تلسکوپ هاي بازتابي از گذشته تا امروز
نويسنده: محمد جواد ترابي
نخستين بار در سال 1663 ميلادي جيمز گريگوري، رياضي دان اسکاتلندي، طرح تلسکوپي را پيشنهاد کرد که به جاي تلسکوپ هاي متداول شکستي (عدسي دار) از آينه ي مقعر بهره مي برد. آينه اي که لبه هايش از ميانه اش ضخامت بيشتري داشت. پنج سال بعد، ايزاک نيوتن با قرار دادن آينه ي تخت 45 درجه در مسير کانوني شدن پرتوهاي نور، اين تلسکوپ را به وسيله اي کاربردي تبديل کرد. از آن زمان تاکنون، سه قرن و نيم مي گذرد؛ حال تلسکوپ هاي بازتابي، به سمت مزايايي که دارند، تنها گزينه ي پيش روي سازندگان تلسکوپ هاي حرفه اي و غول پيکرند.
ساختار تلسکوپ بازتابي بسيار ساده است، لوله اي که از يک سر باز است و نور اجرام آسماني را دريافت مي کند و از سوي ديگر به آينه اي مقعر منتهي مي شود. اما تفاوت لوله ي تلسکوپ هاي بازتابي با هم در دو مورد است؛ نقطه و شيوه ي کانوني شدن نور در آن ها، و بهره بردن يا نبردن از تيغه ي تصحيح کننده.
ساده ترين نوع تلسکوپ هاي بازتابي از لحاظ نقطه ي کانوني، تلسکوپ هاي پرايم فوکوس (کانون اصلي) است که نخستين بار گريگوري طرحش را ارايه کرد. اين تلسکوپ ها، که امروزه منسوخ شده اند، فقط يک آينه دارند و آن هم آينه ي اصلي است. تصوير در يک نقطه کانوني مي شود و آن هم در وسط دهانه ي تلسکوپ.
رصدگر براي رصد با اين تلسکوپ ها بايد به داخل محفظه اي مي رفت که درون لوله ي تلسکوپ قرارداشت و از پشت عدسي چشمي در آن محفظه رصد را انجام مي داد. اين تلسکوپ ها مشکلات فراواني داشتند که از جمله ي آن مي توان به وارد شدن وزن زياد رصدگر به بدنه ي تلسکوپ، قابل تحمل نبودن فضاي رصد در شب هاي سرد زمستاني و محدود کردن بخش زيادي از دهانه ي ورودي پرتوهاي اجرام آسماني اشاره کرد. با اين حال، اين نوع تلسکوپ ها، که بعدها ابزارهايي مانند سي سي دي و طيف نگارها جانشين انسان در ميان آن ها شدند، به سبب دارا بودن فقط يک آينه و عدم افت نور در بازتاب از چند آينه، از تلسکوپ هايي به حساب مي آيند که وضوح بالايي دارند.
بسياري از مردم تلسکوپ هاي بازتابي را نيوتني مي نامند. اين تلسکوپ هم، همچون تلسکوپ گاليله اي که نخستين بار گاليله آن را نساخت، به نادرستي به اين نام مشهور شده است. نوآوري نيوتن در اين بود که آينه اي را با زاويه ي 45 درجه در مسير پرتوهاي کانوني شده قرار داد، نه اين که ايده ي ساخت اين تلسکوپ ها از او باشد. اين آينه ي تخت، که به آن آينه ي ثانويه مي گويند، پرتوهاي نور را 90 درجه منحرف مي کند و به چشمي تلسکوپ مي رساند. به اين گونه تلسکوپ ها، به درستي تلسکوپ هاي بازتابي نيوتني مي گويند. کاسگرين، دانشمند هم عصر نيوتن، پيشنهاد ديگري براي تلسکوپ هاي بازتابي داشت. او براي اين که جايگاه قرارگيري رصدگر هنگام استفاده از تلسکوپ هاي بازتابي جايگاه بهتري باشد تغييري در مسير کانوني شدن پرتوها ايجاد کرد. او آينه ي ثانويه ي تلسکوپش را از نوع محدب به جاي تخت انتخاب کرد و آن را به موازات آينه ي اصلي تلسکوپ قرار داد. سپس با سوراخ کردن وسط آينه ي اصلي، باريکه اي براي گذر نور پديد آورد. بدين ترتيب پرتوهاي نور که وارد تلسکوپ مي شوند پس از برخورد با آينه ي اصلي با آينه ي ثانويه ي محدب برخورد مي کنند. اين آينه سبب مي شود فاصله کانوني و در نتيجه بزرگنمايي تلسکوپ نسبت به تلسکوپ مشابه بازتابي بيشتر باشد ولي در عين حال طول لوله ي تلسکوپ بسيار کوتاه شود. تلسکوپ کاسگرين در جهان امروز در صدر فهرست محبوب ترين تلسکوپ هاي جهان قرار دارد.
