تلسکوپ

باور غلط : مشخصه‌ی تلسکوپ خوب این است که فاصله‌های دورتری را نشون دهد.

باور صحیح : این یک موضوع گمراه ‌کننده است که غالباً گفته می‌شود. یک تلسکوپ نور بیش‌تری را از آن چه چشم انسان قادر است، جمع می‌کند، به طوری که اجسام کم نور به روشنی دیده می‌شوند. هر چه عدسی شیئی بزرگ‌تر باشد، نور بیش‌تری جمع خواهد شد و در نتیجه اجسام کم‌نورتری قابل رؤیت خواهند بود. فاصله‌ای را که می‌توان با تلسکوپ مشاهده کرد به مقدار روشنایی جسم، مثلاً یک ستاره بستگی دارد.

بعضی از ستارگان دارای نور بیش‌تری نسبت به بقیه هستند و بنابر این قابل رؤیت هستند اگر چه در فاصله‌ای دورتر از بقیه قرار داشته باشند. اجسام مشخصی به نام کوازار یا اخترنما در عالم هستند که با تلسکوپ‌های موجود می‌توان آنها را مشاهده کرد. در حالی که فاصله‌ی آنها بیش‌تر از 800 میلیون سال نوری است (یک سال نوری برابر است با 10 میلیون میلیون کیلومتر). آنها از این فاصله تنها به دلیل روشنایی خیلی زیادشان قابل رؤیت هستند. از طرف دیگر، چنان چه جسمی به روشنی ماه در فاصله‌ی یک چهارمی یک سال نوری قرار داشت، حتی بزرگ‌ترین تلسکوپ جهان نیز قادر به دیدن آن نبود!

مشخصه‌ی اصلی هر تلسکوپ، اندازه قطر عدسی شیئی یا آینه اصلی آن می‌باشد. به همین دلیل مهم‌ترین و ارزشمندترین قطعه در یک تلسکوپ، عدسی شیئی یا آینه اصلی آن می‌باشد. هر تلسکوپ دارای سه توان مختلف می‌باشد:

1. توان تفکیک
2. توان جمع‌آوری نور
3. توان بزرگنمائی

دو توان اول در هر تلسکوپی ثابت و تابع قطر عدسی یا آینه آن می‌باشد ولی توان سوم معمولاً متغیر و تابع فاصله کانونی عدسی شیئی یا آینه اصلی و فاصله کانونی عدسی چشمی می‌باشد.

توان تفکیک رابطه‌ای نزدیک با رؤیت واضح جزئیات دارد. هر چه توان تفکیک تلسکوپی بیشتر باشد جزئیات واضح‌تر خواهند بود. بنابر این نقطه‌ای نورانی که به چشم غیرمسلح، ستاره می‌آید، چون با تلسکوپی که توان تفکیکش زیاد است مشاهده شود ممکن است به دو یا چند ستاره تجزیه (تفکیک) شود.

داشتن درک روشنی از این توان مهم است و از این رو ما اندکی بیش‌تر به آن می‌پردازیم. دو نقطه‌ی نورانی، مثلاً دو شمع را در نظر بگیرید. در فاصله‌ی چند متری این دو شمع به صورت چشمه‌های نور جدا از یکدیگر به نظر می‌رسند. چون فاصله بیش‌تر شود، این دو یکی شده به صورت نقطه‌ی نورانی نسبتاً محو و غیرواضحی در می‌آیند. آزمایش نشان می‌دهد که دو نقطه‌ی نورانی را نمی‌توان از یکدیگر تفکیک کرد هر گاه زوایه‌ای که آن دو در چشم می‌سازند کم‌تر از تقریباً 6 دقیقه باشد. توان تفکیک چشم معمولی 6 دقیقه است.

نظریه‌ی نورشناختی و نیز تجربه نشان می‌دهد که توان تفکیک یک تلسکوپ فقط به قطر شیئی بستگی دارد. بنابر این ستارگانی که در یک تلسکوپ کوچک به صورت یک واحد به چشم می‌آیند تنها وقتی که با تلسکوپی رصد شوند که شیئی آن بزرگ‌تر است ممکن است به دو یا چند هم‌سایه‌ی نزدیک به هم تفکیک شوند. فرمول ساده‌ای قطر شیئی را به توان تفکیک مربوط می‌سازد :

توان تفکیک = 12.5 تقسیم بر قطر شی

در این فرمول قطر را باید بر حسب سانتی‌متر قرار داد و توان تفکیک بر حسب ثانیه‌ی قوس به دست می‌آید. تلسکوپی با شیئی 5 سانتی‌متر می‌تواند دو ستاره را که در چشم رصدکننده زاویه‌ای برابر 5/2 ثانیه‌ی قوس با هم می‌سازند، تفکیک کند.

توان جمع‌آوری نور، با مجذور قطر عدسی شیئی متناسب است. قطر مردمک چشم در هنگام شب تقریباً 6 میلیمتر است. پس تلسکوپی با قطر 24 میلیمتر (4 برابر قطر چشم)، 16=42 بار بیش از چشم انسان نور جمع‌آوری می‌کند. یک تلسکوپ 48 میلیمتری، 64 بار بیش از چشم انسان نور جمع می‌کند و…. توان جمع‌آوری نور در یک تلسکوپ از طریق رابطه زیر بدست می‌آید:

توان جمع‌آوری نور = کافی است قطر شی را بر 6 تقسیم کرده کل عبارت را به توان 2 برسانیم

که در آن قطر شیئی باید بر حسب میلیمتر گذاشته شود.

