3. OPTİK TELESKOP ÇEŞİTLERİ
Neden evreni incelemek için farklı tipte teleskoplara ihtiyaç duyarız?
Bir astronom, yıldız, gökada ve kara delik gibi cisimlerin elektromanyetik salma çalışmasını yapmakla evreni daha iyi anlamayı amaçlar. Birçok sorun farklı dalga boylarındaki görüntüleri karşılaştırarak çözülse de teleskoplar elektromanyetik tayfın sadece bir bölümünü algılayacak şekilde dizayn edilmişlerdir. Bu yüzden astronomlar çalışmalarında, farklı teleskoplardan aldıkları görüntüleri kullanırlar.
Farklı tipteki teleskoplar, farklı gözlemler için kullanılırlar. Evren dinamik bir sistemdir ve sürekli bir değişim içerisindedir. Bu değişimi de en iyi teleskoplarla yaptığımız gözlemlerle izleyebiliriz. Farklı enerjiler ve buna bağlı olarak farklı dalga boyları yayan gökcisimlerini, bu dalga boylarına duyarlı olan teleskoplarla gözlemleyebiliriz. İşte bu yüzden birden fazla teleskop çeşidine ihtiyacımız vardır.
Optik teleskoplar, iki temel parçadan oluşur. Bu parçalardan ilki, ışığı toplamaya yarayan objektiftir. Objektif, mercek ya da aynadan oluşmuş olabilir. İkincisi ise, “göz merceği” ya da “oküler” olarak adlandırılan mercek takımıdır. Mercekli teleskoplar, ilk kullanılan teleskoplardır. Günümüzde de genellikle kullanılan küçük çaplı teleskoplar merceklidir. Mercekli teleskoplarda, farklı dalga boylarındaki ışığın kırılarak renklerine ayrışması(renksel aberasyon) için, objektifte birleştirilmiş iki mercek kullanılır. Bu mercekler ayrıca, istenmeyen yansımaları azaltmak ve ışık geçirgenliğini artırmak amacıyla çeşitli malzemelerle kaplanır.
Aynalı teleskoplar ise kendi içlerinde iki ana gruba ayrılırlar. Bunlar: Newton tipi ve Cassegrain tipidir. Newton tipi teleskoplarda, ana aynadan yansıyan ışık, ikinci, düz bir diyagonal aynaya oradan da teleskop tüpünün dışarısındaki göz merceğine yansıtılır. Cassegrain teleskoplarda ise, ana aynadan yansıyan görüntü, ikinci bir dışbükey aynaya oradan da ana aynanın ortasındaki bir delikten göz merceğine yansıtılır. Newton tipi teleskopların fiyatları, Cassegrain teleskoplara oranla daha düşüktür. Ancak, Cassegrain teleskoplar, hem daha kısa olduklarından daha az yer kaplarlar, hem de daha kolay taşınırlar.
Diğer bir teleskop çeşidi de, aynalı ve mercekli teleskopların bir anlamda bir birleşimi olan katadioptrik (aynalı-mercekli) teleskoplardır. Bu tür teleskoplarda, Schmidt-Cassegrain ve Maksutov-Cassegrain olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Bu teleskoplarda ışık önce mercekten sonra da aynadan büküldüğü için teleskopun tüpünün boyu daha kısadır. Bu teleskoplar, diğer teleskop çeşitlerine göre daha pahalıdırlar.
Şimdi teleskop çeşitlerini daha yakından inceleyelim;
3.1. İlk Geliştirilen Teleskoplar
3.1.1: Galileo Teleskopu
Lippersley ve Galileo’nun ortak ürünü sayabileceğimiz bu teleskop, ilk bulunan teleskop olup, mercekli teleskopların atası olarak kabul edilebilir.
Bu teleskopu ilk olarak 1608 yılında bir gözlük yapımcısı olan Lippershey tesadüfen bulmuştur.
1609 yılında teleskopun bir versiyonu yapan ve ilk olarak astronomi gözlemleri için kullanan Galileo olmuştur. Teleskop, uzun bir tüp(boru) içine yerleştirilen aynı odağa sahip iki mercekten oluşmuştur.
