טלסקופ

טלסקופ החלל האבל

טֵלֶסְקוֹפּ (מלטינית: TELE – מרחק, SCOPIUM – צפייה) הוא מכשיר לצפייה בעצמים רחוקים. בצורתו הפשוטה ביותר הטלסקופ הוא צינור שבכל אחד מקצותיו עדשה מרכזת. טלסקופים משמשים בעיקר לצפייה בעצמים רחוקים בחלל כגון כוכבי לכת, כוכבים, גלקסיות וערפיליות, והגדולים שבהם ממוקמים במבנה מיוחד להם, מצפה כוכבים. טלסקופים משמשים גם לצפייה בציפורים וכן יש להם שימושים צבאיים.

היסטוריה

טלסקופ 40 הרגל במצפה הכוכבים של סר ויליאם הרשל (1789)

המצאת הטלסקופ היא בעיה היסטוריוגרפית לא פתורה, החורגת מעבר לשאלת זהות הממציא – אם בכלל ישנו ממציא אחד ומוגדר – לעבר שאלות מהותיות הרבה יותר; על תפקיד הראייה במדע המערבי, על תפקידם של מכשירים בהשגת ידע על העולם, על יכולתו של מכשיר אופטי לתווך את הראייה מבלי לעוות אותה, ועוד. תפיסת הראייה ומקומה בעשייה המדעית עברה מהפך באותה תקופה – מחַשְׁדָנוּת ודחייה של חוש הראייה ויכולתו להשיג מידע אמיתי על העולם, שאפיינה את הפילוסופיה בימי הביניים, ועד להסתמכות מרכזית על חוש הראייה במדע המודרני. מושג התצפית המדעית עצמו עבר שינוי מהותי, מרגע שמכשירים אופטיים דוגמת הטלסקופ או המיקרוסקופ התמקמו בין העין הצופה לבין העולם הנצפה.

המכשיר המדעי המודרני הומצא בתקופה שבין 1550 ל-1700; המכשירים המדעיים הראשונים לא עוצבו לשם מדידה, והגיעו לרוב ממסורת "קסמי הטבע", כשהדגש בהם היה על הטעייה ובידור, ולא על תצפית זהירה ואדישה. מהבחינה הזו, הטלסקופ כמכשיר מדעי היה מכשיר מסוג שונה וחדש לגמרי. הטלסקופ, ובעיקר השימוש שעשה בו גלילאו גליליי, הציג שדה ידע מורכב שבו מגוון תאוריות ופרקטיקות שונות נפגשות. העקרונות האופטיים שנכללו בו לא היו מובנים, והתוצאה שהפיק חתכה והשפיעה לרוחב גבולות דיסציפלינריים מסורתיים, משום שהשליכה על הקוסמולוגיה – תחום שלא נכלל בסמכות הדיון המדעי-מתמטי-אסטרונומי, אלא התאולוגי.

ממציא הטלסקופ

עד היום לא ברור מי היה האדם הראשון שבנה טלסקופ. חוקרי ההיסטוריה של האופטיקה מציינים כי לערבים ולוויקינגים הייתה האפשרות הטכנולוגית לצפות בעדשות כבר במאה העשירית לספירה, וידוע כי עדשות ראייה היו בנמצא באירופה מאז 1280 לערך. רוג'ר בייקון תכנן טלסקופים כבר במאה ה-13, וסביר כי ג'מבטיסטה דלה פורטה השתמש במה שהוא בעקרון שילוב טלסקופי, של עדשה קמורה ועדשה קעורה האחת לפני רעותה, כבר בתחילת המחצית השנייה של המאה ה-16. דלה-פורטה השיג ודאי יחס הגדלה נמוך מאוד, של 1.5 בערך, אך מעבר לכך, עניינו לא היה בפיתוח מכשיר תצפית מדעי, אלא ביצירת אפקטים קסומים, כחלק מסדרת "קסמי-הטבע" שאסף לספרו Magia Naturalis.

