تراش آینه و ساخت تلسکوپ آماتوری: قسمت دوم

تراش آینه و ساخت تلسکوپ آماتوری

قسمت دوم: جنس  و ضخامت آینه

در قسمت اول به جنس اولین آینه‌ها که از برنز یا مفرغ بود اشاره کردیم. برنز آلیاژی از مس و قلع است که به طور معمول 12.5 درصد قلع دارد ولی آینه‌های تلسکوپ را از نوعی از این آلیاژ معروف به فلز اسپکولوم (1) (اسپکولوم به معنی آینه طبی) که آلیاژی است که از یک سوم قلع و دو سوم مس است می‌ساختند. از نقاط قوت این آینه‌های فلزی این بود که بعد از پولیش خود به خود شفاف می‌شدند و نیاز به اندود کردن با فلز دیگری مثل نقره نداشتند. از معایب آنها این بود که به زودی در اثر واکنش با اکسیژن و سایر ترکیبات جو کدر می‌شدند و نیاز به پولیش مجدد و مکرر داشتند. از عیبهای عمده دیگر آنها ضریب انبساط گرمایی زیاد (19) آنها بود که سبب تغییر شکل آنها با تغییرات دما می‌شد.کشف نحوه رسوب شیمیایی نقره بر شیشه، شیشه را جایگزین برنز نمود.

شیشه ساده ۸ اینچ با ۲۰ میلیمتر ضخامت

نمایی دیگر از شیشه ۸ اینچ با ۲۰ میلیمتر ضخامت

شیشه معمولی نیز ضریب انبساط خطی نسبتا زیادی(8.5) دارد. به همین منظور شیشه پیرکس برای آینه تلسکوپ، مناسب‌تراست. پیرکس نامی تجاری است و به شیشه‌های بوروسیلیکات اطلاق می‌شود. این شیشه‌ها حاوی 4 درصد عنصر برن هستند و ضریب انبساط حرارتی آنها (3.3) یک سوم شیشه معمولی است. ضمنا سختی بیشتری هم دارند. اکثر ظروف شیشه‌ای آزمایشگاه‌ها و نیز ظروف شیشه‌ای آشپزخانه به دلیل مقاومت و نشکستن در اثر تغییرات سریع دما از این جنس هستند. بسیاری از آینه‌های آماتوری در آمریکا و اکثر آینه‌های تلسکوپ‌های حرفه‌ای از این جنس بوده و نسبتا گران هستند.

“شیشه های نازک و نسبتا سبک” مناسب برای تراش آینه های آماتوری

کوآرتز ذوب شده که از ذوب سیلیس خالص بدست می آید، ضریب انبساط گرمایی بسیار کمتری (0.59) دارد. در ضمن نقطه ذوب و مقاومت حرارتی بیشتری نسبت به سایر شیشه‌ها دارد. جنس عده‌ای از ظروف شیشه‌ای آزمایشگاهی که لازم است دیرگدازتر باشند از کوارتز ذوب شده بوده و فوق‌العاده گران می‌باشد. به علت مشکلات قالب‌ریزی، سایزهای بیشتر از 20 اینچ از این نوع شیشه  را به علت عدم امکان برطرف کردن کامل حبابهای هوا نمی‌توان فراهم کرد.

اخیرا از شیشه‌های سرامیکی و نیز نوع خاصی از سرامیک به نام کوردیریت (2) با فرمول      2MgO-2Al2O3-5SiO2 حتی در ساخت آینه‌های تجاری نیز استفاده می‌شود. این آینه‌ها به آینه‌های با انبساط صفر (3) معروف هستند زیرا انبساط گرمایی بسیار ناچیزی در حد 0.03 دارند.

از آینه‌های فلزی به آلیاژ اینوار (4) نیز اشاره می‌کنیم. این آلیاژ از 36 درصر نیکل و 64 درصد آهن تشکیل شده از معدود آلیاژهای فلزی است که ضریب انبساط گرمایی بسیار پایینی (1.2) دارد.

