تلسکوپ بازتابی – جلسه ششم
اهداف: اندود کردن آینه عدسی- تهیه منشور یا آینه ثانویه و نگهدارنده آن - تهیه بدنه و چشمی تلسكوپ
وسایل مورد نیاز: یک تكه شیشه کاملاً مسطح- یك تكه چوب- تیغه اره آهنبر- شش عدد قطعه 1×7 سانتی‌متر از جنسMDF - تعدادی پیچ - چسب آکواریوم – لوله پولیكا به طول 130 سانتی متر و قطر 16 سانتی متر
6-1 اندود آینه (Coating)
بعد از آنکه در آزمایش کرویت آینه، نتیجه مطلوب کسب شد، می‌توان آینه را اندود کرد. اندود کردن یاکوتینگ عبارت است از نشاندن لایه‌ای از فلز براق آلومینیوم یا نقره بر روی سطح مقعر آینه. دو نوع اندود برای آینه‌های تلسكوپ بازتابی وجود دارد. اندود نقره و اندود آلومینیم. اندود نقره بسیار ارزان بوده و نور را به خوبی منعکس می کند. تنها عیب این نوع اندود، واکنش نقره با هوا است، به طوری که پس از چند ماه سیاه می شود و آینه باید دوباره اندود شود. اندود آلومینیم هزینه بالایی دارد و حدود ۱۰ برابر گران تر از اندود نقره می باشد، ولی مزیت آن این است که تا چند سال بر روی آینه باقی می‌ماند و از بین نمی رود. اندود آلومینیوم باید در خلاء صورت گیرد، در این صورت آلومینیوم كدر نمی‌شود.
به دلیل استفاده کردن از اسیدها و نیترات‌ها، هنگام نقره اندود کردن آینه و با توجه به خطر آفرین بودن این مواد، اندود کردن آینه به صورت شخصی توصیه نمی‌شود و این عمل را به یکی از مراکز کوتینگ موجود در کشور می‌سپاریم تا عملیات کوتینگ روی شیشه انجام شود. با توجه به مزایای اندود آلومینیوم، در این پروژه از روش آلومینیوم اندود بهره می‌گیریم.
تصویراندود كردن آینه
نكته: توجه نمایید قبل از آنكه آینه را به مراكز كوتینگ تحویل دهید، آن را به دقت با آب و صابون بشویید تا هیچ آثار چربی و لك بر سطح آینه وجود نداشته باشد.
برای کوتینگ آینه خود می‌توانید به بخش اوپتیک جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی شریف مراجعه نمایید.
با آماده شدن آینه اصلی که مهم‌ترین و مشکل ترین مرحله كار است، به سراغ تهیه آینه ثانویه و نحوه نصب آن در تلسکوپ می‌رویم. در حقیقت تلسکوپ‌های بازتابی نیازی به لوله ندارند و می‌توان با هم محور کردن آینه اولیه، آینه ثانویه و عدسی چشمی به رصد پرداخت، البته با این شرط كه در محیطی کاملاً تاریک رصد کنیم. به دلیل وجود آلودگی نوری در شهرها، بهتر است اجزاء مختلف آینه را به بدنه یا همان لوله تلسكوپ نصب کنیم.
6-2 تهیه آینه ثانویه یا منشور و نگهدارنده آن
برای تهیه آینه ثانویه که یک آینه تخت است، یک شیشه کاملاً تخت و تمیز را انتخاب می‌کنیم و با ذره بین آن را بررسی می‌کنیم تا مطمئن شویم خراش، موج یا ناصافی در سطح آن وجود نداشته باشد. سپس مستطیلی به طول6 و عرض 3سانتی‌متر از شیشه جدا می‌كنیم و مجدداً آن را با ذره بین بررسی می‌كنیم. كیفیت آینه‌ی ثانویه در تشكیل تصویر نهایی بسیار با اهمیت است. پس از اطمینان از كیفیت مطلوب شیشه، آن را شسته و همراه آینه‌ی اصلی كوتینگ می‌كنیم. اگر از تخت بودن شیشه و كیفیت مطلوب آن مطمئن نیستید توصیه می شود از آینه های ثانویه آماده در بازار استفاده نمایید.
