تلسکوپ بازتابی یا نیوتونی یکی از رایج ترین انواع تلسکوپ در بین منجمان آماتور است. البته تلسکوپ بازتابی اصطلاحی کلی است و برخی از انواع دیگر تلسکوپ ها را هم می توان بازتابی نامید برای همین ما در این مقاله به نوع بازتابی نیوتونی می پردازیم.
نیوتن دانشمند برجسته بریتانیائی اولین کسی بود که این نوع تلسکوپ را اختراع کرد. قبل از نیوتن گالیله تلسکوپ شکستی را ساخته بود و در رصدهای خود از آن استفاده می کرد. تلسکوپ های شکستی مشکلی به نام خطای رنگی دارند. به دلیل عبور نور از عدسی شیئی در تلسکوپ های شکستی نور تجزیه می شود وهاله ای آبی قرمز اطراف اجسام پرنور دیده می شود که اصولا ربطی به آن جسم ندارند.
در شکل زیر تصویر تلسکوپ ساخته شده توسط نیوتن را می بینید.
تلسکوپ نیوتن
برای درک بهتر این مقاله بهتر است کمی بامفاهیم ابتدائی اپتیک عدسی ها و آینه ها آشنا باشید.
شاید دلیل اینکه این نوع تلسکوپ کمی دیر اختراع شد این بوده که وقتی شخصی به فکر ساخت این نوع تلسکوپ بوده به این موضوع فکر می کرده که در تلسکوپ های شکستی کانون در پشت عدسی تشکیل می شود. یعنی نور از عدسی شیئی عبور می کند و در طرف مقابل شیئی تصویر ایجاد می شود ولی در نوع بازتابی که نور منعکس می شود چطور می توان چشمی تلسکوپ را قرار داد و جسم را دید. در نگاه اول درست به نظر می آید ولی نیوتن هوشمندانه این مشکل را رفع کرد. آینه تخت کوچکی درست قبل از کانون آینه مقعر اصلی قرار داد و نور را 90 درجه به سمت بیرون منحرف کرد و سپس چشمی را قرار داد.
در شکل زیر نمائی از یک تلسکوپ بازتابی نیوتونی دیده می شود.
تلسکوپ نیوتونی چگونه کار می کند
نور اجرام آسمانی وارد لوله تلسکوپ می شوند و تا انتهای لوله پیش می روند. سپس به آینه ای مقعر به نام آینه اصلی می رسند و سپس بازتاب می شوند و دوباره طول لوله را طی می کنند. قبل از تشکیل کانون آینه ی کوچکی که به ثانویه معروف است نور را 90 درجه منحرف کرده و از سوراخی که روی لوله تلسکوپ قرار گرفته خارج می شود. و سپس به چشمی تلسکوپ رسیده و می توان تصویر را از پشت چشمی دید.
سوال؟
آیا وجود آینه ثانویه باعث نمی شود مشکلی در تصویر ایجاد شود؟ آیا مثلا باعث نمی شود مرکز تصویر را از دست بدهیم؟
خیر
تصویر کاملا یکدست دیده می شود. کمی فکر کنید که چرا مشکلی ایجاد نمی شود.
نور مثلا یک ستاره در واقع یک تک باریکه ی نور نیست که به ما می رسد. بلکه دسته پرتوی است که به ما می رسد و به همین دلیل وجود آینه ثانویه باعث می شود که فقط کمی شدت نور کم شود. آن هم بسیار کم در حد مثلا 15 درصد که اصلا قابل ملاحظه نیست. البته کمی تاثیرات دیگر نیز خواهد داشت که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.
اما اجازه دهید کمی در مورد آینه های تلسکوپ های بازتابی نیوتونی صحبت کنیم. آینه های تلسکوپ و اصولا آینه های اپتیکی برعکس آینه های مورد استفاده در منزل سطح شان بازتاب کننده نور است. در آینه های معمولی مورد استفاده در منازل شیشه ای داریم که پشت آن اندود جیوه می شود و در واقع نور از شیشه رد می شود تا به سطح اندود و بازتاب کننده برسد. ولی در آینه های اپتیکی سطح آینه اندود آلومنیوم می شود و در واقع سطح حساسی هستند که نباید لمس شوند.