בשנת 1608 בנו שלושה אנשים, בלתי תלויים זה בזה, טלסקופים. שלושתם היו יצרני עדשות הולנדים (פלמים), שני יצרני עדשות מהעיר מידלבג מתחרים על תואר הממציא; האנס ליפרסהיי (1570–1619) וזכריה ינסן. עם זאת, ההמצאה מיוחסת גם לז'אקוב מטיוס מהעיר אלקמאר, בנו של מתמטיקאי ומהנדס צבאי ידוע. מבין השלושה, ליפרסהיי קיבל את הקרדיט להמצאה היות ששמו של ליפרסהיי מופיע על המסמך הראשון הידוע בנוגע לטלסקופ. ב-2 באוקטובר 1608 הוא הגיש בקשה לרישום פטנט על המצאת "מכשיר לראיית דברים מרוחקים כאילו הם קרובים". עובדה זו אינה מוכיחה בהכרח כי ליפרסהיי גם המציא את המכשיר, מה גם שבאותו החודש הוגשה עוד בקשה להוצאת פטנט על מכשיר זהה, הפעם על ידי מטיוס, בקשה שנידונה ב-17 באוקטובר 1608. אחת הסברות היא שמטיוס הזמין עדשות אצל יצרן העדשות ליפרסהיי, וזה הצליח לנחש את תוכניתו של הראשון.

יהיה אשר יהיה הממציא, הטלסקופים הראשונים הגיעו לשוק ב-1608, אך עוררו עניין מועט בלבד; יכולת ההגדלה שלהם הייתה קטנה (פי 3 לערך), ואיכותם האופטית הייתה גרועה. מדענים התייחסו אליהם כאל אביזרי אשליה, והציבור לא ראה במתקנים הללו יותר מצעצועים.

גלילאו גליליי והטלסקופ

העתק של אחד הטלסקופים שבנה גלילאו גליליי

גלילאו גליליי בנה את הטלסקופ שלו בשנת 1609, וקרא לו בתחילה perspicillum, ולאחר מכן השתמש במונח הלטיני טלסקופיום ובאיטלקית טלסקופיו (מהם גם נגזר השם באנגלית ובשפות רבות אחרות). הוא הבין שהטלסקופ יהיה חסר שימוש אם הדמות שהוא מייצר אינה בהירה וחדה. הואיל והבין את חשיבות המכשיר, גלילאו התמסר כולו לבניית טלסקופים, תוך שימוש בזכוכית משלו ובעיבוד עצמי של העדשות, מבלי להיעזר בעדשות של יצרני משקפיים אומנים.

המכשיר האופטי החדש המצויד בעדשות הציב מערך שלם של בעיות; היה צורך לפתור גורמי טעות שמקורם בחוש הראיה, בטבעו של האור, וכן לפתור בעיות הכרוכות באופן בו ניתן לפרש תמונה ויזואלית כידע פִיזִיקָלִי. גלילאו ערך מגוון ניסויים ופיתוחים כדי להוכיח שהדמויות הנראות בטלסקופ אינן פגמים אופטיים, כשלים של עין הצופה, או אשליות שנוצרות על ידי העדשות. הוא הביט על אותו האובייקט בו זמנית בעין אחת חשופה ובשנייה דרך הטלסקופ, והחל לשפר את איכות הדמות כשהוא מוחק בשיטתיות את כל אותן תופעות אשר נראות דרך המכשיר אך אינן נראות בעין בלתי מזוינת. הוא ייצר עדשות בעצמו והתאימן למכשירים שבנה, דאג למקם את העדשות על ציר אופטי מדויק, הוא התקין צמצמים בצורות ובקטרים שונים שהפחיתו את האפקטים שנגרמו בשל מה שגלילאו הגדיר "כקרני האור האלכסוניות" (סטיות אופטיות בלשון ימינו) והעיוותים שהן יצרו ושיפר את הרזולוציה של הטלסקופ. בנוסף, כדי למדוד את המרחק הזוויתי בין גרמי השמיים, גלילאו המציא מיקרומטר אותו הרכיב על שפופרת הטלסקופ. גלילאו הביט בעין אחת דרך הטלסקופ בעוד העין השנייה התבוננה דרך שנתות המיקרומטר כך שחפיפת שתי הדמויות אפשרה לו למדוד את המרחק בין העצמים הנצפים.

