איך צופים בכוכבים באמצעות טלסקופ? חלק א'

עד כה דנו בתצפיות אסטרונומיות באמצעות העין והמשקפת. בסדרת מאמרים זו נסקור את הכלי החשוב ביותר המצוי בידיהם של חובבים ומקצוענים כאחד – הטלסקופ.

עוד באותו נושא: איך צופים בכוכבים במשקפת?  

למרבה הפלא, אפשר לראות דברים רבים גם באמצעות טלסקופים קטנים וגם מתוככי עיר מוארת. הירח למשל, הוא גרם השמים הזמין והנוח ביותר לתצפית. בטלסקופ קטן ואיכותי אפשר להבחין במכתשים שעל פניו, בשרשרות ההרים, בקימוטים על הרמות האפורות שלו ועוד.

גם בכוכבי הלכת קל לצפות בטלסקופ קטן. באמצעותו אפשר לראות את המופעים של כוכב חמה ונוגה שדומים למופעי הירח – מסהר צר ומאורך ועד לעיגול מלא.

טלסקופ: גם לצופים חובבים(צילום: shutterstock)

מאדים, כשהוא מתקרב לכדור הארץ, עשוי להראות את כיפת הקרח הגדולה שלו וגם כתמים כהים על פניו. צדק יגלה את חגורות העננים שלו, את הכתם הגדול האדום ואת ארבעת ירחיו. טלסקופ טוב יראה גם את הצל (ליקוי חמה) שמטילים הירחים שלו כשהם חולפים מידי פעם בינו לבין השמש.

נוכל לראות גם את טבעות שבתאי, את אורנוס כדסקה קטנה ואת נפטון כנקודה כחלחלה. מתוך העיר אפשר לראות גם מאות כוכבים כפולים ואפילו צבירי כוכבים בהירים וכמה ערפיליות. מהמדבר אפשר לראות גם גלקסיות ככתמי אור קטנטנים.

כל זה הוא ללא ספק יבול רב ומפתיע, שאפשר להיחשף אליו באמצעות מכשיר שעלותו כמה מאות שקלים בלבד. אך על מה יש לתת את הדעת כאשר רוכשים טלסקופ?

הטלסקופים (מקור השם: טלה-מרחיק, סקופ-לראות) מחולקים לכמה סוגים, הנבדלים ביניהם לפי המבנה האופטי. העיקרון המנחה של כל סוגי הטלסקופים הוא איסוף אור על ידי אלמנט אופטי גדול וריכוזו במוקד משותף. בדמות הנוצרת במוקד המשותף אפשר לצפות בעין, באמצעות מכלול אופטי הקרוי "עינית" או על ידי גלאי, בדרך כלל מצלמה.

טלסקופים נבדלים ביניהם גם לפי סוג הקרינה שהם רגישים לה והם מתאימים לכל אורכי הגל: לקרינה הנפלטת מהמקורות האנרגטיים ביותר ביקום – קרינת גאמא ואיקס, לקרינה על-סגולה, לקרינה תת-אדומה ולקרינת רדיו.

הכלל המנחה הוא שככל שהטלסקופ בעל אלמנט אופטי ראשי בקוטר גדול יותר, כך הוא יקלוט כמות אור גדולה יותר. למעשה, ההבדל בין קליטת אור של שני טלסקופים בעלי שני קטרים שונים תהיה ריבוע היחס בין שני הקטרים שלהם, כיוון שאיסוף האור תלוי בשטח.

טלסקופים יכולים לאסוף את האור בשתי שיטות עיקריות:

• שבירת האור למוקד ראשי על ידי עדשה. טלסקופים אלו מכונים "שוברי אור".
• החזרת האור וריכוזו למוקד על ידי מראה. טלסקופים אלה מכונים "מחזירי אור".
•  יש סוג ביניים של טלסקופים, המשלבים עדשות ומראות ואלו מכונים "טלסקופים קטדיופטריים".
  

הטלסקופים נבדלים ביניהם גם לפי מטרתם: יש המיועדים לצפייה ויש למחקר ולצילום. יש המיועדים לצפייה בכוכבי לכת ויש שמתאימים יותר לצפייה בגרמי שמים חיוורים. ההתאמה של הטלסקופ לייעודו נעשית הן על ידי המבנה האופטי של הטלסקופ והן על ידי הכן עליו הוא מוצב והאביזרים שאפשר להתאים לו.

תכונות הטלסקופ

לכל הטלסקופים, בין אם הם שוברי אור, מחזירי אור או קטדיופטרים, יש מאפיינים שונים אולם אחד החשובים שבהם הוא קוטר הטלסקופ. זהו הקוטר של האלמנט האופטי הראשי בטלסקופ, בין אם זה עדשה בטלסקופ שובר אור או טלסקופ קטדיופטרי או מראה בטלסקופ מחזיר אור.