آینه اصلی و ثانویه تلسکوپ بازتابی
شکل فوق آینه اصلی و ثانویه یک تلسکوپ بازتابی نیوتونی را نشان میدهد. آینه های ثانویه معمولا بیضی شکل هستند. ساخت آینه ی اصلی تلسکوپ های بازتابی نیوتونی از بقیه تلسکوپ ها ساده تر است و ارزان تر به دو دلیل. دلیل اول این است که در این آینه ها فقط یک سطح اپتیکی قرار است ساخته شود. ولی مثلا در تلسکوپ های شکستی ما با چندین سطح سر و کار داریم. دلیل دوم هم این است که شیشه ای که برای ساخت این آینه ها استفاده می شود لازم نیست مشخصات اپتیکی خاصی داشته باشد . مثلا در آینه های کوچک می توان از شیشه های معمولی هم برای ساخت استفاده کرد. در آینه های بزرگتر معمولا از شیشه های پیرکس که ضریب انبساط دمائی کمتری دارند استفاده می شود. در مجموع اینکه تلسکوپ نیوتونی ارزان ترین نوع تلسکوپ است. شاید برایتان جالب باشد بدانید که یکی از فعالیت های آماتوی بسیارجذاب تراش و ساخت آینه تلسکوپ نیوتونی است. اگر در این سایت به بخش ساخت آینه تلسکوپ مراجعه کنید می توانید خودتان آینه تلسکوپ نیوتونی بسازید.
در تلسکوپ نیوتونی چون هیچ نوری از عدسی عبور نمی کند پس هیچ جا تجزیه نور نداریم و در نتیجه خطای رنگی در این نوع تلسکوپ صفر است که این یکی از بزرگترین ویژگی های این تلسکوپ است. البته مقدار بسیار ناچیزی در عدسی چشمی خطای رنگی وجود دارد که قابل چشم پوشی است.
نسبت کانونی تلسکوپ نیوتونی
در این مقاله با مقدمات اپتیکی عدسی ها و لنز ها آشنا شدید و مفهوم نسبت کانونی را یاد گرفتید. هرچه نسبت کانونی در تلسکوپ نیوتونی بیشتر باشد طول لوله تلسکوپ هم به همان اندازه بلندتر است و برعکس. آینه تلسکوپ نیوتونی باید از نوع آینه سهمی باشد تا بتواند پرتوهای نور را دقیقا در یک نقطه کانونی کند. اگر آینه اصلی از نوع کروی باشد پرتوها نمی توانند دقیقا در یک نقطه یکسان به هم برسند و در نتیه تصویر کمی محو می شود. در آینه هائیکه قطر دهانه کمی دارند و نسبت کانونی بلندی دارند می توان آینه را کروی ساخت زیرا در این مورد تفاوت سطح کروی و سهمی بسیار کم است و حتی سطح کروی هم تصویر قابل قبولی ارائه می کند. مثلا تمام تلسکوپ های نیوتونی 3 اینچی که نسبت کانونی بلندی دارند از نوع کروی هستند. همانند شکل زیر.
تلسکوپ نیوتونی 3 اینچی
در شکل بالا تلسکوپی نیوتونی با قطر آینه اصلی 3 اینچ و نسبت کانونی 9 را مشاهده می کنید که آینه از نوع کروی است. ساخت آینه های کروی بسیار ساده تر از ساخت آینه های غیر کروی است بنابراین در تلسکوپ های کوچک و ارزان قیمت که نسبت کانونی بالائی هم دارند از آینه های کروی استفاده می شود.
ولی اگر مثلا قطر آینه 20 سانتی متر و نسبت کانونی برابر با 6 یاشد آینه حتما باید از نوع سهمی باشد. زیرا در این قطر آینه و این نسبت کانونی آینه ای کروی خطای کروی بسیار بالائی دارد و تصویر به شدت محو و بی کیفیت می شود.
تلسکوپ های معتبر موجود در بازار آینه هایشان دقت لازم را دارند و مثلا غیر ممکن است که کمپانی Skywatcher تلسکوپی 8 اینچ با نسبت کانونی 5 از نوع کروی بسازد. ولی دیده شده کمپانی های نه چندان معتبر چنین کاری را انجام داده اند.
وقتی صحبت از آینه کروی و یا سهمی می کنیم باید دقت داشته باشیم که ساخت این سطوح نیز با دقت های متفاوتی قابل انجام است. یعنی می توان آینه ای کروی داشت که کاملا و با دقت بسیار بالائی کروی باشد و در مقابل آینه ای به نام سهمی داشت که کاملا سهمی نباشد و تصویر تولید شده توسط آینه اول از آینه دوم حتی بهتر باشد. برای اطلاعات بیشتر در این مورد به مقاله دقت اپتیکی مراجعه کنید.
تلسکوپ های نیوتونی را می توان در اندازه های بزرگ و نسبت کانونی پائین ساخت. مثلا تلسکوپی با قطر آینه 8 اینچ و نسبت کانونی 4 . چنین تلسکوپی طول لوله اش فقط 80 سانتی متر است و در نتیجه قابلیت حمل و نقل بسیار خوبی دارد.