Merceklerden biri objektife, diğeri ise okülere yerleştirilmiştir. Işık ışınları, ilk olarak objektiften içeriye girer. Daha sonra, birinci mercekte kırılmaya uğrayarak odakta toplanırlar. İkinci mercek odağındaki ışınları paralel hale getirerek gözün görebileceği hale getirir.
Gökyüzündeki parlak nesnelerden gelen ışık, bu iki mercekten geçip, kırılmaya uğrayarak gözlemcinin gözüne gelir. Camın içine gelen ışık ışınları farklı açılarla kırılmaya uğrayacaklarından, kendilerini oluşturan renklere ayrışır. Bu yüzden gök kuşağında olduğu gibi farklı renklere ayrışmış bir görüntü oluşur.
Bütün bu görüntüler birbirine yakın toplanır, fakat birleşik bir görüntü oluşturmak üzere birinin diğerinin tam üstüne geleceği şekilde hizalanmaz. Bu durum olduğunda, görüntü gölgeli bir görünüme sahipmiş gibi görünür. Bu renk sapıncı ilk zamanlarda bu tür teleskop çeşidini kullananlar için can sıkıcı bir durumdu. Bu sorun uzun yıllar çözülemeden kalmıştır.
Şekil 3.1.1.1: Galileo Teleskopu
(Kaynak: Galileo ve Newton Evreni / Tübitak Popüler Bilim Kitapları 51/William Bixby)
Şekil 3.1.1.2: Galileo Teleskopunun Çalışma Prensibi
3.1.2: Kepler Teleskopu
Johannes Kepler (1571-1630), teleskoptaki sorunların giderilmesi için önemli düzeltmeler ve gelişmeler yapan ilk kişidir. İçbükey ve dışbükey mercek kombinasyonunun yerine, görüş alanını artıracak iki dışbükey mercek kullanılmasını önermiştir. Kepler’i bu sonuca ulaştıran insan gözünün yapısını incelemesidir. Bu düzenlemeden sonra teleskopta oluşan son görüntü baş aşağı olmuştur.
Son görüntünün düz oluşmasını sağlamak için başka bir mercek kullanmak yeterli olacaktır ancak bu düzeltme yapıldıktan sonra oluşacak görüntü ilk görüntü kadar net olmaz.. Bugün kullanılan mercekli teleskoplarda görüntü yine terstir ancak netlik için bu bedel küçük bir bedel olarak görülebilir.
Kepler’ in, önerdiği bu teleskopu fiilen yapıp yapmadığı tam olarak bilinmemektedir. Yalnız Kepler’in ışığın görmede oynadığı rolü anlamada ve değişik mercek sistemleri konusunda diğer bilim adamalarına önayak olmada oynadığı rol tartışılamaz.
Şekil 3.1.2.1: Keplerin önerdiği teleskopun çalışma prensibi
3.1.3: Newton Teleskopu
Isaac Newton (1642-1727) da Kepler’in çalışmasını inceledikten ve 1666’da ışığın kırılmaya uğradığını ileri sürdükten iki yıl sonra 1668’de Kepler’in önerdiği çizgiler doğrultusunda teleskop imal etmiştir. Newton, yaptığı teleskopta aynı zamanda renk aberasyonunu da gidermeye çalıştı. Fakat bunun mercek kullanıldığı taktirde yapılamayacağına inanıyordu. Newton, kırılmadan dolayı meydana gelen bazı problemleri düzeltemezken, renk sorununa bir çözüm düşünmüştü. Fakat bunu yaparken yeni bir tür teleskop bulmuştu. Işığı, bir ayna kırmaz, yansıtır. Bundan dolayı görüntünün etrafında renk saçakları olmaz. Bu yargısı doğruydu ama bu türde de küresel sorunlar ortaya çıkıyordu bu tip sorunlar daha sonraları giderildi. Newton’un kullandığı ayna; pirinç, bakır, kalay ve beyazlatma için bir miktar arsenikten yapılmıştır. Böyle bir bileşim, çok çabuk matlaşıyor ve genellikle çok pahalı ve zaman alıcı bir işlemden geçirilerek yeniden kaplanması gerekiyordu. Newton, kendi yansıma teleskopunu ana aynaya bakan daha küçük başka bir aynayla imal etti. Daha küçük olan ayna görüntüyü teleskopun, Newton’un görüntünün izlendiği delik olan göz merceğini koyduğu kısmına yöneltiyordu. Bu teleskop çeşidinin ayrıntılı özellikleri ileriki bölümlerde işlenecektir.
