راهنمای خرید تلسکوپ (بخش ۲)

انواع تلسکوپ‌ها از نظر اُپتیک

در یک تقسیم بندی کلی می‌توان تلسکوپ‌ها را به سه گروه تقسیم کرد: تلسکوپ‌های شکستی، تلسکوپ‌های بازتابی و تلسکوپ‌های ترکیبی (کاتادیوپتیک).

تفاوت اصلی آنها در مسیر نور در لوله تلسکوپ و نحوه و محل کانونی شدن تصویر است. در شکستی‌‌ها، که ساختاری به سادگی تلسکوپ گالیله دارند، کانون تلسکوپ و محل قرارگیری چشم در انتهای لوله است. در این تلسکوپ‌ها برای دیدن اجرام بالای سر نیاز است یک منشور یا آینه تخت با زاویه 45 درجه، نور را به سمت بالا بفرستد. به این ابزار جانبی چپقی (diagonal) می گوییم. در بازتابی‌های ساده (نیوتنی) که اغلب تلسکوپ‌هایی با نسبت کانونی کم (سریع) هستند، به جای عدسی شیئی در سر لوله، آینه‌ای در انتهای لوله مسئول گرداوری نور است. در عوض کانون تلسکوپ و محل قرارگیری چشم در سر لوله است و دیگر نیازی به استفاده از چپقی برای دیدن مناظر بالای سر نیست.

تلسکوپ‌های شکستی کوچک که روی  پایه سمت – ارتفاعی مسقر هستند، برای رصد مناظر زمینی نیز استفاده می شود، اما کاربری تلسکوپ‌های بازتابی بیشتر رصد آسمان است. وقتی با دوربین دو چشمی به آسمان یا مناظر زمینی نگاه می‌کنید تصاویر وارونه یا برگردان نیستند، همانطور که به چشم میبینید دیده می‌شوند اما در تلسکوپ این طور نیست و هم وارونگی و هم برگردان بودن تصویر اتفاق می افتد. در تلسکوپ‌های شکستی، چپقی قرار گرفته در انتهای لوله تصویر وارونه را درست می‌کند اما تصویر، برگردان جانبی است. در بازتابی‌های نیوتنی، هم وارونه و هم برگردان جانبی است و در کاسگرین‌ها (انواع ترکیبی) نیز که از چپقی استفاده می‌شود فقط برگردان جانبی است (البته برای رفع این موضوع عدسی مستقیم کننده وجود دارد تا در نیوتنی‌ها نیز بتوان تصویر مستقیم را برای مشاهده مناظر زمینی دید اما در رصد‌های نجومی کاربرد چندانی ندارد).

اما نوع ترکیبی تلسکوپ‌ها، یعنی کاتادیوپتریک، تقریبا از دهه 1930 وارد جامعه نجوم آماتوری شد و در دو سه دهه اخیر منجمان آماتوری که توان خرید تلسکوپ‌های گران را دارند بسیار استقبال کرده‌اند. متداول‌ترین نوع تلسکوپ‌های ترکیبی کاسگرین است. در طراحی خلاقانه آنها نور در انتهای لوله به آینه اولیه برخورد می‌کند. سپس بازتاب شده و در سر لوله به آینه ثانویه محدب می‌رسد مجددا توسط آینه ثانویه به سوی آینه اصلی باز تاب شده تا از سوراخی در مرکز آن به محل کانون و قرارگیری چشم در انتهای لوله تلسکوپ در پشت آینه اولیه برسد . در این تلسکوپ‌ها محل قرارگیری چشم مانند تلسکوپ‌های شکستی است و در نتیجه برای رصد بالای سر به چپقی نیاز است. این طراحی رفت و برگشتی و قرارگیری آینه محدب ثانویه به جای آینه تخت سبب کاهش طول لوله می‌شود در حالی که نسبت کانونی تلسکوپ کم نمی‌شود و تصاویر دقیق ایجاد می‌شوند.