گونه ي ديگري هم به نام کوده فوکوس مشهور است که به ندرت در تلسکوپ هاي منجمان آماتور مي توان آن را يافت. در اين تلسکوپ ها در ابتدا پرتوهاي نور، مانند تلسکوپ کاسگرين، پس از برخورد با آينه ي مقعر اصلي به آينه ي محدب ثانويه برخورد مي کنند، اما سرانجام آينه ي تخت ديگري، که با زاويه ي 45 درجه در راستاي اين پرتوهاي نور قرار گرفته است، پرتوهاي نور را به خارج از لوله ي تلسکوپ هدايت مي کند. کوده فوکوس بيشتر در تلسکوپ هايي کاربرد دارد که داراي ابزارهاي جانبي غول پيکر و حجيم اند.
لازم به ذکر است که معمولا تلسکوپ هاي رصدخانه هاي بزرگ جهان مجهز به چند نقطه ي کانوني (با فواصل کانوني متفاوت) هستند و هر نقطه ي کانوني مجهز به ابزار خاصي است.
تلسکوپ هاي بازتابي، از هر نوع که باشند، مزايايي دارند که نمي توان از آن چشم پوشي کرد. نخست اين که پرتوهاي نوري که وارد تلسکوپ مي شوند با سطح آينه برخورد مي کنند و کانوني مي شوند. اين خود سبب مي شود که برخلاف تلسکوپ هاي شکستي، که در آن ها نور از ميان شيشه ي عدسي مي گذرد، دچار ابيراهي (خطاي) رنگي نشود و پرتوهاي مختلف همگي در يک نقطه کانوني شوند. علاوه بر اين، عبور نور از داخل شيشه ي عدسي در تلسکوپ هاي شکستي سبب مي شود که اين تلسکوپ ها در عبور دادن نور فروسرخ و فرابنفش ناکم باشند. اما تلسکوپ بازتابي براي رصد در طيف هاي فروسرخ و فرابنفش هم گزينه ي مناسبي است و به همين سبب هم اندک نور فروسرخ و فرابنفش عبور کرده از جو را کانوني مي کند؛ گرچه رصد اين پرتوها با چشم ناممکن است، در دوربين هاي عکاسي اصلاح شده(موديفاي شده) و در سي سي دي هاي حرفه اي نجومي به دام مي افتند.
