آشنايي با انواع تلسكوپ

آشنايي با انواع تلسكوپ

http://www.hupaa.com/upload/thumb/thumb_5531228.JPGچهارشنبه 26 تیر 1387 / 16 جولای 2008 ... تلسکوپ ها انواع مختلفی دارند. از آن جمله میتوان به تلسکوپهای شکستی،
نیوتونی و ماکستوف اشاره کرد ...

[ فيزيك نور و اپتيك ]

تلسكوپ ها انواع گوناگوني دارند:

* تلسكوپ هاي شكستي:

در تلسكوپ شكستي ، عدسي هاي شيئي معمولا از دو عدسي با جنس هاي متفاوت شيشه اي تشكيل شده اند. اين قبيل عدسي ، آكرومات (عدسي ساده) ناميده مي شود. منشور شيشه اي مي تواند براي ساخت رنگين كمان از نور سفيد استفاده شود. اين به دليل اين است كه شيشه، رنگهاي نور را به درجات مختلف منحرف ميكند.

زماني كه كسي تصوير واضح و تيزي (نوك دار) را از چيزي كه به آن مي نگرد، مي*خواهد داشته باشد، اين تاثير آزار دهنده مي شود كه بهنام خطاي رنگي[1] (ابيراهي رنگ) شناخته مي شود. آكرومات براي از بين بردن اين تاثير با استفاده از عدسي هايي از دو نوع شيشه طراحي شده است. يكي از عدسي ها كوژ است و جنس آن از شيشه ي گرد[2]است. عدسي ديگر كاو است و از جنس ظرف بلور، چيزي كه اگر مقارن يك عدسي هم شكلش ساخته شود ، متراكم تر و انحراف نور در آن قوي تر از شيشه ي گرد است. اگرچه، همچنين اين انحراف نور بيشتر بطور قوي صورت مي گيرد اما همچنين اختلاف در چگونگي انحراف نورها با رنگهاي مختلف ،حتي به نسبت افزايش مقدار زيادي از انحراف، بيشتر بيان شده است.

بنابراين ،مي توان دو عدسي نزديك به هم، يكي از شيشه ي بلوري و يكي از شيشه ي گرد ساخته شود كه نور را به دو راه مخالف انحراف دهند. بنابراين اين اختلاف در انحراف رنگها ، اين تاثيرات را از بين مي برد ، اما اين عدسي هنوز خودش يك كار اساسي از انحراف نور گذرنده از ميان آن در يك راستا را ايفا مي كند.

هرچند ، به علت رفتار رنگهاي مختلف نور در شيشه، يك قانون ساده ي ثابت را دنبال نمي كند، اين حذف كردن ميتواند تنها براين دو رنگ تحميل شود. اين هنوز يك پيشرفت بزرگ خارج از ميدان عدسي است. اما بعضي اوقات يك پيشرفت بزرگتر مطلوب است و سپس يك عدسي از 3 عدسي شيئي براي تلسكوپهاي كمي بيشتر گران قيمت طراحي شد.
عدسي شيئي روي تلسكوپ، به جاي شبيه بودن به يك بزرگ كننده معمولي عدسي شيشه اي در شكل، بطور مساوي بر هر دو وجه برآمده است، معمولا يك شكل هلالي شده دارد ، و اين قبيل عدسي، عدسي هلالي[3] ناميده مي شوند.

اين براي كم كرن انحراف ديگري، به نام خطاي كروي [4] انجام شده است. انحراف نور با يك عدسي از قانوني رياضي به نام قانون هاي شكست نور (قانون اسنل) [5] پيروي مي كند ، و اين ناشي از حقيقت نور گذرنده است كه در شيشه آرامتر از آن چه در هوا مي پيمايد، سرعت دارد.

يك سطح كروي بطور متناسب براي ساخت زمان ساييدن عدسيها آسان است، اما اين تنها يك شباهت زياد، به شكلي است كه سطح آن، مايل به متمركز كرن پرتوهاي وارد آينده به آن در تنها يك نقطه در تصوير است.

