טלסקופ מחזיר אור

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Franklin reflector 24.jpg

טלסקופ מחזיר אור (Reflecting telescope) הנקרא גם טלסקופ מראות, הוא טלסקופ אופטי שמשתמש במערכת של מראות על מנת ליצור דמות של עצם מרוחק. שימוש אסטרונומי בטלסקופ מחזיר אור החל רק בשנת 1668 כאשר אייזק ניוטון תכנן דגם המוכר כיום בתור טלסקופ ניוטוני. כיום, רוב הטלסקופים האופטיים הגדולים בעולם הם טלסקופים מחזירי אור.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הרעיון שמראה קעורה מתנהגת כמו עדשה מוזכר עוד במאה ה-11 על ידי אבן אל-היית'ם (Alhazen). זמן קצר לאחר המצאת טלסקופ שובר אור (אחד משלושת הסוגים של טלסקופ אופטי), גלילאו, ג'ובאני פרנצ'סקו סגרדו, ואחרים, בעידוד הידע שלהם על העקרונות של מראות קמורות, דנו ברעיון של בניית טלסקופ תוך שימוש במראה. היו דיווחים כי בולונז סיזר קרוואצ'י (Bolognese Cesare Caravaggi) בנה טלסקופ מחזיר אור בסביבות  1626 והפרופסור האיטלקי ניקולו זוקי, בעבודה מאוחרת יותר שלו, כתב שהתנסה במראה קעורה בשנת 1616, אך לא הצליח לייצר מראה מדויקת דיה והטלסקופ סבל ממספר בעיות אופטיות. היתרונות הפוטנציאליים של שימוש במראות פרבוליות, הובילו לעיצובים מוצעים רבים לטלסקופים מחזירי אור. אחד הרעיונות הבולטים ביותר היה של ג'יימס גרגורי בשנת 1663 והוא אף הפך למה שנקרא היום טלסקופ גרגוריאני, אמנם שום מודל עובד לא נבנה עד 1673 על ידי רוברט הוק.

אייזיק ניוטון בנה את טלסקופ מחזיר האור הראשון ב-1668 המוכר כיום בתור טלסקופ ניוטוני.

למרות היתרונות התאורטיים של עיצוב טלסקופ מחזיר האור, הקושי בבנייה והביצועים ירודים של מראות ממתכת ספקולום שהיו בשימוש באותם זמנים, גרמו לטלסקופים מחזירי אור להיות פופולאריים רק כעבור יותר מ-100 שנים. התקדמויות רבות בטלסקופי המראות לאורך השנים כללו את ייצור המראה הפרבולית באופן מושלם במאה ה-18, שימוש במראות זכוכית המצופות בכסף במאה ה-19, ציפוי אלומיניום ארוך טווח במאה ה-20, שימוש במראות רבות כדי לאפשר קטרים גדולים יותר בטלסקופ (טלסקופ רב-מראות), ואופטיקה פעילה, שמגדילה באופן ניכר את יעילותם של טלסקופים אופטיים על ידי כיוונון מתמיד של עקמומיות המשטח או המשטחים מחזירי האור.

חדשנות המאה ה-20 הייתה טלסקופ קטדיופטרי כגון מצלמת השמידט, שמשתמשים בו גם במראה פרבולית וגם בעדשה כאלמנטים אופטיים עיקריים. במאה ה-20, רוב הטלסקופים הגדולים שנבנו היו מחזירי אור, ומגמה זו עדיין נמשכת.

