המצאת הטלסקופ



מבוא


לפני קריאת פרק זה מומלץ לקרוא את הפרק הדן בהמצאת זכוכית-המגדלת ואת הפרק הדן בהמצאת המיקרוסקופ.

בסוף המאה ה-16 המציאו
זָאכַארִיאַס יַאנְסֶן
ובנו
הַאנְס (Zaccharias Janssen & Hans)
, את המיקרוסקופ הראשון. למעשה טכניקת ההגדלה של המיקרוסקופ דומה לזו של הטלסקופ. לכן הם גילו גם את טכניקת הפעולה של הטלסקופ, אך מכיוון שהם הצליחו לבנות רק מיקרוסקופים בעלי כושר הגדלה סביר ולא אף טלסקופ אחד שיכול היה להגדיל בצורה משמעותית, אין מקובל ליחס להם את המצאה זו.

עם התפשטות דבר המצאת המיקרוסקופ גדל העיסוק בעדשות והעניין באופטיקה בהולנד, באנגליה, באיטליה ובעוד מדינות נוספות. היה זה אופטיקאי הולנדי אחר שהצליח לייצר טלסקופ בעל כושר הגדלה משמעותי. אין תמימות דעים בין ההיסטוריונים שאכן יש ליחס לאותו אופטיקאי הולנדי את המצאת הטלסקופ, אך מוסכם כי הוא היה הראשון שהפך את המכשיר לידוע לכלל הציבור. אותו אופטיקאי הולנדי שבו מדובר הוא
הַאנְס לִיפֶּרְשֶיי (Hans Lippershey)
.

ליפרשיי נולד בשנת 1570 לערך, בוֶוסֶל (Wesel) שבמערב גרמניה של היום. בשלב כלשהו בחייו הצעירים הוא עבר לגור במִידֶלְסְבּוּרְג (Middlesburg) שבהולנד. שם הוא התחתן בשנת 1594, והפך לאזרח הולנד בשנת 1602. ליפרשיי ניהל חנות לייצור ומכירה של משקפיים אופטיות. האגדה מספרת שלמעשה ילד אחד (אולי אף ילדו של ליפרשיי) גילה תוך כדי משחק בעדשות פגומות בחנותו של ליפרשיי את היכולת להשיג כושר הגדלה גבוהה משתי עדשות המוחזקות אחת מאחורי השנייה. לפי גרסה אחרת, שמע ליפרשיי על טכניקת ההגדלה מזאכאריאס יאנסן והעתיק את הרעיון ממנו. אפשרות אחרת היא שרעיון כושר ההגדלה בעזרת עדשות היה כבר ידוע בקרב קהילת האופטיקאים, עוד לפני יאנסן וליפרשיי. שני האחרונים רק יישמו בפועל את הטכניקה שהתגלתה על-ידי אחרים ושהתפשטה בקרב האופטיקאים של אותה תקופה במהירות רבה, כמו אש בשדה קוצים.

בשנת 1608 בנה ליפרשיי טלסקופ בעל כושר הגדלה של פי 3-4 בלבד. הטלסקופ שהוא בנה כלל שתי עדשות קמורות בלבד. שתי העדשות הונחו בטור, אחת מאחורי השנייה. העדשה הקרובה לעין נקראת עדשת עינית. העדשה השניה, הקרובה יותר לעצם הנבדק (אם כי זה פחות משמעותי, כמובן, מבחינת המרחקים לעומת המיקרוסקופ) נקראת עדשת עצמית.

מקור המילה טלסקופ הוא מיוונית: טלה - רחוק, סקופוס - אני רואה.

ליפרשיי, שכנראה היה הראשון לחשוב גם על האפשרויות הכלכליות הגלומות בהמצאה החדשה, הגיש עליה בקשה לפטנט באותה השנה. בקשתו לפטנט נדחתה בסופו של דבר על-ידי ממשלת הולנד, אך זו ביקשה וקיבלה ממנו מספר מכשירי טלסקופ ושילמה לו בעבורם ובעבור תוכניותיהם בעין יפה. קיים מסמך המתעד את הבקשה לפטנט של ליפרשיי והוא המסמך בעל התאריך המוקדם ביותר ששרד עד ימינו בו יש התייחסות להמצאת הטלסקופ. מסיבה זו מקובל לייחס את הממצאה לליפרשיי.

ליפרשיי נפטר בשנת 1619, בהולנד. מאוחר יותר אחד המכתשים על הירח ישא את שמו ויקרא מכתש ליפרשיי (Lippershey crater).

