی کلاسیک که یک آینه‌ی سهموی دارند، میدان دید قابل استفاده بسیار محدود است. این ابیراهی، قطر مفید میدان را، بسته به نسبت کانونی تلسکوپ، به 2 تا 20 دقیقه قوسی محدود می‌کند. برای نمونه، میدان دید مفید در تلسکوپ 5 متری پالومار حدود 4 دقیقه قوسی است، یعنی نزدیک به یک هشتم قطر ماه. در عمل، این میدان دید کوچک را با عدسی‌های گوناگونی تصحیح می‌کنند.

اگر آینه‌ی اولیه کروی بود، ابیراهی گیسو وجود نداشت. اما این نوع آینه نیز یک خطای مخصوص به خود دارد که به ابیراهی کروی (Spherical Aberration) معروف است. علت این ابیراهی آن است که پرتوهای نوری که از مرکز و لبه‌ی جسم می‌رسند در نقاط متفاوتی متمرکز می‌شوند. برای حذف این ابیراهی، ستاره‌شناس استونیایی برنهارد اشمیت یک عدسی تصحیح کننده‌ی نازک را ابداع نمود که در مسیر نور ورودی قرار می‌گرفت. دوربین‌های اشمیت از یک میدان دید وسیع (حدود 7درجه) و تقریباً بدون نقص سود می‌برند. عدسی تصحیح کننده آنقدر نازک است که نور چندانی را جذب نمی‌کند. تصویر ستارگان در این دوربین بسیار واضح است.

در تلسکوپ اشمیت، عدسی تصحیح کننده در مرکز شعاع انحنای آینه قرار داده می‌شود (این شعاع دو برابر فاصله‌ی کانونی است). برای جمع‌آوری تمام نور از لبه‌ی میدان دید، قطر آینه باید از قطر عدسی تصحیح کننده بیش‌تر باشد. برای مثال، در دوربین اشمیت پالومار، قطر دهانه (عدسی تصحیح کننده) 122cm، قطر آینه 183cm و طول کانونی 300cmاست. بزرگ‌ترین تلسکوپ اشمیت جهان در توتنبرگ آلمان قرار دارد و مقادیر آن به ترتیب از این قرار است: 134cm (قطر دهانه)، 202cm (قطر آینه)، و 400cm (طول کانونی).

صفحه‌ی کانونی خمیده در تلسکوپ اشمیت، که قسمتی از یک کره است، از معایب آن به حساب می‌آید. در هنگام استفاده برای عکاسی، صفحه‌ی عکاسی را باید منطبق بر سطح خمیده‌ی کانونی خم کرد. با استفاده از یک عدسی تصحیح کننده‌ی اضافی نزدیک به صفحه‌ی کانونی، می‌توان انحنای میدان دید را اصلاح نمود. این راه حل به‌وسیله‌ی ستاره‌شناس فنلاندی، ایرجو وَیزَلا (Yrjö Väisälä ) ، در دهه‌ی 1930 و به‌صورت مستقل از اشمیت ارائه گردید. دوربین اشمیت وسیله‌ای بسیار کارآمد در نقشه‌برداری آسمان است. از این دوربین در عکس‌برداری‌های انجام گرفته در اطلس آسمان پالومار که در فصل قبل به آن اشاره کردیم استفاده شده است؛ و همچنین در ادامه این اطلس، یعنی اطلس آسمان جنوبی (The ESO/SRC Southern Sky Atlas ).

دوربین اشمیت نمونه‌ای از یک تلسکوپ کاتادیوپتریک (Catadioptric Telescope ) است. در این نوع تلسکوپ، هم از عدسی و هم از آینه استفاده می‌شود. بسیاری از آماتورها از تلسکوپ اشمیت-کاسگرین (Schmidt–Cassegrain Telescope ) استفاده می‌کنند که نوع اصلاح شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از دوربین اشمیت است. در این تلسکوپ، آینه‌ی ثانویه در وسط عدسی تصحیح کننده سوار می‌شود. این آینه، تصویر را از میان روزنه‌ای در آینه‌ی اولیه به بیرون بازتابش می‌کند. به همین دلیل، علیرغم کوتاه بودن خود تلسکوپ، طول کانونی مؤثر می‌تواند نسبتاً بلند باشد. نوع دیگری از تلسکوپ کاتادیوپتریک که رایج هم هست، تلسکوپ مکسوتوو (Maksutov Telescope )می‌باشد. در این تلسکوپ، سطح عدسی تصحیح کننده و سطح آینه‌ی اولیه، هر دو، کره‌های هم‌مرکز هستند.

روش دیگر حذف ابیراهی گیسو، استفاده از آینه‌هایی با سطوح پیچیده‌تر است. در سامانه ریچی-کریتین (Ritchey–Chrétien System )، آینه‌های اولیه و ثانویه هذلولی‌گون هستند و بدین ترتیب یک میدان دید نسبتاً وسیع و مفید به‌دست می‌آید. اپتیک ریچی-کریتین در بسیاری از تلسکوپ‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.


در تلسكوپ بازتابی كار عدسی شیئی را یك اینه انجام میدهد.به جای عدسی اینه ای كاو موجب همگرایی نور ورودی میشود.تصویری كه توسط اینه تشكیل میشود با یك چشمی كه اساسا همان چشمی تلسكوپ نوع شكستی است مشاهده میشود.

