Gökyüzüne başımızı çevirdiğimizde çoğunlukla beyaz birer nokta olarak gördüğümüz gök cisimlerinin aslında kocaman olduklarını, bizden çok uzakta oldukları için onları küçücük gördüğümüzü biliyoruz. Bu mesafeleri kısaltmak ve gök cisimlerini daha yakından, daha detaylı görebilmek için teleskop veya dürbün kullanırız. Teleskoplar en temelde ışık toplayarak ve topladığı ışığı odaklayarak görüntü oluşturan aletlerdir. Bu yazımızda sadece görünür dalga boyu aralığında çalışan ve genellikle amatör astronomide kullanılan teleskop türlerini anlatacağız. Teleskopların çalışma prensibini, çeşitlerini ve kullanımlarını anlayabilmek için önce birkaç optik elemanı, ışığın bunlarla karşılaşınca verdiği tepkileri ve ışıkla ilgili birkaç parametreyi inceleyelim.
Dışbükey (Konveks, İnce Kenarlı, Yakınsak) Mercek
Mercekler ışığı kırarak ışığın farklı yönde ilerlemesini sağlayan optik elemanlardır. Dışbükey mercekler ise üzerine gelen ışığı bir noktada toplar. Işığın toplandığı odak noktasının ve oluşan görüntünün nerede olacağını anlayabilmek adına merceğin tam ortasından ve merceğe dik geçecek bir eksen olduğu düşünülür, buna da asal eksen adı verilir. Asal eksene paralel gelen ışınlar, asal eksen üzerindeki odak noktasında birleşir. İki boyutlu bir cismin dışbükey mercekten geçince oluşturduğu görüntü gerçeğinden küçük ve asal eksene göre simetrik oluşur.
İçbükey (Çukur) Ayna
İçbükey aynalar da dışbükey mercekler gibi topladığı ışığı bir noktada birleştirir. Farkı tabii ki mercek ışığı kırarak geçirirken aynanın yansıtıyor olmasıdır. Asal eksenin aynanın tam ortasından ve aynaya dik geçtiğini varsayarsak asal eksene paralel gelen ışınlar odak noktasında birleşecek, iki boyutlu bir cismin görüntüsü gerçek görüntüden küçük ve asal eksene göre simetrik olacaktır.
Odak Uzaklığı
Paralel gelen ışınların birleştiğini söylediğimiz odak noktası asal eksen üzerindedir ve ayna/mercek ile olan uzaklığına odak uzaklığı adı verilir. Odak uzaklığı her ayna/mercek için değişiklik gösterir.
Optik Aberasyon
Işığın mercek ve aynayla bir noktaya odaklanabildiğini söyledik. Ancak mercek ve aynanın ışıkla etkileşimi sonucu, ışığın odak noktasının etrafında da farklı farklı noktalarda odaklanması olayına optik aberasyon denir. Mercek ve aynanın kullanıldığı pek çok optik sistemde görüntü oluşumunu olumsuz etkileyen bu durum teleskoplarda da problemlere yol açmaktadır.
Küresel Aberasyon
Ayna ve merceklerin yüzeylerinin küresel olmasından kaynaklanır. Ayna veya merceğin asal eksenine daha yakın yani ayna veya merceğin tam ortasına gelen ışınlar, kenarlarına gelenlere nazaran aynaya veya merceğe daha yakın bir noktada odaklanır. Gelen bütün ışınlar aynı noktada odaklanamadığı için görüntü bulanık olur. Odak uzaklığı görece az olan optik elemanlarda bu durum daha fazla görülür. Bunu azaltmanın bir yolu aynalarda küresel yüzey yerine parabolik yüzey tercih edilmesidir. Eğrilik daha az olacağından ışınlar birbirine daha yakın noktalarda odaklanır. Başka bir yol ise düzeltme levhası kullanmaktır. Buna katadioptrik teleskoplardan bahsederken tekrar değineceğiz.