טלסקופ גלילאו


בקשת הפטנט של ליפרשיי נדחתה בטוענה כי הידע למימוש ההמצאה כבר נמצא בנחלת הכלל וכי לא ניתן יהיה לשמור בסוד את תוכנית מימוש ההמצאה שהיא כה פשוטה. אכן, כשנה לאחר בניית הטלסקופ שלו וניסיון הוצאת הפטנט עליו, הגיעה הידיעה על המכשיר האופטי החדש לאוזניו של
גָלִילֶאוֹ גָלִילֶאִי (Galileo Galilei)
שחי ועבד באיטליה הרחוקה. גלילאו החל מיד בניסיונות להגדלת כושר ההגדלה של הטלסקופ ובשיפור איכות התמונה המתקבלת בו.v
בשנת 1609, הצליח גלילאו לבנות טלסקופים בעלי כושר הגדלה של עד פי 20 ובאורך של עד מטר וחצי. בעזרת המיקרוסקופ יכול היה גלילאו לצפות לראשונה בפני הירח המצולקים במכתשים, בירחיו של הכוכב צדק ובטבעות של שבתאי. הוא תיעד את תצפיותיו השמימיות ופרסם אותם.

telescope galileo
מבנה הטלסקופ | מעבר קרני האור

טלסקופ של גלילאו


גלילאו בנה טלסקופ בו עדשת העצמית היא עדשה קמורה המרכזת את קרני האור המגיעות אליה מצד אחד לאזור ממוקד אחד מצידה השני. בתור עדשת עינית השתמש גלילאו בעדשה קעורה המפזרת את קרני האור המגיעות אליה מצד אחד בצידה האחר. כך שדמות הנמצאת הרחק מצידו האחד של הטלסקופ עוברת בו הגדלת מיקוד והגדלה מפזרת עד שהיא נראית מוגדלת בצידו השני.

ב-21 באוגוסט 1609 הזמין גלילאו את הדוכס של וונציה לצפות דרך הטלסקופ שבנה. גלילאו כיוון את הטלסקופ לעבר מגדל הפעמונים שעמד במרכז העיר. דמותו המוגדלת של המגדל הרשימה מאוד את הדוכס. הטלסקופ אפשר לראות עצמים רחוקים מאוד בבירור רב. מבחינתו של הדוכס הייתה לעובדה זו משמעות צבאית חשובה. צבאו יוכל לראות את צבא האויב בעודו מרחוק ולכן לדעת על תנועותיו מבעוד מועד ולמנוע התקפות הפתעה על העיר. שלטונות העיר וונציה רכשו לידיהם את מכשיר הטלסקופ מידיו של גלילאו במחיר רב.

הטלסקופ הפשוט שבנה גלילאו אמנם הגדיל את כושר ההגדלה, אך זה עדיין היה נמוך. בעיה נוספת בטלסקופ הייתה שדה הראייה הקטן שלו. קוטר העדשות בהן יכול היה גלילאו להשתמש היה קטן יחסית, מה שהגביל את שדה הראיה בתמונה המוגדלת. לשם המחשה של שדרה הראיה הקטן נאמר כי גלילאו לא יכול היה לראות דמות מוגדלת מלאה של הירח, אלא רק כרבע ממנו בכל פעם.

טלסקופ קפלרי


בשנת 1611 בנה
יוֹהַאנְס קֶפְּלֶר (Johannes Kepler)
טלסקופ משל עצמו. קפלר החליף את עדשת העינית הקעורה בה השתמש גלילאו בעדשה קמורה. כך הרחיב קפלר את שדה הראייה המתקבל בטלסקופ. בנוסף לכך, הדמות המוגדלת בטלסקופ של קפלר היתה דמות ממשית ולא דמות מדומה כמו בטלסקופ של גלילאו קפלר. את הדמות הממשית יכול היה קפלר להקרין על גבי מסך לבן.

telescope keplerian
מבנה הטלסקופ | מעבר קרני האור

טלסקופ של קפלר


עדשת העינית הכדורית אמנם השיגה הגדלה גדולה אך גרמה למריחה של התמונה בגלל העקמומיות החדה שלה. בשנת 1637 בנה
רֶנֶה דֶה-קָארְט (Rene Descrates)
טלסקופ תוך שימוש במספר עדשות היפרבוליות במקום בעדשה כדורית אחת. התמונה שהתקבלה אכן היתה חדה יותר מצד אחד, אך גם בעלת אפקט גדול של פיזור האור למרכיביו. כך שבסופו של דבר תמונת העצם המוגדל היתה חדה, אך בעלת הילה צבעונית מאוד בעייתית.

