From :ATM Türk: Amatör Teleskop Yapımı

Çoğu amatör astronomi meraklısının aşağıdaki şu dört kategoriden birisine girdiği görülür:

• Ticari olarak üretilip satılan bir ayna satın almış olmakla yetinen amatör. Bunlar ya gerçekten aynanın performanısından tatmin olmuşlar ya da basitçe satın aldıkları markanın ticari adına ve itibarına güvenmektedirler.
• Bir ya da birden fazla aynayı başarılı şekilde yapmış olan Amatör Teleskop Yapımcısı. Bunlar, Foucault testinin prensiplerini ve işlevlerini tam olarak bilirler.
• Şüphe içindeki amatörler. Birinci grup gibi bunlar da optik parçaları satın almışlar ama bunların performansı konusunda, imalatçının abartılmış olabilecek iddiaları karşısında yeterince ikna olamamışlardır. Bu kişiler, eğer üretici ve satıcıların reklamlarda söyledikleri doğru çıkarsa huzura kavuşacaklardır.
• Kendi aynasına sahip olmak isteyen ama aynayı test edip biçimlendirmekten gözü korkumuş Amatör Teleskop Yapımcıları.

Bu son iki grup insana bu yazı ile ulaşmayı ümit ediyorum.

Bazı insanlar Foucault testini, şeytan çıkarma ya da woodo büyücülüğü gibisinden karmaşık ve gizemli çalışmalar kadar anlaşılmaz bulurlar. Astronomi klüplerimizde çoğu yeni başlayan amatör, test düzeneklerine ilk kez yaklaştıklarında genellikle çekinmektedirler. Ama gerçekte Foucault testi, sadece biraz sabır, açık bir zihin ve temel prensiplerin anlaşılmasını gerektiren basit bir testtir. Hiç tartışmasız, özellikle yeni başlayanlar iyi bir teleskop yapımı kitabının ilgili kısımlarını defalarca ve yeni baştan okumalıdırlar. Tabii ki, tüm kitapların incili sayılan Jean Texereau’nun HOW TO MAKE A TELESCOPE kitabını. Burada test cihazının çalışma prensipleri, duyarlılıkları ve yapımı açıklanmaktadır. Testin temel olarak anlaşılmasıyla, bir aynayı test etme işini herkes kolaylıkla başarabilir. Elbetteki, özellikle kısa odak uzaklıklı aynalarda Foucault testinin yetersizlikleriyle ilgili olarak epeyce yayın vardır. Ama sizin bir ayna yapmanız ya da satın almanızdan bağımsız olarak her ki durumda da bu test, aynanın kalitesini gösterir. Endişelerinizin bir kısmını size bu test sırasında neler göreceğinizi önceden göstererek gidermek istiyorum. Bir resmin, bin sözcükten daha değerli olduğu söylenir ve umarım ki bu makalede de bu doğru çıkar.

Test ekipmanının yapılması oldukça kolaydır ve bunun için birçok teleskop yapım kitabında takip edilmesi kolay tarifler bulunabilir. Bir Foucault test cihazı yaptıktan (ya da satın aldıktan) sonra, aynayı 2 eksende (yukarı / aşağı ve her iki yana doğru) hareket ettirebilme yeteneğine sahip olan bir de ayna tutucusuna gerek duyacaksınız. Temel olarak Foucault test cihazı hareketli ya da sabit bir sahne üzerinde bulunan bir ışık kaynağı ile bu ışık kaynağından yayılan ışınları kesebilen bir bıçak kenarı içerir. Bir parabol için ölçüm yapıldığında, farklı bölgelerin çok hassas eğrilik yarıçaplarını (ROC - Radius Of Curvature) ölçmek gerektiği için bıçağın taşındığı kısıma birleştirilmiş bir de mikrometre (1/100 mm hasasiyetinde) bulunur.

