بیشتر اطلاعاتی که از ستارگان داریم از نوری بدست آمده که از آنها به زمین می رسد. تحلیل جزییات این نور، اطلاعات مربوط به مواد شیمیایی موجود در ستاره، دمای سطحی آن وجز اینها را فراهم می آورد.
در این جستجو تلسکوپ اهمیت زیادی دارد. تلسکوپ از سه راه متفاوت به منجم کمک می کند: (آ) نوری را که از ستاره ساطع می شود جمع می کند وبه این ترتیب موجب می شود که ستاره پرنورتر به نظر آید- این خاصیت دستگاه را توان جمع آوری نور می نامند. (ب)جزییات را مشخص می کند، مثلاً مولفه های یک ستارۀ دوگانه را از هم جدا می سازد- این خاصیت توان تفکیک نامیده می شود.و(پ) بخشی از آسمان را که مورد مطالعه است، بزرگ می کند- واین توان بزرگنمایی تلسکوپ است.
تلسکوپ از دو نوع اصلی اند: تلسکوپ های شکستی وتلسکوپ های بازتابی. این قسمت به ساخت، خواص ومشخصات تلسکوپ های شکستی اختصاص دارد.
فرایند دید:
دیدن یک جسم به وسیلۀ انسان، معلول تابیدن نور ساطع شده از آن جسم است بر پردۀ داخلی چشم. این پرده نسبت به نور حساس است وشبکیه نام دارد. به این ترتیب، قسمتی از نوری که فرضاً از شعلۀ شمعی خارج میشود از سوراخ مردمک چشم به شبکیه راه پیدا می کند و شبکیه این نور را به تحریکی عصبی تبدیل می کند. سپس عصب بینایی این تحریک را به مغز منتقل می کند که احساس دید را موجب می شود.
تصویر مرئی ای که بر شبکیه تشکیل می شود رابطه ای نقطه به نقطه با شئ ء مشاهده شده دارد. به این ترتیب نور هر نقطه از یک شعله باید بر یک نقطه وتنها یک نقطه از شبکیه بتابد.
مشخصات عدسی
یک عدسی با گشودگی، فاصلۀ کانونی ونسبت کانونی(یا عددf) آن مشخص می شود. این مشخصات با فرمول زیر به هم مربوط اند: نسبت کانونی = گشودگی/ ← فاصله کانونی
گشودگی قطر آزاد عدسی است که نور از آن می گذرد ومعمولاً اندازۀ تلسکوپ را مشخص می کند(مثلاً تلسکوپ 5 متری). فاصلۀ کانونی، فاصلۀ بین مرکز عدسی وکانون آن است.کانون عدسی نقطه ای است بر محور آن که همۀ شعاع های موازی با محور در آن با هم تلاقی می کنند. کانون نقطه ای بر محور عدسی است که شعاع های موازی با محور در آن با هم تلاقی می کنند. ()(
(باتوجه به شکل)
اندازۀ تصویر با فاصلۀ کانونی تغییر می کند- چون فاصلۀ کانونی زیاد شود تصویر بزرگ تر می شود. یک فاصلۀ کانونی 70 سانتی متری تصویری بزرگ تر درست می کند تا عدسی ای که فاصلۀ کانونی اش 60 سانتیمتر است.
یک تلسکوپ شکستی ساده:
ساده ترین نوع تلسکوپ شکستی، فقط از دو عدسی تشکیل می شود. عدسی ای که به سمت شئء(ستاره، ماه وغیره) است، شیئی نامیده می شود. کار آن ایجاد تصویری از شئ مورد مشاهده است. عدسی دیگر که ناظر ازآن تصویر را می بیند چشمی نام دارد.
اشیاء مورد توجه نجوم علی القاعده در فواصل دور قرار دارند. نوری که از نقاط جسم وارد شیئی می شود به صورت شعاع های متوازی است. تصویری که این شعاع های موازی ایجاد می کنند بر صفحۀ کانونی تشکیل می شود. صفحۀ کانونی، صفحه ای است که از کانون می گذرد وعمود بر محور عدسی است. تصویری که عدسی اول ایجاد می کند تصویر اول نامیده می شود.