تلسکوپ زوایا را بزرگ می‌نماید. یکی از کارهای اصلی این وسیله بزرگ نمودن زوایایی است که اشیاء مورد مشاهده تحت آن زوایه‌ها رویت می‌شوند. این کار بزرگنمایی زاویه‌ای نامیده می‌شود. به این ترتیب اگر بودن تلسکوپ جسمی تحت زاویه‌ی 3 درجه دیده شود و با تلسکوپ تصویر آن تحت زاویه‌ی 45 درجه رویت شود، بزرگنمایی 15 مرتبه است.

بزرگنمایی زاویه‌ای تنها بزرگنمایی‌ای است که یک تلسکوپ انجام می‌دهد. افزایش زاویه‌ی تصور نزدیک‌تر شدن را سبب می‌گردد و به این ترتیب موجب می‌شود که تصویر از شی‌ء نزدیک‌تر به چشم آید.

بزرگنمایی تلسکوپ عبارت است از نسبت فاصله کانونی شیئی به چشمی.

ظاهراً فرمول بزرگنمایی حاکی از آن است که حدی برای بزرگنمایی وجود ندارد. هر بزرگنمایی مورد نظری، مثلاً یک میلیون مرتبه را می‌توان به یکی از سه طریق زیر به دست آورد :

1. با بزرگ کردن فاصله‌ی کانونی شیئی، یعنی با به کار بردن عدسی‌ای که در مرکز فقط اندکی کلفت‌تر از لبه‌هاست.
2. با کوچک‌تر کردن فاصله‌ی کانونی چشمی، عملاً یعنی استفاده از عدسی‌ای که در مرکز بسیار کلفت‌تر از لبه‌هاست.
3. با ترکیب راه حل 1 و 2.

آن چه فرمول بر آن دلالت دارد درست است. از لحاظ نظری حدی برای بزرگنمایی وجود ندارد. اما در استفاده از بزرگنمایی‌های خیلی زیاد، چهار محدودیت مهم وجود دارد :

1. بزرگ نمودن، با زیاد کردن اندازه‌ی تصویر جعلی، از وضوح تصویر می‌کاهد. هر چه بزرگنمایی بیشتر باشد وضوح و تمایز تصویر کم‌تر است. هیچ فایده‌ای ندارد که بر بزرگنمایی فراتر از توان تفکیک تلسکوپ بیفزاییم.
2. افزایش بزرگنمایی موجب کاهش روشنی تصویر می‌شود. مقدار نور واحدی بر سطح بزرگتری پخش می‌شود و نتیجه‌ی آن کم نور بودن تصویر است.
3. افزایش بزرگنمایی میدان دید واقعی را کم می‌کند. با دو برابر کردن بزرگنمایی قطر زاویه‌ای دید نصف می‌شود.

به این چهار دلیل، حدی عملی برای حداکثر بزرگنمایی وجود دارد. حداکثر بزرگنمایی معمولاً کمتر از 50 بار به ازاء هر 5/2 سانتی‌متر از قطر شیئی در نظر گرفته می‌شود. یک تلسکوپ 10 سانتی‌متری حداکثر باید تا بزرگنمایی 200 بار مورد استفاده قرار گیرد.

حداقلی نیز برای بزرگنمایی مفید وجود دارد که معمولاً 4 بار به ازاء هر 5/2 سانتی‌متر از قطر شیئی است. اگر بزرگنمایی از این کم‌تر باشد، ستون نوری که از چشمی خارج می‌شود برای ورود به مردمک چشم بسیار بزرگ خواهد بود و قسمتی از نور به هدر خواهد رفت و تصویر شفافی نخواهیم داشت.

نسبت کانونی که آن را با f نشان می‌دهند عبارت است از:

نسبت کانونی = فاصله کانونی شی بر قطر شی

فاصله‌ی کانونی تلسکوپ و اینکه این فاصله چقدر باید باشد مهم‌ترین مشخصه تلسکوپ نیست. تلسکوپ‌های با فاصله کانونی کم (400 تا 700 میلیمتر) بزرگنمایی کم ولی میدان دید وسیع دارند. در عوض فاصله کانونی زیاد (1300 تا 3000 میلیمتر) بزرگنمایی زیاد با میدان دید کم به دست می‌دهند. به همین دلیل، تلسکوپ‌هایی با بزرگنمایی کم را برای مشاهده اجرام کم نور و معمولاً کهکشان خودمان استفاده می‌کنند و تلسکوپ‌های با بزرگنمایی زیاد را بیشتر برای مشاهده سیارات انتخاب می‌کنند.

پس اگر این بار از کسی شنیدید که یک تلسکوپ خریده که می‌تونه تا 10 میلیون سال نوری را نشان دهد، برای او توضیح بدهید که این موضوع که یک تلسکوپ تا چه فاصله‌ای را می‌تواند نشان بدهد بستگی به این دارد که جسم مورد نظر ما چقدر نور داشته باشد.

نویسنده : علیرضا سرمدی