ב-10 במרץ 1610 פרסם גלילאו את ספרו Sidereus Nuncius, בו חשף את תגליותיו המרעישות בעזרת הטלסקופ. בכך היה גלילאו הראשון לפרסם תצפיות אסטרונומיות שמתבססות על שימוש בטלסקופ. תגליתו הראשונה הייתה כי פני הירח אינם מושלמים וחלקים, כפי שמקובל היה לחשוב, אלא מחורצים בהרים ובעמקים, בדומה לפני כדור הארץ. בכל מקום ברקיע שאליו הפנה גלילאו את הטלסקופ התגלו כוכבים חדשים. שביל החלב, שלעין הבלתי מזוינת נראה בעבר רק כזוהר חיוור בשמיים, התגלה כמצבור עצום של כוכבים. אך התגלית המרכזית הייתה גילוי ארבעת הירחים הגדולים של צדק. תצפיות אלו הוכיחו, אליבא דגלילאו, כי אותה פיזיקה שולטת בשמים ובארץ, וכי תנועת גרמי השמיים אינה סובבת סביב כדור הארץ. לאחר פרסום הספר גלילאו גילה עוד, בעזרת הטלסקופ, את הטבעות של שבתאי, את העובדה שכוכב הלכת נוגה סובב סביב השמש, והצליח להסביר את הכתמים על פני השמש. ישנם חוקרים אשר רואים בשימוש שעשה גלילאו בתמונות ניסיון של המדען לשכנע באופן ויזואלי את קוראיו באמיתות טענותיו ובאמינות מכשירו – ניסיון שנבע מחוסר יכולתו להסביר באופן מדעי כיצד פועל המכשיר.

לאחר פרסום הספר, שעורר סערה גדולה ונתקל בהתנגדות, הוביל גלילאו מסע נמרץ לאישור תגליותיו ולקבלת מכשירו ככלי החדש שאיתו יש לצפות ברקיע. התגובה הראשונית של העולם האקדמי הייתה לדחות את טענותיו המדהימות, לא רק משום טבען יוצא הדופן אלא גם משום שנעשו באמצעות טלסקופ, מכשיר שנתפס כלא אמין ויוצר אשליות. במסגרת נסיונותיו לבסס את מעמדו וסמכותו של הטלסקופ ככלי מדעי, שלח גלילאו לאסטרונומים חשובים את הטלסקופים שייצר, כדי שיוכלו לצפות במו עיניהם בתגליותיו, ובכך יאשרו ויתַקֶפו את תצפיותיו. התשובה שקיבל מכמה קולגות הייתה סירוב לבדוק את המכשיר, משום שחשבו שהדימויים שמראה המכשיר אינם משתקפים דרכו אלא נוצרים על ידיו (כמו בקלידוסקופ). אחרים טענו שאם אלוהים היה מעוניין שבני אדם ישתמשו בהמצאות מעין אלו כדי להשיג ידע על העולם, הוא היה מצייד אותם בעיני טלסקופ.

טלסקופ מחזיר אור

העתק הטלסקופ של ניוטון

כבר ב-1616 הגה הנזיר האיטלקי ניקולו זוקי את השימוש במראה קעורה במקום בעדשה על מנת לרכז את האור, אולם הוא לא הצליח לייצר מראה קעורה מדויקת דיה. אייזק ניוטון בנה טלסקופ מחזיר אור 40 שנה מאוחר יותר, ועל שמו נקרא המודל טלסקופ ניוטוני.

בטלסקופ ניוטוני מותקנת מראה ראשית בעלת חתך של פרבולה, המרכזת את קרני האור לעבר מראה משנית שטוחה. המראה המשנית מוחזקת בזווית בת 45 מעלות לציר האופטי של המראה הראשית, וכך מחזירה את חרוט האור המתקבל מן המראה הראשית לצד הטלסקופ, בו ממוקמת עדשת העינית.

המודל הניוטוני סבל מתחילת דרכו מהקושי בייצור מראה בעלת חתך פאראבולי. בנוסף לכך סובל הטלסקופ הניוטוני מעיוות ההולך וגובר ככל שזווית האור הנכנס מתרחקת מהציר האופטי של המראה הראשית.