گاهي ، مخصوصا زماني كه خيلي از عدسي ها براي تثبيت هدف، با قالب گرفته شدن از پلاستيك ، ساخته مي شوند، اين بدترين هزينه براي ساخت قالب ضروري كامل تصوير به منظور ساختن سطح ايده آلي از انحراف نور در تصوير است. عدسي هاي شبيه اين با نام عدسي هاي كروي ناميده مي شوند.
گاهي حتي از اين قبيل عدسي ها از جنس شيشه براي منظورهاي خاصي ساخته مي شوند ، اما اين قبيل عدسي ها گران گرانهستند و بنابراين استفاده ي عمومي ندارند.
اصطلاح انحنادار، زيرا اين به معناي «غيركروي» است، گاهي ديگر انواع عدسي ها كه ساختن آنها دشوار نيست، استفاده مي شوند. آنها هنوز سطح خميده دارند چيزي كه دايره هايي به جاي خم هاي پيچيده براي ساختن تصاوير كامل را نياز مي شود. براي نمونه، تو شايد عدسي*هاي استوانه*اي را كه مي*تواند يك خط منتشره ي بلندتر را بسازد ، ديده باشي، حتي در ميان آنها ، اين را عريض تر نمي سازد. ازاين قبيل عدسي ها مي توان ابزارهاي نوري كه يك چيز در يك جهت را انجام مي*دهند و اشيا مختلف ديگر ساخت.

يك كاربرد اين عدسي هاي تغيير شكل دهنده[6] استفاده براي فشردن عرض تصوير روي پرده*ي فيلم (2.35 برابر به همان پهناي درازا) در قاب تصوير متحرك فيلم طراحي شده براي تصوير متحرك اصلي به نسبت صفحه كه 1.33 برابر ، به همان پهناي درازا است ، شبيه تصوير روي تلويزيون تو است. (درواقع از زمان اديسون تصوير متحرك استاندارد كمي براي ساختن فيلم هاي معمولي به نسبت صفحه 1.37 : 1 تغيير داده شد. هر چند فيلمها 2.35 :1 به نسبت صفحه هستند، در يك محدوده روي فيلم ضبط شده اند اما فيلم همچنين چندين آثار صداي بزرگ را به خوبي نگه داشت)

ديگر كاربرد آن عينك است. عدسي هاي عينك معمولا حلقوي هستند و نه كروي ، بطوريكه همچنين مي تواند براي اشتباه روي هم رفته ي فاصله كانوني در عدسي هاي چشمي را تصحيح كند بهاستثناي اختلاف*ها در فاصله كانوني در جهات گوناگون يا ناهم خوانيهاي بينايي[7] .

معمولا عدسي هاي شيئي تلسكوپ در تلسكوپهاي شكستي نجومي از ابزار كروي استفاده نمي كنند.

دو مثال براي تلسكوپ شكستي درمقابل تصوير شده است:


http://www.quadibloc.com/science/images/refract2.gif


عدسي هاي باريك، خطاي كروي كمتري از عدسي هاي كلفت دارند. حتي بعد از تصحيح براي رفع انحراف رنگي ، دو ابزار شيئي، مختصري كلفت تر از يك عدسي شامل تنها يك ابزار ساخته است، باز هم خطاي كروي هنوز بطور مساعد ضعيف مي باشد.

درست كردن عملي يك عدسي هلالي، آن را به حداقل مي رساند، زيرا هنگاميكه روي هم رفته شكل عدسي ، سطح منحني را دنبال مي كند تا جايي كه جريان پرتوهاي نور منحرف مي*شود به جهت مطلوب جديد، هنگامي است كه نگاه داشتن فضاي يكنواخت بين آنها ، ازدست نرود. (البته، چرا آن بايد يك اختلاف پيچيده بسازد.)

همچنين ممكن است توجه بشود كه انحناها بر عدسي ها در شكل بالا، براي هدفهاي تصويري اغراق شده است.

