הטלסקופ

כיצד הומצא הטלסקופ הראשון?

כמו המצאות רבות גם הטלסקופ הומצא על בסיס נסיון של אומנים ולא על בסיס תיאוריה מדעית. מלטשי העדשות, אשר הכירו את תכונות המשקפיים השתמשו בהן כבזכוכית מגדלת. קרוב לוודאי שהטלסקופ הומצא לאחר שאחד מלוטשי העדשות, בהכירו את תכונות העדשות, חשב על דרך להשתמש בהן לראות למרחוק בהגדלה והגיע כך לרעיון להשתמש בשתי עדשות.

היה זה בהולנד בשנת 1608, שלושה אנשים שונים - הנס ליפרהי (Lipperhey), זאכאריאס יאנסן (Jansen), יאמס מטיוס (Matius) טוענים לכתר ה "ממציא הראשון" . כל אחד מהם היה מומחה בליטוש עדשות. ואכן, היה צורך במומחיות רבה כדי ליצור עדשות חזקות במיוחד. הטלסקופ של ליפרהי היה ככל הנראה המפותח ביותר.

יכולת ההגדלה הזויתית של הטלסקופים הראשונים אשר פותחו בהולנד היתה פי 10-4. אך הגדלה קטנה יחסית למכשור האופטי הקיים כיום. היה זה חידוש מדהים, האנשים התלהבו והטלסקופ היה ל"צעצוע" פופולארי באירופה, אך טרם השתמשו בו לצרכים מדעיים.

בחודש יוני בשנת 1609 נודע לגלילאו על המכשיר החדש ומבנהו. במהרה החל בבניית טלסקופ משלו, גלילאו החל להרכיב עדשות בצורות שונות ובמרחקים שונים. הוא קיווה שיצליח להרכיב טלסקופ אשר יוכל להגדיל ולתת מראה מדוייק טוב יותר מהטלסקופים הקיימים אשר הובאו מהולנד. לאחר חודש ימים מצליח גלילאו ליצור את הטלסקופ האסטרונומי הראשון.

כיצד גורם הטלסקופ להגדלה?

מבנה הטלסקופ

הטלסקופ מורכב מכמה חלקים:

גליל חלול אשר בשני קצוותיו קבועות עדשות.
עדשת העין (עינית) שאליה מצמידים את העין המסתכלת.
עדשת עצם (עצמית) המרוחקת מהעין.

עדשות הטלסקופ

ההגדלה באמצעות הטלסקופ מתבססת על העובדה שעדשות מרכזות ומפזרות אור המגיע אליהן. עדשה קמורה מרכזת קרני אור ועדשה קעורה מפזרת קרני אור.

בטלסקופ של גלילאו עדשת העצם היא עדשה קמורה

ועדשת העין היא עדשה קעורה. בטלסקופים מודרנים משתמשים בשתי עדשות קמורות.

העדשות והעצם המוגדל

אור היוצא מעצם א העומד במרחק מול עדשה קמורה יוצר דמות זהה, אך שונה בגודלה והפוכה בכיוונה בצדה השני של העדשה.

דמות זו מכונה דמות ממשית מפני שקרני האור נמצאות באופן ממשי במקום שבו אנו רואים את הדמות, וניתן להבחין בה בעזרת מסך או בדרך אחרת, גם אם אנו לא מסתכלים דרך העדשה.

אם נסתכל דרך עדשה קעורה או דרך עדשה קמורה על עצם הקרוב לעדשה, דמותו של העצם תראה באותו צד של העדשה בה נמצא העצם. דמות זו מכונה דמות מדומה מפני שהיא נצפית רק על ידי המסתכל דרך העדשה. אם נשים באותו מקום מסך לא נראה דבר מפני שבמקום בו אנו רואים את הדמות לא נמצאות קרני אור.

אם נעמיד את העצם במרחקים מסוימים הקרובים לעדשה תראה הדמות גדולה פי כמה מהעצם.