عمل چشمی بزرگ نمودن تصویر اول است. برای دست یافتن به بزرگنمایی باید چشمی در جایی قرار گیرد که تصویر اول درست داخل کانون آن- یعنی بین چشمی وکانون ولی بسیار نزدیک به کانون باشد.
یکی از کارهای اصلی یک تلسکوپ ایجاد بزرگنمایی زاویه ای است.
نوع سادۀ تلسکوپ نجومی که شرح داده شد واز دو عدسی تشکیل شده است تنها برای بزرگنمایی های کم به کار می رود. چنین تلسکوپی را می توان تا 10 مرتبه بزرگنمای به ازای هر5 ر2 سانتیمتر قطر گشودگی شیئی مورد استفاده قرار دارد. برای بدست آوردن بزرگنمایی بیشتر(مثلاً40 تا 60 مرتبه) به ازای هر5 ر2 سانتیمتر قطر، شیئی باید چنان ساخته شودکه از دو نقیصۀ متداول عاری باشد. این نقیصه ها به کجنمایی معروف اند ومعمولاً در عدسی های ساده وجود دارند. یکی از آنها به کجنمایی رنگی موسوم است ودیگر کجنمایی کروی نام دارد. چشمی نیز باید ساخت پیچیده تری داشته باشد.
کجنمایی رنگی:
چون شعاع نور از عدسی بگذرد، تنها شکسته نمی شود بلکه به رنگ های تشکیل دهنده اش نیز تجزیه می شود. این خاصیت بسیار نامطلوبی برای عدسی به شمار می رود. هر شعاع نور سفید که از سمت چپ وارد عدسی میشود به رنگین کمان کوچکی از رنگ ها تجزیه می شود. اصطلاح نور سفید به معنی نور معمولی است که از خورشید، ستارگان وغیره ساطع می شود. این نور در واقع ترکیبی از رنگ های رنگین کمان است که خوب به هم آمیخته اند.
کجنمایی کروی(نقص عدسی از لحاظ شکل):
این، نقیصۀ عدسی هایی است که سطوح شان کروی است. به شکل الف نگاه کنید. اکثر عدسی ها چنین سطوحی دارند. سطح های پیشین وپسین این عدسی ها قسمت هایی از کره اند. این قبیل عدسی ها نمی توانند نور را به درستی کانونی کنند. شعاع های نوری که از نزدیکی لبۀ این عدسی ها می گذرند بیش از شعاع های گذرنده از مرکز، شکسته می شوند. به این ترتیب شعاعی که در شکل (ب) با حروف A مشخص شده نزدیک تر از شعاع B به مرکز، کانونی می شود. دوباره رابطۀ نقطه به نقطه برقرار نیست وحاصل تصویری تار است. این نقیصه، کاملاً مستقل از کجنمایی رنگی است. کجنمایی کروی حتی وقتی که هیچ تجزیۀ نوری هم صورت نپذیرد ممکن است وجود داشته باشد. اگر سطوح عدسی به جای آنکه کروی باشند، سهمی وار ساخته شوند، این نقیصه تصحیح می شود. انحنای یک عدسی سهمی وار در لبه ها کمتر ازمرکز است و اشعۀ موازی را در کانون مشخص واحدی جمع می کند.