زماني كه در جلوي سطح شديدا كوژ شده باشد، در فاصله كانون كوتاهتر تلسكوپ در قسمت پايين تر شكل نشان داده شده است ، تراز كردن نوار انحراف بين دو سطح هدايت كننده به سطح پشتي ،كوژ به جاي كاو مي شود، اما با انحناي سطح كمتر قوي. اين تلسكوپ سومين ابزار را نياز دارد ، همچنين ساخت از فلوئوريت كلسيم يا از گونه خاصي شيشه ، براي تنظيم كردن بيشتر سراسر آن را براي گرايش شيشه به منحرف ساختن نور آبي بيشتر قوي از نور زرد و نور زرد بيشتر قوي از نور قرمز. با دو ابزار ، يك عدسي آكروماتيك مي تواند هر دو نور قرمز و آبي به كانون يكسان بياورد اما نور زرد نيز به جاي كانوني شدن در يك نقطه، به طول معمولي شيشه هاي گرد و بلوري است ، استفاده مي شوند ، انحراف بيشتر قوي و زودتر به كانون آوردن.
استفاده از 3 ابزار و بطور بيشتر مهم ، ابزاري كه شيشه معمولي نيستند، به 3 رنگ اجازه مي دهد تا به كانون يكساني آورده شوند، اما اين نيز زماني كه كانوني شدن رنگها در بين داشتن اشتباه هاي خيلي كمتر، به خوبي صورت بگيرد ،منجرمي شود.

اين گونه عدسي ها با توجه به بالا، آكروماتيك هستند. طراحي كردن عدسي آكروماتيك بدون استفاده از فلوئوريت يا مواد شبيه آن ممكن است. پلاستيك ها، از قبيل آكريليك ، نيز با شيشه هاي نوري در دومين قابل فرق مي كنند، گرچه آنها خيلي زياد نسبت به دما از شيشه حساس هستند. همچنين، اينجا اختلاف بين شيشه هاي نوري معمولي كه اجازه بدهد به آنها تا براي ساخت آكروماتيك، به خوبي استفاده شود، وجود دارد.
اچ دنيس تيلور[8] يك شي نوري–بصري در سال 1895 طراحي كرد چيزي كه به فلوئوريت يا پودر گرد با هم نياز نداشت.

زيرا فلوئوريت بيشتر بطور قوي، با شيشه هاي معمولي فرق مي كند، هرچند يك آكروماتيكي كه از فلوئوريت استفاده كند (دوباره يا شيشه اي كه تقريبا شبيه آن باشد) به داشتن سطحي هرچند داراي انحناي قوي ، براي بدست آوردن فاصله كانوني مشابه، نياز ندارد. ابزار مثبت و منفي عدسي، نياز رسيدن كامل براي نزديك شدن به حذف هر قدرت خارجي ديگري را، انجام نمي دهد. اين تصميمها انحراف ديگر عدسي را داراست. آكروماتيكِ اچ دنيس تيلور طراحي شد، براي استفاده در تلسكوپ f/16 ، فاصله اي كه بيشتر مردم براي تلسكوپهاي شكستي آكروماتيك نشان مي دادند، چيزي كه هنوز براي تصاوير عالي دردسترس قرار دارد. 3 ابزار آكروماتيك -با فلوئوريت- مشابه ابزار ، ازطرفي ، اجازه داد، تلسكوپي ساخته شود كه تصاوير گيرا در فاصله كانوني f/6 را انتقال خواهد داد و دو ابزار عدسي ها كه خطاي كروي را با استفاده از فلوئوريت كم مي*كند – مشابه ابزار ، حتي اگر كسي درباره استفاده از اصطلاح «آكروماتيك» براي توضيح آن بپرسد، مي تواند هنوز شبيه f/9 انجام دهد.

* تلسكوپهاي نيتوني:

گونه ديگر معمول تلسكوپ، تلسكوپهاي نيوتني[9] هستند كه معمولا از ابزار غيركروي براي ساخت آنها استفاده مي شود. در تلسكوپ نيوتني جاي عدسي شيئي با آينه كاو جايگزين مي شود، چيزي كه مي*تواند بزرگ كند و از تصاوير در بسياري مشابه طرز عدسي كوژ باشد. يك آينه يدكي، آينه تخت كوچك كه به نام مورب [10] ناميده مي شود كه براي خارج نگهداشتن سر شخص استفاده كننده از تلسكوپ از راه ورود نور مي باشد.
اين گونه تلسكوپ درمقابل تصوير شده است:


در تلسكوپ نيوتني ،آينه كه كار مشاهده را انجام مي دهد به نام آينه نخست ناميده مي شود و معمولا بصورت كروي جايگزين نمي شود، اما در طي سايش براي گرفتن ، بر روي شكل سهميگون با دقت تنظيم مي شود. (بنابراين مرحله اي به نام سهموي كردن آينه را تنظيم مي كند.)