קוטר הטלסקופ נמדד בדרך כלל במילימטרים או באינצ'ים. הוא קובע את התכונות העיקריות של הטלסקופ ובראשן איסוף האור, ההגדלה המירבית האפשרית וכושר ההפרדה.

מהו הקוטר המינימלי של טלסקופ?

טלסקופים למתחילים אלו טלסקופים שקוטרם קטן, בדרך כלל 60 עד 80 מ"מ, ומבוססים על עיקרון שבירת האור מבעד לעדשה. טלסקופים קלאסיים אלו נתונים על גבי חצובות גבוהות.

איסוף האור של הטלסקופ תלוי ביחס ישר לריבוע הקוטר שלו. לדוגמה, טלסקופ בקוטר 200 מ"מ יאסוף אור פי 4 מטלסקופ בקוטר 100 מ"מ. יחס זה שווה בדיוק ליחס המתקבל משטחי שני האלמנטים הראשיים של הטלסקופ.

איסוף האור הוא התכונה החשובה ביותר של הטלסקופ האסטרונומי כיוון שהיא קובעת מהו גרם השמים החיוור ביותר והקלוש ביותר שהטלסקופ יכול לקלוט. כמובן שאיכות הטלסקופ קובעת גם את יכולת איסוף האור. ליטוש לא איכותי של העדשות או המראות יפגע בכושר איסוף האור.

להלן כמה סיבות לירידה בכושר איסוף האור:

עדשות: איכות עדשות ירודה תפגע בכושר איסוף האור כיוון שעבירות האור בעדשה יורד ככל שאיכותה קטנה.החזר האור מפני העדשה מפחית את כמות הקרינה העוברת בעדשה. ציפוי איכותי של העדשה עוזר להפחית את כמות הקרינה המוחזרת מפניה. לכן, סוג הציפוי משפיע על כושר עבירות האור.

המוקד

המוקד הוא המרחק שבו נמצא המוקד מהאלמנט האופטי הראשי. המוקד נמדד בדרך כלל במילימטרים ומסומן באות f. מבחינה אופטית, הדמות המדומה של העצם שבו צופים נוצרת במישור המוקד. אנו צופים למעשה בדמות המדומה מבעד לעינית, שהיא מעין זכוכית מגדלת משוכללת, או מצלמים את הדמות המדומה במצלמה. להתכנסות כל קרני האור במוקד אחד חשיבות קריטית לאיכות התמונה.

שבירת האור בעדשה: כאשר האור נשבר לכמה מוקדים בהתאם לאורכי הגל התוצאה היא שהוא אינו מתכנס במוקד אחד אלא בכמה מוקדים שכל אחד מרוחק מהעדשה מרחק שונה.

ככל שאורך המוקד של הטלסקופ קצר יותר ביחס לקוטר העדשה, הפיזור יהיה גדול יותר. שבירת האור לכמה מוקדים משפיעה גם על הצבע האמיתי של האובייקטים. ככל שהפיזור גדול יותר, קשה למקד יותר מקרני אור השייכות לצבע אחד למוקד משותף.

הפתרון הוא הוספת עדשות שמתקנות את השפעת פיזור האור על ידי כך שהן מפזרות מעט את האור ובכך מצמצמות את השפעת הפיזור. טלסקופים שבהם יש עדשה מתקנת

מכונים טלסקופים א-כרומטיים (א – ללא, כרומו – צבע). הפחתה נוספת של השפעת שבירת האור נעשית על ידי שימוש בעדשות הבנויות מזכוכיות אקזוטיות (ED) או הוספת שתים או שלוש עדשות נוספות (אפוכרומט).

יחס המוקד

יחס המוקד הוא היחס בין אורך המוקד לקוטר העדשה. לדוגמה, טלסקופ שאורך המוקד שלו 1000 מ"מ וקוטר המראה שלו הוא 200 מ"מ יהיה בעל יחס מוקד של 5. יחס המוקד מסומן באות F. לכן, הטלסקופ שבדוגמה יהיה בעל יחס מוקד F/5.

יחס המוקד משפיע על שדה הראיה וכן על מהירות הצילום. ככל שיחס המוקד קטן יותר, הטלסקופ יהיה "מהיר" יותר לצילום בהשוואה לטלסקופ בקוטר זהה.

ההבדל במהירות שבה נצלם את אותו אובייקט כדי לקבל את אותו מספר פוטונים על אותו שטח של הגלאי יהיה היחס בין אורכי המוקד בריבוע. כך, טלסקופ שיחס המוקד שלו F/5 יהיה מהיר פי 4 מטלסקופ בקוטר זהה שיחס המוקד שלו הואF/10 (למעט בצילום כוכבים אז אין למהירות הצילום כל קשר לקוטר הטלסקופ אלא רק ליחס המוקד!).

מקובל לראות בטלסקופים שיחס המוקד שלהם קטן מ- F/6 טלסקופים מהירים. בדרך כלל, יחסי מוקד ארוכים נפוצים בטלסקופים קטדיופטריים ושוברי אור.