יוֹהַאנוּס הֶבֵלִיוּס (Johannus Hevelius)
נחלץ לפתרון בעיית שבירת האור. בשנות הארבעים של המאה ה-17 הוא עלה עם הרעיון שככל שהטלסקופ יהיה ארוך יותר כך בעיית שבירת הצבע תקטן. הבליוס בנה טלסקופ באורך של כ- 42 מטרים.

למרות זאת, בשנת 1656 בנה
כְּרִיסְטִיאַן יוּגִינְס (Christiaan Huygens)
טלסקופ בעל עדשה מרכזת בקוטר של 15 ס"מ באורך של 700 ס"מ ובעל כושר הגדלה פי 100. בעזרתו הוא זיהה את הירח טיטאן המקיף את שבתאי.

טלסקופ ניוטוני


פתרון מעשי לבעיית שבירת האור למרכיביו ולמחסום כושר ההגדלה הגיע בתחילת המאה ה-18. הטלסקופים שנבנו עד כה היו מסוג טלסקופ עדשות פשוט . כשבעים שנה לאחר המצאתו, בשנת 1668, הגה
אייזק ניוטון (Sir Issac Newton)
רעיון לשיטת הגדלה חדשה לטלסקופ. ניוטון הציע להשתמש במראות במקום בעדשות. מראה מרכזת קעורה תאסוף את האור המגיע מרחוק לנקודה אחת לפניה. שם תוצב מראה קטנה שטוחה בזווית של 45 מעלות. מכיוון שהיא שטוחה, המראה הקטנה חסרת תכונות הגדלה ונועדה רק כדי להסיט את האור הצידה כדי שנוכל לצפות בתמונה המוגדלת מהמראה הראשית מבלי לחסום אותה מקרני האור. כך במקום לשבור את האור במעבר דרך עדשות, עובר האור רק החזרה ממראות. ההחזרה אינה יוצרת בעיה של פיזור האור הקיימת בעדשה.

telescope newtonian

טלסקופ של ניוטון


זהו טלסקופ מסוג מחזיר-אור (רפלקטי) בעל כושר הגדלה גדול יותר. ככל שקוטר המראה המרכזת גדול יותר כך יהיה כושר ההגדלה של המכשיר גדול יותר. פוטנציאל גדול היה טמון בהמצאה חדשה זו וטלסקופ מסוג זה יכול להגיע בתיאוריה עד לכושר הגדלה של פי כמה מיליונים, הרבה מעבר למה שניתן היה להשיג בטלסקופ עדשות. כפי שיתברר בהמשך קל הרבה יותר לייצר מראה בעלת קוטר גדול מאשר עדשה באותו הקוטר. בנוסף לכך, שבירת האור בעדשה תיצור עיוות גדול מאוד בין אורכי הגל השונים המרכיבים את האור, לעומת החזרה ממראה.

אך המראות הקעורות שניתן היה לייצר במאה ה-17 היו מאיכות ירודה. הטלסקופ של ניוטון היה מורכב ממראה מרכזת קעורה בעלת ציפוי של בדיל ונחושת, בקוטר קטן של כ- 5 ס"מ. כושר ההגדלה שלה לא היה דרמטי במיוחד, ועמד על פי 40 בערך. בנוסף לכך, ציפוי המראה איבד מהברק שלו ומכושר ההחזרה שלו די מהר, כך שמידי כמה שבועות היה צריך ללטש אותה מחדש. יותר גרוע מבעיית הציפוי המתכהה הייתה בעיית המיקוד של המראה הקעורה. ניוטון השתמש במראה כדורית שקרני האור הנאספות בה אינן מתמקדות לנקודה אחת. כך שהתמונה המתקבלת בה לא הייתה ממוקדת וחדה. כך שלמעשה ניוטון הציע תיאוריה יפה שבפועל לא נתנה תוצאה מרשימה.

נשים לב שגם הטלסקופ הניוטוני עלול להיות שלא נוח לשימוש. ככל שנרצה להגדיל את כושר ההגדלה של הטלסקופ הניוטוני נצטרך להאריך אותו עוד ועוד. מכיוון שעינית הצפיה ממוקמת בקצה המרוחק של הטלסקופ המופנה מעלה לשמיים ייתכן וניאלץ להשתמש בעמדה מוגבהת כדי לצפות דרכו.

