تلسکوپ شکستی یا انکساری از دید تاریخی اولین تلسکوپ ساخته شده است. عینک تاریخچه ای بیش از 1000 سال دارد . اولین تلسکوپ شکستی را عینک سازی هلندی اختراع کرد. سالها بعد گالیله دانشمند برجسته ایتالیائی تلسکوپی شکستی ساخت و با آن آسمان را مطالعه کرد و کشفیات حیرت انگیزی نمود. هم اکنون تلسکوپ گالیله در موزه علم فلورانس قرار دارد.
تلسکوپ گالیله در موزه علم فلورانس ایتالیا
تلسکوپ های شکستی یا انکساری در شیئی شان از عدسی محدب استفاده می کنند و چون از عدسی استفاده می کنند و باعث شکست نور می شوند به تلسکوپ شکستی یا انکساری معروف اند.
برای درک بهتر این مقاله توصیه می کنیم مقاله اپتیک عدسی ها و آینه ها را مطالعه کنید.
تلسکوپ ها تشکیل شده اند از یک لنز یا آینه اصلی که به شئی هم معروف اند و یک عدسی چشمی. ساختار تلسکوپ شکستی به شکل زیر است
یک عدسی محدب یا به عبارت صحیح تر یک مجموعه محدب در جلوی لوله تلسکوپ قرار می گیرد و پرتوهای رسیده از جسم دور دست را در کانون خود متمرکز کرده و تشکیل تصویر می دهد. سپس عدسی چشمی ای که بعد از کانون تلسکوپ قرار داده شده تصویر را بزرگترکرده و رصدگر می تواند تصویر را ببیند.
وقتی صجبت از تلسکوپ نوع شکستی می شود اولین موضوعی که در ذهن افراد آشنا می آید بحث خطای رنگی یا Chromatic Aberration است. اگر علاقمندید در این مورد اطلاعات بیشتری داشته باشید به مقاله خطاهای اپتیکی مراجعه کنید.
احتمالا می دانید که اگر نور مثلا خورشید را از درون منشوری عبور دهیم به رنگ های طیف تجزیه می شود. همان اتفاقی که در رنگین کمان پس از بارش باران پیش می آید.
تجزیه نور سفید در منشور
عدسی ها هم مثل منشورها نور را کمی تجزیه می کنند و این باعث می شود تصویری که در کانون عدسی تشکیل می شود در واقع شامل یک طیف رنگی باشد. رنگ های طیف طول موج های متفاوتی دارند و در نتیجه در فواصل متفاوتی کانونی می شوند.
خطای رنگی در عدسی محدب
پرتوهای آبی رنگ که طول موج کمتری دارند زودتر کانونی می شوند و پرتوهای قرمز رنگ دیرتر.
خطای رنگی یکی از عیوب اپتیکی است که ربطی به ساخت عدسی ندارد یعنی هر چه قدر هم که عدسی با کیفیت و دقیق ساخته شود باز هم این مساله وجود دارد و در واقع عیبی ذاتی به شمار می آید. نیوتن دانشمند برجسته بریتانیایی بر همین استدلال نتیجه گرفت که نمی توان خطای رنگی را حذف کرد و در واقع تلسکوپ بازتابی نیوتونی را اختراع کرد.
البته خطای رنگی با نسبت کانونی عدسی ارتباط دارد. اما نسبت کانونی چیست؟
نسبت کانونی حاصل تقسیم فاصله کانونی بر قطر عدسی یا آینه است.
نسبت کانونی در یک عدسی محدب
هرچه نسبت کانونی بیشتر باشد خطای رنگی نیز بیشتر است. قبل از اختراع تلسکوپ نیوتونی دانشمندان از تلسکوپ های شکستی ای با نسبت های کانونی بسیار بالا برای کاهش خطای رنگی استفاده می کردند.
تلسکوپ شکستی با نسبت کانونی بسیار بالا
تصویر فوق واقعی است. تلسکوپ شکستی 200 میلی متری با نسبت کانونی 225 یعنی فاصله کانونی 46 متر. چنین نسبت کانونی بسیار بسیار بالائی برای کاهش خطاهای اپتیکی در تک عدسی شیئی این تلسکوپ بوده است.
