Foucault Testi: Nedir, Neden ve Nasıl Yapılır? (***)

From :ATM Türk: Amatör Teleskop Yapımı

Revision as of 02:05, 6 July 2006; view current revision
←Older revision | Newer revision→

TELESKOP AYNASININ TEST EDILMESI

Aynanizin kaba ve ince asindirmasini takiben, cilalanmasini da bitirdikten sonra, aynanin yuzeyi buyuk olasilikla kuresel bicimde olacaktir. Bundan sonraki asama ayna yuzeyini test ederek, ona tam bir kure bicimi kazandirmak ve en sonunda da parabol sekline getirmektir. Yuzeyin biciminin gercekten bir parabol seklinde olup olmadigini anlamanin en iyi yolu ayna uzerindeki degisik bolgelerin kuresel yaricapini (odak uzakliginin iki kati mesafeyi) bir mikrometre yardimiyla buyuk bir duyarlilikta olcmektir. Kuresel yuzeyin duzgunlugunu bulmak icin ise bolge olcumu yapilmasina gerek yoktur. Asagida aciklandigi gibi yuzeydeki golgelerin durumunu saptamak yeterli olacaktir.

TEST CIHAZLARI

Ayna yuzeyini test etmek icin gerekli olan iki ana cihaz, aynanizi uzerine yerlestireceginiz bir sehpa ile bir bicak-kenari (Foucault) test aletidir. Ayna sehpasi, aynanizin bir kenari uzerinde yan durmasini ve bicak-kenari test cihazina dogru bakmasini saglamakta kullanilacaktir. Bu cihazlar icin Stellafane ATM sayfalarinda guzel ornekler verilmis ve nasil yapilacaklari ayrintili sekilde anlatilmistir: http://www.stellafane.com/atm/atm_foucault_tester/atm_tester_plans_1.htm

Bicak-kenari test cihazi (kisaca test aleti), kabaca yanyana duran bir isik kaynagi ile 10-15 cm uzunlugunda ince bir aluminyum profilden (L seklinde) olusur. Bu teste ve test aletine bicak-kenari adinin verilmesinin nedeni, ornegimizde kullanilan aluminyum profilin bir bicaga benzetilmesidir. Burada aciklanan test yonteminde yuzunuz aynaya dogru baktiginiz dusunuldugunde, isik kaynaginizin saginizda, bicak-kenarinin ise solunuzda kalacak sekilde yerlestirildigi ongorulmustur. Isik kaynagi icin, 10 watt’lik kucuk bir ampulu (tercihen uzeri beyaz boyali, filamenti gorunmeyen) bir tahta takozun uzerine tutturup, ustlerine de bir teneke kutu gecirilmis bir duzenek kullanabilirsiniz. Boylelikle isik kaynaginiz bir deniz fenerini andiracaktir. Teneke kutunun ust tarafinda, ampulun hizasina gelen yerde bir delik ve bir yarik acacaksiniz. Delik, yarim cm capinda bir daire olabilir. Yarik ise, deligin ornegin 90o uzagina en fazla birkac mm genisliginde ve 1-1.5 cm uzunlugunda olacak sekilde acilmalidir. Ancak bu yarigin tam islev gorebilmesi icin cok ince olmasi gerektiginden, onun onune ve teneke kutunun icine yerlestirilmek uzere keskin yuzeyleri yanyana getirilmis iki adet eski tur jilete gerek duyacaksiniz. Jiletler arasindaki aciklik en fazla 0.5 mm olmalidir.

Ayna testi icin cok zaman harcayacaginizi goz onunde tutarak, bu islemi oturarak yapmaniz rahatiniz acisindan onemli bir noktadir. Bu nedenle, gerek ayna sehpasini, gerekse test aletini bir sandalyeye oturduktan sonra goz hizanizda olacak sekilde yerden yukarida yerlestirmeye ozen gosterin. Test sirasinda cihazlarin sallanmamasina ve olcum yapacaginiz odada esinti olmamasina dikkat edin.