مزيت دوم اين تلسکوپ ها اين است که مرغوبيت بالاتري نسبت به تلسکوپ هاي شکستي هم قيمت خود دارند و ساخت آن ها هم به مراتب راحت تر است. علت اين تفاوت در آن است که تلسکوپ هاي بازتابي از آينه بهره مي برند و تلسکوپ هاي شکستي از عدسي. براي ساختن آينه، فقط کافي است به سطحي بي عيب در شيشه برسيم ولي براي ساخت عدسي به حجمي بدون نقص نيازمنديم. سومين مزيت تلسکوپ هاي بازتابي در نقص تلسکوپ هاي شکستي است. تلسکوپ هاي شکستي، چون عدسي دارند، در ابعاد بزرگ قابل ساختن نيستند يا در صورت ساخته شدن کاربردي نيست؛ چرا که عدسي در ابعاد بزرگ پس از مرور زمان تاب بر مي دارد و اصطلاحاً شکم مي دهد. نتيجه آن که تنها گزينه ي پيش رو در ساخت تلسکوپ هاي غول پيکر، تلسکوپ هاي بازتابي است. گرچه بايد دقت کرد که ساخت تلسکوپ هاي غول پيکر بازتابي در ابعاد بزرگ تر از پنج تا شش متر نيز به سبب سنگيني بسيار آينه عموما به صورت چند تکه و غير - يک دست انجام مي شود.
اما تلسکوپ هاي بازتابي معايبي هم دارند. عيب بزرگ آن ها قرار گيري آينه ي ثانويه درون لوله ي تلسکوپ و در نتيجه حذف حدود 10 درصد نور ورودي است. اين عيب سبب مي شود که نور ورودي به تلسکوپ هاي بازتابي نسبت به تلسکوپ هاي شکستي هم قطرشان، کمتر باشد. با اين حال، قيمت پايين تر تلسکوپ هاي بازتابي به نسبت تلسکوپ هاي شکستي سبب مي شود که به راحتي با خريد تلسکوپ هايي با دهانه هاي بزرگ تر اين مشکل نيز رفع شود.
عيب ديگر تلسکوپ هاي بازتابي اين است که ساخت آينه هاي مقعر سهموي گران تمام مي شود و از لحاظ تجاري به صرفه نيست و بسياري از شرکت ها آينه ي مقعر را به شکل کروي مي سازند. اين ترجيح شرکت هاي تجاري سبب مي شود که نور، به جاي کانوني شدن در يک نقطه، در يک محدوده کانوني و در نهايت تصوير محو شود. از طرف ديگر آينه هايي که به صورت کروي تراش مي خورند از چند نظر نسبت به تلسکوپ هايي با آينه هاي سهموي برتري دارند. تصور عمومي منجمان آماتور اين است که در تلسکوپ هايي با آينه ي سهموي خطاي گيسوي (کما) کمتري نسبت به تلسکوپ هايي با آينه ي کروي رخ مي دهد؛ در حالي که اين تصور اشتباه است. پديده ي کما هنگامي رخ مي دهد که ستاره يا جرم آسماني در حال رصد شدن در مرکز ميدان ديد قرار نداشته باشد. به اين ترتيب، شکل ستاره تبديل به قطره اشک مي شود. اين خطا در تلسکوپ هايي که آينه ي مقعر کروي دارند به مراتب کمتر است. همچنين ميدان ديد تلسکوپ هايي که آينه ي سهموي دارند از تلسکوپ هايي که آينه ي کروي دارند کمتر است.
امروزه بهترين راه براي حل اين مشکل استفاده از تيغه ي تصحيح کننده در دهانه ي تلسکوپ هاي بازتابي است. بدين ترتيب تلسکوپ هاي بازتابي علاوه بر داشتن آينه ي مقعر کروي مجهز به يک عدسي تصحيح کننده در دهانه ي ورودي نيز هستند. به اين تلسکوپ ها کاتاديوپتريک مي گويند. تلسکوپ هاي کاتاديوپتريک عاري از ابيراهي هاي رنگي و کروي و همچنين داراي ميدان ديد خوب اند و در عين حال ساخت آن ها، به سبب دارا بودن آينه ي مقعر کروي، بسيار آسان تر از ساخت تلسکوپي با آينه ي مقعر سهموي است. اگر تيغه ي تصحيح کننده بر سر تلسکوپي که نقطه ي کانوني اش نيوتني است متصل شود، به آن تلسکوپ نيوتني کاتاديوپتريک گفته مي شود.