تلسکوپ 8 اینچ نیوتونی با نسبت کانونی 4
اصولا تلسکوپ نیوتونی یکی از بهترین گزینه های رصد آسمان است. این نوع تلسکوپ ارزان ترین نوع تلسکوپ است یعنی با بودجه ای مشخص بزرگ ترین تلسکوپی که می توانید تهیه کنید بدون شک نوع نیوتونی است. تلسکوپ های آماتوی نیوتونی با قطر دهانه 1 متر نیز وجود دارند.
تلسکوپ نیوتونی غولپیکر 28 اینچی
هرچه نسبت کانونی کمتر باشد خطای کما بیشتر است. خظای کما (Coma) یا گیسو به این صورت است که هر چه قدر از مرکز تصویر به سمت گوشه های تصویر حرکت کنیم ستاره ها از شکل نقطه ای شان خارج می شوند و به شکل قطره درمی آیند. خوشبختانه این خطای اپتیکی در مرکز تصویر صفر است و مرکز تصویر را تاثیر نمی گذارد. جهت اطلاعات بیشتر به مقاله خطاهای اپتیکی مراجعه کنید.
خطای کما در نسبت کانونی کمتر از 5 و در میدان دید باز توسط چشم قابل تشخیص است.
خطای کما
خطای کما در آینه های مقعر وابسته به نسبت کانونی است. این خطا بیشتر در عکاسی نجومی خود را نشان می دهد و مشکل ساز است. جهت رفع این خطا می توان از قطعه ای اپتیکی به نام تصحیح کننده کما (Coma Corrector) استفاده کرد. این قطعه در فوکوسر تلسکوپ قرار گرفته و سپس چشمی یا دوربین عکاسی قرار می گیرد. بسته به کیفیت این تصحیح گر خطای کما می تواند تا حد بسیار بالائی تصحیح شود و ستاره ها شکل نقطه ای به خود بگیرند.
اگر تلسکوپی نیوتونی با نسبت کانونی بین 4 تا 5 دارید و قصد عکاسی ندارید می توانید از تصحیح گر کما صرف نظر کنید ولی اگر نسبت کانونی 4 و کمتر است به این قطعه احتیاج دارید مخصوصا در عکاسی.
تلسکوپ های نیوتونی در عکاسی نجومی هم عالی هستند. فقط کافی است از تصحیح کننده کمای مناسب استفاده کنید تا ابزاری عالی جهت عکاسی نجومی در اختیار داشته باشید. دو دلیل عالی برای اینکه این تلسکوپ ها برای عکاسی عالی هستند یکی نداشتن خطای رنگی است و دیگری سرعت بالای آنها در عکاسی است. در مورد اول مفصل صحبت شد. اما اجازه دهید در مورد سرعت عکاسی صحبت کنیم. نسبت کانونی تلسکوپ ها بیان کننده سرعت آنها در عکاسی نحومی است.
هرچه نسبت کانونی تلسکوپی کمتر باشد تصویر تشکیل شده در کانون آن پرنورتر است و در نتیجه با زمان نوردهی کمتری می توان آن جرم آسمانی را ثبت کرد. به همین دلیل است به تلسکوپی که نسبت کانونی کمتری دارد اصطلاحا سریع گفته می شود. در مورد لنز های عکاسی هم دقیقا این مطلب صدق می کند هرچه دیافراگم کمتر باشد اصطلاحا گفته می شود لنز سریع تر است.
سوال : تلسکوپی با نسبت کانونی 4 چند برابر از تلسکوپی با نسبت کانونی 6 سریع تر است؟
جواب : 6 تقسیم بر 4 سپس به توان 2 . یعنی 1.5 به توان 2 که معادل 2.25 برابر می شود. یعنی تلسکوپی با نسبت کانونی 4 از تلسکوپی با نسبت کانونی 6 مقدار 2.25 برابر سریع تر است. یعنی مثلا اگر تلسکوپی با نسبت 6 کهکشانی را در 2.25 دقیقه ثبت می کند تلسکوپی با نسبت 4 آن کهکشان را فقط در 1 دقیقه نوردهی می تواند ثبت کند. پس همانطور که ملاحظه می کنید تلسکوپ نیوتونی می تواند به شکلی عالی جهت عکاسی نجومی به کار رود.
نیوتونی هائی با نسبت کانونی بسیار کم 2.8 نیز ساخته شده اند جهت عکاسی نجومی که چند تائی هم در ایران موجود اند.