Ayrica, test sonuclarinizi kaydetmek icin, test aletinin arkasinda bir ucayak uzerine yerlestirilmis 35mm ya da sayisal bir fotograf makinesi yardimiyla fotograf cekebilirsiniz. Fotograf konusunu asagida daha ayrintili olarak isleyecegiz.

TEST ALETLERININ YERLESTIRILMESI

Once bir sandalyeye oturduktan sonra test aletinizi goz hizanizda olacak sekilde bir tezgahin/masanin uzerine yerlestirin. Hemen arkasina siyah kartondan (ornegin 20x20 cm boyutlarinda) bir perde koyun. Daha sonra ayna sehpasini, aynanin ortasi isik kaynaginizla ayni duzeyde olacak sekilde test aletinizin karsisina ve aynanin odak uzakliginin iki kati uzakligina getirin. Isik kaynaginizi kapatan teneke kutuyu, uzerindeki daire seklindeki delik aynayi gorecek sekilde dondurun. Sonra, olcumu yapacaginiz odadaki isiklari tamamen sondurun. Gozleriniz karanliga alistiktan sonra, isik kaynaginizdan cikan isigin aynada yansiyip geri donerek siyah perdede olusturdugu daire seklindeki goruntuyu sececektir. Bu goruntuyu mumkun oldugunca netlestirmek icin ayna sehpasini ileri geri oynatabilirsiniz. Ayrica, goruntunun isik kaynaginiz ile yerden ayni duzeyde olmasina ozen gosterin. Burada hatirlamaniz gereken nokta, henuz cilalamasini yapmakta oldugunuz aynanin gelen isigin sadece %4'luk kismini yansitiyor olmasidir. Yansitici yuzeyin sirlanmasindan sonra bu oran %90’lara yaklasacaktir. Daha sonra test aletinizin arkasina koyacaginiz sandalyeye oturun ve siyah karton perdeyi kaldirin. Isik kaynaginizin aynada yansimasini goreceksiniz. Teneke kutuyu ince yarik aynaya bakacak sekilde dondurun. Odadaki isiklari hafifce acabilirsiniz, test sirasinda odada los isik olmasi tercih edilmelidir. Artik aynanizi test etmeye baslayabilirsiniz.

FOUCAULT TESTINI ANLAMAK ICIN BIRAZ DA TEORI

Foucault (ya da diger adiyla bicak-kenari) testi, hem aynanizin yuzey yapisinin duzgunlugunu saptamak, hem de aynanin kuresel yaricapini (odak uzakliginin iki kati mesafeyi) hesaplamak amaciyla kullanilir. Lisedeki fizik derslerinden hatirlarsaniz, icbukey bir ayna ya buyuk bir kurenin ya da bir parabolun yuzeyindeki kucuk bir parcanin ta kendisidir. Bu nedenle herhangi bir icbukey teleskop aynasinin odak duzleminin merkezi, parcasi oldugu bu kurenin de merkezidir. Bir aynanin odak uzakligi, kure merkezi uzakliginin yarisina esittir.

Test icin kullanilan isik kaynagi aynada yansiyan hayali (temsili) bir yildiz islevi gorecek, bicak kenari da bu hayali yildizin isiginin aynada yansidiktan sonra kurenin ortasinda geri gelecegi noktayi bulmanizda ise yarayacaktir.

Aynanin buyuk bir kurenin dis yuzeyindeki kucuk bir kismi oldugunu hatirlayin. Foucault testinin temeli, bu kurenin tam merkezine yerlestirilecek hayali bir yildizin isiginin, aynada yansiyip, tekrar kure merkezine donecegi ilkesine dayanmaktadir. Aynamizi test ederkenki amacimiz, hayali yildizdan gelen isinlarin tumunun kurenin tam merkezinde odaklanip odaklanmadigini bulmaya calismaktir. Aynanizin yuzeyi tam bir kure ise, merkezdeki hayali yildizdan cikan isinlarin hepsi, aynada yansidiktan sonra yine tam merkezde toplanacaktir. Pratikte ise, hayali yildiz tam merkezde olamadigi icin (o zaman yansiyan isiklar yine isik kaynaginiza geri donecek, ve bu yansiyan goruntuyu goremeyeceksiniz), yansimasi da biraz kenarda olusacaktir. Isik kaynagi merkez noktaya ne kadar cok yakin tutulursa, aynanin test edilmesi o derecede duyarli sonuclar verecektir.