شیئی آکروماتیک تلسکوپ شکستی
سالها گذشت و تلسکوپ های شکستی تک لنز (Singlet) با نسبت های کانونی بسیار بالا وجود داشتند. قدم بزرگ بعدی در تلسکوپ های شکستی ساخت شیئی نوع Achromatic بود. اختراع این شیئ به لطف پیشرفت علم در زمینه شیشه های اپتیکی جدید اتفاق افتاد. این نوع شیئی دیگر یک تک عدسی نبود. بلکه از 2 یا چند عدسی تشکیل شده بود که خطای رنگی و کرویت را به شدت کاهش می داد و نسبت کانونی تلسکوپ ها بسیار کمتر می شد. این شیئی معمولا از ترکیب دو عدسی که یکی محدب و دیگری مقعر است با ویژگی های اپتیکی متفاوت ساخته می شود. ترکیب این دو عدسی که در بعضی موارد چسبیده می شوند و در بعضی موارد بین آنها فقط هوا وجود دارد یک سیستم محدب را تشکیل می دهد که خطاهای اپتیکی آن بسیار کمتر است نسبت به یک تک لنز.
شیئی آکروماتیک نوع Doublet یا دوتائی
شیئی های آکروماتیک دو لنزی ( Doublet) امروزه بسیار رایج هستند و در واقع بخش بزرگی از بازار تلسکوپ های آماتوری در اختیار این نوع تلسکوپ است. قیمت این تلسکوپ ها در اندازه های کوچک معقول است ولی در اندازه های بزرگ خیر. معمولا تا قطر 15 سانتی متر در دسترس آماتورها هستند و ابعاد بزرگ تر به شدت گران می شوند. هرچه قطر دهانه شیئی نوع شکستی بزرگ تر باشد نسبت کانونی به همان نسبت باید بیشتر باشد تا خطای رنگ کاهش یابد. مثلا ممکن است یک تلسکوپ شکستی با قطر دهانه 8 سانتی متر و نسبت کانونی مثلا 9 اگر خوب طراحی شده باشد و شیشه های مناسبی به کار رفته باشد خطای رنگ کمی را نشان دهد ولی برای کنترل خطای رنگی در تلسکوپی با همین مشخصات طراحی و شیشه اپتیکی ولی با قطر دهانه 15 سانتی متر دیگر نسبت کانونی 9 کفایت نمی کند و باید نسبت کانونی باید بیشتر باشد. بعضی تولید کنندگان تلسکوپ های شکستی شان را در دو نسبت کانونی تولید می کنند.
مثلا کمپانی SkyWatcher بسیاری از مدل های شکستی اش در دو نسخه ارائه می شوند. مثلا مدل 80 میلی متری با دو نسبت کانونی 5 و 9 ارائه می شود. مدل با نسبت کانونی 5 طول لوله کوتاه تری دارد ولی خطای رنگی بیشتری دارد و بیشتر برای رصد در میدان دید زیاد و بزرگنمائی کم مناسب است. زیرا خطای رنگی در بزرگنمائی بیشتر خود را بهتر نشان می دهد.
ولی مدل با نسبت کانونی بیشتر طول لوله بیشتری دارد و برای رصد سیارات مناسب تر است. البته نه به این معنی که با این تلسکوپ نمی توان دیگر اجرام را رصد کرد. در ایران این دو مدل به لوله کوتاه و لوله بلند نیز مشهور اند.
تلسکوپ شکستی با نسبت کانونی کم
تلسکوپ شکستی با نسبت کانونی بالا
تلسکوپ های شکستی آکروماتیک در هر صورت مقداری خطای رنگی را نشان می دهند. مثلا هنگام رصد ماه و یا سیارات پرنور می توانید هاله ای قرمز-آبی را اطراف جسم مورد نظر ببینید.
خطای رنگی و تاثیر آن روی نصویر ماه
شاید در نگاه اول این تلسکوپ ها چندان جذاب به نظر نمی رسند ولی در عمل اینطور نیست. کیفیت تصویر این نوع تلسکوپ حتی با وجود خطای رنگی باز هم بسیار خوب است و در بسیاری موارد از انواع دیگر تلسکوپ ها با قطر دهانه یکسان بهتر هستند. دلایل این امر زیاد است. یکی از این دلایل نبود آینه ثانویه در تلسکوپ های شکستی است که باعث می شود پدیده پراش تشدید نشده و کیفیت نهائی تصویر بالا باشد. همچنین این تلسکوپ ها مشکل بسیار کمتری در هم دما شدن با محیط اطراف دارند و در نتیجه در اکثر موارد کیفیت تصویر بالائی ارائه می دهند.