הטלסקופ משתמש בשתי תכונות אלו על מנת להגדיל עצמים הנמצאים במרחק מאיתנו.
עדשת העצם יוצרת דמות ממשית קרוב לעדשת העין. כאשר מסתכלים על דמות ממשית זו דרך עדשת העין מופיעה דמות מדומה ומוגדלת. בכדי לראות דמות חדה יש לכוון את המרחק בין העדשות, כך שהדמות הממשית תהיה במרחק מתאים מעדשת העין.
אנו משתמשים בעדשת העצם על-מנת לקרב אלינו את העצמים הרחוקים, לדוגמא: הכוכבים. ובעדשת העין על מנת להגדיל את הדמות הקטנה המתקבלת באמצעות עדשת העצם.

השפעת הטלסקופ על המדע

בתהליך בנית הטלסקופ גלילאו לא חשב על שימושים מדעיים במכשיר, היכולות הטכנולוגיות נראו לגלילאו חשובות מספיק. רק מספר חודשים לאחר שהיה בידו המכשיר חשב גלילאו שכדאי לצפות דרכו על השמים.

גלילאו הבין שבידיו כלי חדש רב עוצמה אשר מאפשר לראות וגם לסלול את דרכו אל עבר המשרה החדשה בחצר הטוקסנית. גלילאו לא היה ראשון שהשתמש בטלסקופ על מנת לצפות לשמים, אך היה הראשון שעשה זאת באופן שיטתי.
התצפית השיטתית הראשונה שלו היתה לעבר הכוכב הקרוב ביותר לכדור הארץ - הירח. הוא ניסה למפות את הירח וללמוד על פי צורתו על הרכבו.

באותה תקופה שלטה בקרב המדענים התאוריה הגיאוצנטרית תאוריה זו העמידה את כדור הארץ במצב קבוע במרכז העולם. התאוריה התבססה על הפיזיקה האריסטוטלית שלפיה העולם העל ירחי, כלומר מהירח והלאה מורכב מחומר אחיד וטהור המכונה - אתר. כל העצמים השמימיים עשוים מאתר זה וכולם כדורים חלקים אשר נעים בתנועות עגולות.

גלילאו צפה בירח על מנת לבדוק תאוריה זו, וראה שהירח איננו כדור חלק אלא יש עליו כתמי אור וצל אותם הסביר כהרים עמקים וגאיות על פני הירח. כלומר הוא גילה שהירח דומה במבנהו לכדור הארץ. גלילאו תיאר כיצד נראה הירח דרך הטלסקופ בספרו שליח הכוכבים.

מסקנותיו של גלילאו לגבי קיומם של הרים וגאיות על פני הירח לא היו מקובלות על הכל. אסטרונומים אחרים אשר צפו על הירח בעזרת טלסקופ ראו את אותם כתמים על הירח, אך טענו כי אין אלו הרים או עמקים אלא פשוט כתמי צבע על כדור הירח. מהסתכלות בלבד על הירח קשה היה לקבוע בודאות אם הוא חלק או מחורץ הרים וגיאיות.

גלילאו הצביע על שינויים באור וצל על הירח, אותם הוא הסביר כנובעים מצל שההרים מטילים על העמקים. חשוב לזכור שבתקופה המדוברת לא הייתה זו מסקנה פשוטה ומידית, עצם העובדה שגלילאו ציפה למצוא על הירח הרים וגאיות סייעה לו לראות אותם באמצעות הטלסקופ שלו.
היום בעזרת מכשור מתקדם אנו יודעים בוודאות כי גלילאו צדק בהנחתו כי על הירח מצויים הרים ועמקים. תגלית זו שימשה את גלילאו בהפרכת הפיזיקה האריסטוטלית על מבנה השמים, תאור הירח היה חשוב להוכחת טענתו של גלילאו כי כוכבי הלכת דומים בטבעם לכדור הארץ וכי כדור הארץ הינו כוכב לכת נוסף.