ولي اگر تيغه ي تصحيح کننده بر سر تلسکوپ هاي بازتابي با روش کانوني کاسگرين متصل شده باشد، کيفيت تصوير حاصل در بزرگنمايي بالاي تلسکوپ به حدي خواهد بود که آرزوي هر منجم آماتوري است. دو گونه ي محبوب اين تلسکوپ ها اشميت - کاسگرين و ماکستوف - کاسگرين نام دارند.
منبع: ماهنامه نجوم شماره 204
ساختار تلسکوپ بازتابي بسيار ساده است، لوله اي که از يک سر باز است و نور اجرام آسماني را دريافت مي کند و از سوي ديگر به آينه اي مقعر منتهي مي شود. اما تفاوت لوله ي تلسکوپ هاي بازتابي با هم در دو مورد است؛ نقطه و شيوه ي کانوني شدن نور در آن ها، و بهره بردن يا نبردن از تيغه ي تصحيح کننده.
ساده ترين نوع تلسکوپ هاي بازتابي از لحاظ نقطه ي کانوني، تلسکوپ هاي پرايم فوکوس (کانون اصلي) است که نخستين بار گريگوري طرحش را ارايه کرد. اين تلسکوپ ها، که امروزه منسوخ شده اند، فقط يک آينه دارند و آن هم آينه ي اصلي است. تصوير در يک نقطه کانوني مي شود و آن هم در وسط دهانه ي تلسکوپ.
رصدگر براي رصد با اين تلسکوپ ها بايد به داخل محفظه اي مي رفت که درون لوله ي تلسکوپ قرارداشت و از پشت عدسي چشمي در آن محفظه رصد را انجام مي داد. اين تلسکوپ ها مشکلات فراواني داشتند که از جمله ي آن مي توان به وارد شدن وزن زياد رصدگر به بدنه ي تلسکوپ، قابل تحمل نبودن فضاي رصد در شب هاي سرد زمستاني و محدود کردن بخش زيادي از دهانه ي ورودي پرتوهاي اجرام آسماني اشاره کرد. با اين حال، اين نوع تلسکوپ ها، که بعدها ابزارهايي مانند سي سي دي و طيف نگارها جانشين انسان در ميان آن ها شدند، به سبب دارا بودن فقط يک آينه و عدم افت نور در بازتاب از چند آينه، از تلسکوپ هايي به حساب مي آيند که وضوح بالايي دارند.
بسياري از مردم تلسکوپ هاي بازتابي را نيوتني مي نامند. اين تلسکوپ هم، همچون تلسکوپ گاليله اي که نخستين بار گاليله آن را نساخت، به نادرستي به اين نام مشهور شده است. نوآوري نيوتن در اين بود که آينه اي را با زاويه ي 45 درجه در مسير پرتوهاي کانوني شده قرار داد، نه اين که ايده ي ساخت اين تلسکوپ ها از او باشد. اين آينه ي تخت، که به آن آينه ي ثانويه مي گويند، پرتوهاي نور را 90 درجه منحرف مي کند و به چشمي تلسکوپ مي رساند. به اين گونه تلسکوپ ها، به درستي تلسکوپ هاي بازتابي نيوتني مي گويند. کاسگرين، دانشمند هم عصر نيوتن، پيشنهاد ديگري براي تلسکوپ هاي بازتابي داشت. او براي اين که جايگاه قرارگيري رصدگر هنگام استفاده از تلسکوپ هاي بازتابي جايگاه بهتري باشد تغييري در مسير کانوني شدن پرتوها ايجاد کرد. او آينه ي ثانويه ي تلسکوپش را از نوع محدب به جاي تخت انتخاب کرد و آن را به موازات آينه ي اصلي تلسکوپ قرار داد. سپس با سوراخ کردن وسط آينه ي اصلي، باريکه اي براي گذر نور پديد آورد. بدين ترتيب پرتوهاي نور که وارد تلسکوپ مي شوند پس از برخورد با آينه ي اصلي با آينه ي ثانويه ي محدب برخورد مي کنند. اين آينه سبب مي شود فاصله کانوني و در نتيجه بزرگنمايي تلسکوپ نسبت به تلسکوپ مشابه بازتابي بيشتر باشد ولي در عين حال طول لوله ي تلسکوپ بسيار کوتاه شود. تلسکوپ کاسگرين در جهان امروز در صدر فهرست محبوب ترين تلسکوپ هاي جهان قرار دارد.