Kromatik Aberasyon
Bilindiği üzere beyaz ışık, görünür spektrumdaki bütün renklerin birleşimiyle oluşur. Mercekler beyaz ışığın bulundurduğu farklı dalga boyundaki (renkteki) ışınlara farklı seviyede kırıcılık uygular. Farklı kırılan ışınlar bir noktada hatta bazen aynı düzlemde bile odaklanamayacağı için kromatik aberasyon oluşur. Sadece merceklerde görülen bu durum gök cisminin mor bir çerçeveye sahip olmasına veya dış kenarlarının mavi ve kırmızı gözükmesine sebep olur. Giderilmesi için akromatik mercek denilen ve bu durumu kompanse etmek için özel olarak tasarlanan mercekler kullanılır.
Koma
Işınların merceğin asal eksenine paralel gelmemesinden kaynaklanır. Asal eksenle ışınlar arasındaki açı büyüdükçe görüntüdeki bozulma da artar. Görüntü gök cisminin bir tarafının kuyruklu yıldızda (komet) olduğu gibi yana çekilmiş gözükmesine sebep olur.
Astigmatizm
Mercekten geçen ışınların dikey ve yatay eksenler doğrultusunda farklı noktalarda odaklanmasından dolayı noktasal bir gök cismi (ör: yıldız) çarpı şeklinde görülür. Astigmatik göz bozukluğuna sahip kişilerin geceleri gökyüzüne baktıklarında yıldızları bu şekilde görmelerinin sebebi de budur.
Teleskop Türleri ve Çalışma Prensipleri
Teleskoplar, ayna ve/veya merceklerin teleskop tüpü içerisindeki konumlandırılmasına göre çeşitlilik gösterir. Sadece ayna kullanarak ışığın toplanması ve odaklanması sağlanan teleskoplara yansıtıcı/aynalı/reflektör teleskop, sadece mercek kullanılanlara kırılmalı/mercekli/refraktör teleskop veya dürbün, son olarak hem ayna hem mercek kullanılarak tasarlanan teleskoplara da katadioptrik teleskop denir.
Yansıtıcı/Aynalı Teleskoplar:
Yansıtıcı teleskopların ışığı toplamak için içbükey aynalardan yararlandığını söylemiştik. Teleskopta bu optik elemanların bulunduğu yer “tüp” denilen kısımdır ve içi boş bir silindir olarak düşünülebilir. Yansıtıcı teleskoplarda içbükey aynalar (bunlara birincil ayna denir) tüpün bir ucuna alttan desteklenecek şekilde sabitlenir. Toplanan ışığın tüpün dışına aktarılması için ikincil ayna ve gözlemlenebilmesi için göz merceğine (oküler) ihtiyaç vardır. Bu iki optik elemanın farklı konumlandırılma biçimleri dolayısıyla ışığın farklı yollar izlemesi farklı teleskop türlerini ortaya çıkarmıştır:
Newtonian Teleskop
1668 yılında Newton’un başarılı bir şekilde kurduğu bu tasarımda ikincil ayna düz aynadır, tüpün açık olan uç kısımlarına yakın ve yaklaşık 45 derecelik bir açıyla konumlandırılır. İkincil aynanın görevi birincil aynadan yansıyan ışığı göz merceğine yansıtmaktır. Göz merceği de ikincil aynanın hizasında tüpte açılan deliğe yerleştirilir.
Gregorian Teleskop
Newtonian teleskobun aksine ikincil ayna dışbükeydir ve ışığı tüpün yan kısmına değil birincil aynaya yansıtır. Işığın tüpün dışına aktarılması için birincil aynada bir delik olması gerekir.
Cassegrain Teleskop
Gregorian teleskoba benzer bir tasarıma sahip olan bu türde de ikincil aynanın içbükey olması görece kısa bir tüp tasarlansa bile odak uzaklığının fazla olmasını sağlar.