יתרונות השימוש בטלסקופ מחזיר אור[עריכת קוד מקור | עריכה]

כמעט כל טלסקופי המחקר הגדולים באסטרונומיה הם טלסקופים מחזירי אור. ישנן מספר סיבות לכך:

  • טלסקופים מחזירי אור עובדים בספקטרום רחב יותר של אור מכיוון שאורכי גל מסוימים נספגים כאשר הם עוברים דרך אלמנטים מזכוכית כמו אלה בטלסקופ שובר אור או בטלסקופ קטדיופטרי (אחד משלושת הסוגים של טלסקופ אופטי).
  • על מנת לייצר עדשה בטלסקופ שובר אור, יש ללטש שני משטחים של זכוכית בדיוק האופטי הנדרש, שהוא מסדר גודל של אורך גל, כלומר כמה אלפי אנגסטרם. במראה של טלסקופ מחזיר אור,התכונות האופטיות הרצויות מתקבלות ממשטח אחד ויחיד.
  • אלומת האור המוחזרת על ידי מראה, לוקה בדרך כלל בעיוותים גאומטריים או כרומטיים (ספקטרליים) פחות מאלומת אור שעברה תהליך שבירה בעדשה בטלסקופ שובר אור.
  • מכיוון שעדשה יכולה להיתמך רק על ידי הקצה שלה, מרכז עדשה גדולה תצנח בשל כוח הכבידה, דבר היגרום לעיוות התמונה המתקבלת בסוף. גודל העדשה הפרקטית הגדולה ביותר לטלסקופ שובר אור היא בערך מטר אחד. אין הדבר כך לגבי מראה, שאותה ניתן לתמוך בחלקה האחורי כל פני כל שטחה והיא אינה צונחת עקב כוח הכבידה. גודל טלסקופ המראות הגדול ביותר כרגע הוא עשרה מטרים.
  • מרחק המוקד של מראה פרבולית קצר בדר"כ בהרבה ממרחק המוקד של עדשה בעלת מיפתח דומה. לכן, טלסקופים מחזירים אור קצרים בהרבה מטלסקופים שוברים אור, ולפיכך נוחים יותר לתפעול ולאחזקה.
  • טלסקופ מחזיר אור עולה פחות מטלסקופ שובר אור בשל העלות של ייצור המראות שהיא זולה יותר מהעלות של ייצור עדשות.

שימושים טכנולוגיים ובמחקרים באסטרונומיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

היקום הוא עצום ומלא כוכבים וגלקסיות שנמצאים כל כך רחוק שניתן לחשוב שהם כלל לא מוארים, או שלא ניתן לראות אותם בכלל. הדרך הטובה ביותר להסתכל על הכוכבים המרוחקים היא לא על ידי הגדלת השמיים בעזרת טלסקופ שובר אור, אלא לאסוף אור ככל האפשר, על ידי טלסקופ מחזיר אור. המשתמשים בטלסקופ מראות הם בעיקר סוכנויות חלל כמו נאס"א ואחרות. כך לדוגמה, נדרשו יותר מ-10 שנים כדי להכין מראת טלסקופ בקוטר של 5 מטר בארצות הברית.

טלסקופ החלל "האבל"[עריכת קוד מקור | עריכה]

טלסקופ החלל האבל קרוי על שמו של האסטרונום האמריקאי אדווין האבל, הוא טלסקופ מחזיר אור בעל מראה ראשית בקוטר של 2.4 מטרים.
לשימוש ב
טלסקופ חלל, שנמצא מחוץ לאטמוספירת כדור הארץ, יש מספר יתרונות על פני טלסקופים המוצבים על הקרקע; חדות תמונה גבוהה, מניעת הפרעות ועיוותים שיוצרת האטמוספירה ויכולת צילום באור על סגול ותת אדום שאינה אפשרית בתצפית מהקרקע בשל סינונם על ידי האטמוספירה.