شکل الف شکل ب
شیئی های تصحیح شده:
در حال حاضر می توان شیئی های آکروماتیک را چنان ساخت که کجنمایی های رنگی وکروی را جبران کنند. لزومی ندارد که سطوح اجزای تشکیل دهندۀ این عدسی سهمی وار باشد، بلکه از سطوح کروی نیز میتوان استفاده کرد. ساخت آن از دو مرحله تشکیل می شود: نخست عدسی ساز انحنای کروی ونوع شیشه ای که برای هر جزء عدسی آکروماتیک لازم است انتخاب می کند. در چنین طرحی عدسی همگرا از شیشۀ کراون ساخته می شود. نسبت شعاع های سطوح کروی آن 3 :2 است، عدسی واگرا از فلینت ساخته می شود. یکی از وجوه آن تخت است ووجه دیگر آن چنان ساخته شده که با سطحی که شعاعش کمتر است جفت می شود. این عدسی مرکب هیچ کجنمایی کروی ندارد و از نظر کجنمایی رنگی نیز تصحیح شده است.
چشمی ها:
چشمی چیزی نیست مگر ذره بینی با فاصلۀ کانونی کوتاه، ومعمولاً از دو عدسی تشکیل می شود: یکی عدسی میدان ودیگری عدسی دید. چشم ناظر در نزدیکی عدسی دید قرار می گیرد.
کار عمدۀ عدسی میدان گردآوردن شعاع های نور از شیئی و هدایت آن به سمت عدسی معمولاً کوچکتر دید است. کار عمدۀ عدسی دید بزرگنمایی است.
سه نوع مفید چشمی ها عبارتند از: چشمی هویگنسی، چشمی کل نر وچشمی ارتوسکوپیک. کیفیت یک چشمی را عوامل زیر تعیین می کنند:
آ.ساخت.
ب. فاصلۀ کانونی.
پ. میدان دید ظاهری.
به عنوان مثال شرح کامل یک چشمی نمونه به این صورت است: هویگنسی، فاصلۀ کانونی 27 میلیمتر، میدان دید ظاهری50 درجه، یا کل نر، فاصلۀ کانونی 40 میلیمتر، میدان دید ظاهری 40 درجه .
زاویه ای که قطر دایرۀ دید در چشم ناظر می سازد برای هر چشمی مقدارثابتی است خواه با تلسکوپ به کار رود خواه به تنهایی.(با توجه به شکل)
چشمی هویگنسی:
این چشمی از دو عدسی تخت- کوژ که طرف کوژ آنها دور از چشم است، تشکیل می شود. به شکل نگاه کنید.
چشمی نمونه ای که فاصلۀ کانونی آن 25 میلیمتر است ممکن است از یک عدسی دید به قطر 12 میلیمتر وفاصلۀ کانونی 16 میلیمتر و یک عدسی میدان به قطر 26 میلیمتر وفاصلۀ کانونی 48 میلیمتر تشکیل شود و فاصلۀ بین دو عدسی 32 میلیمتر باشد.
میدان دید چشمی های هویگنسی خوب 50 درجه است. این چشمی ها بیشتر در مواقعی بکار می روند که چنین زوایای بزرگی لازم است نقص های نوری معمولاً در چشمی هویگنسی کاملاً تصحیح نشده اند. در نتیجه کاربرد آنها به بزرگنمایی های کم محدود می شود.
چشمی کل نر:
این چشمی که نوع پیشرفته تر چشمی اولیه ای موسوم به چشمی رمزدن است، برای بزرگنمایی های متوسط بسیار متداول است . این چشمی از یک عدسی تخت- کوژ که طرف تخت آن به سمت شیئی است وعدسی دید آکروماتیکی به قطر کمتر تشکیل شده است.یک عدسی کل نر نمونه با فاصلۀ کانونی 25 میلیمتر، از یک عدسی میدان به قطر28 میلیمتر وفاصلۀ کانونی 41 میلیمترویک عدسی دیدآکروماتیک به قطر 18 میلیمتر وفاصلۀ کانونی 32 میلیمتر تشکیل شده است. فاصلۀ بین دو عدسی 20 میلیمتر است.