Yansıtıcı teleskopların en büyük dezavantajlarından biri küresel aberasyondur. Bunu düzeltmek için eğriliği küresele göre daha az olan parabolik aynalar kullanılır. Bir diğer dezavantajı ise ikincil aynanın, birincil aynanın görüş açısında olduğu için daha az ışık toplamasına sebep olmasıdır. Ancak bu oluşan görüntüde anlamlı bir fark yaratmaz.
Kırılmalı/Mercekli Teleskoplar:
En basit haliyle iki mercekten oluşan kırılmalı teleskop, Galileo’nun tasarımında olduğu gibi, ışığı toplamak için bir dışbükey mercek ve göz merceği olarak da bir dışbükey mercekle kurulur. dışbükey mercekten geçen ışınlar odak noktasına gelmeden içbükey mercekten geçerek incelenen cismin gerçek görüntüsünün oluşmasını sağlar. Galileo bu tasarladığı teleskopla Venüs’ün evrelerini, Ay’ın kraterlerini ve Jüpiter’in en büyük dört uydusunu ilk defa gözlemlemiştir.
Mercekli teleskopların bir başka tasarımı ise Kepler tarafından yapılmış ve Galileo’nun tasarımından farklı olarak göz merceğinde de dışbükey mercek kullanılmıştır. Tüpü de görece büyük olduğu için ilk dışbükey mercekten gelen ışınlar odak noktasından geçtikten sonra göz merceğindeki dışbükey merceğe ulaşır. Bu da görüntünün hem yatay hem de dikey eksene göre simetrik oluşmasına sebep olur. Buna rağmen Kepler tasarımı teleskoplar daha geniş görüş açısı sağladığından dolayı daha çok tercih edilen tasarımdır.
Işığı toplayan mercek teleskop tüpünün ucunda sadece çevresinden desteklidir. Mercekler camdan yapıldığından ve cam da amorf katı olduğundan zaman içerisinde yer çekiminin etkisiyle şekli bozulmaya başlayacaktır. Bu nedenle çok büyük ve ağır mercekli teleskoplar tasarlanması akıllıca olmayacağından çoğunlukla amatör teleskoplarda bu tasarım kullanılır. Ek olarak mercekli teleskopların optik aberasyonlardan da oldukça fazla etkilenmesi aynalı teleskopları merceklilere göre daha avantajlı kılar.
Katadioptrik Teleskop:
Katoptrik kelimesi ayna, dioptrik kelimesi mercek kullanılan optik sistemleri tanımlamak için kullanılır. Katadioptrik sistemlerde ise hem ayna hem mercek kullanılır. Bu tür teleskoplar Cassegrian teleskopların tüpünün girişine bir mercek eklenmesiyle oluşur. Mercek her iki türün de muzdarip olduğu optik aberasyonları ortadan kaldırmak için konulmuştur. Alt türleri aberasyonu engellemek için kullanılan merceklerin farklılığından ortaya çıkmıştır.
Schmidt-Cassegrain Teleskop
Schmidt düzeltme levhası olarak geçen bu mercek düzgün küresel bir yapıda değildir. Birincil aynanın küresel aberasyondan dolayı farklı noktalara odakladığı ışınların aynı noktaya odaklanmasını sağlayacak küresel olmayan (aspherical) bir yüzeye sahiptir.
Maksutov-Cassegrain Teleskop
Düzeltme levhası olarak yarım ay şeklinde olan menisküs mercekler kullanılır. Menisküs mercekler birincil aynadaki küresel aberasyonun tam zıttı küresel abresyona sebep olacak şekilde tasarlanır. Aynı zamanda akromatik düzeltici olarak geçen bu mercekler tek bir cam türünden üretildikleri için kromatik aberasyona da engel olurlar. Maksutov’un tasarımı, Schmidt düzeltici levhanın üretim zorluğundan, küresel, kromatik aberasyonları ve komayı engellediğinden Schmidt’in tasarımından daha kullanışlıdır.