Kullanacaginiz bicak-kenari eger aynadan yansiyan isinlari tam merkez noktasinda keserse, oturdugunuz noktada (yaklasik olarak tam ayna merkezinden baktiginizda) ayna yuzeyinin tumunun ayni anda birden karardigini ya da golgelendigini goreceksiniz. Bu golgelenme, ayni anda ve aynanin tum yuzeyinde ayni sekilde olmuyorsa, aynanizin yuzeyi tam bir kure seklinde degil demektir. Golgelenme yuzeyde esit bir bicimde dagilirsa, aynanizin yuzey sekli tam bir kure bicimini almis demektir. Bu test sayesinde gorulen golgelenmedeki duzensizlikler ayna yuzeyindeki puruzlerin varligini isaret eder. Hedefimiz bu duzensizlikleri ortadan kaldirmak icin gereken cilalama ve duzeltme hareketlerini (aynen kaba ve ince asindirmada oldugu gibi) yapmaktir.

KURESEL BIR YUZEYIN TEST EDILMESI

Bir aynayi test ederken, aynanin sonsuz sayida icice gecmis aynalardan ya da bolgelerden olustugunu varsayalim. Bicak-kenarini bu sayisiz bolgelerden herhangi birinin tam merkez noktasina goturdugunuzde, ayna yuzeyindeki o bolge esit bicimde golgelenecektir. Bicak-kenari, ayna kuresinin merkez noktasi ile ayna arasindaysa (aynaya daha yakinsa), ayna yuzeyinin sol yarisi kararacak; bicak-kenari merkez noktasindan daha disarda ise, ayna yuzeyinin sag yarisi kararacaktir. Yeri gelmisken tekrarlayalim: Burada aciklanan test yonteminde yuzunuz aynaya dogru baktiginiz dusunuldugunde, isik kaynaginizin saginizda, bicak-kenarinin ise solunuzda kalacak sekilde yerlestirildigi ongorulmustur. Bunlarin yer degistirmesi halinde, ayna yuzeyindeki kararmalar tam tersi yonde olacaktir.

Aynaniz uzerinde pratik yaparak bu kararmalari gozleyin. Bicak-kenarinin tam belli bir noktaya geldiginde, aynanizin tum yuzeyinin birdenbire esit sekilde golgelendigini goreceksiniz. Bicak-kenarindan aynaniza o anda olan uzakligini olcerseniz, aynanizin merkez uzakligini hesaplamis olacaksiniz. Aynanin odak uzakligi da merkez uzakliginin yarisina esit olur. Cilalama ve duzeltmeler sonrasinda ayna odak uzakliginda 6.5 mm civarinda bir azalma olmasi beklenir.

Bu arada, ayna yuzeyindeki kararmalardaki degisimin, bicak-kenarinin konumundaki cok kucuk yer degistirmelerle (sadece birkac milimetre) oldugunu hatirlatalim.

Aynanin sonsuz sayida icice gecmis bolgelerden olustugunu varsaydigimizi hatirlayalim. Ayna yuzeyinde duzensizlikler (tepeler, cukurlar, vs.) oldugu takdirde, bicak-kenari genelde aynanin merkez noktasinda iken ve aynanin buyuk bolumunu esit derecede karartiyor olmasina karsin, duzensiz bolgelerin solunda ya da saginda kararmalar belirecektir. Duzensiz bolgeden kasit, o bolgenin kuresel merkez yaricapinin aynanin geri kalan kismindan farkli (daha uzun ya da kisa) olmasidir.

