انواع تلسکوپ، مزایا و معایب

بسیاری از افراد به اشتباه گالیله را مخترع تلسکوپ می دانند. در واقع چنین وسیله ای قرن ها قبل از گالیله شناخته شده بود. در سده پنجم هجری (یازدهم میلادی) ابن هیثم اولین بار برای رصد خورشید گرفتگی جعبه تاریک را ساخت. اتاقک تاریک، عبارت بود از جعبه یا اتاقکی که فقط بر روی یکی از سطوح آن روزنه‌ای ریز، وجود داشت. عبور نور از این روزنه باعث می‌شد که تصویری نسبتاً واضح اما به صورت وارونه در سطح مقابل آن تشکیل شود. این وسیله در سده شانزدهم مورد توجه نقاشان به خصوص نقاشان ایتالیایی قرار گرفت و از آن برای رسم چشم انداز ها استفاده می شد. بعد ها این وسیله طی جنگ های صلیبی به اروپا راه یافت.
سال ها بعد در انگلستان رابرت گروس تست ایده ساخت تلسکوپ با استفاده از عدسی ها را مطرح کرد. در زمان گالیله یک عدد تلسکوپ به ونیز آمد که قیمت بالایی داشت. او شنید که آن تلسکوپ دارای دو عدسی در دو انتهای لوله آن است. همین سر نخ کافی بود، چون گالیله با اطلاع از (به تعبیر خودش) پرسپکتیو موفق شد وسیله‌ای برای دیدن از راه دور برای خود بسازد و این کار را نیز در کمترین مدت ممکن انجام داد. او یک شب تلسکوپی ساخت که سه برابر جسم را بزرگ می‌کرد و به زودی توانست تلسکوپ دیگری را که بزرگنماییش 10 برابر بود، بسازد. ولی تلسکوپ را گالیله اختراع نکرد.

• تلسکوپ گالیله ای
قبل از گالیله، تلسکوپ به عنوان وسیله ای در دیدبانی کشنی استفاده می شد. اما گالیله برای اولین بار از این وسیله در اخترشناسی استفاده کرد. تلسکوپ گالیله از دو عدسی و یک لوله تشکیل شده. عدسی شیئی این تلسکوپ یک عدسی محدب یا همگرا است که نور ستاره را در یک نقطه جمع می کند. عدسی دوم که به عنوان عدسی چشمی نامیده می شود، عدسی مقعر یا واگرا است.
• تلسکوپ کپلر
منجمان امروزه بیشتر این نوع تلسکوپ استفاده می کنند. در این نوع از تلسکوپ به جای عدسی مقعر از عدسی محدب استفاده شده است. به این ترتیب تصویر در مکان متفاوتی تشکیل می شود اما اندازه آن مانند تلسکوپ گالیله است. در واقع تفاوت تلسکوپ کپلر تصویر وارونه و میدان دید بزرگتر است.
در این نوع تلسکوپ به علت دور بودن جسم، تصویر بعد از عبور از عدسی شیئی در فاصله کانونی f1 تشکیل می شود. این تصویر در فاصله کانونی عدسی چشمی یا f2 قرار دارد و به این ترتیب توسط عدسی چشمی تصویر نهایی بوجود می آید. طول لوله تلسکوپ باید به اندازه f1+f2 باشد و همچنین چشم باید در فاصله f2 از عدسی چشمی قرار گیرد تا تصویر دیده شود.
همان طور که گفته شد این تلسکوپ امروزه به عنوان تلسکوپ شکستی استفاده می شود.

