تصميم تلسكوب عاكس بسيط

تصميم تلسكوب عاكس بسيط



اشراف: دعاء ضياء قنديل

بمشاركة الطلاب: غيث عبدالرزاق و سنان عدنان و ميثم عبدالعلم

شكر خاص وتقدير الى الأخ حسن صبار علوان مدير مرصد الصبار في محافظة الديوانية على جهده المتميز لانجاح هذا التلسكوب وتحسينه بصورة ملحوظة.


التلسكوب:



هو عبارة عن أداة بصرية تساعد في تجميع وتوليد الضوء (الفوتون) سواء كان هذا الضوء منعكسا عن سطح جرم ما أو ضوء صادر بشكل مباشر عن هذا الجرم، وكلما زادت أحجام العدسات والمرايا الأولية (Primary Mirror-Lens) المستخدمة، نتج عن ذلك تجميع كمية أكبر من الضوء وبالتالي القدرة على روية أشياء أبعد وأكثر قتما وأوضح ملامح وأكثر تفصيلا، وتحدد أحجام المرايا أو العدسات الأولية القدرة الاستيعابية للتلسكوب ومدى الوضوح في الصورة المرصودة وجميع الوظائف المذكورة تتم بالاعتماد على حجم (قطر) العدسة أو المرآة الأولية ، وبمعنى أخر كلما كبرت أقطار المرايا والعدسات الأولية كلما قوي أداءه.

ثم يأتي دور العدسة العينية Eyepiece والتي تقوم بتجميع حزم الضوء التي ثم تجميعها بالسابق للجرم بواسطة العدسة أو المرآة الأولية لتظهر في النهاية صورة الجرم الذي كان قد بدا كشيء مبهم معلق في السماء.

والتلسكوب جهاز يستخدم لرؤية الأجسام البعيدة ومنه ما يستخدم لرؤية الأجسام على سطح الأرض مثل المسارح والسباقات وغيرها ويسمى التلسكوب الأرضى Terrestrial ومنها ما يستخدم لرؤية الأجرام السماوية كالنجوم والكواكب ويسمى التلسكوب الفلكى .

وهناك العديد من أنواع التلسكوبات حسب نوع الأشعة التى تستقبلها مثل الأشعة تحت الحمراء والفوق بنفسجية والأشعة السينية، وجميعها تتفق في أساس عملها إلا أن بينها فروق عملية كبيرة في التصميم وأكثرها استخداما التلسكوب الضوئي الذي يعمل في منطقة الضوء المنظور ويعمل التلسكوب الفلكي على جمع أكبر كمية من الأشعة من الجرم السماوي البعيد وتستخدم في ذلك أما عدسة كبيرة أو مرآة مقعرة كبيرة وتتجمع الأشعة في بؤرة العدسة أو المرآة مكونة صورة حقيقية مصغرة مقلوبة للجسم يتم تكبيرها ورؤيتها أو تسجيلها على فيلم حساس أو نقلها كهروضوئياً إلى شاشة تليفزيونية .

وقد صنعت التلسكوبات في أول الأمر من العدسات وتسمى انكسارية Refractors وأكبر تلسكوب من هذا النوع موجود في مرصد يركزYerkes في وسكونسن ويبلغ قطر عدسته 102سم وطول أنبوبته 18متراً وتفضل المرايا في صناعة التلسكوبات لعدة أسباب منها:

أن العدسة تثبت عند حافتها فقط ونظرا لثقل مثل هذه العدسة الضخمة يمكن أن يتغير شكلها تحت هذا الثقل ويحدث تشويها في الصورة أما المرآة المقعرة الكبيرة فيمكن تثبيتها بسهولة على كل مساحتها، بالإضافة إلي ذلك فالمرآة تحتاج إلى صقل جانب واحد بخلاف العدسة التي تحتاج لصقل جانبين، كذلك فإن تشوه الصورة الناتج عن الزيغ اللوني غير موجود في المرآة، لذلك فإن جميع التلسكوبات الضخمة في العالم تستخدم المرآة المقعرة .

وبالنسبة للتلسكوب الذي قمت بتصنيعه يدويا فيعد من ضمن مجموعة التلسكوبات العاكسة وبالأخص منها النوع الذي يسمى بالنيوتوني نسبة للعالم اسحاق نيوتن وفيما يلي شرح مفصل لهذا النوع من التلسكوبات:

التلسكوب العاكس:

في عام 1668 أخترع اسحق نيوتن تلسكوبا عـاكــــســـــ لا يشتمل على عدسة شـيـئـية، فالضوء يسري عبر أنبوب طويل مفتوح ليسقط على مرآة مـقـعـرة في أسفل الأنبوب، وتعكس المرآة المقعرة أشعة الضوء نحو أعلى الأنبوب إلى مرآة ثانية مسطحة مائلة الوضع لتوجه (تعكس) الأشعة بدورها إلى عدسة محدبة مكبرة هي عينية التلسكوب وكانت الصور الناتجة بتلسكوب نيوتن واضحة و خالية من الحواف اللونية التي كانت تعاني منها التلسكوبات الكاسرة.