Test sirasinda aynanizin onunden bulutlar gectigini gorurseniz, bunun nedeni testi yaptiginiz ve test tezgahinin bulundugu mekanda soguk bir hava akiminin varligidir. Bu bulutlar olsa dahi aynadaki golgelenmeleri gormeniz mumkundur. Ama test sonucunuzun daha duyarli olmasini istiyorsaniz, bu soguk hava akimina yol acan pencere ve kapi araligi gibi noktalari yalitmaniz (ornegin bir havlu ya da paket banti koymak suretiyle) yeterli olacaktir.

Foucault testi sirasinda, aynanizin sag yandan gelen hayali bir isik tarafindan aydinlandigini dusunmek, ayna yuzeyinde izlenen golgelerin daha kolay yorumlanabilmesini saglayacaktir. Bu durumda, golgenin sag tarafinda gorulecek karanlik bir bolge asagi dogru bir egimi ya da bir cukuru; yine golgenin sag tarafinda gorulecek bir aydinlanma ise yukari dogru bir egimi ya da tepeyi isaret edecektir. Bunu goz onunde tutarak, ayna yuzeyinin hayali profilini cikartirsaniz, hangi durumda ne gibi cilalama yontem ve darbelerini kullanacaginiza daha kolay karar verebilirsiniz.

Bunun yani sira, aynanin gercek profilini gozardi etmezseniz, yapacaginiz duzeltmenin ayna yuzeyinde ne gibi bir etkisi olacagini daha rahat kestirebilirsiniz. Bunu su sekilde ornekleyebiliriz:

o Tepe: Aslinda, aynanin geri kalan kismindan daha uzun kuresel yaricaptaki duz bir bolgedir.

o Asagi donmus kenar (TDE = turned down edge): Sadece aynanin en uc kenarlari haric, aslinda yukari dogru az egilimli bir bolgedir.

o Parabol: Ayna kenarlarina dogru daha az egimli olan yumusak kavisli bir dairedir.

EN UYGUN SEKLI BULMAK

Testin herhangi bir asamasinda, bicak-kenarini ileri geri oynattikca, aynanizin yuzeyi de pekcok degisik golge sergileyecektir. Bicak-kenarini aynaya dogru ilerlettiginizde, sanki ayna yuzeyi disari ve size dogru geliyormus gibi gorunecektir. Yuzeyde gordugunuz her golge bicimi ve duzensizlik icin, degisik cilalama yontemleri uygunalanabilir. Golge bicimlerindeki degisiklik bicak-kenarini ileri-geri oynatmanizdan kaynaklandigi icin, aslinda her degisim aynanin degisik bolgelerindeki kuresel yaricaptaki degisimden dolayi olmaktadir. Hedefimiz, duzeltme tekniklerini kullanarak, aynanin her bolgesini tam bir kure bicimine getirmektir.

Duzeltmeyi yapmak icin en iyi sekil, genelde en az calisma gerektirendir. Bircok durumda, duzeltme icin en iyi gorunur sekil, bicak-kenari ortalama odak duzlemindeyken gorulendir. Bu konum, ozellikle aynanin kenarina yakin (yaklasik en dis 1/3’luk bolgesinde) olusan golgeleri dengeleyerek ve deneme/yanilma yontemiyle bulunabilir. Aynanin sol tarafi sag tarafindan daha karanlik gorunuyorsa, kure merkezinden aynaya dogru daha yakinsiniz demektir, ve bu durumda bicak-kenarini biraz kendinize dogru cekmelisiniz. Eger golgenin sag tarafi daha karanlik duruyorsa, bu kez de merkezden daha disari cikmissiniz demektir. Golgenin tekduze gorundugu konuma kadar bicak-kenarini iceriye (aynaya dogru) itmelisiniz.

Herbir golge seklinin ayna yuzeyinde ne gibi duzensizliklere denk geldigini bildiginiz takdirde, yarim saatten az bir surede aynanizi yumusak ve sistematik darbelerle cilalayarak, gerekli olan duzeltmeyi yapabilirsiniz.

AYNANIN GERCEK VE GORUNUR PROFILI ICIN ORNEKLER

Foucault testi kullanarak ayna yuzeyinde olusan golgeleri ve dolayisiyla olasi duzensizlikleri saptarken, size yardimci olmasi icin asagidaki ornek sekilleri kullanabilirsiniz.