טלסקופ האבל הוא טלסקופ מחזיר אור מסוג ריצ'י-צ'רטיין. היתרון בשימוש במראות על פני שימוש בעדשות הוא במניעת עיוות צבע. לשימוש בטלסקופ ריצ'י-צ'רטיין, שבנוי ממראה ראשית ומראה משנית היפרבוליות, יש יתרונות נוספים משום שתכנון זה מקטין למינימום את עיוות של עצם שלא נמצא על הציר הראשי ואת המריחה של עצם נקודתי. עקב הקושי להגיע לליטוש מדויק של המראות ההיפרבליות, משתמשים בטלסקופים מסוג ריצ'י-צ'רטיין רק בפרויקטים גדולים, ועל מנת להגיע לדיוק גבוה בליטוש יש צורך להשתמש במכשירי מדידה יקרים למדי. הטלסקופ הוצב במסלולו ב-25 באפריל 1990 ומאז הפך לכלי מחקר מרכזי בתחומי האסטרונומיה והאסטרופיזיקה. הוא צפה ביותר מ-14,000 מטרות שטווח המרחקים שלהן נע מגופים במערכת השמש ועד לגלקסיות הרחוקות ביותר שצולמו מאז ומעולם.

עיצובים של טלסקופ מראות[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרגוריאני[עריכת קוד מקור | עריכה]

טלסקופ גרגוריאני מתואר על ידי האסטרונום והמתמטיקאי הסקוטי ג'יימס גרגורי בשנת 1663 בספרו Optica Promota. הטלקסופ מורכב ממראה קעורה מישנית שמחזירה את הדמות דרך חור במראה הראשית. התוצאה המתקבלת היא דמות ישרה, דבר זה שימושי לתצפית יבשתית. ישנם מספר טלסקופים קטנים שעדיין מיוצרים בשיטה זו.

ניוטוני[עריכת קוד מקור | עריכה]

טלסקופ ניוטון היה הטלסקופ המחזיר המוצלח הראשון, שהושלם על ידי אייזיק ניוטון בשנת 1668. בטלסקופ ניוטוני מותקנת מראה ראשית בעלת חתך של פרבולה, המרכזת את קרני האור לעבר מראה משנית שטוחה. המראה המשנית מוחזקת בזווית בת 45 מעלות לציר האופטי של המראה הראשית, וכך מחזירה את חרוט האור המתקבל מן המראה הראשית לצד הטלסקופ, בו ממוקמת עדשת העינית. זהו אחד התכנונים הפשוט ביותר והזול ביותר עבור מראה ראשית כזו, והוא מאוד פופולרי למכיני חובבנים של טלסקופים כפרויקט ביתי.

סוגי טלסקופים קסגריינים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הטלסקופ הקסגרייני הקלאסי פורסם לראשונה בשנת 1672 על ידי לורן קסגריין. הוא מורכב ממראה פרבולית ראשית, ומראה היפרבולית משנית שמחזירה את האור דרך חור במראה הראשית. הקיפול והפיזור של המראה השנייה יוצר טלסקופ עם אורך מוקד ארוך בזמן שהאורך הפיזי של הטלסקופ קצר יותר.


טלסקופ ריצ'י-צ'רטיין שהומצא על ידי ג'ורג' וויליס ריצ'י והנרי צ'רטיין בתחילת שנת 1910, הוא טלסקופ קסגרייני מיוחד המכיל שתי מראות הייפרבוליות (במקום מראה פרבולית). הוא מתאים לתצפיות בשטח פתוח. כמעט כל טלסקופ מחזיר אור מקצועי בעולם הוא בעיצובריצ'י-צ'רטיין.

טלסקופ דאל-קירקהם הוא עיצוב של טלסקופ קסגרייני שהומצא על ידי הוריס גאל בשנת 1928. הוא משתמש במראה קעורה אליפטית כמראה ראשית ומראה קמורה ספירית (כדורית) כמראה משנית.

עיצובים נוספים[עריכת קוד מקור | עריכה]

בנוסף לטלסקופים אלו, ישנם עוד מספר טלסקופים שבהמצאתם יוחסה חשיבות לכך שבעיצובים אחרים המראה המשנית מסתירה חלק מהאור המגיע, ולכן יוצרו בצורה כאת שאלמנטים בטלסקופ אינם יפריעו למעבר התקין של האור:

טלסקופ הרצ'ליאני הוא טלסקופ מראות על שמו של וויליאם הרצ'ל, ששימש אותו לבניית טלסקופים גדולים יחסית לתקופה. בעיצוב זה, המראה הראשית מוטת הצידה כדי שראשו של הצופה לא יסתיר את האור הנכנס לטלסקופ. וויליאם השתמש בעיצוב הזה כדי להימנע משימוש במראה משנית מכיוון שהחומר שהשתמשו בו למראות באותה תקופה התמלא במהירות יחסית בחלודה ולא היה יכול לשקף במידה מספקת.

