تلسکوپ ترکیبی (کاتادیوپتریک) چیست؟

بخش نخست

تلسکوپ Catadioptric (تلسکوپ ترکیبی) یک سیستم اپتیکی است که برای تولید تصاویر از اشیاء در مسافت بی‌نهایت مناسب است. در تلسکوپ‌ها، این سیستم در واقع از دو مدل شکستی (با عدسی) و بازتابی (با آینه) تشکیل شده است. استفاده از این دو سیستم، مزایای خاصی را هم در عملکرد و هم در فرآیند ساخت در پی دارد. اصطلاح “catadioptric” از دو کلمه جداگانه حاصل می شود: “catoptric” به سیستم نوری که از آینه های خمیده استفاده می کند ، و “dioptric” به یکی از لنزها اشاره دارد.

تلسکوپ‌های ترکیبی یا کاتادیوپتریک انواع و کاربردهای بسیار گوناگونی دارند. خیلی از آن‌ها، بهبود یافتۀ مدل‌های پیشین خود هستند. اما اساس ساخت همگی، استفاده از آینه و عدسی در ترکیب با یکدیگر است.

در ادامه، چند طراحی معروف‌تر تلسکوپ‌های کاتادیوپتریک معرفی می‌شوند.

• تلسکوپ Schmidt-Cassegrain

  

  ساختار اشمیت کاسگرین

امروزه تلسکوپ‌های اشمیت-کاسگرین یکی از طراحی‌های پرطرفدار بین منجمان آماتور است. نام SCT را (مخفف Schmidt) به آنها داده‌اند و معمولاً لوله‌هایی کوتاه با آینۀ اصلی مقعر کروی (با یک سوراخ مرکزی)، یک تیغه / صفحۀ اصلاح‌کننده و یک آینه ثانویه محدب دارند. نور از دهانۀ تلسکوپ وارد می‌شود و به آینۀ اصلی در انتهای لوله می‌‌رسد. سپس به سمت آینۀ ثانویه بازتاب می‌شود. آینۀ ثانویه، نورِ بازتابیده را به سمت سوراخ مرکزی آینۀ اولیه هدایت می‌کند و تصویر، در پشت آینۀ اصلی تشکیل می‌شود (چشمی در انتهای لولۀ تلسکوپ قرار دارد). این دسته از تلسکوپ‌ها برای رصدهای حرفه‌ای و عکاسی نجومی مناسب است.

طراحی تلسکوپ‌های کاسگرین تقریباً همزمان با ابداع تلسکوپ نیوتونی در قرن ۱۷ بود؛ اما موفقیت تلسکوپ‌های نیوتونی را نیافت و نام “کاسگرین” تقریباً فراموش شد.

از طرف دیگر، برنارد اشمیت در دهۀ ۱۹۳۰ سازوکاری ابداع کرد که میدان دید باز و خطاهای اپیتکی کمی داشت. این سیستم ابتدا برای عکس‌برداری استفاده می‌شد و در واقع متشکل از یک آینۀ مقعر و یک فیلم عکاسی بود که در کانون آینه قرار گرفته بود. صفحه‌ای شیشه‌ای به نام “صفحه یا تیغۀ تصحیح‌کننده‌” در مرکز تقعّر آینه قرار داشت که وظیفۀ آن -همانطور که از نامش پیداست- تصحیح پرتوهای نور ورودی بود که امروزه هم نوع پیشرفته‌تر و بهبود یافتۀ آن استفاده می‌شود. هرچند که در نگاه اول مانند یک صفحۀ شیشه‌ای صاف به‌نظر می‌رسد، اما در واقع انحنای بسیار کمی دارد و در مرکز، کمی ضخیم‌تر از لبه‌هاست. مانند یک عدسی با خطای کروی عمل می‌کند و پرتوهای نور را پراکنده می‌نماید؛ اما در ترکیب با آینۀ مقعّر، باعث تصحیح و تمرکز بیشتر پرتوهای نور بازتابی در کانون آینه می‌شود و خطای کروی را عملاً از بین می‌برد.