آینه‌های ثانویه‌ی آماده
نكته: برای آنكه آینه ثانویه تلسكوپ از كیفیت مطلوبی برخوردار باشد، می‌توان از آینه‌های دوربین‌های عكاسی آنالوگ كه قدیمی شده و قابل استفاده نیستند، بهره گرفت. چون آینه‌های به كار رفته در دوربین عكاسی از كیفیت خوبی برخوردارند.
در ساخت برخی ابزارهای اپتیكی بجای آینه از منشور استفاده می‌شود. از آنجا که کلیه منشورها برعکس آینه‌ها، جهت بازتابیدگی به لایه‌های مواد فلزی و دی الکتریک‌ها در سطح خود نیاز ندارند،کارایی آنها تقریباً بدون اتلاف تابش است. و تنها اتلاف ناشی از ناخالصی و ناهمواری‌های سطح منشور است که این مقدار بسیار ناچیز است.
موانع عمده استفاده از منشورها هزینه و وزن آنها است. اگر مساحت سطح مقطع ورودی و خروجی یک منشور خیلی بیشتر از 5 سانتی‌متر مربع باشد، وزن آن قابل ملاحضه خواهد بود. همچنین هزینه ساخت و تولید یک تکه شیشه ضخیم و صیقل دادن آن قابل توجه است.
منشور
اگر قصد دارید برای تلسکوپ خود از منشور استفاده کرده یا آینه ثانویه آماده تهیه نمایید، می‌توانید به کارگاه دیدگانی مناظر که در درس دوم معرفی شد مراجعه نمایید.
- در مورد انواع منشور و نحوه عملكرد آنها تحقیق كنید.
حال كه آینه ثانویه یا منشور آماده است، نگهدارنده آن را می‌سازیم. طرح های مختلفی برای ساخت نگهدارنده آینه ثانویه تلسکوپ وجود دارد. نمونه هایی از آن را می‌توانید در شکل زیر مشاهده نمایید.
انواع نگهدارنده آینه ثانویه
در این پروژه، نگدارنده شماره 7 را خواهیم ساخت. ساخت این نوع نگهدارنده بسیار ساده است و هزینه بسیار ناچیزی دارد چرا که اجزای تشکیل دهنده آن فقط چوب و تیغه اره آهنبر می باشد. می‌توانید با سلیقه خود انواع دیگر نگهدارنده را برای تلسکوپ خود انتخاب كرده و خلاقانه آن را بسازید.
لوازمی که برای ساخت نگهدارنده مورد نظر، نیاز است یک قطعه چوبی، دو عدد تیغه اره آهنبر، شش عدد قطعه 1×7 سانتی‌متر از جنسMDF ، تعدادی پیچ و چسب آکواریوم است.
ابتدا قطعه چوبی را با ابعادی که در تصویر زیر مشخص شده، تهیه كرده و قبل از نصب، آن را با رنگ مشکی رنگ می‌کنیم تا نتیجه بهتری حاصل شود. توجه نمایید زاویه سطحی كه آینه ثانویه روی آن قرار می‌گیرد حتماً 45 درجه بریده شود.
قطعه چوبی نگهدارنده آینه ثانویه
بعد از آماده شدن قطعه چوبی، یكی از تیغه اره آهنبر را 3 سانتی‌متر بیشتر از اندازه دهانه تلسكوپ اندازه می‌گیریم و تیغه دیگر را 3 سانتی‌متر بیشتر از نصف قطر دهانه لوله تلسكوپ در نظر می‌گیریم. سپس دندانه‌های تیغه را جدا كرده و توسط پیچ آنها را مطابق شکل زیر به قطعه چوبی متصل می‌کنیم. این تیغه‌ها درون شیارهایی که در لوله ایجاد خواهیم کرد جای خواهند گرفت.