טלסקופ קטדיופטרי


טלסקופ גרגוריאני

בשנת 1663 בנה
גֶ'יימְס גְרֶגוֹרִי (James Gregory)
, מתמטיקאי סקוטי, טלסקופ מראות פרי רעיונו מעשר שנים קודם לכן. במקום להשתמש כמראה שניה במראה שטוחה, כפי שניוטון תכנן, הוא השתמש במראה קעורה נוספת שתחזיר את קרני האור למרכז המראה הראשית. במרכז המראה הראשית הוא תכנן חור דרכו ניתן יהיה לראות את התמונה המוגדלת דרך עדשת עינית. בגלל שתכנונו כלל מראה ראשית קעורה שבה חור לקח לו כעשר שנים עד שהיה יכול לממש את תכנונו בפועל, בעזרתו של
רוֹבֶּרְט הוּק (Robert Hooke)
. לתכנון הטלסקופ הגרגוריאני יתרון על פני הטלסקופ הניוטוני בכך שקרני האור עוברים בתוכו דרך כפולה, הלוך ושוב. מסיבה זו הטלסקופ הגרגוריאני הנו קצר בכמעט חצי לעומת מקבילו הניוטוני בעל אותו אורך מוקד.

telescope gregorian

טלסקופ של גרגורי


טלסקופ קאסגריאני

כעשור לאחר המצאת הטלסקופ הגרגוריאני הציע אלמוני בשם לוֹרֶנְט קָאסֶגְרֵיאן (Laurent Cassegrain), כומר צרפתי, שיפור נוסף. במקום מראה שניה קטנה וקעורה הוא הציב כמראה שניה מראה קטנה וקמורה. השימוש במראה משנית קמורה במקום קעורה גרם לשני דברים. מצד אחד, המוקד של קרני האור המוחזרות מהמראה הראשית הועבר מלפני המראה המשנית לאחוריה. בכך הוגדל אורך המוקד של הטלסקופ, כלומר הושג כושר הגדלה גדול יותר לעומת טלסקופ גרגוריאני בעל אותו אורך פיזי. מצד שני, התמונה שהתקבל בעדשת העינית הינה תמונה הפוכה. כלומר מה שלמעלה יראה למטה ומה שבצד ימין יראה בצד שמאל. התמונה ההפוכה אינה חיסרון משמעותי בתצפיות שמימיות. היא מהווה בעיה רק בתצפיות קרקעיות כשרוצים להשתמש בטלסקופ כבמשקפת.

telescope cassegrian

טלסקופ של קאסגריאן


בשלהיה המאה ה-17 טרם היה ניתן לייצר מראות קמורות באיכות הראויה. לכן ייצורו של טלסקופ קאסגריאני נדחה עד לאמצע המאה ה-1, אז ניתן היה לייצר מראות קמורות איכותיות. מכיוון שהטלסקופ הקאסגריאני קצר יותר לעומת טלסקופ גרגוריאני בעל אותו כושר הגדלה הוא הפך לפופולרי יותר ממנו ודחק את המודל הגרגוריאני.

הטלסקופ מסוג גלילאו (קרוי גם טלסקופ מסוג שבירה) עושה שימוש בעדשות בלבד. הטלסקופ הניוטוני (קרוי גם טלסקופ מסוג מחזיר אור) עושה שימוש במראות בלבד. הטלסקופ הגרגוריאני, הטלסקופ הקאסגריאני וממשיכי דרכם הם טלסקופים העושים שימוש הן במראות והן בעדשות. טלסקופים אלו נכלללים בקטגוריה שלישית הנקראת טלסקופים קטדיופטריים.

טלסקופ מראות מעשי

למרות השיפורים שהוכנסו בטלסקופ המראות הניוטוני על-ידי גרגורי ועל-ידי קאסגריאן עדיין הוא סבל קשות מבעיה של מיקוד התמונה.

בעית המיקוד של טלסקופ המראות הניוטוני באה לידי פתרון בעזרת
גֶ'יימְס שוֹרְט (James Short)
. מכיוון שקרני האור המגיעים ממרכז המראה מתמקדים קצת רחוק יותר מקרני אור המגיעים מהצדדים מתקבלת תמונה ללא ממוקדת. כדי לפתור בעיה זו הציע שורט, בשנת 1730, להשתמש במראה קעורה שמרכזה שקוע יותר. כלומר, הוא הציע להחליף את המראה הכדורית במראה היפרבולית. כך שסופסוף התקבל טלסקופ מראות ניוטוני הנותן תמונות חדות ולא מרוחות. מכאן הייתה פתוחה הדרך לבנות טלסקופים בעלי קוטר מראות הולך וגדל הנותנים כושר הגדלה וכושר הפרדה שלא ניתן היה להשיג מבחינה פיזיקלית בעזרת שבירת קרני האור בטלסקופ עדשות.