در تلسکوپ شکستی نور فقط یک بار در طول لوله حرکت می کند بنابراین کمتر تحت تاثیر جریان های دمائی در لوله تلسکوپ قرار می گیرد ولی در دیگر تلسکوپ ها اتفاق دیگری رخ می دهد. مثلا در تلسکوپ نیوتونی نور دو بار در طول لوله حرکت کرده و در تلسکوپهائی مثل اشمیت کسگرین نور حتی 3 بار جابجا می شود.
تلسکوپ شکستی همچنین حساسیت بسیار کمتری نسبت به پدیده همخطی دارد. یعنی بسیار سخت تر از همخطی اپتیکی خارج شده و از این بابت نیز بسیار برای تازه کاران مناسب است.
یک تلسکوپ شکستی حدود 80 میلی متر می تواند یکی از انتخاب های مناسب برای تازه واردان به دنیای تلسکوپ و رصد آسمان باشد. تلسکوپ های شکستی آکروماتیک گران هستند حداقل نسبت به تلسکوپ نیوتونی. ولی در اندازه های کوچک مثلا تا 100 میلی متر قیمت معقولی دارند.
اگر شیئی تلسکوپ شکستی با دقت طراحی و ساخته شده باشد و از شیشه های اپتیکی با کیفیتی استفاده شده باشد در اندازه های کمتر از 4 اینچ نسبت کانونی بالای 12 می تواند تصویری تقریبا عاری از خطای رنگ تولید کند.
شیئی آپوکروماتیک تلسکوپ شکستی
با ساخت شیشه های اپتیکی پیشرفته نوع جدیدی از شیئی تلسکوپ شکستی تعریف شد که آپوکروماتیک نام دارد. شیئی آپوکروماتیک خطاهای اپتیکی بویژه خطای رنگی بسیار کمی دارد. در حدی که در بعضی مدل ها نمی توان خطای رنگی را تشخیص داد حتی در بزرگنمائی های بالا. این شیئی ها معمولا از 3 لنز (Triplet) تشکیل شده اند ولی شیئی های آپوکروماتیک 2 لنزی هم ساخته می شوند. نکته مهم استفاده از شیشه های اپتیکی جدید با ویژگی های خاص است. اصطلاح ED که مخفف Extra Low Dispersion است در این تلسکوپ ها زیاد شنیده می شود. اصولا این نوع تلسکوپ ها بسیار گران قیمت هستند و کیفیت اپتیکی بسیار بالائی دارند هم در رصد و هم در عکاسی نجومی .
شیئی آپوکروماتیک
همانطور که در تصویر فوق مشاهده می کنید تقریبا تمام پرتوهای نور با طول موج های مختلف ( رنگهای مختلف ) در یک نقطه کانونی می شوند. کیفیت تصویر در این تلسکوپ ها به شدت بالاست. به طور مثال در اکثر مواقع تلسکوپی 5 اینچ از نوع آپوکروماتیک با تلسکوپی 8 اینچ از نوع بازتابی در رصد سیارات برابری می کند. البته در نظر داشته باشید که اصطلاح آپوکروماتیک واقعا گسترده است. آپوکروماتیک های نوع Doublet و Triplet کیفیت های متفاوتی دارند. نوع شیشه بسیار تعیین کننده است. مثلا بعضی کمپانی ها مثل Explore scientific از دو سری شیشه اپتیکی در دو سری تلسکوپ استفاده می کنند. که با اینکه هر دو سری انوع 3 جزئی (Triplet) هستند ولی کیفیتاشان و البته قیمتشان با هم متفاوت است.
در مقاله ای جداگانه به توضیح تلسکوپ های آپوکروماتیک می پردازیم.
تلسکوپ آپوکروماتیک 5 اینچی
نتیجه نهائی
تلسکوپ های شکستی کوچک ( شیئی کوچکتر از 90 میلی متر ) قیمتی مناسب و کیفیت تصویر بالائی دارند. سبک هستند و به راحتی می توان آن را جابجا کرد. البته این تلسکوپ ها شاید برای پیشرفته اجرام کم نور مثل سحابی ها و کهکشان ها مناسب نباشند. ولی تصویری بسیار واضح از سیارات و ماه ارائه می دهند. آپوکروماتیک ها هم بسیار با کیفیت و البته بسیار گران قیمت هستند. شاید بتوان گفت در کلاس خودشان گران ترین نوع تلسکوپ ها هستند و رصدگران حرفه ای سیارات و عکاسان پیشرفته آسمان از آنها استفاده می کنند.