ساخت این تلسکوپ‌ها نیز بسیار راحت تر از انواع دیگر تلسکوپ هاست به همین دلیل بسیاری از منجمین آماتور از تلسکوپ‌های بازتابی استفاده می‌کنند. اما بعدها به دلیل مشکل بلند بودن طول لوله ی تلسکوپ های نیوتنی، کمبود کنتراست و مشکلات دیگر، تلسکوپ های بازتابی دیگر با ساختار شبیه به نیوتنی ها تولید شدند که شامل ماکستوف نیوتنی، اشمیت نیوتنی، ماکستوف کاسگرین و اشمیت کاسگرین است.

ماکستوف و اشمیت نیوتنی حدودا" شبیه به نیوتنی ها هستند ولی در ماکستوف ها از تیغه ی تصحیح کننده ماکستوف و عدسی + آینه استفاده می شود. و در اشمیت ها از تیغه ی تصحیح کننده اشمیت. در اشمیت کاسگرین از تیغه تصحیح کننده ی اشمیت و در ماکستوف کاسگرین از تیغه ماکستوف استفاده شده است و در هر دو طول لوله بسیار کوتاه تر از نیوتنی ها است.


در این تلسکوپ‌ها جمع آوری نور به عهده یک آینه مقعر است. این آینه می‌تواند قسمتی از یک کره یا قسمتی از یک سهمی باشد. نور جمع آوری شده توسط یک آینه ثانویه به بیرون از لوله تلسکوپ هدایت شده و به عدسی چشمی ارسال می‌شود. در تلسکوپ‌های بازتابی اگر از آینه سهموی شود ابیراهی کروی به حداقل کاهش می‌یابد.

تلسکوپ های بازتابی در مقایسه با نوع شکستی یک مزیت عمده دارند: می توان آینه خمیده را به راحتی در قسمت انتهایی تلسکوپ نصب کرد، بدون آن که وزن آینه مشکلی ایجاد کند.

نقره اندود كردن اینه

بر خلاف اینه های خانگی بر روی اینه تلسكوپ یعنی بر سطح كاو ان یك لایه نقره اندود قرار داده میشود و شیشه صرفا تكیه گاه نقره به شمار میرود.قرار گرفتن نقره بر سطح پیشین شیشه جذب نور را از بین میبرد.نور از شیشه نمیگذرد و بر اثر جذب قسمتی از شدت خود را از دست نمیدهد.اشكال كار این است كه لایه نقره بیحفاظ پس از مدتی كدر میشود و باید هر از چند گاه اینه را مجددا نقره اندود كرد.

در سال های اخیر فرایند الومینیومی كردن به تدریج جانشین نقره اندود كردن شده است.اخیرا پی بردند كه بخار الومینوم چون بر شیشه بنشیند سطح درخشانی را پدید میاورد كه از بسیاری لحاظ بر سطح نقره ای برتری دارد.اندودن باید در خلا انجام گیرد.الومینیومی كه به این طریق اندود شود كدر نمیشود.در نخستین برخورد با هوا رویان را لایه نازك شفاف و بسیار سختیاز اكسید الومینیوم میپوشاند كه الومینیوم زیری را از هر بر هم كنشی با هوا مانع میشود.

خصیصه برتر دیگر اندود الومینیوم ان است كه نور فرابنفش را منعكس میكند.نقره منعكس كننده بسیار بدی برای این اشعه كوتاه موج است.ولی نقره نور سرخ را بهتر منعكس میكند.نقره به طور كلی از نظر بازتاب تا حدی بهتر است.نقره در بهترین شرایط 95 درصد كل نور و الومینیوم فقط 90 درصد ان را منعكس میكند.

طرح نور شناخنیتلسكوپ

اینه در انتهایتحتانیلوله سوار میشود.نور بازتابیده تصویر را در وسط اشعه ورودیتشكیل میدهد.برایان كه بتوان این تصویر را مشاهده كرد باید ان را نقل مكان داد.معمولا این كار به یكیاز دو راه زیر كه به وسیله نیوتون هم عصر فرانسویاش كاسگرن ابداع شده اند انجام میشود. در روش نیوتون اشعه همگراینور پیش از رسیدن به صفحه كانونیبه وسیله اینه ایتخت قطع میشود.این اینه اشعه را از بدنه لوله به چشمیهدایت میكند.در پاره ایموارد به جایاینه منشور منعكس كننده به كار میرود. در روش كاسگرن اینه ایكوژ كار منحرف كردن نور را انجام میدهد.شعاع هایهمگرا توسط اینه ایكوژ قطع میشود و از سوراخیكه در اینه شیئیایجاد شده است به كانون اورده میشود.یكیاز امتیازات این روش قابلیت انعطاف در فاصله كانونیشیئیاست.چون مجموعه كاملیاز اینه هایكوژ به همراه شیئیبه كار رود فواصل كانونیمتعددیدر اختیار ما قرار میگیرد.برخیاز تلسكوپ هایبازتابیهم به سیستم نیوتونیو هم به سیستم كاسگرین مجهز است. اینه با منشور كوچك لا جرم مانع قسمتیاز نور ورودیمیشود.این كاهش نور نسبتا اندك است و كسر بسیار كوچكیاز كل نور را تشكیل می دهد كه بر شیئیمیتابد.این مانع را نمیتوان در چشمیدید و همانطور كه میتوان حدس زد مزاحم تصویر نمیشود.

منبع

  • كتاب نجوم به زبان ساده
  • ویکی پدیای فارسی