نمایش نحوه اتصال تیغه‌ها به قطعه چوبی
حال قسمت مورب قطعه چوبی را با چسب چوب آغشته می‌کنیم و اجازه می‌دهیم تا چسب چوب خشك شود، سپس آینه ثانویه را با چسب آگواریوم به قسمت مورب چوب می‌چسبانیم.
نكته: برای ساخت نگهدارنده آینه ثانویه می‌توان از ابزارهای دیگر مانند پره‌های دوچرخه نیز بهره برد. دقت نمایید نگهدارنده‌ای كه تهیه می‌كنید به نحوی باشد كه خوب به بدنه محكم شود، در غیر این صورت، آینه ثانویه با كوچك‌ترین حركتی از تنظیم خارج می‌شود.
6-3 تهیه بدنه تلسكوپ و اتصال اجزاء مختلف آن
تا این مرحله آینه اصلی، آینه ثانویه و نگهدارنده آن آماده شده است. كافی است آنها را بر روی بدنه تلسكوپ نصب كنیم. بدنه تلسكوپ را می‌توان از جنس پولیكا PVC، فلز، چوپ یا پولیكا معمولی انتخاب كرد. طول لوله تلسكوپ بر حسب فاصله كانونی آینه اصلی در نظر گرفته می‌شود، و باید چند سانتی‌متر بیشتر از فاصله كانونی باشد. این فاصله را برای نصب آینه‌ها به بدنه در نظر می‌گیریم. برای آینه‌ای كه در این پروژه تهیه كردیم، لوله‌ای به طول130 سانتی متر مناسب است، قطر لوله نیز باید چند سانتی‌متر از قطر آینه اصلی بزرگتر باشد تا آینه اصلی بتواند هنگام هم‌محور كردن تلسكوپ، در جهات مختلف حركت داشته باشد. بعد از تهیه بدنه، آینه ثانویه را به روش زیر به بدنه متصل می‌كنیم.
ساخت تلسكوپ با بدنه ای از جنس فلز و از جنس لوله پولیكا
به دلیل سبك بودن و حمل راحت لوله‌های پولیكا، در این پروژه از لوله پولیكا به عنوان بدنه استفاده خواهیم كرد. برای اتصال آینه ثانویه به بدنه ابتدا دایره‌ای به قطر لوله تلسکوپ رسم می‌کنیم. در مرکز دایره مربعی به ضلع ۲.۱ سانتی‌متر رسم کرده و دو عدد از اضلاع آن را مطابق شکل زیر امتداد می‌دهیم تا دایره را قطع کنند.
نمایش محل صحیح ایجاد شیاره
شكل دایره را بریده و آن را بر دهانه لوله منطبق می‌کنیم. سه نقطه حاصل از تقاطع خطوط و دایره را روی لوله علامت‌گذاری می‌کنیم. این علامت‌ها محل ایجاد شیار می‌باشد. شیارها باید هم اندازه و به یک فاصله از دهانه لوله تلسکوپ باشند و به گونه‌ای ایجاد شوند که تیغه به راحتی درون آنها حرکت کند. مثلاً شیارها را در فاصله 2 سانتی‌متری از دهانه ایجاد می‌کنیم. شیارها باید موازی با امتداد لوله باشند. به شكل زیر دقت كنید.