اگر بخواهیم  تلسکوپ بازتابی و کاسگرین که هر  دو فاصله کانونی 1000 میلیمتر دارند را با هم مقایسه کنیم در حالی که لوله تلسکوپ بازتابی(نیوتونی) یک متر طول دارد، طول تلسکوپ کاسگرین فقط 30 سانتیمتر است. مزیت این تلسکوپ‌ها ارائه f بالا با لوله‌‌ای کوتاه، دقت و امکان حمل و نقل آسان است اما روشنایی تصویر  اغلب از اپتیک بازتابی‌ای به همان اندازه کمتر است و از سوی دیگر بهای زیاد تلسکوپ‌های کاسگرین بزرگ به نسبت نیوتنی‌های بزرگ، منجمان آماتور با بودجه محدود را از خرید آنها منصرف می‌کند.

این نوع تلسکوپ‌ها به جز کاسگرین‌های عادی که امروز کمتر در اپتیک‌های کوچک به کار می‌روند به دو دسته اصلی اشمیت-کاسگرین و ماکستوف-کاسگرین تقسیم می شوند. در هر دو یک تیغه تصحیح کننده شیشه‌ای به سر لوله اضافه شده است که خطای کروی آینه‌ها را کاهش می‌دهد (این مزیت بزرگی نسبت به تلسکوپ‌های نیوتونی است). علاوه بر این، تیغه از نشستن غبار و هوا زدگی زیاد آینه جلوگیری می‌کند و اندود آلومینیوم آینه سال‌های بیشتری دوام می‌آورد. در اشمیت-کاسگرین تیغه تصحیح کننده تقریبا مسطح به نظر می‌رسد و نسبت کانونی تلسکوپ‌های ارائه شده در این نوع اغلب نزدیک به  f/10 است. در ماکستوف-کاسگرین تیغه تصحیح کننده عدسی مقعر شکل است که آینه ثانویه نیز درون آن به صورت یک آینه بازتاب‌کننده قرار دارد. با نسبت کانونی بالا اغلب ( اغلب f/11 تا f/14) خطای کروی در این تلسکوپ‌ها بسیار کمتر است و وقتی تصویر را کانونی می‌کنید بسیار تیز و دقیق دیده می‌شود. همچنین آینه ثانویه همواره با آینه اولیه هم‌خط است مانند نیوتنی‌ها و اشمیت-کاسگرین‌ها نیازی به هم خط کردن آن پس از حمل و نقل نیست. اما در کنار دقت فوق‌العاده‌ای که در رصد‌های خورشید، ماه و سیارات، ستاره‌ها و اجرام غیر ستاره‌ای دارند، نسبت کانونی زیاد ماکستوف‌ها کاربرد آنها را در عکاسی از اجرام کم‌نور غیر ستاره‌ای و اجرام گسترده‌ای مثل خوشه‌های باز و سحابی‌های پراکنده کمتر می‌کند.

تلسکوپ شکستی یا تلسکوپ بازتابی؟

انتخاب تلسکوپ شکستی یا بازتابی وابسته به موضوعات رصدی، محل رصد‌های شما و بودجه‌تان است.
کاستی‌های تلسکوپ شکستی: از زمانی که نخستین تلسکوپ‌های شکستی در دوران گالیله وارد عرصه نجوم شدند، مشکل بزرگی پیش روی رصدگران بود: مهمترین آنها خطای رنگ است.

خطا یا ابیراهی رنگی حاصل شکست نور در عدسی شیئی تلسکوپ است. چون ضریب شکست طول موج‌های مختلف نور مرئی از بنفش تا سرخ فرق می‌کند، آنها به جای این که در یک نقطه کانونی شوند، چند کانون ایجاد می‌کنند.

اکنون بیشتر تلسکوپ‌های شکستی آماتوری از نوع آکروماتیک‌اند در این تلسکوپ‌های شکستی، عدسی شیئیدر جلوی تلسکوپ خطای رنگ را کاهش می‌دهد اما باز هم در اطراف ستاره‌ای درخشان هاله‌ای آبی- بنفش که حاصل کانون ثانویه است دیده می‌شود. هر چه نسبت کانونی تلسکوپ بیشتر باشد خطای رنگ کمتر می‌شود اما حمل و نقل و کار با تلسکوپ نیز به دلیل لوله بلند آن دشوار می‌شود. برای رفع کامل خطای رنگ عدسی‌های ترکیبی آپوکروماتیک ساخته شدند. تلسکوپ‌های آپوکروماتیک (یا به اختصار آپو) بهترین انتخاب برای عکاسان نجومی و رصدگرانی است که تصویر بسیار دقیق می‌خواهند. اما بهای یک تلسکوپ آپوکروماتیک معادل تلسکوپ آکروماتیک یا نیوتنی با دهانه 2 تا 3 برابر آن است. به همین دلیل تلسکوپ‌های شکستی آپو بین رصدگران تازه‌کار که بودجه کمی دارند چندان جایی ندارند.