• مزایا و معایب تلسکوپ های شکستی
مزایا:
1) در تلسکوپ شکستی بعد از تنظیم اولیه انحراف کمتری نسبت به تلسکوپ های بازتابی در آنها بوجود می آید.
2) سطح شیشه ها به دلیل قرار گرفتن در لوله به ندرت نیاز به تمیز کردن داد.
3) به دلیل بسته بودن لوله جریان هوا و تغییرات دما تاثیری در تصویر ندارد.
معایب:
1) در تلسکوپ های شکستی ابیراهی رنگی بوجود می آید که با عث بوجود آمدن اعوجاج و رنگین کمان در اطراف تصویر می شود. به دلیل ماهیت موجی نور، زمانی که نور از عدسی عبور می کند، طول موج بلند تر (رنگ قرمز) کمتر از طول موج کوتاه تر (رنگ آبی) خم می شود. این خاصیت در منشور ها برای تولید رنگین کمان استفاده می شود اما در تلسکوپ باعث خراب شدن تصویر می گردد.
دو راه برای از بین بردن این ابیراهی وجود دارد. اولین روش تغییر در عدسی محدب است. در واقع این عدسی از چسبیدن چندین عدسی کوچک ساخته می شود. دومین راه استفاده از عدسی محدب با فاصله کانونی زیاد است. به همین دلیل اوایل تلسکوپ های شکستی بسیار بزرگ ساخته می شدند.

2) در تلسکوپ های شکستی نور ماورای بنفش از لنز عبور نمی کند.
3) میزان عبور نور عبوری با ضخیم شدن لنز کمتر می شود.
4) ساخت عدسی بدون انحراف و صاف بسیار سخت و پر هزینه است.

• تلسکوپ گرگوری (Gregorian )
احتمالا می توان اولین مخترع تلسکوپ های بازتابی را نیکولا تسکوی (Father Niccolo Zucchi) در سال 1616 بوده است. بعد از وی نیز با تغییر در آینه ها تلسکوپ های متفاوتی ساخته شد. یکی از این تلسکوپ ها در سال 1663 توسط ستاره شناس و ریاضی دان اسکاتلندی جیمز گرگوری (James Gregory) ابداع شد. وی در کتاب Optica Promota نحوه کار این تلسکوپ را شرح داد. در این تلسکوپ پس از بازتاب نور توسط آینه اول، نور از طریق آینه مقعر ثانویه به سمت بیرون هدایت می شود. در این سیستم تصویر مستقیم به دست می آید. هنوز این سیستم کاربرد دارد و بعضی از تلسکوپ های بزرگ و مدرن مانند تسکوپ پیشرفته واتیکان، تلسکوپ ماژلان، تلسکوپ دوچشمی بزرگ و تلسکوپ غول پیکر ماژلان با روش تلسکوپ گرگوری ساخته شده اند.

• تلسکوپ نیوتون

اولین تلسکوپ بازتابی موفق در سال 1668 توسط آیزاک نیوتون ساخته شد. قبلا ساخته تلسکوپ با آینه توسط افراد زیادی همچون گالیله مورد بحث قرار گرفته بود. نیوتون با مطالعه کتاب جیمز گرگوری به فکر ساخت این تلسکوپ افتاد. در واقع نیوتون قصد داشت تا نظریه خود درباره تجزیه نور سفید به طیف رنگی را با ساخت این تلسکوپ اثبات کند.
در دوران نیتون ابیراهی رنگی در تلسکوپ های شکستی هنوز به صورت یک مشکل وجود داشت و علت آن مشخص نبود. در اواسط دهه 1660 نیوتون در نظریه خود نشان داد که عدسی در تلسکوپ شکستی مانند یک منشور عمل می کند و نور در آن تجزیه می گردد. اگر این نظریه درست بود پس باید با ساخت تلسکوپی بدون عدسی این ابیراهی حذف می شد. به همین علت نیوتون تلسکوپ بازتابی خود را ساخت.
نیوتون در تلسکوپ خود آینه را با استفاده از یک آلیاژ از قلع و مس ساخت.
او برای ساخته تلسکوپش از یک آینه کروی به جای آینه سهموی استفاده کرد. با وجود بوجود آمدن ابیراهی کروی در این روش، به هر حال ابیراهی رنگی از بین خواهد رفت. او در طراحی ابداعی خود از یک آینه ثانویه تخت برای تغییر جهت نور به اندازه 90 درجه استفاده کرد. این آینه در بین فاصله کانونی آینه اولیه قرار می گیرد و نقطه کانونی را در بیرون تلسکوپ بوجود می آورد. این روش منحصر به فرد باعث می شود که برعکس تلسکوپ گرگوری، کمترین مقدار تصویر با سد آینه رو به رو شود. در اولین نسخه تلسکوپ نیوتونی قطر دهانه تلسکوپ 1.3 اینچ (33 میلی متر) و نسبت کانونی (نسبت فاصله کانونی به قطر دهانه) آن f⁄5 بود.

