Teleskop nasıl çalışır?

Kanca

Bir teleskobun ucundan parlak bir yıldıza bak. Yıldız, çıplak gözle gördüğünden çok daha parlak parlar; ama büyümez. Ne kadar güçlü bir büyütme kullanırsan kullan, yıldız hâlâ bir ışık noktası olarak kalır. Oysa aynı teleskobun görüş alanında, çıplak gözle hiç görünmeyen yüzlerce sönük yıldız belirir.

Teleskobun asıl işi büyütmek değil. Onun en önemli görevi, gözümüzün toplayamadığı kadar çok ışığı toplamaktır. Uzaktaki sönük evreni bize gösteren, teleskobun büyüklüğü değil, ağzının genişliğidir.

Merkezi soru

Bir teleskop gökyüzündeki ışığı nasıl toplar ve teleskobun ağzı büyüdükçe neden daha sönük cisimleri ve daha ince ayrıntıları görebiliriz?

Anlatım

Işık kovası

Yağmurda, küçük bir bardak ile büyük bir kova yan yana dursun. Aynı sürede kova, bardaktan çok daha fazla su toplar; çünkü ağzı daha geniştir. Işık da gökyüzünden yağmur gibi yağar. Bir yıldızdan gelen ışık, her metrekareye eşit ölçüde düşer. Ağzı geniş bir alet, bu ışığın daha büyük bir kısmını yakalar.

Gözümüzün ışık toplayan ağzı, göz bebeğidir. Karanlığa alışmış genç bir gözde göz bebeği yaklaşık yedi milimetreye kadar açılır; yaş ilerledikçe bu açıklık küçülür. Bir teleskobun ışık toplayan ağzına ise açıklık (aperture) denir. Açıklık ne kadar genişse, teleskop o kadar çok ışık toplar.

Açıklığın karesi

Toplanan ışık, açıklığın çapıyla değil, alanıyla orantılıdır. Alan, çapın karesiyle büyür. Çapı iki katına çıkarırsan alan dört katına, üç katına çıkarırsan dokuz katına çıkar.

Yüz milimetre açıklıklı küçük bir teleskop, yedi milimetrelik göz bebeğinden yaklaşık iki yüz kat daha fazla ışık toplar. İki yüz milimetrelik bir teleskop ise yaklaşık sekiz yüz kat. Dünyanın en büyük teleskoplarından biri olan on metre çaplı bir ayna, gözün topladığından iki milyon kattan fazla ışık toplar.

Ders 5.8'de kadir sistemini öğrenmiştik. Yaklaşık iki yüz kat daha fazla ışık, kabaca beş buçuk ile altı kadir arasında daha sönük yıldızları görebilmek demektir. Karanlık bir gecede çıplak gözle altıncı kadire kadar yıldız görebilen biri, yüz milimetrelik bir teleskopla on bir, on iki kadir dolaylarındaki yıldızlara ulaşabilir. Çıplak gözle birkaç bin yıldız görebildiğimiz gökyüzünde, küçük bir teleskop yüz binlerce yıldızı ortaya çıkarır.

Işığı bir noktada toplamak

Işığı toplamak yetmez; onu bir görüntüye dönüştürmek gerekir. Teleskobun ön tarafındaki ana parça, objektiftir. Objektif bir mercek ya da kavisli bir ayna olabilir. Görevi, geniş bir alana yayılarak gelen ışığı bükerek ya da yansıtarak tek bir noktada, odakta (focus) toplamaktır. Bir büyüteçle masa lambasının ışığını kâğıt üzerinde küçük, keskin bir görüntüde topladığını düşün; objektif de aynı işi yapar.

Objektifin ışığı topladığı yerde küçük ve parlak bir görüntü oluşur. Objektif ile bu görüntü arasındaki uzaklığa odak uzaklığı denir. Bu görüntüye göz ile doğrudan bakmak zordur. Burada ikinci parça devreye girer: göz merceği ya da okülerdir. Oküler, objektifin oluşturduğu küçük görüntüyü bir büyüteç gibi büyüterek gözümüze sunar.

Teleskobun büyütmesi, objektifin odak uzaklığının okülerin odak uzaklığına bölünmesiyle bulunur. Aynı teleskopta farklı okülerler takarak büyütmeyi değiştirebilirsin. Büyütme bir ayar düğmesi gibidir; teleskobun asıl gücünü ise açıklık belirler. Bu ikisi arasındaki farkı ileride ayrıntılı olarak ele alacağız.

Yıldızlar neden büyümez?