محل نصب تیغه‌ها بر روی لوله تلسکوپ
قبل از آنكه تیغه ها را به بدنه محكم كنیم، محل صحیح قرار گیری آینه ثانویه بر روی بدنه را مشخص می‌كنیم، سپس در امتداد قرارگیری آینه ثانویه، جایی كه پرتوهای نور از آن خارج خواهند شد، بر روی بدنه علامت‌گذاری می‌كنیم تا محل قرارگرفتن چشمی، مشخص شود. به تصاویر فوق "نمایش اتصال تیغه ها و محل نصب تیغه ها" دقت نمایید، در این تصاویر دایره ایجاد شده برای چشمی، بر روی بدنه در امتداد آینه ثانویه، مشخص شده است. برای آنكه به آینه و نگهدارنده صدمه وارد نشود آنها را از جای خود خارج كرده و محل علامت گذاری شده را بصورت دایره ای كوچك می‌بریم. اندازه قطر این دایره برحسب نوع چشمی است كه استفاده می شود.
حال نگهدارنده را درون شیارها قرار می‌دهیم و برای تنظیم دقیق‌تر تیغه‌ها را جابجا می‌كنیم. از داخل دایره ای كه برای چشمی ایجاد كردیم، به داخل لوله نگاه می‌كنیم، مركز آینه باید دقیقاً وسط دایره قرار گیرد. بعد از تنظیم دقیق، دو قطعه چوبی را کنار هر شیار قرار می‌دهیم، ابتدا هرقطعه را با پیچ به بدنه محکم كرده، سپس هر دو قطعه را مطابق شكل زیر به یكدیگر پیچ می‌كنیم تا تیغه‌ها در جای خود ثابت شوند.
نمایش نحوه ثابت كردن تیغه ها به بدنه
نكته: اگر بدنه تلسكوپ خود از جنس فلز انتخاب كرده اید می‌توانید محل اتصال نگهدارند به بدنه را جوش دهید یا با استفاده از پیچ آنها را به بدنه محكم كنید.
6-4 انتخاب چشمی مناسب
همانطور كه در درس اول اشاره كوچكی به چشمی‌ها داشتیم، در ادامه با این وسیله بیشتر آشنا خواهیم شد. چشمی‌ها انواع مختلف با فصله‌های كانونی متفاوت دارند. انتخاب چشمی مناسب برای تلسكوپ بسیار مهم است، چرا كه حتی تصویر بهترین تلسكوپ ها با یك چشمی نامرغوب، تصویری كِدِر با خطای رنگی بسیار خواهد بود. آنچه كه درانتخاب چشمی اهمیت دارد، نوع و فاصله كانونی آن است.
از نظر اندازه فیزیكی چشمی‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند. چشمی‌های كوچك 24.5 میلی‌متری كه امروزه كم‌تر استفاده می‌شوند. چشمی‌های متوسط 24.5 میلی‌متری كه بسیار متداول اند و چشمی‌های بزرگ 50.8 میلی‌متری كه میدان دید وسیعی دارند و گران‌بها هستند.
چشمی را با توجه به میزان بزرگنمایی، كه نسبت فاصله كانونی تلسكوپ به فاصله كانونی چشمی است، تهیه می‌كنند. می‌توانید برای تلسكوپ خود دو یا سه چشمی با بزرگنمایی‌های متفاوت تهیه نمایید. اما توجه داشته باشید كه حداكثر فاصله كانونی مجاز چشمی برای بیش‌ترین میدان دید و تیز ترین تصویر، نسبت كانونی ضرب در عدد 7 است. مثلاً برای تلسكوپ نیوتنی با f/5 بهتر است چشمی بزرگتر از 35 میلی متر استفاده نشود، مگر به منظور عكاسی یا فیلم برداری از پشت چشمی.
انواع چشمی با درج فاصله كانونی
چشمی‌ها از نظر ساختار اپتیكی بسیار متنوع اند. تعداد عدسی های بكار رفته در چشمی را "جزء" می نامند. چشمی های نامرغوب دو جزعی اند، اما متداول ترین آنها چشمی های متوسط، سه یا چهار جزعی هستند. از انواع چشمی‌های متداول می‌توان به چشمی كِلنِر با سه جزء عدسی، چشمی پلوسِل با چهار جزء عدسی و چشمی واید و ابرواید با پنج جزء عدسی و میدان دید وسیع اشاره كرد.