این تلسکوپ یکی از ساده ترین و ارزان ترین روش های ساخته تلسکوپ ها است و به دلیل روش کار آسان تر و تصاویر واضح تر بیشتر توسط منجمان آماتور استفاده می شود.

• تلسکوپ کاسگرین
این تلسکوپ در سال 1672 توسط لوران کاسگرین طراحی شد. در ین تلسکوپ آینه اولیه یک آینه سهموی و آینه ثانویه آینه هذلولی شکل است. در این تلسکوپ با وجود فاصله کانونی زیاد، طول لوله تلسکوپ کم است.
• تلسکوپ دابسونی
این تلسکوپ در سال 1960 توسط جان دابسون ساخته شد و امروزه به علت هزینه کم و حمل آسان و تنظیم راحت بیشتر مورد استفاده منجمان آماتور است. در این تلسکوپ ها قطر دهانه بزرگ و فاصله کانونی کوچک است. در این تلسکوپ به علت قطر دهانه زیاد نور بیشتری جمع می شود و برای رصد اجرام و سحابی های کم نور و رصد در مناطق آلوده مناسب هستند.

• تصویر در تلسکوپ های بازتابی
در تلسکوپ های کاسگرین تصویر علاوه بر وارونه شدن، سمت راست و چپ آن جا به جا می شود. برای رفع این مشکل در رصد در این تلسکوپ ها از یک رابط استفاده می شود که تصویر وارونه را مستقیم می کند، اما همچنان سمت راست و چپ تصویر عکس می ماند. به این ترتیب تصویر با کمک این رابط در تلسکوپ های بازتابی مانند دیدن تصویر در آینه است. البته نوع دیگری از رابط ها وجود دارد که با کمک منشور این اشکال را نیز بر طرف می کند.
چنین رابط هایی برای تلسکوپ های نیوتونی وجود ندارد.

• مزایا و معایب تلسکوپ های بازتابی
مزایا:
1) در تلسکوپ‌های بازتابی، ابیراهی رنگی وجود ندارد، زیرا تمام طول‌موج‌ها به یک نقطه بازتابش می‌شوند.
2) در تلسکوپ های بازتابی معمولا قطر دهانه بزرگ است و این موضوع برای گردآوری نور ستاره ها و سحابی های کم نور مناسب است.
3) در تلسکوپ‌های بازتابی اگر از آینه سهموی شودابیراهی کروی به حداقل کاهش می‌یابد.
4) می توان آینه خمیده را به راحتی در قسمت انتهایی تلسکوپ نصب کرد، بدون آن که وزن آینه مشکلی ایجاد کند.
معایب:
از معایب تلسکوپ های بازتابی سخت بودن ساخت آینه مقعر سهموی است. مشکل دیگر میدان دید کم این تلسکوپ ها می باشد.