Test için şimdi geriye sadece dört ilave koşul kalmıştır. Birincisi, aynanın merkezinden test cihazına olan uzaklığın bilinmesi (aynadan bıçak kenarına olan uzaklık ile aynadan ışık kaynağına olan uzaklığın ortalaması) ki bu da aynanın eğrilik yarıçapına eşittir ve cilalamanın erken aşamalarında kolaylıkla bulunabilir. İkinci olarak, bıçak kenarı ile yarığın açıklığının birbirlerine paralel olmasıdır. Üçüncüsü, test alanında hareketli hava akımları ya da sıcaklık değişimi oluşturacak kaynakların olmaması gerekir. Bu, gölgeleri değerlendirmeyi güçleştirici girişim desenleri oluşturacaktır. Son olarak da ayna, çevresi ile ısıl dengeye ulaşmış olmalıdır.

Testin doğasını anlayabilmek için bilmeniz gereken bazı temel kavramlar vardır. Öncelikle, Şekil 1 den 4’e kadar ki çizimlerde gösterilen küresel aynayı gözönüne alalım.

Düzeneklerin tümünde, ışık kaynağı (Şekillerde LT. Olarak gösterilmiş olan) sol taraftadır ve bıçak kenarı, ışınları sağ tarafa doğru hareket ederek kesmektedir. Göz, aynadan yansıyarak geri dönen ışınları kesen bıçağın tam arkasından bakacaktır. Geri dönen tüm ışınlar (A,B,C ve D) R noktasında odaklanacaktır ki bu nokta da aynanın eğrilik yarıçapındadır. Şekil 4’de görüleceği gibi aynanın tamamı aydınlanacaktır çünkü ışınların tamamı (A,B,C ve D) gözümüze ulaşmaktadır.

Eğer bıçak Şekil 1 de görüldüğü gibi eğrilik yarıçapının içinde bir noktaya getirilirse, görüldüğü gibi aynadan yansıyarak geri dönen C ve D ışınları, bıçak kenarı tarafından engellenecek ama aynanın geri kalan yarısından yansıyan ışınlar bloke edilemeyecektir. Böylelikle, aynanın sol yarısını aydınlanmış, sağ yarısını ise, karanlık olarak göreceksiniz.

Bıçak, Şekil 2’de olduğu gibi aynadan uzaklaştırılmaya devam edilirse, bir süre sonra R noktasına gelinecektir ki bu nokta aynanın eğrilik yarıçapındadır. Geri dönen ışınların tamamı bu noktada bloke edilir ve tüm ayna aniden grileşir. Aynanın aniden grileştiği bu noktada, bıçağın tam olarak aynanın eğrilik yarıçapına denk geldiği bilgisinin unutulmaması önemlidir.

Aynanın tamamını, bıçağı odak önüne ya da gerisine, dönen ışınları kesecek şekilde tam yol iterek de karartabililiriz ama bıçak, ışınları sağ tarafından girerek kesmeye başladığında, eğer odak içinde isek aynanın soldan, odak dışında isek de sağdan başlayarak kararmaya başladığını görebiliriz. Bıçağı aynadan daha da uzaklaştırırsak, Şekil 3’deki gibi dönen ışınlardan A ve B’nin bloke edildiğini görebiliriz. C ve D ışınları bıçak kenarından geçerek gözümüze ulaşırlar ve bu sebepten aynanın sol tarafı karanlıktır ve sağ tarafı da yarı aydınlıktır. Bu noktada odak dışında oluduğumuzu anlayabiliriz.

Bu üç prensibi aklımızda tutarak kusursuz olmayan bir küresel aynaya bakabilir ve ayna yüzeyinde tepeler ya da vadiler, alçak ya da yüksek bölgeler bulunup bulunmadığını anlayabiliriz. Sonra da bu anormallikleri düzeltecek uygun hareketlere karar verebiliriz.