برتری تلسکوپ‌های شکستی: با وجود خطای رنگ در انواع متداول شکستی‌ها، تضاد نوری قابل توجه تصویر، نما‌های دلنشین‌تری را از آسمان ارائه می‌کند. چون مانند بازتابی‌ها آینه ثانویه‌ای بر سر تلسکوپ نیست از تمام دهانه استفاده می‌شود و علاوه بر این، در اپتیک‌های مرغوب شکستی میزان افت نور در عدسی شیئی کمتر از این مقدار در آینه اصلی تلسکوپ بازتابی است. به همین دو دلیل شاید یک تلسکوپ 8 سانتیمتری شکستی را بتوان معادل 10 سانتیمتری بازتابی در گردآوری نور و روشنایی تصویر دانست و همین‌طور می‌توان تناسباتی را برای اپتیک‌های کوچک‌تر یا بزرگ‌تر ارائه کرد.

علاوه بر اینکه شکستی‌های با f (فاصله کانونی) کم آسانتر حمل و نقل می‌شوند و به دلیل شکل یکپارچه‌ای که دارند آسان‌تر می‌توان با آنها کار کرد. در کار با شکستی‌ها برخلاف نیوتنی‌ها دیگر نیازی به هم‌خط کردن آینه ثانویه و اولیه یا نگرانی از بین رفتن پوشش آلومینیوم سطح آینه پس از چند سال نیستیم. در واقع این تلسکوپ‌ها وقتی خریداری می‌شوند دیگر نیازی به تنظیم، تصحیح یا تغییرات ندارد و رصد‌ با آن ساده است.

اگرچه خطای رنگ در برخی رصدها و به وی‍ژه در عکاسی نجومی آزار دهنده است، تلسکوپ‌های شکستی مطلوب خطای کروی کمتری نسبت به تلسکوپ‌های آینه‌ا‌ی دارند.

کاستی‌های تلسکوپ بازتابی: خطا یا ابیراهی کروی سبب می‌شود نور گردآوری شده از آینه اولیه درست در یک نقطه کانونی نشود زیرا لبه‌های آینه نسبت به نواحی مرکزی آن نور را به یک نقطه مشترک نمی‌فرستند. به‌این ترتیب وقتی به میدان دید نگاه می‌کنید در حالی که وسط تصویر واضح است، ستاره‌های لبه‌ی تصویر کشیده و گیسو مانند دیده می‌شوند. به همین دلیل آن را خطای گیسو نیز می نامند.

وقتی سعی می‌کنید با چرخاندن آرام پیچ فکوس لبه‌های تصویر را واضح کنید مرکز تصویر نا‌واضح می شود. شدت خطای کروی وابسته به نوع اپتیک آینه اولیه است. در آینه‌های کروی بیشترین حد است. در آینه‌های سهموی کمتر و در آینه‌های هذلولوی (با بیشترین انحنا و گودی) کمترین حد است. اغلب تلسکوپ‌های بازتابی مرغوب دارای آینه‌های سهموی‌اند (معمولا فقط تلسکوپ‌های ترکیبی گران‌بهای نوع ریچی–کرتین در حیطه آماتوری با آینه هذلولوی ساخته می‌شوند). شدت خطای کروی همچنین می‌تواند به نسبت کانونی وابسته باشد. معمولا تلسکوپ‌هایی با f کم که مناسب عکاسی اعماق آسمان و رصدهای بیرون از شهرند خطای کروی بیشتری دارند. از سوی دیگر بازتابی‌هایی با f زیاد نیز دلخواه نیستند زیرا بیش از حد بزرگ‌اند. پس باید با خطای کروی آنها کنار آمد.