از آنجایی که شیشه پیرکس در ابعاد و ضخامت مناسب برای آینه تلسکوپ در حال حاضر در ایران یافت نمی‌شود و مهمتر اینکه در صورت یافت شدن قیمت بسیار بالایی دارد. ناچاریم به گزینه‌های دیگر و احتمالا عملی‌ترین گزینه از نظر یک آماتور یعنی شیشه تخت معمولی بسنده کنیم.

شیشه  تخت معمولی به آسانی در دسترس است و به علت ارزانی نسبی و سهولت دسترسی بیشتر از همه توسط آماتورها مورد استفاده واقع می‌شود. به علت ارزانی بعضی از فروشگاه‌های لوازم تلسکوپ در سرتاسر جهان نیز شیشه تخت ساده را جهت تراش آینه تلسکوپ عرضه می‌دارند.

حال که جنس آینه و نوع شیشه ها را مختصرا مرور کردیم، باید به ضخامت شیشه آینه نیز بپردازیم.

ضخامت استاندارد شیشه جهت تراش آینه تلسکوپ به صورت یک ششم قطر آن در نظر گرفته می‌شود.

این ضخامت نسبتا زیاد براساس مطالعه خواص شیشه از نظر خم برداشتن در حین فشار زیاد در هنگام تراش و پولیش و بویژه  آستیگمات شدن آن در مواقعی که شیشه در زیر یا پایین واقع می‌شود، بدست آمده است. حتی چنانچه با تمهیداتی این مشکل را در مرحله تراش و پولیش پشت سر بگذاریم شیشه نازک در محل نصب خود در لانه آینه، بویژه در حالت‌های خاصی از نشانه روی به آسمان خم برمی‌دارد و کانونی کردن دقیق تصویر را تا حدی مختل می‌سازد.

در بسیاری از کشورهای دنیا شیشه با چنین ضخامتی یافت نمیشود. این مشکل فقط محدود به کشور ما نیست شاید در تمامی کشورهای اروپایی و اکثر کشورهای آسیایی چنین شیشه‌ای فروخته نمی‌شود یا در دسترس آماتورها نمی‌باشد.

از معایب دیگر شیشه ضخیم غیر از کمیاب بودن آن، یکی به هزینه گران و دیگری به وزن بسیار سنگین آن اشاره می‌کنیم که هم در مرحله ساخت و هم هنگام استفاده در تلسکوپ محدودیت‌ها و مشکلات زیادی را سبب می‌شود. همچنین شیشه ضخیمتر بسیار دیرتر با محیط هم دما می‌شود.

با توجه به این مطالب چندین سالی است که بحث شیشه‌های سبک و نازک (5) مطرح شده است که ضخامت شیشه  یک دهم تا یک پانزدهم  قطر آن را ممکن و مجاز می‌شمارد. البته با رعایت شرایطی که در جای خود بحث خواهد شد.

وزن زیاد شیشه ناشی از بزرگی اندازه و ضخامت آن حتی اصطلاح آینه‌های فوق سبک (6) و نازک را پیش کشیده که نسبت‌هایی تا حتی یک بیستم قطر آینه را دربرمی‌گیرد. در تراش و پولیش و نصب چنین آینه‌هایی ضمن رعایت احتیاط و نهایت دقت باید از روش و طراحی خاصی استفاده کرد تا زحمات منجر به نتیجه قابل قبول شود. چه بسا آینه‌های عالی یا خوبی که با نصب نامناسب کارآیی چندانی ندارند.

شاید بد نباشد اشاره کنیم که این آینه‌های فوق‌العاده نازک و سبک بیشتر در مورد شیشه‌های پیرکس کاربرد دارد زیرا جنس بسیار سخت‌تر و مقاومتری نسبت به شیشه معمولی دارند، وهنگام تراش کمتر دچار مشکل می‌شوند. سختی بیشتر پیرکس، در مرحله تراش نیاز به  فشار و نیروی یبیشتری را ایجاب می نماید و پیشرفت کار تراش کمی کندتر خواهد بود.