Şekil 3.1.3.1: Newton Teleskopu
(Kaynak: Galileo ve Newton Evreni / Tübitak Popüler Bilim Kitapları 51 / William Bixby)
3.1.4: Gregorian Teleskopu
Bu teleskop 1663 yılında İskoç Matematikçi James Gregory tarafından yapılmıştır. Aynalı teleskopların eklemeli bir çeşididir. Küçük bir görüş alanına sahiptir. Bu tür teleskopta koma ve küresel aberasyon ortadan kaldırılmıştır. Ana küresel aynaya gelen ışınlar bu ayna tarafından odaklanarak ikincil elipsoid aynaya gönderilir. Elipsoid aynadan yansıyan ışınlar buradan göz merceğine gönderilir. Böylece görüntü oluşturulmuş olur. Genellikle büyük gözlemevlerinde kullanılır.
Şekil 3.2.4.1: Gregorian Teleskopunun çalışma prensibi
Şekil: 3.2.4.2: Gregorian Teleskopunun iki farklı görünümü (ABD Askeri Akademi Müzesi/West Point-New York) (Kaynak: www.physics.kenyon.edu/Early/Apparatus/Titlepage/Astronomy.htm)
3.2.1: Mercekli Teleskoplar
Bu tür teleskoplarda uzun bir tüp içerisindeki mercekten geçen ışık ışınları, göz merceğine gelir. Bu teleskop türü, en yaygın teleskop türüdür. Mercekli teleskoplarda ayna bulunmaz. Bunların bir ucunda geniş bir mercek, diğer ucunda ise ufak bir oküler (göz merceği) yer alır. Işık büyük mercekten geçer ve ufak bir demet halinde okülere gelir. Bu aşamadan sonra yapacağınız şey okülerde netlik ayarını yapmanızdır.
Bu tür teleskoplarda bir mercek ışığı toplamakta kullanıldığından, mercekteki ufak hatalar bile görüntüyü etkileyebilir, bu yüzden mercekli teleskoplarda merceğin kalitesi çok önemlidir. Eğer kalitesiz bir mercek kullanılırsa, ışık mercekten geçerken bu ışığın bir kısmı yayılır ve bunun sonucunda gözlenen nesnenin çevresinde renkli bir halka oluşturur (bkz. 1.1.14.1 Renk Sapıncı). Mercekli teleskopların çoğunda bu tür kusurları düzeltmek için, akromatik (bkz.1.1.14.1 renk sapıncı) denilen bir yapı kullanılmaktadır. Akromatik yapı sayesinde teleskopta bulunan iki mercek, bu tip problemlerin çoğunu ortadan kaldırır. Daha pahalı olan teleskoplarda kullanılan diğer bir kusur düzeltme yöntemi apokromatik (bkz. 1.1.14.1 renk sapıncı) yöntemidir. Apokromatik, akromatik yöntemine göre çok daha net ve daha pahalı bir çözüm sunar.
Şekil 3.2.1.1: Mercekli teleskopun çalışma prensibi
Şekil 3.2.1.2: Mercekli teleskop
3.2.1.1: Mercekli Teleskopların Avantaj ve Dezavantajları
Avantajları:
· Dizaynı basit olduğu için kullanımı kolay ve güvenilirdir.
· Çok az bakım gerektirir.
· Büyük objektif açıklı olan mercekli teleskoplar; ay, gezegen ve çift yıldız gözlemi yapmak için idealdir.
· İkinci bir aynaları olmadığı için görüntü kalitesi oldukça iyidir.