בעיקרון, כדאי לבחור טלסקופ בהתאם לאובייקטים שבהם נרצה לצפות. טלסקופים מגיעים עם אורכי מוקד שונים והפרמטר העיקרי שכדאי לתת עליו את הדעת הוא היחס בין אורך המוקד לקוטר הטלסקופ (יחס המוקד או "מהירות").

יחס מוקד קטן מיועד לתצפיות בשדה רחב או לצילום אסטרונומי, כיוון שיחס מוקד זה מקטין את משך החשיפה הדרוש. יחס מוקד קצר לעומת זאת יסבול מעיוות כרומטי (בטלסקופ עדשות) או לקולימציה - רגישות לאי הימצאות כל האלמנטים האופטיים על אותו הציר (בעיקר בטלסקופ מראות). אלה ישמשו היטב בתצפיות לגרמי שמים עמוקים ממקומות חשוכים וכן לתצפיות נוף וצפרות.

יחס מוקד ארוך מיועד לתצפיות הדורשות איכות אופטית גבוהה יותר – תצפיות בכוכבי לכת וירח, תצפיות בכוכבים כפולים וכדומה. כשמתמשים באותה עינית שדה הראיה המתקבל קטן יותר והתמונה חשוכה (קונטרסטית) יותר. לכן טלסקופים עם יחס מוקד ארוך מתאימים יותר לצפייה מתוך עיר מוארת. חסרונם הוא שהם מעט חשוכים ובמקרה של טלסקופים שוברי אור או מחזירי אור גם גדולים ומסורבלים יותר.

שדה הראייה

שדה הראייה הוא גודל הקטע הזוויתי של השמים או הנוף הנראה באמצעות הטלסקופ - או בעינית או בשדה הצילום המתקבל. עבור שני סוגי טלסקופים נתונים, בשימוש באותם אמצעי קלט (עינית או מצלמה) שדה הראיה תלוי באורך המוקד של הטלסקופ (כשבצילום קובע גם גודלו של השבב).

ההגדלה של טלסקופ נקבעת משני פרמטרים: אורך המוקד של הטלסקופ ואורך המוקד של העינית. ההגדלה היא חלוקה של אורך המוקד של הטלסקופ באורך המוקד של העינית. כך, לדוגמה, טלסקופ באורך מוקד של 1,000 מ"מ ועינית של 5 מ"מ יתן הגדלה של 20.

ההגדלה היא למעשה הגדלה של זווית הראיה. המשמעות של הגדלה גדולה יותר היא שאנו רואים את העצם לו היה קרוב יותר במידת ההגדלה. כך, למשל, הגדלה x20 תשיג תמונה דומה לזו שהיינו רואים לו היינו מביטים בעצם ממרחק קטן פי 20 מהמרחק שבו אנו צופים. חשוב לזכור שיש סף עליון להגדלה שאפשר להשיג בטלסקופ, וזו תלויה בכושר ההפרדה.

כושר הפרדה של טלסקופ הוא זווית הראיה הקטנה ביותר שהטלסקופ יכול להפריד. במלים אחרות, מהי זווית הראיה הקטנה ביותר בין שני עצמים, שהטלסקופ יראה אותם כשני עצמים נפרדים. אם שני העצמים בעלי אותה בהירות ואותם מאפיינים גיאומטריים (נניח שני כוכבים זהים), ובהנחה שהאיכות האופטית של הטלסקופ מושלמת, זווית הראיה תלויה בקוטר האלמנט האופטי הראשי.

חשוב לדעת: המגבלה הפיזיקלית של כושר ההפרדה מגבילה את ההגדלה האפקטיבית המירבית של טלסקופ בקוטר נתון. מעבר להגדלה זו, כל הגדלה נוספת רק "תמרח" את האובייקט ללא כל תוספת הפרדה.

כלל אצבע הוא שההגדלה האפקטיבית המירבית של טלסקופ נתון תהיה קוטר הטלסקופ במילימטרים כפול 2.5 עד 3 (תלוי באיכות האופטית, תנאי הצפייה וכדומה). כך, טלסקופ שקוטרו 60 מ"מ יגדיל לכל היותר פי 150 עד 180.

כמו כן, יש לזכור שכמות האור הנכנסת לטלסקופ בקוטר מסוים נתונה ותלויה בשטח העדשה או המראה. לכן, ככל שנגדיל יותר, תתחלק כמות האור הנתונה על שטח, שגדול ביחס ישר לריבוע ההגדלה.

כך, למשל, אם נגדיל פי 10 ולאחר מכן פי 50, כמות האור בהגדלה פי 50 תפחת פי 25 (היחס בין ההגדלה בריבוע) ביחס להגדלה של 10. לכן, מלבד כושר ההפרדה המוגבל על ידי קוטר המראה, אנו גם מוגבלים בכמות האור, מגבלה הנובעת אף היא מקוטר העדשה או המראה.

במאמר הבא אסקור את סוגי הטלסקופים השונים.