Bir örnek olması açısından aşağıdaki Şekil 5’e bakarsak, aynanın merkezinde orta noktada bir hata olduğunu görebiliriz. Bıçak aynanın eğrilik yarıçapında ROC’da konumlandırılmıştır ve A,B,C vd D’den gelen ışınları etkili olarak keserek göze erişmesini engellemektedir. Şu da farkedilebilir ki, hatanın olduğu yerin sol tarafında ‘E’ ışınını da bloke etmekte ama ‘F’ ışını bıçak kenarından geçerek gözümüze kadar ulaşabilmekte.

Ayna, ortasındaki hatalı bölge dışında tam odakta olarak görünmektedir (A,B,C ve D ışınları) Ortadaki hatalı bölge, daha kısa odak uzaklığına sahip küresel bir alan / delik oluşturmaktadır. Bu hatalı bölgenin sağ yarısı aydınlanmış olarak görülmektedir (‘F’ ışını bıçak kenarından geçerek göze ulaşmaktadır) ve sol tarafı ise karanlıktadır (‘E’ ışını bıçak kenarı tarafından kesilmektedir). Öyleyse, bıçağın bu konumunda merkezi hata bölgesinin ve aynanın geri kalanın kısmının ise tam odakta olduğunu söyleyebiliriz. Şekil 3 ile merkezi hata bölgesini kıyaslayalım. Bu, bıçağın bu konumunda tam görmeyi umduğumuz şeydir. Bu bölgedeki bir tepe, tersine çevrilmiş olarak (delik) görülür.

Niçin?

Önceki şekillerden de görebileceğiniz gibi, Foucault testini kullanırken biraz düşünce gerekir. Gölgelerin size ne gösterdiğini hatırlamak zorundasınız. Bu prensipleri durup düşünürseniz, yanlış yapmayacaksınız. Odak içindeyken, ayna üzerindeki gölgeler bıçak ile aynı tarafa doğru hareket ederler. Odak dışında iken ise, gölgeler ışık kaynağı ile aynı taraftan hareket eder ve bu düzenekte soldan sağa doğru ilerler. Bu prensipler aklınızdayken bir test cihazına yaklaşırken neye bakacağınız hakkında bir fikriniz olacaktır.

İlk kez test cihazını kullanan kişilerin çoğu, aletten aynaya doğru bakıp tamamen gölgelenmiş ayna dışında birşey görememiş ve ‘demek ki bu şekilde görünüyormuş’ diye düşünmüş olduklarına eminim. Ne görmeleri gerektiğini bilseler, bıçağı yansıyan ışınların yolundan yavaşça uzaklaştırıp ayna yüzeyinde neler olduğunu inceleyebileceklerdi.

Şimdi ayna yüzeyini bir parabol olarak düşünelim. Hatırlamamız gereken şeyi Foucault testinin bir küre için ‘boş’ test (null test) olduğu, diğer bir değişle, aynanın eğrilik yarıçapı noktasında, hareket eden hiçbir gölge görünmeyip tüm yüzeyin gri renkte görüneceğidir. Tanım olarak ‘boş test’ küresel aynaları ölçmede en hassas ve basit yöntemdir.

Ne yazık ki, bir parabol için Foucault testi yaptığımızda, tüm yüzey üzerinde bir ‘boş test’ yapamıyoruz. Parabol, hatalı bir küredir ve küreden sapmalar, Foucault testi altında oldukça güzel şekilde görülebilir. Couder maskesiyle ölçüm yaparken okuduklarımız, bu küreden sapma miktarlarıdır, diğer bir değişle her bir bölgenin (zone) küreden r²/R formülü uyarınca ne kadar saptığı ölçülmektedir. Burada “r”, ölçülen bölgenin ortalama yarıçapı, “R” ise aynanın eğrilik yarıçapıdır.