מודלים אחרים המשתמשים במראות פותרים בעיות אלו באמצעות חתכים שונים וארגון שונה של המראות. ראויים לציון הטלסקופ של מקסוטוב, המשתמש במראה ספרית עם עדשת מיניסקוס מתקנת ומספק חדות גבוהה מאוד, וטלסקופ של ריצ'י-קרטיין המשתמש בזוג מראות ששתיהן בעלות חתך של היפרבולה ומצטיין בשדה נטול עיוותים גאומטריים. מודל ריצ'י-קרטיין הוא הנפוץ ביותר לטלסקופים המשמשים למחקר, דוגמת טלסקופ החלל האבל. לעומת זאת המודל הניוטוני עדיין נמצא בשימוש רחב בקרב חובבי אסטרונומיה בזכות עלות יצורו הנמוכה.

סוגי טלסקופים

כל הטלסקופים נועדו לאסוף גלי אור או גלים אלקטרומגנטיים אחרים למקדם ולתרגמם לתמונה שהצופה יכול להבין. כל אחד מסוגי הטלסקופים שבהמשך נועד לטפל בגלים באורך גל שונה.

בצ'ילה בשנת 2030 צפוי להיפתח טלסקופ חדיש – VTL הבנוי מארבעה טלסקופים.

טלסקופים אופטיים

טלסקופ אופטי אוסף ומרכז אור בעיקר מהתחום הנראה של הספקטרום האלקטרומגנטי, ישנם טלסקופים שעובדים בתחום התת אדום והעל סגול. טלסקופים אופטיים מתחלקים ל-3 סוגים.

• טלסקופ שובר-אור עובד באמצעות סידור של כמה עדשות.
• טלסקופ מחזיר-אור עובד באמצעות סידור של מראות. סוג זה קל מהאחרים לבנייה בגודל גדול, ולכן הוא היחיד המשמש בטלסקופים אסטרונומיים גדולים.
• טלסקופ קטדיופטרי עובד באמצעות שילוב של עדשות ומראות.

בשנים האחרונות מתנהל מאמץ מחקרי לבחון את השימוש בעקרונות האופטיים של עדשות פרנל לבניית טלסקופי חלל שיהיו קלים בהרבה מאשר טלסקופים מחזירי אור באותה עצמה.

טלסקופ רדיו

ערך מורחב – רדיו-טלסקופ

רדיו-טלסקופ הוא טלסקופ שמשתמש בקרינת רדיו, שהיא קרינה אלקטרומגנטית המאופיינת בתדירות נמוכה יחסית ואורכי גל ארוכים. קרינת רדיו נפלטת על ידי מגרמי שמים שונים בחלל, כמו כוכבים וגלקסיות. לרוב, טלסקופי רדיו בנויים בצורת אנטנות צלחת פארבוליות ענקיות, או מערכים של צלחות קטנות יותר.

טלסקופ קרני גמא וקרני רנטגן

טלסקופים הצופים בקרינת גמא ובקרני רנטגן קשים לעיצוב ולהרכבה כיוון שסוגי קרינה אלה עוברים דרך רוב המתכות והזכוכיות. טלסקופים אלה מותקנים לרוב על לוויינים או בלונים המשייטים בגובה גבוה, היות שהאטמוספירה של כדור הארץ חוסמת ומעמעמת חלק זה של הספקטרום האלקטרומגנטי.

חלקי הטלסקופ האופטי ומאפייניו

שרטוט של טלסקופ אסטרונומי פשוט

עינית

• עינית – העדשה או מכלול העדשות הקרובים לעין הצופה. לעיתים קרובות היא גם צמצם השדה (וחלון היציאה) של הטלסקופ. העינית בטלסקופ רגיל היא עדשה מרכזת אבל בטלסקופ גלילאו היא מפזרת כך שאורך הטלסקופ קטן והדמות ישרה (יתרון) אבל זווית השדה קטנה יותר (חיסרון).
• עצמית – העדשה הקרובה לעצם הנצפה. לעיתים קרובות היא גם צמצם התאורה (וכמובן אישון הכניסה) של הטלסקופ. העצמית היא עדשה מרכזת וככל שהיא גדולה יותר כך ההפרדה, שטף האור באישון היציאה, זווית השדה וההפרדה הזוויתית גדולים יותר.