http://www.quadibloc.com/science/images/newton.gif

* تلسكوپهاي ماكستوف:

نوع ديگر تلسكوپ با نام تلسكوپ ماكستوف[11] شناخته مي شود. اين تلسكوپ براي استفاده در بعضي تلسكوپهاي خيلي گران با اندازه نسبتا كوچك، طراحي شده است. اخيرا ، بيشتر هزينه هاي قابل كنترل تلسكوپهايي ازاين گونه دارد فراهم مي شود. اين تلسكوپ شهرت خيلي خوبي براي كيفيت نوري خود دارد. در اين تلسكوپ، آينه نخست با كروي جايگزين شده است. يك ابزار كلفت شيشه اي در جلوي تلسكوپ ، با خميدگي مشابه بر جلو و عقب، به عنوان مصحح براي خطاي كروي آينه رفتار مي كند.

يه طور مخصوص درمقابل از تلسكوپ ماكستوف تصوير شده است. همچنين نقطه ي دايره اي در مركز آن وجود دارد كه در داخل آينه آن پوشانده شده است. اين آينه نوري را كه معمولا به كانون آورده مي شود ، كمي فراتر از اين بازتاب مي كند و چون كه اين آينه سهمويگون است ، كانوني كردن بازتاب نور بازتاب شده در آن تاخير دارد تا اين نور به پشت تلسكوپ از ميان سوراخي در مركز آينه نخست بيرون برود.

http://www.quadibloc.com/science/images/maksutov.gif

تلاشي ،براي كشيدن شكل مقياسي ساخته شده است، كه بر طراحي حقيقي در دفتر ديميتري ماكستوف[12] بنا شده است. هرچند فاصله از سطح آينه خارجي پشت تلسكوپ تا سطح صاف كانون در عدسي چشمي هنوز اغراق مي شود.

اين به خصوص از تلسكوپ ماكستوف-كاسگرين[13] عموما شناخته مي شود به نام تلسكوپ گريگوري ماكستوف [14] ، زيرا جان گريگوري طراحي اي شامل نقطه ي نقره پوش كرد كه ابتدا درغرب به خوبي شناخته شد. طرح نشان داده شد در تصوير بالا براي تلسكوپ f/9 است. تلسكوپهاي ممتاز نوري كاملا با آنها تركيب شده اند.

مشابه، اما كمتر گران و بنابراين محبوبيت مردمي اين نوع تلسكوپ بيشتر است كه اشميت كاسگرين تلسكوپ[15] ناميده مي شود. در آن، به جاي يك قطعه ي كلفت شيشه اي با دو سطح كروي ،اصلاح با قطعه ي خيلي نازك شيشه اي ، تخت بر روي يكطرف و با سطح غيركروي روي طرف ديگر ميسر مي شود.

http://www.quadibloc.com/science/images/schmidt.gif

اينجا ،آينه براي بازتاب نور به عقب از ميان انتهاي تلسكوپ به جلو وسيله بازگردانده مي شود. اينگونه تلسكوپ عموما فاصله ي كانوني f/10 با 8 ثانيه (يا 220 ميليمتر) يا دهانه بزرگتر دارد. كسي با 4 ثانيه (يا110 ميليمتر) دهانه شايد ، كمي آهسته فاصله ي كانوني f/12 داشته باشد.

[1]chromatic aberration

[2]crown glass

[3]meniscus lens

[4]spherical aberration

[5]Snell's lawn1/n2 = sin θ2/sin θ1
اين قانون كه توسط اسنل هلند و دكارت فرانسوي بطور جداگانه در قرن هفدهم كشف شد، در ايران طبق كتاب فيزيك سال اول دبيرستان به نام قانون هاي شكست نور شهرت دارد.

[6]anamorphic lense

[7]astigmatism

[8]H. Dennis Taylor

[9]Newtonian telescope

[10]diagonal

[11]Maksutov telescope

[12]Dimitri Maksutov

[13]Maksutov - Cassegrain

[14]Gregory Maksutov telescope

[15]Schmit-Cassegrain telescope