· Uzak yeryüzü cisimlerini gözlemek için kullanılabilirler.
· Optik tüpe sahip oldukları için hava akımları (türbülans) çok azdır. Bu nedenle hava akımlarından dolayı görüntü pek etkilenmez.
· Renk sapınçlarının giderilmesi akromatik mercekli olanlarda iyi, apokromatik veya fluorit olanlarda ise çok iyidir.
· Merceğin sabit olarak yerleştirilmesi de bir avantajdır.
Dezavantajları:
· Tüm teleskop türleri arasında (objektif açıklığı arttıkça) en pahalı olan türdür.
· Diğer teleskop türlerindeki gibi açıklığa sahip olanları, daha ağır, daha uzun ve daha büyüktür. Bu yüzden bir yerden bir yere taşınmaları zordur.
· Küçük ve sönük nesnelerin (uzak galaksiler gibi) gözlemlenmesine çok uygun değillerdir.
· Uzun odak oranlarına sahip olduklarından astrofotoğrafiğe uygun değillerdir.
· Akromatik dizaynlı olanlarında renk aberasyonu tam olarak giderilememiştir.
· Bu tür teleskoplarda oküler tüpün en sonunda olduğundan bazı gözlemlerde problem olabilir. Bu sorun 900’lik bir prizma ile giderilebilir
3.2.2: Aynalı Teleskoplar
Bu tür teleskoplarda ışık, düz ve geniş bir tüpün içine girer, tüpün dibindeki eğri aynadan (parabol, hiperbol yada elips) yansır, toplanmış olan ışık huzmesi, tüpün açık olan ucunda yer alan ufak ikinci aynaya çarpar ve oradan okülere gelir bu şekilde görüntü oluşturulmuş olur. Bu tür teleskoplarda genellikle ikincil aynayı tutabilmek için tüpün açık olan ucundan artı işareti biçiminde teller gerilmiş durumda bulunur, bu teller netlik ayarı yapılmamış olduğu zaman okülerle bakıldığında görünür. Fakat netlik ayarı yapıldığında tellerin görüntüsü yok olur.
Şekil 3.2.2.1: Aynalı teleskoplarda ayna Şekil 3.2.2.2: Aynalı teleskopun çalışma prensibi şekli
Bu tür teleskoplar kendi içlerinde Newtonian ve Cassegrain olmak üzere ikiye ayrılırlar. Şimdi bu iki çeşit teleskopu biraz tanıyalım.
3.2.2.1: Newtonian Tipi Teleskoplar
Isaac Newton tarafından geliştirildikleri için Newtonian adını almışlardır. Newtonian türü teleskoplar ışığı toplayan ve ikinci bir düz aynaya odaklayan bir çukur aynaya sahiptirler. İkinci ayna ise görüntüyü ana tüpün dışına açılan bir penceredeki göz merceğine yansıtır. Dizaynının basitliği, ucuzluğu ve küçük, kolay taşınabilir oluşu bu türü en çok kullanılan teleskoplar arasına koymuştur. Newtonian türü teleskopların dizaynı büyük teleskoplar için uygun değildir. İkincil aynanın gerek ışık kaybına neden olması gerekse gözlem yerine erişilebilirlik ve odağa konacak yardımcı aletlerin dengelenmesi açısından dezavantajlara sahiptir. Ayrıca, optik eksenden yarım derecelik uzaklaşmalar bile görüntü kalitesini oldukça düşürmektedir.
Şekil 3.2.2.1.2: Newtonian tipi teleskopun Şekil 3.2.2.1.3: Newtonian tipi teleskop
çalışma prensibi
3.2.2.2: Cassegrain Tipi Teleskoplar
1672’de Cassegrain adlı Fransız tarafından geliştirildiği için bu teleskop türüne bu ad verilmiştir. Bu tür teleskoplar büyük bir küresel veya parabolik çukur ayna ile hiperboloid tümsek bir ikincil aynadan oluşmuştur. Gelen ışık ışınları, öncelikle çukur ayna tarafından toplanarak ikincil aynaya gönderilir.
