แม้ว่ากล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนทางแสงประเภทอื่นๆ แต่นี่คือการออกแบบที่สามารถบรรลุเป้าหมายที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ได้ กล้องโทรทรรศน์หลักเกือบทั้งหมดที่ใช้ในการวิจัยทางดาราศาสตร์เป็นเช่นนี้ กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงมีหลากหลายรูปแบบและอาจใช้องค์ประกอบออปติคัลเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพหรือจัดตำแหน่งภาพในตำแหน่งที่ได้เปรียบทางกลไก
ลักษณะของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง
ความคิดที่ว่ากระจกโค้งมีลักษณะเหมือนเลนส์อย่างน้อยก็ย้อนกลับไปในบทความเกี่ยวกับเลนส์ในศตวรรษที่ 11 ของ Alphazen ซึ่งเป็นผลงานที่แพร่หลายอย่างกว้างขวางในการแปลภาษาละตินในยุโรปสมัยใหม่ตอนต้น ไม่นานหลังจากการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์หักเหของกาลิเลโอ Giovanni Francesco Sagredo และคนอื่น ๆ ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากความรู้เกี่ยวกับหลักการของกระจกโค้งได้กล่าวถึงแนวคิดในการสร้างกล้องโทรทรรศน์โดยใช้กระจกในเป็นเครื่องมือสร้างภาพ มีรายงานว่า Bolognese Cesare Caravaggi ได้สร้างกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงเครื่องแรกขึ้นเมื่อราวปี 1626 ศาสตราจารย์ชาวอิตาลี Niccolo Zucci ในงานต่อมาเขียนว่าเขาทดลองกับกระจกสีบรอนซ์เว้าในปี 1616 แต่บอกว่ามันไม่ได้ให้ภาพที่น่าพอใจ
ประวัติศาสตร์การสร้างสรรค์
ประโยชน์ที่เป็นไปได้ของการใช้กระจกพาราโบลา ซึ่งหลักๆ แล้วคือการลดความเบี่ยงเบนของทรงกลมโดยไม่มีความคลาดเคลื่อนของสี ได้นำไปสู่การออกแบบที่เสนอมากมายสำหรับกล้องโทรทรรศน์ในอนาคต ที่โดดเด่นที่สุดคือ James Gregory ผู้ตีพิมพ์การออกแบบที่เป็นนวัตกรรมสำหรับกล้องโทรทรรศน์ "สะท้อนแสง" ในปี 1663 ใช้เวลาสิบปี (1673) ก่อนที่นักวิทยาศาสตร์ทดลอง Robert Hooke จะสร้างกล้องโทรทรรศน์ประเภทนี้ซึ่งกลายเป็นที่รู้จักในชื่อกล้องโทรทรรศน์เกรกอเรียน
โดยทั่วไปแล้วไอแซก นิวตันได้รับเครดิตในการสร้างกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงเครื่องแรกในปี 1668 มันใช้กระจกปฐมภูมิที่เป็นโลหะทรงกลมและกระจกแนวทแยงขนาดเล็กในรูปแบบออปติคัล เรียกว่ากล้องโทรทรรศน์นิวโทเนียน
พัฒนาต่อไป
ทั้งๆ ที่ข้อดีทางทฤษฎีของการออกแบบแผ่นสะท้อนแสง ความซับซ้อนในการออกแบบและประสิทธิภาพที่ไม่ดีของกระจกโลหะที่ใช้ในขณะนั้น หมายความว่าต้องใช้เวลากว่า 100 ปีกว่าที่กระจกเหล่านี้จะกลายเป็นที่นิยม ความก้าวหน้าหลายอย่างในกล้องโทรทรรศน์สะท้อนกลับรวมถึงการปรับปรุงในการผลิตกระจกโค้งในศตวรรษที่ 18ศตวรรษที่, กระจกเคลือบเงินในศตวรรษที่ 19, การเคลือบอะลูมิเนียมที่ทนทานในศตวรรษที่ 20, กระจกแบบแบ่งส่วนเพื่อให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น และเลนส์แบบแอคทีฟเพื่อชดเชยการเสียรูปโน้มถ่วง นวัตกรรมช่วงกลางศตวรรษที่ 20 คือกล้องดูดาวแบบ catadioptic เช่น กล้อง Schmidt ซึ่งใช้ทั้งกระจกทรงกลมและเลนส์ (เรียกว่าแผ่นแก้ไข) เป็นองค์ประกอบออปติคอลหลัก ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการถ่ายภาพขนาดใหญ่โดยไม่มีความคลาดเคลื่อนของทรงกลม
ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 การพัฒนาเลนส์ปรับแสงและการถ่ายภาพที่ประสบความสำเร็จเพื่อเอาชนะปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสังเกตและการสะท้อนของกล้องโทรทรรศน์นั้นมีอยู่ทั่วไปในกล้องโทรทรรศน์อวกาศและเครื่องมือสร้างภาพยานอวกาศหลายประเภท
กระจกปฐมภูมิแบบโค้งเป็นองค์ประกอบทางแสงหลักของกล้องโทรทรรศน์ และสร้างภาพในระนาบโฟกัส ระยะห่างจากกระจกถึงระนาบโฟกัสเรียกว่าความยาวโฟกัส สามารถวางเซ็นเซอร์ดิจิทัลไว้ที่นี่เพื่อบันทึกภาพ หรือเพิ่มกระจกเพิ่มเพื่อเปลี่ยนลักษณะทางแสงและ/หรือเปลี่ยนเส้นทางแสงไปที่ฟิล์ม เซ็นเซอร์ดิจิทัล หรือเลนส์ใกล้ตาเพื่อการสังเกตด้วยภาพ
คำอธิบายโดยละเอียด
กระจกเงาหลักในกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกระบอกแก้วแข็งที่มีพื้นผิวด้านหน้าเป็นทรงกลมหรือพาราโบลา อะลูมิเนียมชั้นบางๆ หลุดออกมาบนเลนส์ ก่อตัวขึ้นกระจกสะท้อนแสงชั้นแรก
กล้องโทรทรรศน์บางตัวใช้กระจกหลักที่สร้างความแตกต่าง แก้วหลอมเหลวจะหมุนเพื่อทำให้พื้นผิวพาราโบลาดัล เย็นตัวลงและแข็งตัว รูปร่างของกระจกที่ได้นั้นใกล้เคียงกับรูปทรงพาราโบลาที่ต้องการ ซึ่งต้องใช้การเจียรและขัดเงาน้อยที่สุดเพื่อให้ได้รูปทรงที่แม่นยำ
คุณภาพของภาพ
กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงก็เหมือนกับระบบออปติคัลอื่น ๆ อย่าสร้างภาพที่ "สมบูรณ์แบบ" ความจำเป็นในการถ่ายภาพวัตถุในระยะทางไกลถึงระยะอนันต์ เพื่อมองวัตถุเหล่านี้ในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสง และต้องการวิธีการดูภาพที่กระจกหลักสร้างขึ้น หมายความว่าการออกแบบออปติคอลของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงมักมีปัญหา
เนื่องจากกระจกหลักจะโฟกัสแสงไปยังจุดร่วมที่อยู่ด้านหน้าพื้นผิวสะท้อนแสงของมันเอง การออกแบบกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงเกือบทั้งหมดจึงมีกระจกรอง ที่ยึดฟิล์ม หรือตัวตรวจจับใกล้กับจุดโฟกัสนี้ ซึ่งทำให้แสงบางส่วนไม่สามารถไปถึงกระจกหลักได้ กระจกเงา. ซึ่งไม่เพียงแต่ส่งผลให้ปริมาณแสงที่ระบบสะสมลดลง แต่ยังส่งผลให้ภาพสูญเสียความคมชัดเนื่องจากเอฟเฟกต์การกีดขวางการเลี้ยวเบน และการเลี้ยวเบนที่เกิดจากโครงสร้างรองรับรองส่วนใหญ่