--- halen hazirlaniyor ---

ASAGIYA DONUK KENARLARIN TEST EDILMESI

Ayna yuzeyindeki bir tepe ya da cukuru gormeniz, kenarlarin donuk olup olmadigini anlamanizdan daha kolaydir. Disari donuk kenari en iyi gosteren test yontemi aynanin kenarindaki kirilma cemberine (diffraction ring) bakmaktir. Aynanin her iki tarafinda, aynayi cevreleyen ince ve ayni parlaklikta bir cember gorunuyorsa, aynanizin kenarlari asagiya dogru egimli degil, ya da goz ardi edilecek kadar az egimli demektir. Buna karsilik, ornegin sag tarafta cok parlak ve genis bir isik cemberi var, ama sol kenar karanlik ve hic isik yok ise, aynanizin sol kenari asagiya dogru egimli demektir.

Kenarin asagiya dogru biraz donuk olmasi hic te kotu bir sey degildir. Ornegin mukemmel bir parabolun kenarlari her zaman disa dogru egimlidir. Bir paraboldaki kenar donuklugunu gecmeyecek kadar kenari egimli bir kuresel ayna, mukemmel kure seklinde olan bir aynadan daha iyi islev gorur. Disa egilimli kenarin en kotu olani, ince asindirma sirasinda siz farkinda olmadan ortaya cikan ve cilalama asamasina kadar suregelenidir. Ince asindirma sirasinda ayna kenarlari icin cok ozen gosteriyorsaniz, cilalama asamasinda bu tur bir sorunla karsilasmazsiniz.

KURESEL BIR AYNA ICIN DUZELTME YONTEMLERI

Bircok puruzu gidermenin en basit ve genel cozumu, sadece darbe uzunlugu puruzun turune gore biraz degismek suretiyle bir miktar daha cilalama yapmaktir. Asagida ayrintilari verilen duzeltme yontemlerinin hepsi, ilgili sorunu gidermek icin cok uygundur. Ancak, bu yontemler bazen basinizin daha cok agrimasina da neden olabilir! Kucuk bir bolgedeki duzensizligi gidermek icin calisirken, genellikle aynanizin yuzeyi daha da kotulesebilir.

Ayna merkezindeki bir cukuru duzeltmek icin, deforme edilmis alet yontemi genellikle cok etkindir.

Ayna merkezini aletin kenarina surterek asindiran darbeler, merkezdeki bir tepeyi yok eder.

Parmakla kenara baski uygulanmasi, asagiya donmus bir kenari duzeltmek icin cok uygundur.

Duzeltme yontemlerinin hemen hepsinde calisma suresi cok kisa olup, genelde 3 ila 15 dakika arasindadir. Ayna ustte yontemiyle (MOT = mirror on top) duzeltme yapiliyorsa aynanin tam 360 derece kac kez donduruldugu; alet ustte yontemiyle (TOP = tool on top) duzeltme yapiliyorsa cilalama tezgahinin etrafinda tam 360 derece kac kez donuldugu sayilmalidir. Duzeltme suresi kadar bu donuslerin de tam sayi olacak sekilde yapilmasi onemlidir. Diger bir deyisle, 15 dakikayi tamamlasaniz dahi, aynayi sadece 180 derece dondurdukten sonra duzeltme islemini bitirmeyin! Tam bir donus yapmaniz gerekmektedir.

Tepeleri ya da cukurlari duzeltmek icin belki de saatler harcadiktan sonra, elinizde yuzeyi oldukca duzgun ve temiz gorunen tam bir kure seklinde icbukey bir aynaniz olacaktir. Bundan sonraki asama, eger odak orani 9’dan dusukse, yuzeyi parabol sekline getirmek icin gereken ince ayarlari yapmaktir.