Teleskop Parametreleri
Odak Oranı: Kullanılan ayna veya merceğin odak uzaklığının çapına oranına denir. Teleskobun büyütme parametresine katkısı vardır. Odak oranı arttıkça oluşan görüntü büyür ve görüş açısı daralır, kısaca baktığımız cisim bize daha yakın görünür. Azaldıkça ise tam tersi şekilde cisim daha uzak görünür. Görüntü, yüksek odak oranına sahip teleskop ile oluşturulan görüntüden küçüktür ve görüş açısı daha geniştir.
Açıklık: Teleskobun ayna veya merceğinin çapıdır. Çap ne kadar büyükse daha fazla ışık toplanacağından görüntü daha parlak oluşur.
Işık Toplama Gücü: Ayna veya merceğin alanının insan gözünün alanına oranı olan bu parametre kullanılan teleskobun insan gözüne oranla ne kadar fazla ışık topladığını gösterir. İki teleskobun ışık toplama güçleri karşılaştırılırken yine ayna veya merceklerinin alanı karşılaştırılır.
Büyütme: Işığı toplayan ayna veya merceğin odak uzaklığının, göz merceğinin odak uzaklığına oranıdır. Gezegen gözlemlerinde ışık toplayan optik elemanın odak uzaklığının az olması tercih edildiğinden kullanılan göz merceği odak uzaklığı fazla olanlardan kullanılır.
Çözünürlük/Çözme Gücü: Detayları ayırt edebilme gücüne çözünürlük denir. Örneğin bir çift yıldız sisteminde iki yıldız Dünya’dan bakıldığında birbirinden iki farklı yıldız olduğu anlaşılmayabilir. Bu yıldızların farklı yıldızlar olduğu anlaşılabiliyorsa teleskobun çözünürlüğünün iyi olduğu söylenebilir.
Kundak
Yazının bu kısmına kadar teleskobun sadece tüp kısmını anlattık. Ancak gözlem esnasında tüpü elde tutmak konforlu olmayacağı gibi bu durum sabit bir görüntü elde etmeyi de zorlaştıracaktır. Kundaklar gözlem yapılırken teleskobun sabit kalmasını sağlayarak görüntünün titremesini engeller ve bulundurdukları çarklar sayesinde teleskobun yönünü de ayarlamayı sağlar. Ayrıca farklı tasarımlara Dünya’nın dönüş hızıyla aynı hızda teleskobun dönmesini sağlayan, böylece bir gök cismini gece boyu izlenmesini mümkün kılan motorlar eklenir.
Altazimut
İngilizcedeki altitude (yükselti) ve azimuth (yatay yön) kelimelerinin birleşiminden ismini alan altazimut kundaklar, teleskobu iki yönde hareket ettirmeyi sağlar. Teleskobun hareketi aynı anda iki doğrultuda birden değil önce bir doğrultu sonra diğeri şeklinde olduğu için bu basamaklı ilerleyiş farkedilir. Bu yüzden astrofotoğrafçılık için uygun değildir. Ancak görece daha az maliyetli bir tasarım olduğundan pek çok amatör astronomi teleskoplarında bu tip kundaklar kullanılır.
Ekvatoryal
Bu tür kundaklarda da sağ açıklık ve eğim yönleri vardır. Öncelikle eğim gözlemlenmek istenen gök cismine göre ardından sağ açıklık da ekliptik düzlemde hareket edecek şekilde ayarlanır. Böylece gece boyu aynı cismi takip etmek için sadece sağ açıklığın değiştirilmesi yeterli olacaktır. Yine Dünya’nın dönüş hızına göre teleskobun da dönmesini sağlayacak motorlar kullanılabilir. Teleskop hareket ederken tek bir eksende hareket edeceğinden altazimut kundaklarda olduğu gibi basamaklı geçiş görülmez bu yüzden de astrofotoğrafçılıkta tercih edilen kundak türüdür.
Hazırlayan: Eylül Nihan Kamun
İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi
Kaynaklar:
- highpointscientific.com
- telescope-optics.net
- science.howstuffworks.com
- omegon.eu