การใช้กระจกเพื่อหลีกเลี่ยงความคลาดเคลื่อนของสีแต่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนประเภทอื่นๆ กระจกทรงกลมธรรมดาไม่สามารถส่งแสงจากวัตถุที่อยู่ห่างไกลไปยังจุดโฟกัสร่วมได้ เนื่องจากแสงสะท้อนที่กระทบกระจกที่ขอบกระจกไม่ได้มาบรรจบกับแสงที่สะท้อนจากศูนย์กลางของกระจก ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่เรียกว่าความคลาดเคลื่อนทรงกลม เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ การออกแบบกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงที่ทันสมัยที่สุดจึงใช้กระจกพาราโบลาที่สามารถนำแสงทั้งหมดมาสู่จุดโฟกัสร่วมกันได้
กล้องโทรทรรศน์เกรกอเรียน
กล้องโทรทรรศน์เกรกอเรียนอธิบายโดย James Gregory นักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ชาวสก็อตในหนังสือ Optica Promota ในปี 1663 ว่าใช้กระจกรองเว้าที่สะท้อนภาพผ่านรูในกระจกเงาหลัก วิธีนี้จะสร้างภาพแนวตั้งที่เป็นประโยชน์สำหรับการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน มีกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ขนาดใหญ่หลายตัวที่ใช้โครงแบบเกรกอเรียน
กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงของนิวตัน
เครื่องมือของนิวตันเป็นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงตัวแรกที่ประสบความสำเร็จ สร้างโดยไอแซกในปี 1668 มันมักจะมีพาราโบลาปฐมภูมิ แต่ที่อัตราส่วนโฟกัสที่ f/8 หรือมากกว่านั้น ปฐมภูมิทรงกลม ซึ่งอาจเพียงพอสำหรับความละเอียดของภาพสูง วัตถุทุติยภูมิแบนสะท้อนแสงที่ระนาบโฟกัสที่ด้านบนของท่อกล้องโทรทรรศน์ นี่เป็นหนึ่งในการออกแบบที่เรียบง่ายและราคาถูกที่สุดสำหรับขนาดวัตถุดิบที่กำหนด และเป็นเรื่องปกติในหมู่นักเล่นอดิเรก เส้นทางรังสีของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงเป็นอันดับแรกทำงานอย่างแม่นยำบนตัวอย่างนิวตัน
เครื่องมือเครน
กล้องโทรทรรศน์ Cassegrain (บางครั้งเรียกว่า "Cassegrain แบบคลาสสิก") สร้างขึ้นครั้งแรกในปี 1672 เนื่องมาจาก Laurent Cassegrain มีพาราโบลาปฐมภูมิและไฮเพอร์โบลิกทุติยภูมิที่สะท้อนแสงกลับลงมาผ่านรูในหลัก
การออกแบบกล้องโทรทรรศน์ Cassegrain Dall-Kirkham สร้างขึ้นโดย Horace Dall ในปี 1928 และได้รับการตั้งชื่อในบทความที่ตีพิมพ์ใน Scientific American ในปี 1930 หลังจากการอภิปรายระหว่างนักดาราศาสตร์สมัครเล่น Allan Kirkham และ Albert G. Ingalls (บรรณาธิการนิตยสารในขณะนั้น) ใช้หลักรูปไข่เว้าและรองนูน แม้ว่าระบบนี้จะบดง่ายกว่าระบบ Cassegrain หรือ Ritchey-Chrétien แบบคลาสสิก แต่ก็ไม่เหมาะสำหรับอาการโคม่าที่อยู่นอกแกน ความโค้งของสนามจริง ๆ แล้วน้อยกว่าของ Cassegrain แบบดั้งเดิม ทุกวันนี้ การออกแบบนี้ถูกใช้ในแอพพลิเคชั่นต่างๆ ของอุปกรณ์ที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ แต่กำลังถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม มันเป็นอุปกรณ์ประเภทนี้ที่ถือว่าเป็นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงที่ใหญ่ที่สุด