שתי תגליות חשובות נוספות גילה גלילאו בעזרת הטלסקופ: באחת מתצפיותיו הראשונות בטלסקופ ב - 7 בינואר 1610 הוא גילה באמצעות הטלסקופ את ירחי צדק. את ממצאיו על פני הירח וירחי צדק פרסם גלילאו בשנת 1610 בספרו שליח הכוכבים.
תגלית חשובה נוספת שגילה גלילאו בעזרת הטלסקופ נעשתה כשנתים אחר כך ועסקה בגילויי כתמים על גבי השמש

אחת מהטענות אשר הועלו על ידי אנשי התאוריה הגיאוצנטרית כנגד התאוריה ההליוצנטרית טוענת - כי לפי התאוריה כל כוכבי הלכת חגים לבדם סביב השמש ורק כדור הארץ נע יחד עם ירח וכי לאף כוכב לכת אין ירח. ומכך הסיקו שכדור הארץ שיש לו ירח אינו כוכב לכת טענה זו הופרכה לאחר שגלילאו גילה את ירחי צדק. ירחים אלה הינם הוכחה לכך שהטענה כי לכוכבי לכת אין ירחים אינה נכונה, כך שאין יחוד בכך שכדור הארץ מסתובב סביב השמש בעוד הירח חג סביבו שהרי מצב דומה קיים לגבי כוכב צדק.

מדוע התעניין גלילאו בטלסקופ וכיצד השתמש בו?

היכולת לראות דברים רחוקים כאילו הם קרובים קסמה לאנשים רבים. ממשלות שונות הבינו שניתן לעשות בו שמוש לצרכים צבאיים. יכולת ראית האויב בטרם הגיעו, תהווה יתרון לכל צבא. היכולת לראות למרחוק, תעזור גם ליורדי ים ולאנשי הנמלים באיתור ספינות מתקרבות. הטלסקופ או המשקפת הפכו לציוד הכרחי בספינות ובציוד צבאי.

ההתלהבות הראשונית מהטלסקופ, לא היתה קשורה כלל להתבוננות בשמים, אלא ליכולת לראות דברים קרובים על הארץ. הידיעות בדבר הטלסקופ ההולנדי נודעו לגלילאו כאשר שימש כפרופסור באוניברסיטה של פדובה, אשר היתה חלק מהרפובליקה של ונציה. מועצת המדינה פנתה אל גלילאו, עודדה אותו ותמכה בו על מנת שיחקור ויפתח טלסקופ בעצמו. במכתבו לגיסו ממחיש את התלהבותו והתלהבות הונציאנים. מההמצאה ההולנדית החדשה, גלילאו קיווה להשיג העלאה ניכרת במשכורתו באוניברסיטה שהיתה שיכת לרפובליקה הוונצאנית, בעקבות שכלול הטלסקופ אולם תקוות אלו נתבדו. בעקבות חוסר הסכמה כספית, עזב גלילאו את ונציה שנה מאוחר יותר לטובת תפקיד הפילוסוף והמתמטיקאי של החצר הטוסקנית, משרה אשר פטרה אותו מחובות ההוראה.

מכתב גליליאו לגיסו ממחיש את התלהבותו והתלהבות הונציאנים מההמצאה ההולנדית החדשה.

" כאשר נודע בונציה שבניתי טלסקופ, עברו ששה ימים עד שנקריתי על ידי מועצת המדינה, לה ולסנאט הייתי צריך להציג אותו, להשתאותם המלאה של כולם; אדונים וחברי סנט רבים, למרות גילם, טפסו יותר מפעם אחת במדרגות המגדל הגבוה בונציה לצפות במפרשים וספינות כה רחוקים, כך שכאשר שטות במלוא המפרש אל הנמל [כלומר במלא המהירות] נדרשו שעתים ויותר לפני שניתן היה לראות אותם ללא הטלסקופ שלי. כי למעשה פעולת מכשיר זה היא הצגת עצם הנמצא לדוגמא במרחק 15 מילים כאילו הוא במרחק חמישה בלבד."

בשנת 1616 האינקויזיציה הכניסה את תורתו של קופרניקוס לרשימת הספרים האסורים, והגדירה אותה כדברי שטות, גיחוך וכפירה בעיקר. לגלילאו נתנה האפשרות לחקור ולפתח את התורה כהשערה אך לא מעבר לכך. הציבור ככלל, החל מהעם הפשוט, אנשי האצולה וכלה באנשי הכנסיה, לא נטו לקבל את הממצאים החדשים אשר גלילאו הציג ואשר התבססו על תורתו של קופרנירקוס. בשנת 1623 בעקבות עליתו של בארבריני אל כס האפיפיורות, מחליט גלילאו לאחר הפסקה רבת שנים לחדש את מחקריו בתחום האסטרונומיה.