טלסקופ שייפספיגלרי הוא טלסקופ שבו נמנעים משימוש במראה משנית בצורה שתטיל צל על המראה הראשית, ולכן מטים את המראה הראשית ושמים בהמשך דרכם של הקרניים המוחזרות ממנה את המראה המשנית, אך הדבר גורם לשיבוש גדול יותר בתמונה. 

בדומה לטלסקופ שייפספיגלרי, ישנו עיצוב בשם YOLO שגם משתמש במראה ראשית מוטת, אך אצלו למראה המשנית ולראשית יש את אותה הקמירות, ובעיצוב זה יש מעט פחות "מריחות" בתמונה, אך עדיין שיבושים רבים.

בניית טלסקופ מראות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בניית טלסקופ מראות מסוג טלסקופ ניוטוני לוקח מעט זמן והשקעה, ולכן הוא פופולארי ונפוץ. בשביל לבנות טלסקופ מראות אנו צריכים לדעת את "מרחק המוקד" של המראה הראשית- מראה קמורה ולא קטנה. לכן, יש לצאת החוצה ביום שמשי ולמצוא מקום מול השמש. יש לשים פיסת נייר לבן לפניך ולהחזיק את המראה עד שהיא משקפת את אור השמש על הנייר. אסור להסתכל על האור המוחזר ישירות במראה. אם תסתכל על פיסת הנייר, תוכל להבחין כיצד חום השמש המוחזר דרך המראה יכול לשרוף חור בנייר. זו הסיבה שאסור להסתכל על השמש דרך הטלסקופ ובכלל.יש להתאים את המראה הראשית עד שאפשר לראות את אור השמש מרוכז בנקודה על הנייר. המרחק בין המראה והנייר בשלב זה הוא "מרחק המוקד". יש למדוד ולרשום אותו.

לאחר מכן, מצא גליל קרטון בקוטר הדומה לזה של המראה הקעורה שלך. אורך גליל הקרטון חייב להיות לפחות עד כאורך המוקד שנמדד. התקן את המראה הקעורה שלך באחד קצוות הגליל כאשר הצד הקעור פונה פנימה. סמן על הגליל 10 סנטימטרים מהמיקום של המראה. הסימון צריך, כמובן, להיות קצר יותר מאורך המוקד כולו.

יש לעשות חור בסנטימטר ה-10 מהמיקום של המראה, שם תוצב העינית, בקוטר השווה לגליל קרטון קטן יותר. לאחר מכן, יש לעשות מתחת לחור העינית חור משני צדדיו של הגליל הגדול ולתקוע דרכו חתיכת עץ דקה. חתיכת העץ נועדה בשביל לתמוך בממראה המשנית- מראה קטנה ושטוחה. את המראה המשנית יש להניח בזווית של °45 מעלות בדיוק מתחת לחור העינית. בדרך זו, קרני האור יוסטו מהמראה הקעורה אל העינית. 

את העינית יש להכין באופן הבא: יש להכניס את הגליל הקטן לגליל הגדול והראשי דרך החור ולבדוק שהוא מחליק בקלות למעלה ולמטה. הצינור הקטן חייב להיות מסוגל להחליק פנימה והחוצה בצורה מסודרת כדי שלבסוף נוכל למקד את התמונה הסופית. זאת תהיה העינית לבסוף- החלק שיהיה ניתן להיסתכל דרכו. 

לסיום, לאחר שבנית וסידרת את הטלסקופ, כוון אותו לכיוון אובייקט, הסתכל ובחן אותו דרך העינית. לפני הצורך, הזז את העינית קדימה ואחורה עד שתראה את האובייקט ממוקד.