چشمی ارتوسکوپیک:
این چشمی از بهترین انواع چشمی های موجود ومخصوص بزرگنمایی زیاد است وتشکیل شده است از یک عدسی میدان، که خود مرکب از سه جزء است ویک عدسی دید تخت-کوژ. سه جزء عدسی میدان عبارت است از یک عدسی دو سوکا وفلینت که بین دو عدسی دوسوکوژ کراون قرار گرفته است. عدسی دید تخت-کوژ ونزدیک به عدسی میدان قرار دارد و وجه تخت آن به طرف چشم است. به شکل نگاه کنید.
چشمی ارتوسکوپیک. عدسی میدان از سه جزء، شیشۀ کراون، شیشۀ فلینت وشیشۀ کراون تشکیل شده است که با بالسام کانادا به هم چسبانده شده اند. عدسی دید که خیلی نزدیک به عدسی میدان کار گذاشته می شود، عدسی تخت- کوژ است که وجه تخت آن در طرف چشم قرار دارد.
وقتی تلسکوپی که منظور اصلی آن رویت با چشم است برای عکس برداری بکار می رود، در محل چشمی یک گیرۀ صفحۀ عکاسی قرار داده می شود.
اندودن عدسی ها
تنها قسمتی از نوری که وارد تلسکوپ می شود از عدسی های گوناگون آن می گذرد. بخش قابل ملاحظه ای از آن از سطوح نوری منعکس می شود. بازتاب هایی که از سطوح کروی باز می تابد تصویرهای ثانوی مزاحمی را به وجود می آورد وبه میزان قابل ملاحظه ای از وضوح تصویر اصلی می کاهد. در سال های اخیربا اندودن سطح شیشه، از این نقیصه کاسته اند.سطح را بالایه ای شفاف و نازک که معمولاً از جنس فلوئوریدمنیزیم است اندود می کنند. این لایه موجب می شود که امواج نوری که از سطح زبرین اندود منعکس می شود با نوری که از سطح زیرین آن باز می تابد تداخل کند وبه این ترتیب نور باز تابیده حذف شود. این تداخل نابود کننده فقط در صورتی روی می دهد که ضخامت اندود دقیقاً برابریک چهارم طول موج باشد.
توان های سه گانۀ تلسکوپ
تلسکوپ سه کار انجام می دهد:
1-روشنی ظاهری شئ را افزایش می دهد. این افزایش روشنی به توان جمع آوری نور تلسکوپ بستگی دارد.
2-جزئیاتی را که با چشم برهنه نمی توان دید واضح می سازد. این که تلسکوپی این کار را به چه کیفیتی انجام می دهد به توان تفکیک تلسکوپ بستگی دارد.
3-شئ را بزرگ تر می نماید یا موجب می شود که نزدیک تر به چشم آید. چگونگی انجام این کار در تلسکوپ بسته به توان بزرگنمایی تلسکوپ است.
توان جمع آوری نور یک تلسکوپ
احتمالاً مهم ترین کار یک تلسکوپ جمع آوردن مقدار زیادی نور از یک ستاره است. تلسکوپ این نور را به هم می فشرد وبه صورت تابۀ باریکی در می آورد که وارد مردمک چشم می شود. توان جمع آوری نور رویت ستارگانی را ممکن می سازد که قدرشان از6 بیشتر است، یعنی ستارگان کم فروغی که با چشم برهنه دیده نمی شوند. توان جمع آوری نور فقط به عدسی شئی بستگی دارد وبا مساحت آن متناسب است. قطر مردمک چشم در هنگام شب تقریباً 6 میلیمتر است. به تلسکوپی که قطر شیئی آن 4ر2 سانتیمتر است مرتبه بیش از چشم برهنه نور وارد می شود. بنابراین با یک تلسکوپ 5 سانتیمتری ستارگانی را می توان رصد کرد که 64 بار کم نورتر از یک ستارۀ قدر ششم اند. این ستاره ها از ردیف قدر 5ر10 خواهند بود.
توان تفکیک یک تلسکوپ
توان تفکیک رابطه ای نزدیک با رویت واضح جزئیات دارد.