Yıldızlar bize o kadar uzaktır ki gökyüzünde kapladıkları açı, en büyük teleskopların bile ayırt edebileceğinden çok daha küçüktür. Bu yüzden büyütme yıldızları diske dönüştürmez; onları yalnızca daha parlak noktalar olarak gösterir. Teleskopla bakınca bir yıldızın çevresinde görülen küçük halka ve ışık lekesi ise yıldızın kendisi değildir; Ders 6.1'deki kırınımın, yani ışığın dalga oluşunun izidir.

Gezegenler, Ay ve yakındaki bulutsular ise öyle değildir. Onlar gökyüzünde gerçek bir genişlik kaplar ve büyütüldükçe ayrıntıları ortaya çıkar.

Keskinlik de açıklıkla artar

Açıklık, yalnızca ışık miktarını değil keskinliği de belirler. Işık bir açıklıktan geçerken hafifçe yayılır. Açıklık ne kadar genişse bu yayılma o kadar azdır ve teleskop birbirine çok yakın iki noktayı o kadar iyi ayırt eder. Ayırma gücü (resolving power) denen bu özellik sayesinde büyük teleskoplar, birbirine çok yakın çift yıldızları ya da bir gezegenin yüzeyindeki ince ayrıntıları seçebilir.

Yeryüzündeki teleskoplar için bir sınır daha vardır: atmosferin çalkantısı. Havanın kıpırtısı görüntüyü titretir ve bulanıklaştırır. Bu yüzden gözlemevleri yüksek dağlara kurulur, bazı teleskoplar ise uzaya gönderilir.

Aslında…

Büyük resim

Gökbilim tarihi, bir anlamda giderek büyüyen ışık kovalarının tarihidir. Galileo'nun birkaç santimetrelik mercekleri, Jüpiter'in uydularını gösterdi. Yüzyıllar içinde açıklıklar metrelere ulaştı ve her büyüme, daha sönük, daha uzak cisimleri görünür kıldı. Bugün yapımı süren dev teleskoplar, aynaları onlarca metreye ulaşan kovalar olacak.

Teleskobun nasıl çalıştığını anlamak, bir teleskop seçerken de işe yarar. Kutusunda yazan büyütme sayısına değil, açıklığa bakmak gerekir. Işığı toplayan ağız ne kadar genişse, evrenin o kadar derinine bakabilirsin.

Özet

1. Teleskobun asıl işi ışık toplamaktır; ne kadar ışık topladığını, ışığı yakalayan ağzının genişliği, yani açıklığı belirler.
2. Toplanan ışık açıklığın karesiyle artar: yüz milimetrelik bir teleskop, karanlığa alışmış yedi milimetrelik göz bebeğinden yaklaşık iki yüz kat fazla ışık toplar ve beş buçuk ile altı kadir daha sönük yıldızları gösterir.
3. Objektif ışığı odakta toplayıp bir görüntü oluşturur, oküler bu görüntüyü büyütür; açıklık ayrıca keskinliği de belirler, büyütme ise yalnızca bir ayardır.

Görev

Quiz

1. Teleskobun en önemli görevi nedir?
2. Açıklık nedir ve toplanan ışık açıklıkla nasıl değişir?
3. Objektif ile okülerin görevleri nelerdir?
4. Bir yıldız teleskopta büyütülünce neden bir disk gibi görünmez?
5. Açıklık, ışık miktarı dışında teleskobun hangi özelliğini belirler?

Cevaplar

1. Işık toplamak; gözün toplayamayacağı kadar çok ışığı toplayarak sönük cisimleri görünür kılmak.
2. Teleskobun ışık toplayan ağzının genişliğidir; toplanan ışık açıklığın karesiyle artar, çap iki katına çıkınca ışık dört katına çıkar.
3. Objektif, mercek ya da ayna olarak ışığı toplayıp odakta küçük bir görüntü oluşturur; oküler bu görüntüyü bir büyüteç gibi büyüterek gözümüze sunar.
4. Çünkü yıldızlar o kadar uzaktır ki gökyüzünde kapladıkları açı teleskobun ayırt edebileceğinden çok daha küçüktür; büyütme onları yalnızca daha parlak noktalar olarak gösterir.
5. Keskinliği, yani birbirine çok yakın iki noktayı ayırt edebilme gücünü.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Teleskobun ışığı bir mercekle ya da bir aynayla toplayabildiğini gördük. Galileo'nun teleskopları mercekliydi. Oysa bugün dünyanın en büyük teleskoplarının hiçbirinde ışığı toplayan dev bir mercek bulunmaz. Mercekli ve aynalı teleskoplar arasındaki fark nedir ve büyük teleskopçular neden aynayı seçti?