تلسکوپ Takahashi Epsilon 180 ED با نسبت کانونی 2.8 یکی از بهترین موارد است. قیمت این تلسکوپ حدود 5000 دلار است.
یک تلسکوپ نیوتونی بین 5 تا 6 اینچ می تواند یکی از بهترین انتخاب ها جهت شروع رصد آسمان و عکاسی نجومی باشد.
همخطی تلسکوپ نیوتونی
تقریبا تمام تلسکوپ ها با موضوعی به نام همخطی اپتیکی (Collimation) دست به گریبان هستند. تلسکوپ ها پس از مدتی استفاده مخصوصا اگر زیاد جابجا شوند و تکان بخورند از تنظیم اپتیکی یا همخطی خارج می شوند و این باعث می شود تصویر کیفیت خود را از دست بدهد و نتوان به راحتی جزئیات را مشاهده کرد. بعضی تلسکوپ ها اصولا بهتر همخطی خود را نگه می دارند یا بعبارتی به سختی از هم خطی خارج می شوند. مثلا تلسکوپ های شکستی عموما به ندرت از تنظیم خارج می شوند. ولی تلسکوپ های نیوتونی راحت تر از تنظیم خارج شده و این می تواند کمی مشکل زا باشد. البته کیفیت ساخت مکانیک تلسکوپ ها نیز بسیار تاثیر گذار است. بعضی تلسکوپ های نیوتونی بخش مکانیکشان بهتر ساخته شده اند و پایدار تر هستند.
با این حال در تمام تلسکوپ های نیوتونی مساله همخطی را دیر یا زود تجربه خواهید کرد. مگر اینکه تلسکوپ در رصدخانه ثابت باشد.
هر چقدر نسبت کانونی تلسکوپ نیوتونی کمتر باشد به همخطی حساس تر است. به این معنی که در نسبت کانونی مثلا 4 کمی خارج بودن از همخطی مقدار زیادی در کیفیت تصویر تاثیر می گذارد ولی اگر تلسکوپ دارای نسبت کانونی 8 باشد همان مقدار خارج بودن از تنظیم تاثیر بسیار کمتری روی کیفیت تصویر دارد.
دیر یا زود هر منجم آماتوری باید تلسکوپ نیوتونی خود را هم خط کند. این کار اصلا پیچیده نیست. برای این کار به مقاله همخط کردن تلسکوپ نیوتونی مراجعه کنید. همچنین می توانید تلسکوپ خودتان را به ما بسپارید تا با دقت بسیار بالائی همخط کردن آن را انجام دهیم.
آینه ثانویه تلسکوپ نیوتونی
همانطور که قبلا اشاره کردیم آینه ثانویه تلسکوپ نیوتونی از نوع تخت است که شکل بیضی دارد. اما اندازه این آینه و کیفیت این آینه چه تاثیری روی تصویر دارد؟
این موضوع یعنی دقت اپتیکی و اندازه آینه ثانویه تلسکوپ نیوتونی مقالات جداگانه ای هستند که می توانید آنها را مطالعه کنید ولی در اینجا توضیح مختصری داده می شود. آینه ثانویه بخشی از دید آینه اصلی را مسدود می کند. یعنی بخشی از نور ورودی را کاهش می دهد. البته این مقدار بسیار کم است چون باید نسبت مساحت ها را در نظر بگیریم. اما وجود آینه ثانویه در تلسکوپ ها تاثیر منفی دیگری نیز دارد و آن کاهش توان تفکیک تلسکوپ در اثر پدیده پراش (Diffraction) است. هرچه آینه ثانویه بزرگتر باشد تاثیر منفی تری بر تفکیک جزئیات تصویر می گذارد. جهت اطلاعات بیشتر به مقاله ای که اشاره شد مراجعه کنید.
پس شاید فکر کنید که باید تا حد امکان آینه ی ثانویه کوچکی انتخاب کنیم. این موضوع در رصد تا حدی صحیح است ولی در عکاسی داستان فرق می کند. تصویری که در کانون آینه ثانویه تشکیل می شود دایره ای شکل است که به آن دایره تصویر یا Image Circle گفته می شود. قطر دایره تصویر اگر از قطر سنسور تصویر بردار شما کمتر باشد در گوشه های تصویرتان نور به اندازه کافی نمی رسد و مرکز تصویر درخشان و گوشه ها کم نور می مانند.
یکی از عوامل تاثیر گذار در اندازه دایره تصویر در تلسکوپ نیوتونی قطر آینه ثانویه است. عامل دیگر نسبت کانونی است که هرچه بیشتر باشد قطر دایره تصویر نیز بیشتر می شود. پس در تلسکوپ های نیوتونی که جهت عکاسی آسمان استفاده می شوند و اصولا نسبت کانونی پائینی دارند برای تولید دایره تصویر بزرگ و مناسب باید قطر آینه ثانویه را بزرگ درنظر گرفت.