هرچه توان تفکیک تلسکوپی بیشتر باشد جزئیات واضح تر خواهند بود. بنابراین نقطه ای نورانی که به چشم برهنه، یک ستاره می آید، چون با تلسکوپی که توان تفکیکش زیاد است مشاهده شود ممکن است به دو یا چند ستاره تفکیک شود. نظریۀ نور شناختی و نیز تجربه نشان می دهد که توان تفکیک یک تلسکوپ فقط به قطر شیئی بستگی دارد. بنابراین ستاره هایی که در یک تلسکوپ کوچک به صورت یک واحد به چشم می آیند، تنها وقتی که با تلسکوپی رصد می شوند که عدسی شیئی آن بزرگ تر است ممکن است به دو یا چند همسایۀ نزدیک به هم تفکیک شوند. فرمول ساده ای قطر شیئی را به توان تفکیک مربوط می سازد:
قطر شیئی/5ر12= توان تفکیک
در این فرمول قطر را باید بر حسب سانتیمتر قرار داد وتوان تفکیک برحسب ثانیۀ قوس به دست می آید.
توان بزرگنمایی یک تلسکوپ
تلسکوپ زاویا را بزرگ می نماید. یکی از کارهای اصلی این وسیلۀ بزرگ نمودن زوایایی است که اشیاء مورد مشاهده تحت آنها رویت می شوند؛ این کار بزرگنمایی زاویه ای نامیده می شود. به این ترتیب اگر بدون تلسکوپ جسمی تحت زاویۀ 3 درجه دیده شود وبا تلسکوپ تصویر آن تحت زاویۀ 45 درجه رویت شود بزرگنمایی 15 مرتبه است. هر بزرگنمایی مورد نظری، مثلاً یک میلیون مرتبه، را می توان به یکی از سه طریق زیر به دست آورد:
آ.با بزرگ کردن فاصلۀ کانونی شیئی، یعنی با بکار بردن عدسی ای که در مرکز فقط اندکی کلفت تر از لبه هاست.
ب. با کوچک تر کردن فاصلۀ کانونی چشمی. عملاً یعنی استفاده از عدسی ای که در مرکز بسیار کلفت تر از لبه هاست.
پ.با ترکیب(آ) و(ب)
از لحاظ نظری، حدی برای بزرگنمایی وجود ندارد. اما در استفاده از بزرگنمایی های خیلی زیاد، چهار محدودیت مهم وجود دارد:
آ.بزرگ نمودن، با بزرگ کردن اندازۀ تصویر جعلی، از وضوح تصویر می کاهد. هرچه بزرگ نمایی بیشتر باشد وضوح وتمایز تصویر کمتر است.
ب.افزایش بزرگ نمایی موجب کاهش روشنی تصویر می شود. مقدار نور واحدی بر سطح بزرگ تری پخش می شود ونتیجۀ آن کم نور بودن تصویر است.
پ. افزایش بزرگنمایی میدان دید واقعی را کم می کند. با دو برابر کردن بزرگنمایی قطر زاویه ای دید نصف می شود. از اصطلاح فنی میدان دید در ارتباط با تلسکوپ زیاد استفاده می شود. بنا به تعریف میدان دید نسبت دو کمیت دیگر است که از ویژگی های هر تلسکوپ اند. این کمیت ها عبارتند از: (1) میدان دید ظاهری چشمی و(2) بزرگنمایی زاویه ای تلسکوپ
میدان دید ظاهری چشمی=میدان دید واقعی
میدان دید ظاهری هر چشمی کمیت ثابتی است و آن را معمولاً سازندۀ آن بر حسب درجۀ قوس در اختیار ما می گذارد. بزرگنمایی را به سهولت می توان با تقسیم fشییئی برf چشمی تعیین کرد.