Şekil 3.2.2.2.1: Cassegrain tipi teleskopun çalışma prensibi
İkincil yansıtıcı aynadan yansıyan ışınlar ise, birinci aynanın merkez bölgesindeki delikten geçerek göz merceğine odaklanır ve bu şekilde görüntü oluşturulmuş olur. Büyük teleskoplar için en genel format Cassegrain’ in formatıdır.
Cassegrain tipi tasarımda;
· Birinci aynadan yansıyıp birincil aynanın odağına giden ışınların, odağa en yakın olacak şekilde önüne ikinci bir ayna konur. Böylece ikincil ayna yardımıyla Cassegrain odak daha uzak bir noktaya taşınır.
· Cassegrain sistemin en büyük avantajı telefoto karakterine sahip olmasıdır. İkinci ayna yardımıyla birincil aynadan gelen ışık çok uzaklara taşınarak sistemin efektif (etkin) odak uzaklığı birincil aynanın odak uzaklığının birkaç katı büyüklüğüne taşınabilir.
· Böylece, kompak, kararlı ve nispeten ucuz bir monte şekliyle büyük odak uzaklıklı ve büyük görüntü ölçekli bir teleskop oluşturulmuş olur.
Cassegrain tasarımında, Newton sisteminde olduğu gibi koma ve küresel aberasyon vardır. Şekil 3.2.2.2.2 'de Cassegrain teleskopta palaksiyal bölge, eksen dışı ve Airy diski için görüntülerin büyüklüğü odak oranı ve çapa karşılık yay saniyesi ölçeğinde verilmiştir. İkinci aynanın ışığı yayma etkisi Cassegrain teleskopların normal olarak 12 ila 30 arasında bir odak oranında çalışmaya zorlaması anlamına gelir. Astigmatizm ve alan eğriliği, eşdeğer Newton sisteminden daha kuvvetlidir. Cassegrain sistemde son görüntünün odaklanması optik eksen boyunca ikinci aynanın hareket ettirilmesiyle yapılabilir. İkinci aynanın bu hareketi ortaya çıkabilecek bazı mercek kusurlarından dolayı sınırlıdır. Bu sınırın dışına çıkıldığında şiddetli küresel aberasyon ortaya çıkmaya başlar.
Cassegrain sisteminde odak önüne konulacak ilave düzelticilerle görüntüyü iyileştirmek mümkündür. Düzelticiler düşük veya sıfır güçte mercekler olmalıdır. Bunların aberasyonu sistemin aberasyonuna karşı durup onları telafi edecek yönde olmalıdır. Görüntüler, bir derecelik görüş alanı üzerinden seeing diskinin büyüklüğünden daha aza indirilebilir. Bu açı bazen daha büyük olabilir.
3.2.2.3: Aynalı Teleskopların Avantaj ve Dezavantajları
Avantajları:
· Diğer teleskop çeşitlerine göre fiyatları ucuzdur.
· Odak uzaklığı 1m’ye kadar olanlar kolaylıkla taşınabilir.
· Renk sapıncı yoktur.
· Ay ve gezegen gözlemleri için kullanışlıdırlar.
· Optik sapınçları az olduğu için oldukça parlak bir görüntü verirler.
· Astro fotoğrafçılık için uygundurlar.
· Genellikle hızlı odak oranlarına (f/4 ile f/8) sahip olduklarından, uzak gökadaları, bulutsular ve yıldız kümeleri gibi sönük derin uzay cisimlerini gözlemek için idealdirler.
Dezavantajları:
· Diğer teleskop türlerine göre daha hassas oldukları için daha fazla bakım gerektirirler.
· Nesneleri ters olarak gösterdikleri için yer cisimlerinin gözlemlenmesi için uygun değillerdir.
· Açık optik tüp dizaynına sahip oldukları için hava akımı gibi dış etkenlerden daha fazla etkilenirler.
· İkincil aynaları olduğu için mercekli teleskoplardan daha fazla ışık kaybına neden olurlar.
· Görüntü kenarlarında bulanıklaşma görülür.