گونه ي ديگري هم به نام کوده فوکوس مشهور است که به ندرت در تلسکوپ هاي منجمان آماتور مي توان آن را يافت. در اين تلسکوپ ها در ابتدا پرتوهاي نور، مانند تلسکوپ کاسگرين، پس از برخورد با آينه ي مقعر اصلي به آينه ي محدب ثانويه برخورد مي کنند، اما سرانجام آينه ي تخت ديگري، که با زاويه ي 45 درجه در راستاي اين پرتوهاي نور قرار گرفته است، پرتوهاي نور را به خارج از لوله ي تلسکوپ هدايت مي کند. کوده فوکوس بيشتر در تلسکوپ هايي کاربرد دارد که داراي ابزارهاي جانبي غول پيکر و حجيم اند.
لازم به ذکر است که معمولا تلسکوپ هاي رصدخانه هاي بزرگ جهان مجهز به چند نقطه ي کانوني (با فواصل کانوني متفاوت) هستند و هر نقطه ي کانوني مجهز به ابزار خاصي است.
تلسکوپ هاي بازتابي، از هر نوع که باشند، مزايايي دارند که نمي توان از آن چشم پوشي کرد. نخست اين که پرتوهاي نوري که وارد تلسکوپ مي شوند با سطح آينه برخورد مي کنند و کانوني مي شوند. اين خود سبب مي شود که برخلاف تلسکوپ هاي شکستي، که در آن ها نور از ميان شيشه ي عدسي مي گذرد، دچار ابيراهي (خطاي) رنگي نشود و پرتوهاي مختلف همگي در يک نقطه کانوني شوند. علاوه بر اين، عبور نور از داخل شيشه ي عدسي در تلسکوپ هاي شکستي سبب مي شود که اين تلسکوپ ها در عبور دادن نور فروسرخ و فرابنفش ناکم باشند. اما تلسکوپ بازتابي براي رصد در طيف هاي فروسرخ و فرابنفش هم گزينه ي مناسبي است و به همين سبب هم اندک نور فروسرخ و فرابنفش عبور کرده از جو را کانوني مي کند؛ گرچه رصد اين پرتوها با چشم ناممکن است، در دوربين هاي عکاسي اصلاح شده(موديفاي شده) و در سي سي دي هاي حرفه اي نجومي به دام مي افتند.
مزيت دوم اين تلسکوپ ها اين است که مرغوبيت بالاتري نسبت به تلسکوپ هاي شکستي هم قيمت خود دارند و ساخت آن ها هم به مراتب راحت تر است. علت اين تفاوت در آن است که تلسکوپ هاي بازتابي از آينه بهره مي برند و تلسکوپ هاي شکستي از عدسي. براي ساختن آينه، فقط کافي است به سطحي بي عيب در شيشه برسيم ولي براي ساخت عدسي به حجمي بدون نقص نيازمنديم. سومين مزيت تلسکوپ هاي بازتابي در نقص تلسکوپ هاي شکستي است. تلسکوپ هاي شکستي، چون عدسي دارند، در ابعاد بزرگ قابل ساختن نيستند يا در صورت ساخته شدن کاربردي نيست؛ چرا که عدسي در ابعاد بزرگ پس از مرور زمان تاب بر مي دارد و اصطلاحاً شکم مي دهد. نتيجه آن که تنها گزينه ي پيش رو در ساخت تلسکوپ هاي غول پيکر، تلسکوپ هاي بازتابي است. گرچه بايد دقت کرد که ساخت تلسکوپ هاي غول پيکر بازتابي در ابعاد بزرگ تر از پنج تا شش متر نيز به سبب سنگيني بسيار آينه عموما به صورت چند تکه و غير - يک دست انجام مي شود.