وجود آینه ثانویه باعث کمی کاهش نور می‌شود اما آنقدرها تاثیر گذار نیست. مهم‌ترین دردسر در بازتابی‌ها و تلسکوپ‌های ترکیبی مثل اشمیت–کاسگرین تنظیم آینه ثانویه است. اگر در یک شب رصدی به کشیدگی نور ستاره‌ها در سراسر میدان دید یا قرص سفید مشتری بدون اینکه کمربند‌ها و عوارضی روی آن مشخص باشد برخوردید، احتمالا مشکل شما در هم خط نبودن آینه ثانویه با اولیه است. سه پیچ تنظیم (و یک پیچ بزرگ نگهدارنده اصلی آینه است و تا حد امکان به سراغ آن نروید) روی آینه ثانویه قرار دارد. وقتی بسیار آرام آنها را حرکت دهید می‌بینید که تصویر چگونه دقیق می‌شود (برای این کار ستاره را از فکوس خارج کنید تا حلقه‌هایی از آن تشکیل شود. در حالت هم خطی کامل حلقه‌ها همه دایره‌ای و هم مرکزند). هم خط نبودن گرچه در رصد اجرام غیر ستاره‌ای محو اثر چندانی ندارد برای رصد‌های ستاره‌ای و ستارگان دوتایی بسیار مهم است.

مشکل دیگری که به مرور برای نیوتنی‌ها رخ می‌دهد هوا زدگی اندود آلومینیوم آینه است که در حالت عادی معمولا 10 سال دوام می‌آورد. در شهرهای آلوده یا نواحی بسیار مرطوب این عدد کمتر می‌شود، مگر انواع مرغوب بازتابی‌ها. البته این مشکل چندان جدی نیست و می‌توان آینه را در کارگاه‌های اپتیک دوباره اندود کرد (در ایران بخش اپتیک جهاددانشگاهی دانشگاه تهران و صنعتی شریف، صنایع اپتیک صاایران و برخی مراکز فروش و ارائه خدمات نجومی این کار را انجام می‌دهند- برای راهنمایی می‌توانید با کارشناسان موسسه آسمان شب تماس بگیرید). همچنین می‌توان آینه غبار گرفته یا چربی گرفته را شست. آینه اولیه باز می‌شود و در محلولی با 70 درصد الکل سفید و 30 درصد آب مقطر شسته و بعد به مرور خشک می‌شود.

برتری‌های تلسکوپ بازتابی: عدم خطای رنگ مهم‌تر از همه است. اگر خطای رنگ شدید در تصویر دیده شد یا چشمی نامرغوبی استفاده می‌کنید یا به جای آینه ثانویه منشور نامطلوبی به کار رفته است.
برای بیشتر رصدگران آسمان آنچه بازتابی‌ها را متداول‌ترین کرده است، کمترین هزینه به ازای افزایش دهانه تلسکوپ است. به طور مثال با بودجه‌ای که یک تلسکوپ شکستی 10 سانتیمتری خریداری می‌شود می‌‌توان یک تلسکوپ 20 سانتیمتری(8 اینچ) بازتابی با پایه دابسونی تهیه کرد. نسبت کانونی کم تلسکوپ‌های نیوتنی برتری دیگری است که آنها را به ابزار ایده‌آلی برای رصدهای اعماق آسمان تبدیل کرده است- از رصد سحابی‌ها و کهکشان‌ها تا جستجوی دنباله‌دارهای جدید و ناشناخته، کشف ابرنواخترها و عکسبرداری از اعماق آسمان با این ابزارها انجام می‌شود و کماکان برای رصد سیارات و ماه نیز تا زمانی که هم‌خط باشند، مطلوب‌اند- یعنی آنها ابزارهای همه کاره برای بودجه‌های محدود است که انتخاب بهتری را نمی‌توان برای رصدگرانی یافت که تلسکوپی با دهانه متوسط یا بزرگ را جستجو می‌کنند.
قرارگیری کانون آینه در سر لوله تلسکوپ مزیت دیگری است که نیاز به چپقی یا خم شدن در زیر تلسکوپ را برطرف می‌کند و همین موضوع امکان قرارگیری لوله تلسکوپ بر پایه‌های ساده، سبک، و کم هزینه‌ای مانند پایه دابسونی را میسر می‌کند تا امکان تهیه تلسکوپ‌های بزرگ برای علاقه‌مندانی با بودجه کم میسر می‌شود.

راهنمای خرید تلسکوپ (بخش1)

راهنمای خرید تلسکوپ (بخش3)

نویسنده: بابک امین تفرشی 1396 - به روزرسانی و ویرایش 1402

آشنایی با تلسکوپ در برنامه آسمان شب با حضور بابک تفرشی