modren telescope light reflect

טלסקופ מראות מחזיר-אור מודרני


מצפה כוכבים


מצפה כוכבים הוא למעשה טלסקופ מראות ענק האוסף לתוכו קרני אור. איכותו של הטלסקופ נמדדת לא רק לפי כושר ההגדלה שלו אלא גם לפי עוד שני גורמים נוספים. כדי שתהיה משמעות לכושר ההגדלה של הטלסקופ נדרש שתהיה לו גם איכות גבוה של כושר הפרדה (בדומה למה שמוסבר בפרק הדן בהמצאת המיקרוסקופ). בנוסף, כמות האור הנכנסת לטלסקופ תקבע את עוצמת הארה המועטה ביותר שעדיין ניתן יהיה לגלות דרכו.

בשנת 1789 הוקם מצפה הכוכבים הראשון.
וִילִיאַם הֶרְשֶל (William Herschel)
בנה טלסקופ ענק ממראה מרכזת בקוטר של כ- 120 ס"מ! כמה שנים לפני-כן הוא גילה את כוכב הלכת אוראנוס.

בפסגת מנואה-קי שבאיי הוואי, בגובה של 4,200 מטר מעל גובה פני-הים, נמצא מצפה הכוכבים הגדול ביותר בעולם. המצפה מכיל מספר טלסקופים אופטיים שונים וגם טלסקופי קליטה בתחום גלי הרדיו. הטלסקופ האופטי הגדול ביותר באתר הוא בעל מראה בקוטר של 10 מטר.

הטלסקופ הגדול ביותר בעולם, בעל קוטר מראה של 10.4 מטר נמצא במצפה הכוכבים שבאיים הקנריים.

מיקום של מצפי כוכבים באיים קטנים ומבודדים אינו מקרי. למיקום מבודד זה מספר יתרונות: אוויר נקי יותר (פחות זיהום מעשה ידי אדם), חשוך יותר (אין תאורת לילה של ערים) ולרוב גם מזג-אוויר של שמיים בהירים ונקיים מעננים.

בסוף שנת 1967 הוקם המצפה האסטרונומי בגבעתיים. כיום (2010) נמצאים במקום מספר טלסקופים בעלי כושר הגדלה של עד פי כמה מאות (200-900).
במצפה-רמון ועל שפת מכתש-רמון נבנה בשנת 1971 מרכז אסטרונומי. מיקום זה אידאלי, מכיוון שהוא נמצא הרחק מאורות הכרך, מאוויר מזוהם וגם נמצא באקלים מדברי בו מספר הימים המעוננים בשנה נמוך ביותר. במרכז זה שני טלסקופים ראשיים אחד בעל מראה ראשית בקוטר של כ- 46 ס"מ והשני בעל מראה ראשית בקוטר של כ- 100 ס"מ.

טלסקופ החלל


כדי להתגבר על בעיות הנובעות משכבת האטמוספירה של כדור-הארץ יש להציב את הטלסקופ בחלל מחוץ לה, כמו לווין. בשנת 1977 התחילה התוכנית האמריקאית להצבת טלסקופ גדול בחלל עם אישור התקציב לכך. בשנת 1985 הסתיימה בניית הטלסקופ. קוטר המראה הראשית 240 ס"מ וקוטר המראה המשנית 30 ס"מ, כושר ההגדלה הוא עד פי 5000. הטלסקופ שוגר לחלל בשנת 1990. אחרי העברת התמונות הראשונות התקבלו מהטלסקופ תמונות לא ממוקדות. חוסר המיקוד נבע מכך שצד אחד של המראה היה שקוע מידי. בשנת 1993 הציבו מצלמה נוספת ובעזרת ניתן היה לצלם תמונות ממוקדות. התמונות שהתחילו להגיע היו מופלאות ומרהיבות ביותר.

טלסקופ רדיו


תחום גלי האור הנראה הוא רק תחום צר של אורכי גל. טלסקופ רדיו קולט אותו בתחום גלי הרדיו המגיעים מרחבי החלל. למעשה, טלסקופ רדיו פועל בדומה לצלחת לווין פשוטה, רק שיכולת הקליטה ומידת ההגברה שלו גדולים בהרבה.



לשנים: 1990-2000

■...■...■...■...■ | שלום | ■...■...■...■...■



[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]




tail gif