Teleskop

Latar Belakang

Teleskop adalah alat yang digunakan untuk membentuk bayangan benda-benda jauh. Jenis teleskop yang paling dikenal adalah teleskop optik, yang menggunakan serangkaian lensa atau cermin lengkung untuk memfokuskan cahaya tampak. Teleskop optik yang menggunakan lensa disebut teleskop bias atau refraktor; yang menggunakan cermin disebut teleskop pantul atau reflektor. Selain teleskop optik, astronom juga menggunakan teleskop yang memfokuskan gelombang radio, sinar-X, dan bentuk radiasi elektromagnetik lainnya. Teleskop bervariasi dalam ukuran dan kecanggihan dari spyglasses buatan sendiri yang dibuat dari tabung karton hingga susunan teleskop radio berukuran rumah yang membentang bermil-mil.

Teleskop paling awal yang diketahui adalah refraktor yang dibuat oleh pembuat kacamata Belanda Hans Lippershey pada tahun 1608 setelah ia secara tidak sengaja melihat objek melalui dua lensa kacamata berbeda yang berjarak terpisah. Dia menyebut penemuannya sebagai kijker, "looker" dalam bahasa Belanda, dan dimaksudkan untuk penggunaan militer. Pada tahun 1609, ilmuwan Italia Galileo Galilei membangun teleskopnya sendiri dan merupakan orang pertama yang melakukan pengamatan astronomi menggunakan teleskop tersebut. Teleskop awal ini terdiri dari dua lensa kaca yang dipasang di dalam timah hitam berongga tabung dan agak kecil; Instrumen Galileo terbesar memiliki panjang sekitar 47 inci (120 cm) dan diameter 2 inci (5 cm). Para astronom seperti Johannes Kepler di Jerman dan Christian Huygens di Belanda membangun teleskop yang lebih besar dan lebih kuat sepanjang tahun 1600-an. Segera teleskop ini menjadi terlalu besar untuk dikendalikan dengan mudah dengan tangan dan membutuhkan dudukan permanen. Beberapa memiliki panjang lebih dari 197 kaki (60 m).

Kemampuan untuk membangun teleskop yang sangat besar melampaui kemampuan pembuat kaca untuk memproduksi lensa yang sesuai untuk mereka. Secara khusus, masalah yang disebabkan oleh chromatic aberration (kecenderungan lensa untuk memfokuskan setiap warna cahaya pada titik yang berbeda, yang mengarah ke gambar kabur) menjadi akut untuk teleskop yang sangat besar. Para ilmuwan saat itu tidak mengetahui cara untuk menghindari masalah ini dengan lensa, jadi mereka merancang teleskop menggunakan cermin lengkung.

Pada tahun 1663, matematikawan Skotlandia James Gregory merancang teleskop pantul pertama. Desain alternatif untuk reflektor ditemukan oleh ilmuwan Inggris Isaac Newton pada tahun 1668 dan ilmuwan Prancis N. Cassegrain pada tahun 1672. Ketiga desain tersebut masih digunakan sampai sekarang. Pada tahun 1600-an, tidak ada cara yang baik untuk melapisi kaca dengan film reflektif tipis, seperti yang dilakukan saat ini untuk membuat cermin, jadi reflektor awal ini menggunakan cermin yang terbuat dari logam yang dipoles. Newton menggunakan campuran tembaga, timah, dan arsenik untuk menghasilkan cermin yang hanya dapat memantulkan 16% cahaya yang diterimanya; cermin hari ini memantulkan hampir 100% cahaya yang mengenai mereka.

Telah diketahui sejak tahun 1730 bahwa chromatic aberration dapat diminimalkan dengan mengganti lensa utama teleskop dengan dua lensa berbentuk benar yang terbuat dari dua jenis kaca yang berbeda, tetapi baru pada awal 1800-an ilmu pembuatan kaca berkembang. cukup untuk membuat teknik ini praktis. Pada akhir abad ke-19, teleskop pembiasan dengan lensa berdiameter hingga satu meter dibangun, dan ini masih merupakan teleskop pembiasan terbesar yang beroperasi.

Reflektor sekali lagi mendominasi refraktor di abad ke-20, ketika teknik untuk membangun cermin yang sangat besar dan sangat akurat dikembangkan. Teleskop optik terbesar di dunia semuanya reflektor, dengan cermin berdiameter hingga 19 kaki (6 m).