با توضیحات آمده و دانستن قطر، ضخامت و فاصله كانونی دقیق آینه اصلی، می‌توانید برای تلسكوپ خود چشمی‌های مناسب را تهیه نمایید. برای این پروژه ما چشمی متداول پلوسِل (Plossl) با فاصله كانونی 12.5، 17و 25 میلی‌متری را پیشنهاد می‌كنیم. این چشمی ها هم برای فاصله كانونی كم و هم زیاد مناسب اند، درضمن هزینه بالایی ندارند.
انوع چشمی‌های پلوسِل علاوه بر مطالب آمده باید با اصطلاحات چشمی مانند میدان دید واقعی و ظاهری، مردمك خروجی، فاصله آسودگی چشم و ... نیز آشنا شوید تا انتخاب درستی داشته باشید. برای آشنایی با این اصطلاحات در اینترنت جستجو كنید. برای نصب چشمی بر روی بدنه خلاقانه عمل كنید. البته نصب چشمی باید در مرحله آخر مونتاژ و زمانی كه آینه اصلی بر روی بدنه نصب شد، انجام شود. به روش‌های مختلف می‌توان چشمی را به بدنه نصب كرد، اگر مایلید چشمی را برای رصد های مختلف تعویض كنید، باید با استفاده از وسیله‌ای به نام فوکوسر (focuser)، چشمی اصلی را به شكلی بر روی بدنه قرار دهید كه قابلیت تعویض داشته باشد، در غیر این صورت چشمی را به بدنه ثابت كنید. هنگام استفاده از انواع چشمی ها به فاصله کانونی چشمی ها و تنظیم فاصله چشمی تا عدسی توجه نمایید. نصب چشمی به بدنه با فوکوسر نصب چشمی روی بدنه فلزی تكلیف1: بعد از آشنایی با انواع منشورها و نحوه عملکرد تلسکوپ بازتابی، به نظر شما از چه نوع منشوری می‌توان برای تلسکوپ بازتابی استفاده کرد؟ در مورد این سئوال تحقیق كرده و نتایج را برای ما ارسال نمایید. تكلیف2: برای هم محور کردن تلسکوپ بازتابی، آینه اصلی یا آینه ثانویه باید قابلیت حرکت داشته باشد. در این پروژه، ما آینه ثانویه را ثابت و آینه اصلی را متحرک در نظر گرفتیم. حال اگر بخواهیم آینه اصلی را ثابت کرده و به آینه ثانویه قابلیت حرکت کردن دهیم، باید تغیراتی در ساخت نگهدارنده آینه ثانویه ایجاد کنیم. با توجه به تصویر ارائه شده از انواع نگهدارنده‌ها، برای متحرک کردن آینه ثانویه چه طرح هایی را پیشنهاد می‌کنید؟ نظرات خود را برای ما ارسال نمایید. محل بازدید/ اردو/ خرید: مراكز كوتینگ محل سکونت خود را بیابید. برای اندود کردن آینه‌ها، شخصاً به این مراکز مراجعه کرده و از مسئول مربوطه بخواهید تا درباره مواد مورد استفاده برای کوتینگ آینه‌ها و نحوه اندود کردن آنها توضیح دهد. این مراحل را یادداشت کنید. منابع مطالعه: برای اطلاع بیشتر در زمینه چشمی‌ها، منشور و انواع آن به منابع زیر مراجعه نمایید. -کتاب نورشناسی هندسی/ نویسنده محمدعلی پزشپور،اسفندیار معتمدی/ انتشارات فاطمی شما را با مباحث بازتاب نور، شكست نور، منشور و پاشندگی، عدسی‌ها، چشم و ابزار های نوری آشنا خواهد كرد. - با مراجعه به سایت دانشنامه ستاره شناسی با انواع چشمی و ساختار آنها بیشتر آشنا شوید.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: الهام گارسچی - تنظیم: داودی