وكلما كان حجم المرآة أكبر أصبح التلسكوب عمليا أكثر من ناحية الرصد الفلكي لكن عندها سوف تظهر مساوئ من ناحية التركيب والصيانة والحمل لأغراض التنقل.

وأكبر التلسكوبات الفلكية في يومنا هذا هي من نفس مبدأ هذا النوع (بما فيها تلسكوب هابل) الموجود في الفضاء. فالمرايا تعطي صورا واضحة محددة المعالم خالية من الحواف اللونية بالإضافة لبساطة صنعها و قلة تكاليفها مقارنة بالتلسكوبات الكاسرة.

مبدأ عمل التلسكوب العاكس:

مثلا التلسكوبات النيوتيونيه العاكسة (Newtonian Reflectors) : اخترعت بواسطة إسحاق نبوتن عام 1668، فكره عمل هذه التلسكوبات تقوم على أساس وجود مرآة منحنية (مقعرة) مصقولة جيدا تسمى المرآة الأوليه primary mirror تقوم بتجميع الضوء الصادر عن الأجرام السماوية وتركيزه في نقطه واحدة تم بعد ذلك تقوم بعكسه(الضوء/الصورة) إلى مرآة أخرى تسمى المرآة الثانوية (flat secondary mirror) وهي عبارة عن مرآة مسطحة صغيره جدا مثلثة الشكل تقريبا(diagonal) تقوم بعكس الصورة (image) إلى الجانب العلوي من التلسكوب ومنها إلى العينية (نقطة تجمع الضوء أو نقطة البؤرة) كما هو موضح بالشكل التالي الذي يمثل الخريطة البصرية لتصميم هذا التلسكوب والذي تم اعتماده في التصنيع.

الشكل (2-2) يوضح مبدأ عمل التلسكوب العاكس.

مميزات التلسكوب العاكس:

1. الجودة البصرية الممتازة.

2. التّكلفة المنخفضة لكل أنش من حجم المرآة مقارنة بالأنواع الأخرى.

3. مثالي للرصد الفلكي مثل رصد المجرات والسدم والمجموعات النجمية .

4. صغر حجمه و سهولة حمله نوعا ما وخصوصا للأنواع ذات البعد البؤري المقدر بـ 1000 ملم.

5. جيد فيما يتعلق بالرصد الأرضي والكواكب.

6. جيد بالنسبة لاستخدامات التصوير الفلكي ومن الممكن جعله من النوع الإلكتروني (المتحرك آليا).

عيوب التلسكوب العاكس:

1. محدود إلى الاستعمالات الفلكية (لأنه يقوم بقلب الصورة رأسا على عقب).

2. يحتاج للتعيير الدائم بالنسبة (للمرايا الأولية - الخلفية) للمبتدى ويعتبر صعب الصيانة نوعا ما.

3. كبير الحجم .

4. لأن تصميم الأنبوب (غير مغلق من طرفه البعيد) المفتوح فأنه عرضة لتجميع الغبار.

أساسيات الرصد الفلكي بالتلسكوب:

يعد التلوث الضوئي Light Pollution من ألد أعداء السماء فالمناطق المأهولة لا تخلو من إنارة الشوارع والبيوت ليلا ومع هذه الأنوار ينتشر الضوء باتجاه السماء حيث يؤثر على نتائج الأرصاد الفلكية، مثلا بافتراض استخدام تلسكوب 5 أنش عاكس (مقارب للتلسكوب المصنع) فان مجرة الأندروميدا ستكون مجرد بقعة ضوء خافت ومشتته بتكبير يقارب 200× من حديقة المنزل لكن في الصحراء أو الظلام الدامس ستبدو تماما كالمجرة 100% مع تفاصيل أكثر، وبنفس قوة التكبير ونفس الأمر مع كوكب المشتري الذي لن يشاهد الكثير من أحزمته السحابية (حزمتان أو ثلاث على الأكثر) مثلما ستبدو لو كنت في مكان ذو ظلام دامس (خمس حزم مختلفة الأشكال وبعض التفاصيل حول السحب وعاصفة البقعة الحمراء أن كانت موجودة وأكثر) وهكذا لمعظم الأجرام السماوية الأخرى.

التلسكوب اليدوي الصنع:

تم تصنيع تلسكوب يدويا باستخدام أدوات بسيطة متوفرة وكان من نوع التلسكوب العاكس ومواصفاته هي:

1. مرآة مقعرة (تمثل الشيئية) قطرها 15 cm أي 6 Inch.

2. عدسة محدبة (تمثل العينية) قطرها 2.3 cm قوة تكبيرها 7 مرات مأخوذة من مجهر طبي.

3. مرآة مستوية صغيرة.