Bir parabolün eğrilik yarıçapında (ROC), gölge görüntülerini izleyerek görebileceğiniz gibi, ışık ışınlar tek bir odak noktasına yakınsamadığını görülür ve bu yüzden gölgeler tüm yüzey için düz bir gri olarak görünmez. Şekil 6’dan 8’e resimleri incelersek, klasik bir parabol olduğunu görürüz. Maske açıklıklarındaki grileşme resimleri sırasıyla bıçak kenarının 3 farklı konumuna karşı gelirler: Şekil 6 daki gibi merkez bölgesi, Şekil 7’deki gibi % 70 bölgesi ve Şekil 8’deki gibi %95 bölgesi.

Küresel ayna konusunda anlattıklarımızdaki gibi bir test düzeneğini kullandığımızda da, aynı prensiplerin geçerli olduğunu, gölgelerin hareket yönünün, odak içindeyden bıçakla aynı yönde olacağını söyleyebiliriz. Beş bölgeli bir Couder maskesinin gösterildiği Şekil 9’a bakalım. Maske, Texereau’nun HOW TO MAKE A TELESCOPE kitabında tarif edilen direktiflere uygun şekilde yapılmıştır. Maske açıklıkları ise, bu yazının sınırları dışında kalması gereken tartışmaların konusundur ve bununla ilgilenmeyeceğiz. Her bir bölge çiftinin genişliği ve yüksekliği (dolayısıyla alanı) aynıdır. Ayrıca alanları da beşinci bölgeden merkeze doğru gittikçe genişlikleri (ve toplam alanları da) artmaktadır.

Genelde ortadaki alan büyük olduğu için, bu alanın tam gri olduğu boş bölgenin (null zone) belirlenmesi daha zordur. Bu bölge için tek bir büyük açıklık kesmek yerine, ben bunu resimde görüldüğü gibi ikiye bölmeyi tercih ediyorum. Bu bölgedeki iki parçalı açıklık sayesinde, odak içindeyden soldan sağa, dışındayken de sağdan sola doğru gölge hareketlerini farkedebilmek daha kolay olmaktadır. (daha önceki gibi bıçağın, ışık kaynağını sağdan sola doğru ilerleyerek kesmeye başladığını kabul ediyoruz)

Merkezdeki bölgeyi test ederken, biri tam odak içinde diğeri de tam odak dışında olmak üzere mikrometrenin iki değerin ortalaması alınır. Bu şekildeki maske ile orta bölgeyi boş durumuna getirecek çok daha hassas bir okuma elde edilmiş olur. Görünen, 5 bölgeli bir maskedir ve her bir çift bölge, aynada eşit alan kaplamaktadır. Bunlar orta kısımdaki birden başlayarak dış kısımdaki beşe kadar numaralanmıştır.

Aşağıda anlatılanlar sırasında, test cihazındaki ışık kaynağının solda olduğunu ve bıçağın da ışınları sağdan girerek kesmekte olduğunu kabul ediyoruz. Bu daha önce kullandığımız düzenektir. Parabol, bir küre ile kıyaslandığında ortaya doğru gidildikçe daha da derinleştiği için, bıçak aynanın eğrilik yarıçapına konumlandırıldığı merkezi bölgede, Şekil 6’dakine benzer bir gölge gözlemleriz. Orta bölge gri hale gelmiştir ve geride kalan aynanın sağ yarısı gölgede iken, sol yarısı aydınlanmış durumdadır. Bu sebepten, orta bölge tam odaktadır ve aynanın kalan kısmı da odak içerisindedir. Bıçak kenarını aynadan daha da uzaklaştırarak, Şekil 7’deki gösterilen resme ulaşabiliriz. Bu, aynanın % 70 bölgesi denilen bölgedir. (ayna yarıçapının 0.707 katı)

Parabolün bu alanı, bıçak taşıyıcısının kat edeceği, merkez bölgesinin boş konumundan % 95 bölgesinin boş konumuna kadar olan mesafenin yarısına karşılık gelmektedir.