Bahan Baku

Teleskop terdiri dari sistem optik (lensa dan/atau cermin) dan komponen perangkat keras untuk menahan sistem optik pada tempatnya dan memungkinkannya untuk bermanuver dan fokus. Lensa harus dibuat dari kaca optik, jenis kaca khusus yang jauh lebih murni dan lebih seragam daripada kaca biasa. Bahan baku terpenting yang digunakan untuk membuat kaca optik adalah silikon dioksida, yang tidak boleh mengandung lebih dari sepersepuluh dari satu persen (0,1%) pengotor.

Kacamata optik umumnya dibagi menjadi kacamata mahkota dan kacamata batu. Kacamata mahkota mengandung jumlah boron oksida, natrium oksida, kalium oksida, barium oksida, dan seng oksida dalam jumlah yang bervariasi. Gelas batu api mengandung timbal oksida. Lapisan antireflektif pada lensa teleskop biasanya terdiri dari magnesium fluorida.

Cermin teleskop dapat dibuat dari kaca yang agak kurang murni daripada yang digunakan untuk membuat lensa, karena cahaya tidak melewatinya. Seringkali kaca yang kuat dan tahan suhu seperti Pyrex digunakan. Pyrex adalah nama merek untuk kaca yang terdiri dari silikon dioksida, boron oksida, dan aluminium oksida. Lapisan reflektif untuk cermin teleskop biasanya terbuat dari aluminium, dan lapisan pelindung di atas lapisan reflektif biasanya terdiri dari silikon dioksida.

Komponen perangkat keras yang terlibat langsung dengan sistem optik biasanya dibuat dari baja atau baja dan seng paduan. Bagian yang kurang penting dapat dibuat dari bahan yang ringan dan murah seperti aluminium atau plastik akrilonitril-butadiena-stirena, yang biasa disebut ABS.

Manufaktur
Proses

Membuat komponen perangkat keras

• 1 Komponen perangkat keras logam diproduksi menggunakan mesin pengerjaan logam standar seperti mesin bubut dan mesin bor.
• 2 Komponen yang terbuat dari plastik ABS (biasanya bodi luar teleskop) diproduksi menggunakan teknik yang dikenal sebagai injection molding. Dalam proses ini plastik dilebur dan dipaksakan di bawah tekanan ke dalam cetakan dalam bentuk produk akhir. Plastik dibiarkan dingin kembali menjadi padat, dan cetakan dibuka untuk memungkinkan komponen dilepas.

Membuat kaca optik

• 3 Produsen kaca mencampur bahan baku yang tepat dengan limbah kaca dari jenis yang sama dengan kaca yang akan dibuat. Gelas limbah ini, yang dikenal sebagai cullet, bertindak sebagai fluks; artinya, ini menyebabkan bahan mentah bereaksi bersama pada suhu yang lebih rendah daripada tanpanya.
• 4 Campuran ini dipanaskan dalam tungku kaca sampai meleleh menjadi cairan. Suhu yang dibutuhkan untuk membentuk kaca cair bervariasi dengan jenis kaca yang dibuat, tetapi biasanya sekitar 2500 ° F (1400 ° C).
• 5 Suhu gelas cair dinaikkan menjadi sekitar 2820 °F (1550 °C) untuk memaksa gelembung udara muncul ke permukaan. Kemudian dibiarkan dingin sambil diaduk terus-menerus sampai mencapai sekitar 1830 ° F (1000 ° C), di mana itu adalah cairan yang sangat kental. Gelas cair dan kental ini dituangkan ke dalam cetakan dengan bentuk yang kira-kira sama dengan lensa yang dibutuhkan.
• 6 Setelah kaca mendingin hingga sekitar 570 °F (300 °C), kaca harus dipanaskan kembali hingga sekitar 1020 °F (550 °C) untuk menghilangkan tekanan internal yang terbentuk selama periode pendinginan awal dan yang melemahkan kaca . Kemudian dibiarkan mendingin perlahan sampai suhu kamar. Proses ini dikenal sebagai anil. Potongan kaca berbentuk lensa terakhir dikenal sebagai blank.

Membuat lensa

Kosong diproses oleh produsen teleskop dalam tiga langkah:pemotongan, penggilingan, dan pemolesan. Sebuah cermin dibentuk dengan cara yang persis sama seperti lensa sampai lapisan reflektif diterapkan.