האם הטלסקופ הינו מכשיר אמין?

הצלחתו של הטלסקופ אמנם היתה רבה, אך חלק מהפיזקאים של התקופה טענו כי אין לראות בו מכשיר אמין בכדי ללמוד על העולם. לטענתם לא ניתן להסתמך על אמצעים מלאכותיים, בבואנו ללמוד על הטבע. בראשית המאה השבע עשרה עדין לא השתמשו באף מכשיר עקיף להכרת העולם. הטענות נגד הטלסקופ התמקדו בשאלה - האם מה שרואים דרכו קיים באמת בטבע? או שהוא נוצר על ידי מכשיר הראיה. לדוגמה - אם נסתכל דרך זכוכית אדומה העולם יראה לנו אדום. לכן ייתכן אולי שדרך הטלסקופ נראים כתמים שלא קימים על השמש והרים לא מציאותיים בירח.
המשתמשים בטלסקופ הצביעו על כך שכאשר משתמשים במכשיר לראיית אתרים על פני כדור הארץ, הוא אינו מעוות את התמונה. הספינות נראות בו זהות לצורותן כאשר מתקרבים אליהם. כמו כן השינויי והמחזוריות בתצפיות השמימיות מצביעות גם הן על כך שאינן נובעות מהמכשיר. אם הן היו נובעות מהמכשיר היו צריכים לראות אותם כל פעם באותו מקום. השמוש בטלסקופ ובמכשירים אופטיים ואחרים הלך והתרחב והחוקרים החלו להשתמש בעוד ועוד מכשירים בכדי לצפות בעולם. על מנת לבדוק את מהימנותו של המכשור נערכות בדיקות ארוכות ומורכבות טרם שימושו ככלי מחקר. כל פעם עלינו לשאול האם התופעות בהן אנו צופים קימות בעולם או רק במכשיר המדידה שלנו.

הטלסקופ אינו מסוגל להוכיח את נכונות התאוריה הגיאוצנטרית אך הוא מאפשר הוספת טעונים בעד קבלת התאוריה. חשיבותו הגדולה של הטלסקופ היא בהתפתחות האסטרונומיה בגילוי כוכבי שבת וכוכבי לכת נוספים. בעזרת טלסקופים למדו על מסלולים יותר ויותר מדויקים של כוכבים מסלולים הנמדדים בעזרת טלסקופ הטלסקופ מסייע להכיר תכונות של כוכבים קיומם של כוכבים כפולים נובות וגלקסיות רחוקות. הטלסקופ הוא למעשה המכשיר המרכזי לחקר החלל.

הטלסקופ המחזיר

הטלסקופ המחזיר בנוי ממראה קעורה (עצמית) ועדשה קמורה (עינית). המראה הקעורה שבטלסקופ זה מחליפה את עדשת העצם הקמורה שבטלסקופ בעל שתי העדשות. המראה הקעורה, כמו העדשה הקמורה, מרכזת קרני אור המגיעות אליה מרחוק.

הטלסקופ המחזיר הוכנס לשמוש על ידי ניוטון במחצית השניה של המאה השבע עשרה. באמצעות המראה עקף ניוטון בעיה מרכזית של עדשת העצם, והיא ההתנהגות השונה של קרני אור בצבעים שונים, קרנים אילו מוסטות באופן שונה על ידי העדשה המרכזת, כך שלא ניתן למקד את הקרנים כולן לאותה נקודה. בעיה זו אינה עולה כלל במראה, הפועלת באופן זהה על קרני אור בצבעים שונים.
לטלסקופ המראה יתרונות נוספים הנובעים בעיקר מגודלה של המראה, המאפשר הגדלה טובה יותר משל עדשה. קל יותר לבנות מראה גדולה מאשר עדשה גדולה. בנוסף מאפשרת המראה לקלוט אור בלתי נראה שלעיתים נבלע על ידי עדשות. רוב הטלסקופים האסטרונומים הנמצאים היום בשמוש, כמו טלסקופ החלל "האבל" מתבססים על מראה קעורה.