Bu önemlidir çünkü iyi bir parabolün % 70 bölgesi, bıçağın bu kısmi konumuna denk gelmelidir. Test cihazından doğru bu parabolün klasik simit şeklini görebiliriz. Resim gölgenin yönünü de göstererek, bu bölgeyi merkez bölgesinden ve odak dışında kalan % 70 bölgesinden ayırmaktadır. (aydınlanmış alan sağ yarıda, karanlık gölgeli alan ise sol yarıdadır) Sağda grileşmekte olan alan ve aynanın sol yarısı % 70 bölgesinin boş konumudur (odak içinde) ve sağ uzakta koyu gölgeli alan, sol tarafta aydınlanmış bölgeler de aynanın bu ksımının odağı içinde olduğumuzu göstermektedir. Şekil 7’deki maske resmine bakalım. Burada üçüncü bölge % 70 bölgesidir. Buradaki her iki açıklık da eşit olarak grileşmiş olarak görülmektedir.

Look at the corresponding picture of the mask in figure (7). Zone three is the 70% zone, each should appear equally grayed. We are inside the focus of Zones 4 and 5 shadowed on the right half, while both 4 and 5 are still illuminated on the left (remember the orientation of the knife to light source). Moving still further away from the mirror we come to the null of the 95% zone (zone on this corresponding mask) as illustrated by the picture in figure (8). This is the zone just inside the mirror's edge. The small area just inside the right edge and the left edge is nulled or at focus (grayed area). At this point we are outside the area of focus for the remainder of mirror, that is the area inside of the 95% zone. This is illustrated by the dark area on the left half of the mirror, and the corresponding illuminated area on the right side of the mirror. Look at figure (3) of the shadows on the spherical mirror when the knife edge is placed further outside of the ROC of the sphere. On the picture with the mask in figure (8), note the equal intensity of the graying of zone 5. Since we are outside focus of zone 4,3,2, and 1 they all appear dark on the left half, and illuminated on the right half. With these illustrations in mind we are ready to take mask zone reading with the tester.

Maske ile bölgesel okumalar yapmak göreceli olarak basittir. Önce ayna ile test cihazı arasındaki mesafe aynanın eğrilik yarıçapı olacak şekilde aynayı, ayna tutucusuna koyarız. Aynayı, tutucu içinde o şekilde ayarlamalıyız ki, geri dönen ışınlar tam olarak bıçak kenarının tam içinde kalsın. Bıçak kenarının, test cihazının yarığına da paralel olması gerekmektedir.

Move your head back away from the knife until you see the illumination of the slit on the mirrors surface, this may be a foot or so further away from the mirror. Move the knife edge into the slit, if it is parallel the illuminated slit will extinguish at the same time, if not adjust the knife edge till it does so. Now place the mask on the mirror (remember the mirror has to sit on the stand to reach equilibrium with the surrounding temperature), without moving the mirror. Wait 30 minutes so all the heat waves your body created will not interfere with the test. The knife readings are now taken at the null of each pair of zones. For instance if I am at zone 5, the null is when the knife is "X" distance away from the mirror and when the knife is pushed into the beam, both zone 5 on the left and zone 5 on the right gray at the same time, with the same intensity level. If zone 5 on the right side grays first, while still illuminated on the left, then we are inside focus zone and you have to move the knife edge further away from the mirror.

Repeat till both zones gray at the same time, with equal intensity. It is at this point we take the reading of the knife edge on the micrometer. This procedure is repeated for each zone, going toward zone1. After all 5 zones have been read, we repeat the procedure, but in reverse. Take at least 4 sets of readings to increase the accuracy of the test, and for the final readings always take a set and then rotate the mirror 90 degrees for another set of readings. After the rotation this set of readings (that is the difference between each zone) has to be similar to the previous set to insure that the mirror is not astigmatic. This really is not that difficult. It obviously takes practice to judge when the zones are nulled, but the more you practice, the easier it will come to you, and the more accurate your readings will be. I hope this article has shown you that there really is no hocus pocus that has to occur when dealing with the Foucault Test.

(*) © Bob Midiri, adresinden çeviri