4. انبوبة التلسكوب الرئيسية طولها 89 cm مصنعة من مادة البلاستك كونها أساسا من أنابيب المياه الرئيسية.

5. ناظور للتقريب وضبط الرؤية تركيب محلي مؤلف من عدسة عينية قطرها وعدسة شيئية قطرها وضبطت المسافة بينهما بواسطة انبوب بسيط الصنع وظيفته استهداف الأجرام البعيدة المراد رصدها، وذلك بفضل التكبير المنخفض ومجال الرّؤية العريض ما يسمح أن يرى مزيدا من حجم السّماء أكبر مما يرى من خلال التّلسكوب الرّئيسيّ و بمجرد توسيط الهدف في وسط مرماه يكون الهدف أيضا في(وسط) المرآة أو العدسة الرئيسية.

6. أنابيب حديدية حاملة لأنبوبة التلسكوب الأول قصير يرتبط مباشرة بالأنبوبة الرئيسية وحركته عمودية (مما يعطي إحداثي الميل للجرم السماوي المرصود)، والثاني طويل ويرتبط بالجزء القصير المذكور أعلاه، ويثبت هذا الجزء على القاعدة ليعطي حركة أفقية للأنبوب الرئيسي (مما يعطي إحداثي المطلع المستقيم للجرم السماوي المرصود)، وبهذا فان هذا التلسكوب يعمل وفق نظام الإحداثيات الفلكية الاستوائية الذي يعد أسهل أنواع الأنظمة وخاصة ان الاحداثيات في هذا النظام لا تعتمد على الزمن (فلا يحتاج الى تضبيط مستمر للمواقع) وخاصة مع توفر الجداول الفلكية التي تعطي الاحداثيات الاستوائية للأجرام السماوية.



التلسكوبات المصنعة عالميا:

أما التلسكوب المصنع بإحدى أكبر شركات صناعة التلسكوبات في العالم Meade الأمريكية والموجود حاليا في جامعة أهل البيت العالمية فرع كربلاء فهو تلسكوب محوسب متطور وحديث جدا من نوع LX 200 وخريطته البصرية مشابهة للخريطة البصرية للتلسكوب المصنع يدويا ومواصفاته هي:

1. قطر مرآته المقعرة 20.3 cm.

2. قطر عدسته المحدبة 2.8 cm .

3. يحتوي على جهاز تحديد المواقع الجغرافية العالمي GPS.

4. شكل نظامي وتجميلي أكثر بكثير.

ويعمل هذا التلسكوب على نظام الإحداثيات الأفقية وليس الاستوائية مع إن النظام الاستوائي أفضل بكثير من النظام الأفقي في عملية الرصد لسهولة استعماله وفهمه وقياساته عكس الإحداثيات الأفقية التي تواجه مستخدمها صعوبة الاستخدام و صعوبة تضبيط المواقع الفلكية عليها لكن ممكن أن تسهل مهمتها كثيرا بوجود جهاز GPS الذي يعمل على متابعة الأجرام السماوية المحددة للرصد حتى مع تغير الزمن.







التلسكوب المصنع بشركة meade العالمية.



المقترحات:

1. أهمية وجود مختلف الأجهزة العلمية بصورة عامة في الجامعة لغرض التطوير العلمي حتى لو كانت الأجهزة تصنيع محلي بسيط المهم وجودها واستخدامها للأبحاث العلمية.

2. إمكانية توفير الأجهزة العلمية بأسعار زهيدة مقارنة بتلك المصنعة عالميا.

3. إمكانية استخدام التلسكوب المصنع حاليا للقيام بالأبحاث العلمية الفلكية وخاصة المتعلقة بفترات النشاط الشمسي والكواكب والقمر.

4. استخدام التلسكوب للقيام بعملية الاستهلال الشهري وتحديد ضوابط رؤية الهلال وتعريف الناس بصورة عامة على هذه الضوابط للتقليل قدر الامكان من الاختلافات والأخطاء الحاصلة في رؤية الهلال لما لهذا الموضوع من أهمية خاصة بالنسبة للمسلمين عامة.

5. إمكانية تطوير هذا التلسكوب البسيط تدريجيا بالدعم المادي بتغيير حجم المرايا المستخدمة فيه.

6. إمكانية فتح مركز أبحاث فلكية بالتطوير التدريجي للتلسكوبات المصنعة محليا بالتعاون مع المراكز والأفراد أصحاب الخبرة بهذا المجال.

7. إقامة ورش عمل ودورات تعريف باستخدام التلسكوب البسيط والتلسكوب المحوسب الحديث بالتعاون مع بعض المؤسسات والهيئات ذات العلاقة مثل وزارة العلوم والتكنولوجيا، مرصد الصبار بالديوانية (ومديره السيد حسن صبار الذي لم يكن بالامكان اكمال العمل بدقة متناهية لولا مساعدته المميزة لنا)، جامعة أهل البيت (ع) لوجود تلسكوب محوسب حديث متوفر في مركز الأبحاث الفلكية، وغيرها.