اما تلسکوپ هاي بازتابي معايبي هم دارند. عيب بزرگ آن ها قرار گيري آينه ي ثانويه درون لوله ي تلسکوپ و در نتيجه حذف حدود 10 درصد نور ورودي است. اين عيب سبب مي شود که نور ورودي به تلسکوپ هاي بازتابي نسبت به تلسکوپ هاي شکستي هم قطرشان، کمتر باشد. با اين حال، قيمت پايين تر تلسکوپ هاي بازتابي به نسبت تلسکوپ هاي شکستي سبب مي شود که به راحتي با خريد تلسکوپ هايي با دهانه هاي بزرگ تر اين مشکل نيز رفع شود.
عيب ديگر تلسکوپ هاي بازتابي اين است که ساخت آينه هاي مقعر سهموي گران تمام مي شود و از لحاظ تجاري به صرفه نيست و بسياري از شرکت ها آينه ي مقعر را به شکل کروي مي سازند. اين ترجيح شرکت هاي تجاري سبب مي شود که نور، به جاي کانوني شدن در يک نقطه، در يک محدوده کانوني و در نهايت تصوير محو شود. از طرف ديگر آينه هايي که به صورت کروي تراش مي خورند از چند نظر نسبت به تلسکوپ هايي با آينه هاي سهموي برتري دارند. تصور عمومي منجمان آماتور اين است که در تلسکوپ هايي با آينه ي سهموي خطاي گيسوي (کما) کمتري نسبت به تلسکوپ هايي با آينه ي کروي رخ مي دهد؛ در حالي که اين تصور اشتباه است. پديده ي کما هنگامي رخ مي دهد که ستاره يا جرم آسماني در حال رصد شدن در مرکز ميدان ديد قرار نداشته باشد. به اين ترتيب، شکل ستاره تبديل به قطره اشک مي شود. اين خطا در تلسکوپ هايي که آينه ي مقعر کروي دارند به مراتب کمتر است. همچنين ميدان ديد تلسکوپ هايي که آينه ي سهموي دارند از تلسکوپ هايي که آينه ي کروي دارند کمتر است.
امروزه بهترين راه براي حل اين مشکل استفاده از تيغه ي تصحيح کننده در دهانه ي تلسکوپ هاي بازتابي است. بدين ترتيب تلسکوپ هاي بازتابي علاوه بر داشتن آينه ي مقعر کروي مجهز به يک عدسي تصحيح کننده در دهانه ي ورودي نيز هستند. به اين تلسکوپ ها کاتاديوپتريک مي گويند. تلسکوپ هاي کاتاديوپتريک عاري از ابيراهي هاي رنگي و کروي و همچنين داراي ميدان ديد خوب اند و در عين حال ساخت آن ها، به سبب دارا بودن آينه ي مقعر کروي، بسيار آسان تر از ساخت تلسکوپي با آينه ي مقعر سهموي است. اگر تيغه ي تصحيح کننده بر سر تلسکوپي که نقطه ي کانوني اش نيوتني است متصل شود، به آن تلسکوپ نيوتني کاتاديوپتريک گفته مي شود.
ولي اگر تيغه ي تصحيح کننده بر سر تلسکوپ هاي بازتابي با روش کانوني کاسگرين متصل شده باشد، کيفيت تصوير حاصل در بزرگنمايي بالاي تلسکوپ به حدي خواهد بود که آرزوي هر منجم آماتوري است. دو گونه ي محبوب اين تلسکوپ ها اشميت - کاسگرين و ماکستوف - کاسگرين نام دارند.
منبع: ماهنامه نجوم شماره 204