اما در نیوتونی هائی که جهت رصد آسمان بویژه رصد سیارات استفاده می شوند جهت کاهش اثر پراش قطر ثانویه را کوچک در نظر می گیرند و با بالابردن نسبت کانونی مشکل را جبران می کنند.
نسبت کانونی در تلسکوپ های نیوتونی
در تصویر بالا دو تلسکوپ نیوتونی با نسبت کانونی متفاوت و قطر آینه اصلی یکسان را مشاهده می کنید. تلسکوپ با نسبت کانونی کمتر آینه ثانویه بزرگتری دارد و دیگری با نسبت کانونی بیشتر قطر آینه ثانویه کمتری دارد. اصولا تلسکوپ نیوتونی اگر آینه های با کیفیتی داشته باشد می تواند کیفیت تصویر بسیار بالائی داشته باشد. افرادی که می خواهند به شکل جدی سیارات را رصد کنند. یکی از انتخاب هایشان تلسکوپ نیوتونی با نسبت کانونی بالا و قطر ثانویه بسیار کم است. به این تلسکوپ ها اصطلاحا “Planet Killer” هم می گویند. البته حمل و نقل نیوتونی های با نسبت کانونی بسیار بالا و آینه اصلی بزرگ سخت است ولی در اندازه های کوچک قابل انجام است.
تلسکوپ نیوتونی سیاره ای
تلسکوپ فوق از نوع نیوتونی با آینه اصلی 6 اینچ و نسبت کانونی 13 است که جهت مشاهده سیارات طراحی شده است.
تلسکوپ دابسونی
احتمالا نام تلسکوپ دابسونی را تا بحال شنیده اید. دابسونی در واقع نوعی استقرار سمت ارتفاعی است که چنان با تلسکوپ نیوتونی عجین شده که وقتی صحبت از تلسکوپ دابسونی می شود لوله اپتیکی نیوتونی در ذهن تصور می شود. طرح اپتیکی نیوتونی اصولا ارزان ترین طرح اپتیکی در بین انواع تلسکوپ هاست. . استقرار دابسونی هم ارزان ترین نوع استقرار تلسکوپ است. در واقع استقرار دابسونی تشکیل شده از چند عدد تخته چوب که به هم متصل شده اند. به همین سادگی بنابراین تلسکوپ دابسونی نیوتونی ارزان ترین نوع تلسکوپ است. یا به عبارت بهتر با بودجه ای مشخص بزرگ ترین تلسکوپی که می توانید خرید کنید نوع دابسونی است.
اندازه نسبی تلسکوپ دابسونی
یک تلسکوپ دابسونی 6 یا 8 اینچ می تواند انتخاب بسیار مناسبی برای یک آماتور تازه کار باشد. البته در سال های اخیر با افزایش قیمتها این تلسکوپ ها متاسفانه کمی دور از دسترس شده اند. مدل 4 اینچی این نوع تلسکوپ می تواند یک انتخاب ارزان و در عین حال قدرتمند برای شرایط فعلی باشد.
تلسکوپ های دابسونی همچنین می توانند قابلیت Goto یا جستجوی خودکار داشته باشند.
کیفیت اپتیکی تلسکوپ نیوتونی
این تلسکوپ ها اگر آینه هایشان با کیفیت ساخته شوند می توانند تصاویر فوق العاده ای تولید کنند. البته متاسفانه در سال های اخیر این نوع تلسکوپ به تلسکوپی نه چندان با کیفیت شناخته شده است. علت این موضوع این است که چون ساختار اپتیکی تلسکوپ نیوتونی بسیار ساده است می توان بسیار ساده و ارزان آن را تولید کرد. و این موضوع باعث شده تلسکوپ های با کیفیت متوسط و پائین از این نوع تلسکوپ در بازار به وفور یافت می شود. پس این تلسکوپ ها اگر آینه های باکیفیتی داشته باشند فوق العاده اند. تلسکوپ مورد علاقه من همین تلسکوپ نیوتونی است.
اگر با خطاهای اپتکی آشنا باشید می دانید که این نوع تلسکوپ خطای عمده اش خطای کما یا گیسو است که این خطا در مرکز تصویر صفر است و فقط گوشه های تصویر را متاثر می کند. خطاهائی مثل آستیگماتیزم نیز در این تلسکوپ می تواند وجود نداشته باشد اگر آینه ها با کیفیت باشند.