مدتی بعد، تلسکوپ‌های اشمیت – کاسگرِین ساخته شد که اساس کارش بر پایۀ طراحی کاسگرِین و صفحۀ تصحیح‌کنندۀ استوار بود. در سال ۱۹۷۳ توماس جانسون (مؤسس کمپانی سلسترون) و جان اورورک، روشی تازه برای ساخت صفحۀ تصحیح‌کنندۀ اشمیت معرفی کردند که در نهایت فناوری ساخت این صفحه‌ها با این روش جدید، در انحصار شرکت سلسترون قرار گرفت.

تلسکوپ ترکیبی اشمیت کاسگرین ۱۲۷ میلیمتری (سری Omni)

امروزه تولید‌کنندگان تلسکوپ‌های اشمیت-کاسگرین، اصلاحات متعددی را برای بهبود کیفیت تصویر و تصحیح خطای لبه (کما) انجام می‌دهند. یک سری از این اصلاحات در تلسکوپ‌های منحصربه‌فرد  EdgeHDسلسترون انجام شده است. علاوه بر تراش دقیق‌تر آینه‌ها، چند عدسی در نزدیکی آینۀ اصلی تلسکوپ قرار می‌گیرد و مسیر پرتوهای نور را تصحیح می‌کند. در نتیجه، تصویر نهایی که از چشمی دیده می‌شود، در لبه‌ها هم به همان وضوح مرکز میدان دید است.

مقایسۀ کیفیت تصویر یک اشمیت کاسگرین معمولی و EdgeHD سلسترون. به خطای کما در لبه‌های میدان دید اشمیت کاسگرین معمولی توجه کنید.

• تلسکوپ Maksutov-Cassegrain

  

  ساختار ماکستوف کاسگرین

تلسکوپ ماکستوف-کاسگرین نیز یک تلسکوپ ترکیبی پرطرفدار دیگر بین منجمان و رصدگران است. همانطور که از اسمش پیداست، از ساختار کاسگرین بهره می‌برد (تصویر در پشت آینۀ اصلی تشکیل می‌شود). تفاوت اصلی آن با نوع اشمیت-کاسگرین در صفحۀ تصحیح کننده‌اش است. همانطور که اشاره شد، صفحۀ تصحیح کننده در تلکسوپ‌های اشمیت-کاسگرین شعاع انحنای زیادی دارد؛ اما در ساختار ماکستوف-کاسگرین، یک عدسی هلالی کاو نقش تصحیح کننده را ایفا می‌کند. انحنای این عدسی تصحیح کننده در تلسکوپ‌های “سریع”  (با نسبت کانونی f/5، f/4 یا کمتر) باید خیلی زیاد باشد تا خطاهای اپتیکی (مانند ابیراهی کروی یا کُما) را کاهش دهد.

تراش عدسی هلالی با انحنای زیاد، دشوار است و چندان دقیق هم نیست؛ به همین دلیل این ساختار معمولاً در تلسکوپ‌هایی با نسبت کانونی زیاد (تلسکوپ‌های کُند)، استفاده می‌شود. این دسته از تلسکوپ‌ها برای عکاسی از اجرام عمق آسمان (به‌طور کلی، اجرام کم‌نور) چندان مناسب نیست و بیشتر برای ثبت تصاویر از اجرام پرنور (مانند سیارات) به‌کار می‌رود. آینۀ ثانویه نیز در مرکز این عدسی قرار دارد و وظیفۀ آن، کانونی کردن نور در محل چشمی است. البته برای کاهش قیمت، بسیاری از تولیدکنندگان تلسکوپ‌های ماکستوف-کاسگرین، نقطۀ مرکزیِ عدسی تصحیح کننده را آلومینیوم‌اندود می‌کنند تا نقش آینۀ ثانویه را ایفا کند. این روش برای دوربین‌های تک‌چشمی و تلسکوپ‌های کوچک نتیجۀ خوب و قابل قبولی دارد؛ اما در تلسکوپ‌های بزرگتر، آینۀ ثانویه به‌صورت جداگانه تعبیه می‌شود که البته هزینۀ ساخت بیشتری هم دارد.

تلسکوپ ۷ اینچی ماکستوف-کاسگرین (مدل Celestron CGX 700)

در قسمت بعدی این مقاله به معرفی انواع دیگر تلسکوپ‌های کاتادیوپتریک می‌پردازیم.