• 7 Pertama, pemotong silinder berputar berkecepatan tinggi dengan mata pisau berlian bundar, dikenal sebagai pembuat kurva, mencukur permukaan lensa hingga perkiraan dekat dari kurva yang diinginkan tercapai. Lensa yang dipotong diperiksa dengan spherometer untuk memeriksa kelengkungan dan dipotong ulang jika perlu. Waktu yang diperlukan untuk memotong sangat bervariasi dengan jenis kaca yang dipotong dan jenis lensa yang dibentuk. Sebuah lensa mungkin memerlukan beberapa pemotongan, yang masing-masing dapat memakan waktu mulai dari beberapa menit hingga lebih dari setengah jam.
• 8 Beberapa potongan kosong ditempatkan pada balok melengkung sedemikian rupa sehingga permukaannya berbaris seolah-olah semuanya adalah bagian dari satu kurva bola besar. Ini diperlukan agar mesin gerinda dapat menggiling semuanya dengan cara yang sama. Permukaan gerinda besi cor yang dikenal sebagai alat ditekan ke atasnya. Selama penggilingan, balok lensa berputar sementara alat bebas bergerak secara acak di atasnya. Di antara pahat dan balok mengalir bubur yang mengandung air, bahan abrasif untuk menggiling (biasanya silikon karbida), cairan pendingin untuk mencegah kerusakan lensa akibat panas berlebih, dan surfaktan agar bahan abrasif tidak mengendap. Kecepatan di mana balok berputar, gaya yang ditempatkan pada lensa, isi bubur yang tepat, dan variabel lain dikendalikan oleh ahli optik berpengalaman untuk menghasilkan jenis lensa yang diinginkan. Setiap lensa sekali lagi diperiksa dengan spherometer dan reground jika perlu. Proses penggilingan total dapat memakan waktu mulai dari satu jam hingga delapan jam. Lensa ground dibersihkan dan dipindahkan ke ruang pemolesan.
• 9 Mesin poles mirip dengan mesin gerinda, tetapi pahatnya terbuat dari pitch—zat resin tebal, lunak, yang berasal dari tar batubara atau tar kayu. Alat pitch dibuat dengan menempelkan selotip di sekeliling piring melengkung, menuangkan pitch cair panas dengan bahan lain seperti lilin lebah dan pemerah pipi perhiasan, dan membiarkannya dingin kembali menjadi padat. Alat pitch dapat memoles sekitar 50 lensa sebelum harus dibentuk kembali. Pemolesan berlangsung dengan cara yang sama seperti penggilingan, tetapi bukannya bahan abrasif, bubur mengandung zat pemoles, biasanya serium dioksida, dalam bentuk bubuk merah muda yang sangat halus. Lensa yang dipoles diperiksa secara optik dan dipoles ulang jika perlu. Prosedur pemolesan dapat memakan waktu mulai dari setengah jam hingga empat atau lima jam. Lensa dibersihkan dan siap untuk pelapisan.

Menerapkan pelapis

• 10 Untuk membuat lensa menjadi cermin, lapisan aluminium yang sangat tipis dan sangat halus diterapkan. Aluminium dipanaskan dalam ruang hampa untuk membentuk uap. Muatan elektrostatis negatif diterapkan pada permukaan lensa sehingga ion aluminium bermuatan positif tertarik padanya. Prosedur serupa diikuti untuk menerapkan lapisan silikon dioksida untuk melindungi permukaan rapuh cermin atau untuk menerapkan lapisan antireflektif magnesium fluorida ke permukaan lensa. Lensa atau cermin yang sudah jadi diperiksa, diberi label dengan tanggal pembuatan dan nomor seri, dan disimpan sampai dibutuhkan.

Merakit dan mengirimkan teleskop

• 11 Komponen perangkat keras, lensa, dan cermin yang diperlukan untuk membuat model teleskop tertentu dirakit dengan tangan dalam proses jalur perakitan. Teleskop yang telah selesai dikemas dengan busa polistiren yang diperluas untuk melindunginya dari kerusakan selama pengiriman. Teleskop dikemas dalam kotak kardus dan dikirim ke pengecer atau konsumen.