AYNANIN TAM BIR KURE HALINE GETIRILMESI ICIN GEREKEN DUZELTME YONTEMLERI

Sorun: Merkezdeki bir cukur
Cozum: Cilalama aletinin ortasini asindirmak

Sorun: Asagiya donuk kenar ya da Merkezdeki bir tepe
Cozum: Cilalama aletinin kenarini asindirmak

Sorun: Merkezdeki bir tepe
Cozum: Cilalama aletinin ortasini yukseltmek

Sorun: Merkezdeki bir tepe
Cozum: Ayna merkezini aletin kenarina surterek cilalamak

Sorun: Asagiya donuk kenar
Cozum: Parmak ile baski uygulamak

Sorun: Hiperbol seklini almis bir yuzey
Cozum: Parmak ile baski uygulamak

--- halen hazirlaniyor ---

AYNANIZI PARABOL SEKLINE GETIRMEK

Aynanizin odak orani (odak uzakliginin ayna capina bolunmesiyle bulunan oran) 9’dan kucuk ise, teleskobunuzla daha iyi bir performans elde etmek icin aynanizin yuzeyini kure biciminden parabol sekline getirmeniz gerekecektir. Aynanizin parabol bicimini almasi icin, merkez kisminin biraz daha fazla cukur (aynanin capina ve odak uzakligina bagli olarak belki de sadece milimetrenin cok kucuk bir kismi kadar), kenarlarinin da biraz daha dik egimli olmasi gerekmektedir.

Bu asamada aynanizi test ederken, uzerine mikrometre yerlestirilmis bir bicak-kenari test aleti kullanmaniz tavsiye edilir. Bu amacla, yukarida verilen Stellafane baglantisinda ornegi gorulen test cihazini yapabilir ya da bir marangoza yaptirtabilirsiniz. Bu cihazda en onemli nokta, bicak-kenari olarak kullanacaginiz kismin (aluminyum profil ya da belki gercek bir bicak kenari!) isik kaynagizin onundeki ince yariga tam olarak paralel durmasidir.

Parabol bicimli bir yuzeyin, yakindaki bir cisme bakildiginda onemli olcude kuresel sapinc gosteren defolu bir sekli vardir. Yakindaki cisim, bicak-kenari testinde oldugu gibi odak uzakliginin iki kati uzakliginda (parabolun merkezinde ise), kuresel sapincin miktari kolayca hesaplanabilir. Hesaplanan bu sapinc miktari teleskop yapiminda “Ayna Duzeltmesi” olarak isimlendirilir. Aynanizda degeri bilinen belli miktardaki bu sapinc varsa, aynanizin yuzeyi mukemmel bir parabol seklindedir, ve teleskobunuzla uzaktaki (tercihan gece gokyuzundeki!) cisimlere baktiginizda hicbir kuresel sapinc gostermez. Ayna yuzeyi “Ayna Duzeltmesi” miktarindan ne kadar uzakta ise, gercek kuresel sapinc o kadar fazla olur ve teleskobunuzun performansini ters yonde etkiler.

BOLGELERIN TEST EDILMESI

Parabol yuzeyli bir aynaya sahip olmak icin yapilan test, aslinda ayna yuzeyindeki uc degisik bolgedeki parabol yaricapindaki farkiliklari, diger bir deyisle kuresel sapinci olcmekten baska birsey degildir. Olcumu yapilacak bolge, aynanin geri kalan yuzeyinden ince bir kartondan yapilabilecek bir maske (Couder maskesi) ile ayrilir.

Bu olcumun yukarida anlatilan kuresel yuzey olcumunden tek farki, bir mikrometre yardimiyla bicak-kenarinin konumunun buyuk bir duyarlilikta saptanmasidir. Saptanan bu konum, aynanin kuresel sapinc miktarlarini verir.

--- halen hazirlaniyor ---

UZUN DARBELERLE PARABOL SEKLINI VERMEK

--- halen hazirlaniyor ---

DEGISIK PROFIL ORNEKLERI

--- halen hazirlaniyor ---

AYNANIZI DERECELENDIRIN!

--- halen hazirlaniyor ---

AYNA DUZELTILMESI

--- halen hazirlaniyor ---

(***) YARARLANILAN KAYNAKLAR