با این حال ارزانی نسبی، سبکی، سهولت برش، در دسترس بودن و سرعت هم دمایی آینه با محیط در هنگام رصد، سبب استفاده روزافزونتر از شیشه‌های نازک و نازکتر شده است.

“شیشه‌های نازک و نسبتا سبک” مناسب برای تراش آینه‌های آماتوری: توصیه می‌شود ابتدا از شیشه‌های کوچکتر شروع کنیم و بعد از کسب تجربه اقدام به تراش آینه‌های بزرگتر کنیم.

شیشه ساده ۸ اینچ با ۲۰ میلیمتر ضخامت

نمایی دیگر از شیشه ۸ اینچ با ۲۰ میلیمتر ضخامت

تهیه کننده: محمود یونسیان

محمود یونسیان متولد سال۱۳۴۲ هستم از نوجوانی و شروع دبیرستان به انجام  آزمایش‌های شیمیایی علاقمند شدم. از همان زمان به رسوب شیمیایی نقره بر شیشه و ساخت آینه مقعر برای تلسکوپ مجذوب شدم ولی به علت عدم علم کافی و نبود امکانات عملی نشد.

در حوالی سال ۷۲ با استفاده از لنز یک عینک و با کمک چشمی, یک دوربین کوچک سرهم کردم که به طور ظریف چاله‌های ماه را نشان می‌داد. سپس در آن سالها به کارگاه‌های محلی، تراش عدسی به ابعاد تا ۱۰ الی ۱۵ سانتیمتر  و فاصله کانونی ۳۰ الی ۱۰۰ سانتیمتر از شیشه معمولی را سفارش می‌دادم و نیز یک لنز آکرومات ۸۰ میلیمتری خریداری و با آنها دوربین‌های کوچکی ساختم. در سال ۷۷ با آینه مقعر ریش‌تراشی تلسکوپ کوچکی ساختم ولی هنگام مشاهده ماه، تصویر چندگانه‌ای از ماه مشاهده می‌شد.

حوالی سال۸۷ با کمک یکی از دوستان اولین تراش یک آینه ۶ اینچ را شروع کردم ولی به علت عدم علم و تجربه کافی نتیجه‌بخش نبود. بنابراین ابتدا با جستجو در سایت‌های اینترنتی و سپس جستجوی کتابهای مربوطه کم کم پیشرفت‌های زیادی در تراش و پولیش و نیز سهموی کردن بدست آوردم. قبل از تکمیل اولین آینه و در اواخر سال ۹۰ به علت بیماری شدید کلیوی و دیالیز فعالیت‌های عملی متوقف شد ولی به مطالعه بیشتر ادامه دادم. در اویل سال ۹۱ با راه‌اندازی یک وبلاگ به آدرس mirrorandtelescope.blogfa.com مطالبی را بطور منظم در مورد تراش و پولیش آینه منتشر نمودم. در سال ۹۳ بعد از پیوند کلیه و بهبودی، اولین آینه ۸ اینچ را با موفقیت قابل قبول سهموی کردم. بعد از کوتینگ آینه بقیه قطعات لازم را خریداری و تعدادی را شخصا ساختم و با سفارش ساخت پایه دابسونی تلسکوپ نسبتا خوبی تکمیل نمودم که ماه و سایر اجرام و کمربندهای استوایی مشتری و حلقه زحل را با آن رصد می‌کردم.

در سالهای بعد همچنان با مطالعه کتابهای دیگر و تجربه‌های بیشتر چندین آینه از ۵ تا ۱۴ اینچ جمعا حدود ۱۵ آینه کروی و سهموی تراش و صیقل دادم.

در سال ۹۷ نیز کانال تراش آینه و ساخت تلسکوپ @telescopemirrormaking را راه‌اندازی کردم.

زیرنویس‌ها:

(1) Speculum metal

(2) Cordierite

(3) Zero expansion ceramic mirrors

(4) Invar-با فرمول FeNi36 یا64FeNi

(5) Light_weight mirrors

(6) Ultra thin light_weight mirrors