Kontrol Kualitas

Aspek yang paling penting dari kontrol kualitas untuk teleskop optik adalah akurasi lensa dan cermin. Selama tahap pemotongan dan penggilingan, dimensi fisik lensa diukur dengan sangat hati-hati. Ketebalan dan diameter lensa diukur dengan jangka sorong, alat yang bentuknya mirip kunci inggris. Rahang luar yang tetap dari kaliper ditempatkan pada satu sisi lensa dan rahang geser bagian dalam digerakkan dengan lembut hingga bertemu dengan sisi lain lensa. Dalam jangka sorong klasik, dimensi lensa dibaca dengan sangat akurat menggunakan skala yang bergerak bersama rahang dalam dan dibandingkan dengan skala stasioner yang dipasang pada rahang luar. Jenis caliper ini bekerja seperti penggaris geser. Ada juga versi elektronik dari instrumen ini, di mana dimensi yang diukur secara otomatis muncul pada tampilan digital.

Kelengkungan lensa diukur dengan spherometer, perangkat yang menyerupai jam saku dengan tiga pin kecil yang menonjol dari dasarnya. Dua pin luar dipasang di tempatnya sementara pin dalam bebas bergerak masuk dan keluar. Spherometer dengan lembut ditempatkan pada permukaan lensa. Tergantung pada jenis kurva, pin tengah akan lebih tinggi dari dua pin lainnya atau lebih rendah dari dua pin lainnya. Gerakan pin bagian dalam menggerakkan jarum pada dial yang dikalibrasi di muka spherometer. Nilai ini dibandingkan dengan nilai standar yang harus diperoleh untuk kelengkungan yang diinginkan.

Toleransi bervariasi dengan jenis lensa yang diproduksi, tetapi variasi umum yang dapat diterima mungkin plus atau minus 0,0008 inci (20 mikrometer). Untuk lensa datar, umumnya yang ditakdirkan untuk menjadi cermin datar, toleransinya jauh lebih kecil, biasanya sekitar plus atau minus 0,00004 inci (1,0 mikrometer).

Selama tahap pemolesan, instrumen ini tidak cukup akurat untuk memastikan bahwa lensa akan bekerja dengan baik. Tes optik, yang mengukur cara cahaya dipengaruhi oleh lensa, harus digunakan. Salah satu tes umum dikenal sebagai tes autocollimation. Lensa ditempatkan di ruangan gelap dan diterangi dengan sumber cahaya tepat intensitas rendah. Sebuah kisi difraksi (permukaan yang berisi ribuan alur paralel mikroskopis per inci) ditempatkan pada titik di mana lensa harus memfokuskan cahaya. Kisi menyebabkan pola interferensi garis gelap dan terang terbentuk di depan dan di belakang titik fokus. Dengan demikian, titik fokus yang sebenarnya dapat ditemukan dengan tepat dan dibandingkan dengan titik fokus teoretis untuk jenis lensa yang diinginkan.

Untuk menguji lensa datar, lensa yang diketahui datar diletakkan menghadap ke bawah pada lensa yang akan diuji, yang bertumpu pada selembar kain hitam. Kesenjangan mikroskopis antara dua lensa menyebabkan pola interferensi muncul ketika tekanan lembut diterapkan. Garis terang dan garis gelap dikenal sebagai cincin Newton. Jika lensa yang diuji datar, garisnya harus lurus dan teratur. Jika lensa tidak rata, garis akan melengkung.

Masa Depan

Teknik yang digunakan untuk menghasilkan lensa dan cermin yang sangat baik telah dipahami dengan baik selama bertahun-tahun, dan inovasi besar di bidang ini tidak mungkin terjadi. Salah satu bidang penelitian aktif adalah dalam teknologi pelapisan. Zat pelapis baru dapat dikembangkan untuk memberikan perlindungan yang lebih baik untuk cermin dan pencegahan yang lebih baik dari hilangnya cahaya melalui refleksi untuk lensa.

Bidang kemajuan yang lebih dramatis adalah aksesori elektronik yang menyertai teleskop. Astronom amatir akan segera dapat memperoleh teleskop dengan sistem panduan komputer bawaan yang memungkinkan mereka mengarahkan teleskop secara otomatis ke objek langit yang dipilih dan melacaknya malam demi malam. Mereka juga akan dapat memasang kamera video ke teleskop mereka dan merekam fenomena astronomi seperti gerhana bulan dan pergerakan planet dan bulan.