ت. افزایش بزرگنمایی، چشمک زدن ستارگان را تشدید می کند وبه طور اساسی مشاهدۀ ستاره هایی را که نزدیک یکدیگراند مختل می سازد. چشمک زدن در واقع تغییرات سریع در روشنی ظاهری و رنگ ستاره است که با تمام تموج های سریع در مکان ظاهری آن همراه است. این تغییرات وتموج ها کاملاً معلول اثر جو زمین برنورستاره ای است که از آن می گذرد. این تغییرات در یک تلسکوپ بزرگ بسیار بزرگ می شود. چندان نامعمول نیست که تلسکوپی بزرگ در شبی کاملاً بی ابر، بر اثر شرایط بد" دید" عملاً بی فایده شود.
به این چهار دلیل، حدی عملی برای حداکثر بزرگنمایی وجود دارد. حداکثر بزرگنمایی معمولاً کمتر از 50 بار به ازای هر 5ر2 سانتیمتر از قطر شیئی در نظر گرفته می شود. یک تلسکوپ 10 سانتیمتری حداکثر باید تا بزرگنمایی 200 بار مورد استفاده قرار گیرد.
حداقلی نیز برای بزرگنمایی مفید وجود داردکه معمولاً 4 بار به ازای هر 5ر2 سانتیمتر از قطر شیئی است . اگر بزرگنمایی از این کمتر باشد، ستون نوری که از چشمی خارج می شود برای ورود به مردمک چشم بسیار بزرگ خواهد بود و قسمتی از نور به هدر خواهد رفت.
روش های استقرار تلسکوپ
یکی از مهم ترین قسمت های یک تلسکوپ پایۀ تلسکوپ است. یک لولۀ بلند میل به نوسان کردن دارد واین نوسان موجب رقصیدن ستارگان می شود. یک پایۀ محکم خوب به میزان زیاد از این نوسانها می کاهد. طرح پایۀ تلسکوپ باید چنان باشد که بتوان تلسکوپ را به هر نقطه ای در آسمان، از افق تا سمت الرأس و به هر زاویه سمتی از صفر درجه تا 360 درجه قراول رفت. ساده ترین سیستمی که این کار را انجام می دهد ترکیبی از محورهای افقی و قائم است. تلسکوپ از طریق محوری افقی به دو شاخه ای متصل می شود ودر نتیجه می تواند از افق تا سمت الرأس دوران کند وارتفاع های مختلف را اختیار کند. دو شاخه به نوبۀ خود می تواند حول محوری قائم دوران کند ودایرۀ افقی 360 درجه ای را بپیماید. این طرز استقرار، استقرار سمت- ارتفاعی است.
استقرارسمت- ارتفاعی اغلب برای تعیین فوری مقادیر ارتفاع و سمت ستارگان یا اجرام سماوی دیگر به کار می رود. استقرار دابسونی، نوعی استقرار سمت- ارتفاعی است که در آن پایۀ ثابت تلسکوپ مستقیماً روی زمین قرار می گیرد. جان دابسون، تلسکوپ سازآمریکایی، مخترع آن است. این نحوۀ استقرار مناسب تلسکوپ های بزرگ آماتوری از نوع نیوتنی است. تلسکوپ های دابسونی را می توان با میزچه های استقرار معدل النهاری هم مجهز کرد. این میزچه ها شیب داراند وشیب آنها مانع حرکت تلسکوپ در گسترۀ کامل زوایا می شود. استقرار استوایی یا معدل النهاری به منظور آن طراحی شده ا ست که یک ستاره را برای مدتی دراز در میدان دید نگه دارد.
با تلسکوپی که استقرار آن استوایی است، می توان ستاره ای را که اطلاعات مربوط به زاویۀ میل وزایۀ ساعتی نجومی آن معلوم است پیدا کرد. تلسکوپ را حول محور میل می چرخانیم تا میل داده شده به دست آید. آنگاه قید تلسکوپ را در این وضعیت محکم می کنیم. سپس تلسکوپ و محور میل را حول محور قطبی دوران می دهیم تا به زاویۀ ساعتی نجومی مورد نظر برسیم.