בטלסקופ פשוט המרחק בין העינית והעצמית שווה לסכום אורכי המוקד שלהם.

בטלסקופ גלילאו המרחק בין העינית והעצמית שווה להפרש אורכי המוקד שלהם.

• עדשה מיישרת – עדשה שמציבים בתוך הטלסקופ כדי לקבל תמונה ישרה. עדשה זו מגדילה את הטלסקופ פי ארבעה מאורך המוקד שלה מכיוון שכדי להפך עצם יש להציב אותו במרחק 2f לפני העדשה והדמות מתקבלת במרחק 2f אחרי העדשה. לחלופין התמונה יכולה להישאר הפוך או שיעשה שימוש ב:
• מנסרת היפוך – מנסרת Porro או שתי מנסרות ישרות זווית המודבקות זו לזו וההופכות את הדמות.
• עדשת שדה – עדשה המוצבת במוקד המשותף של העצמית והעינית על מנת להגדיל את זווית השדה (אינה משנה את ההגדלה).
• בלט עין – המרחק בין העינית לאישון היציאה. זהו גם כן המרחק שבו יש להציב את העין על מנת לקבל תמונה מיטבית.
• הפרדה זוויתית – הזווית המינימלית בה ניתן להבחין בין שתי נקודות. ההפרדה הזוויתית ברדיאנים שווה ל-1.22 כפול אורך הגל חלקי קוטר העצמית.
• הפרדה קווית – המרחק המינימלי בו ניתן להבחין בין שתי נקודות במישור הדמות. ההפרדה הקווית שווה ל-1.22 כפול אורך הגל כפול f# ‏(f number) של העצמית.
• הגדלה קווית – ההגדלה בטלסקופ אסטרונומי רגיל שווה ל:

1. גודל הדמות חלקי גודל העצם.
2. אורך מוקד העצמית חלקי אורך מוקד העינית.
3. קוטר אישון הכניסה חלקי קוטר אישון היציאה.

ראו גם

• חצובה משוונית
• כוונת טלסקופית
• מיקרוסקופ
• נוסחת לוטשי העדשות
• טלסקופ רדיו
• טלסקופ חלל
• טלסקופ דובסוני

לקריאה נוספת

היסטוריה של הטלסקופ

• יעקב זיק, "גליליאו והטלסקופ", גליליאו 87, נובמבר 2005. עמ' 54–60

• Ronchi, Vasco, "The influence of the early development of optics on science and philosophy", in: Galileo, Man of Science, ed. E. McMullin, Basic Books, Inc., 1967
• Rosen, Edward, The Naming of the Telescope, New York, 1947
• Van Helden A., "The Historical Problem of the Invention of the Telescope", in: History of Science, Vol. 13, 1975, Cambridge: Science History Pub., pp. 251-263
• Van Helden A. & Winkler M., "Representing the Heavens: Galileo and Visual Astronomy", in: ISIS, 83. 1992, pp. 195-217
• Zik, Yaakov, "Science and instruments: The telescope as a scientific instrument at the beginning of the seventeenth century", in: Perspectives on Science, Fall 2001, Vol.9, No.3, Ed. Ariew, Roger, M.I.T., pp. 259-284
• Yaakov Zik, Giora Hon, "Galileo knowledge of optiics and the functioning of the telescope revised" (Cornell University)

קישורים חיצוניים

• הערך "טלסקופ", באתר אסטרופדיה
• איך עובד הטלסקופ
• טלסקופים, באתר "הידען"
• פרויקט גלילאו-ההיסטוריה של הטלסקופ
• הטלסקופ - אתר מט"ח
• רבקה פלדחי, ‏להסתכל, לראות, להבין, אודיסאה 3, אפריל 2009
• רועי רחין, רואים כוכבים, במדור "מדע במבט-על" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 2 בספטמבר 2021
• גדעון לב, הטלסקופ החזק מסוגו בעולם הוקם בערבה, באתר הארץ, 26 במרץ 2023
• גדעון לב, הטלסקופ הגבוה בעולם התחיל לפעול בצ'ילה, באתר הארץ, 1 במאי 2024