تلسکوپ کاسگرین با عوض کردن مکان آینه ثانویه در تلسکوپ نیوتنی و همچنین تغییر آن به آینه محدب به لوله کوتاه تری دست یافته است. اما تنها راه برطرف سازی ابیراهی کروی همچنان ساخت آینه به صورت سهموی است. البته گوشه های تصویر در طرح کاسگرین نیز نسبت به نیوتنی وضوح کمتری داشتند. برنارد اشمیت در سال 1931، برای تلسکوپ های کاسگرین نوعی عدسی نازک (که بعد ها به نام تیغه اشمیت معروف شد) با طرحی نسبتا پیچیده ابداع کرد که در سر لوله قرار می گرفت و ابیراهی کروی را به همراه افت کیفیت گوشه های تصویر از بین می برد. در این صورت دیگر نیاز به ساخت آینه به شکل سهموی که خود کاری دشوار بود از بین رفت.

تیغه تصحیح کننده در این اپتیک ها معمولا در حدود 0.6 آینه اصلی قطر دارد و گشودگی تلسکوپ را آن تعیین می کند (بر خلاف بازتابی ها و شکستی ها). نسبت کانونی همچنان بالاست و باید از کاهنده های نسبت کانونی در آن ها استفاده نمود تا مناسب در عکاسی نجومی باشند. معمولا نسبت کانونی 10 در اشمیت کاسگرین ها بد نسبتا خوب است و می‌توان آن را با کاهنده حتی به 6.3 رساند. استفاده همزمان از آینه و عدسی، طول کوتاه لوله، امکان استفاده در عکاسی از سیارات و عمق آسمان در کنار یکدیگر، تلسکوپ های اشمیت کاسگرین را به تلسکوپ هایی محبوب برای عکاسان نجومی تبدیل کرده اند که البته قیمت بالای آن ها یکی از ضعف هایی است که می‌توان برایشان نام برد.
این نوع تلسکوپ ها در عکاسی عمق آسمان به سبب فاصله کانونی بالای خود در سحابی ها کاربرد کمتر و در عکاسی کهکشان ها بهتر عمل می کنند. البته در عکاسی از ماه و سیارات نیز اپتیک های بسیار مناسبی می باشند. تلسکوپ های اشمیت کاسگرین معمولا در ابعاد 6 اینچ به بالا تولید می شوند.

1) تلسکوپ های بازتابی معمولا علی رقم قیمت ارزان تر، گشودگی بیشتری دارند. اما تلسکوپ های شکستی به علت بسته بودن لوله و عدم ورود جریان هوا، وضوح تصویر بهتری دارد. به این ترتیب تلسکوپ های شکستی برای رصد جزییات سیارات و ماه مناسب هستند و تلسکوپ های بازتابی برای رصد سحابی ها و کهکشان های دور و کم نور.
2) چشمی تلسکوپ های شکستی پایین آن است و زمانی که قصد رصد ارتفاع بالا را در آسمان داشته باشید، کار با آن سخت است. اما در تلسکوپ های نیوتونی چشمی در بالای تلسکوپ است و کار با آن راحت تر است.
3) در تلسکوپ های شکستی ابیراهی رنگی بوجود می آید که برای از بین بردن آن دو راه وجود دارد، یکی استفاده از لوله بلند و دیگری قرار دادن لایه ای روی عدسی تلسکوپ. اما در تلسکوپ های بازتابی، ابیراهی رنگی وجود ندارد و ابیراهی کروی با استفاده از آینه سهموی رفع می شود.
4) تلسکوپ های نیوتونی ارزان تر از تلسکوپ های شکستی هستند. زیرا ساخت آینه راحت تر است.
5) نوع کاسگراین تلسکوپ های بازتابی کوچک تر از تلسکوپ های نیوتونی است. در این تلسکوپ ها نور دو بار رفت و برگشت دارد و به همین علت طول آنها نصف تلسکوپ های نیوتونی است.

منابع
www.scientus.org
www.astronomynotes.com
www.dummies.com
www.math.ubc.ca
www.starlightinstruments.com
www.wikipedia.com
www.wiki.avastarco.com

گردآوری و نگارش: مائده فرهوش