Diễn Đàn Vật Lý | Thư Viện Vật Lý

[COLOR="green"]Hẳn ai trong chúng ta cũng biết đến khái niệm độ phóng đại hữu dụng G=2D, nó đơn giản là một con số cho ta biết giới hạn an toàn cho độ phóng đại,  để hình ảnh thu được đạt chất lượng tốt. Nhưng hầu như ít ai để ý đến gốc rễ của việc này là gì. Vật kính thiên văn có nhiệm vụ thu góp thật nhiều ánh sáng từ vật thể và tạo ra ảnh của vật thể đó, nhưng nó cũng bất lực trước sự thật hiển nhiên - tính chất sóng của ánh sáng. [/COLOR]
 


  Trên lí thuyết thì ta có thể tăng độ phóng đại đến vô hạn nhưng cũng chính trên lí thuyết nói rằng điều này có giới hạn . Ánh sáng theo cảm nhận của đa số mọi người, nó là một tia và truyền thẳng. Khi gặp vật cản thì nó không vượt qua được nữa. Nhưng ánh áng có bản chất sóng hạt, nó gồm các photon cưỡi trên các con sóng và lao đi với tốc độ ánh sáng. Hiện tượng nhiễu xạ là một hệ quả của tính chất sóng ánh sáng.
  Ai bảo là ánh sáng không đi cong được. Khi tia sáng đi qua một mép viền hay qua một khe hẹp rất nhỏ, các tia sáng sẽ bị bẻ trong và đi men theo các đường cong đó. Các bạn hãy làm một thí nghiệm nhỏ sau. Đưa ngón trỏ sát mắt thuận của mình, thật sát vào ( cách độ gần 1 cm) . Đặt ngón trỏ nằm ngang song song với mặt đất. Hướng mắt và ngón tay về một trang vở. Điều tiết mắt bạn để mắt nhìn rõ vở ( lấy nét vở ) . Và giờ hãy nhẹ nhàng cử động ngón trỏ thật chậm và nhỏ. Trong quá trình ngón tay đi lên đi xuống, ta sẽ cảm nhận rõ thấy một hiệu ứng giống như soi qua một kính lúp. Ta sẽ thấy các con chữ trên vở và các dòng kẻ ngang bị biến dạng đi mà không hề có một thấu kính nào. Chính việc ánh sáng đi qua viền mép ngón tay đã làm cho ánh áng bị bẻ cong và tạo ra một hiệu ứng thấu kính. Hãy nhìn vào phần mép của ngón tay.
Quay lại vấn đề vật kính (http://thienvanhanoi.org/cuahang/product/vat-kinh-tieu-sac-d80f900/). Khi xây dựng một sơ đồ kính thiên văn (http://thienvanhanoi.org/cuahang/), người ta đã nghĩ mọi cách để tối ưu hóa công năng của vật kính. Trên lí thuyết, hình ảnh của một điểm sáng thu được sẽ là một chấm sáng hoàn hảo. đó là điều mà bao nhà khoa học mơ ước. Nhưng trên thực tế nó là một đĩa nhiễu xạ.

(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/anh%20hom%20nha%20anh%20chuong%20quay%20phong%20su%20lop%20kinh/airy-disccopy_zpsd755bd22.jpg)


    Ánh sáng trên con đường đi qua hệ thống ống kính, nó sẽ gặp phải vòng chắn sáng, vòng đỡ vật kính, lòng ống kính, focus, vòng chắn của thị kính và ngay của bản thân viền mép của chính vật kính và thị kính (http://thienvanhanoi.org/cuahang/product-category/linh-kien-kinh-thien-van/thi-kinh/) cũng và những vật thể mà tia sáng phải đối đầu. Các tia sáng này tuy không tạo ra ảnh nhưng chúng bị uốn cong do nhiễu xạ nên đã chệch hướng và song hành cũng với các tia tạo ra ảnh. Một điều nữa đó là, bản thân các tia sáng là sóng. Mà sóng thì có tính chất giao thoa. Vật kính hội tụ một chùm rất nhiều sóng ánh sáng và con đường từ vật kính đến tiêu điểm của nó nhỏ dần, lúc này các sóng ánh sáng chen chúc nhau trên con đường nhỏ hẹp và hiện tượng giao thoa, cộng hượng hay triệt tiêu lẫn nhau xảy ra là điều dễ hiểu. Kết quả của những yếu tố trên tạo ra ảnh là một đĩa nhiễu xạ.

(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/anh%20hom%20nha%20anh%20chuong%20quay%20phong%20su%20lop%20kinh/8790_2_4006copy_zps9d319553.jpg)

Đĩa nhiễu xạ bao gồm một đĩa sáng trung tâm ,nơi đó tập trung tới 86% năng lượng bức xạ. Bên ngoài đĩa trung tâm là các vòng tròn đồng tâm với độ sáng mờ dần từ trong ra ngoài. Như vậy, ảnh của một điểm sáng không phải là một điểm sáng như các nhà thiết kế mong đợi. Vật kính đã thất bại trong lỗ lực gom tất cả ánh sáng đi đến thành một điểm.
Một đĩa nhiễu xạ có kích thước góc của nó tùy thuộc vào đường kính vật kính. Góc 1° = 60' = 3600".

(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/41_nhieu_xa_asangcopy_zps243d5d7e.jpg)


                                                 Ở đây ta có công thức

(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/anh%20hom%20nha%20anh%20chuong%20quay%20phong%20su%20lop%20kinh/CodeCogsEqn_zps4c79e665.gif)

Và trong hầu hết trường hợp người ta thường dùng lamda ở đây là bước sóng mắt người nhạy nhất, 0,55µm .


    Công thức này đáng ra phải được ưu ái hơn công thức tính độ phóng đại f1/f2 vì tính chất quan trọng của nó. Và giờ đây, thay vì làm phép tính tính độ phóng đại, các bạn nên sử dụng công thức này để tính được sức mạnh thực sự của chiếc kính. Hãy đi khoe khoang với bạn bè là kính của bạn có độ phân giải đạt 0,5" (giây cung - arcsec) thay vì phát rồ lên khi thấy kính của mình có độ phóng đại 300 lần.


  Một ví dụ cho các bạn dễ hiểu. Trên bầu trời có một hệ gồm 2 ngôi sao cách nhau 1 góc là 1" , đó là sao đôi. Bằng mắt thường thì ta không thể thấy tách biệt 2 ngôi sao được do độ phân giải của mắt người chỉ đạt 1 phút. Nhưng nếu sử dụng một kính thiên văn mà vật kính có đường kính là 13cm thì sao. Lắp vào công thức, ta có thể thấy độ phân giải của kính này là  0.9". Có nghĩa là ta nhìn hệ sao đôi này qua kính sẽ thấy 2 ngôi sao tách biệt bên cạnh nhau, nói chính xác hơn là khoảng cách của 2 ngôi sao trên bầu trời nằm trong giới hạn phân giải của kính thiên văn. Cho nên chúng là 2 chấm sáng chứ không phải là một như khi nhìn bằng mắt thường. Ở mắt người do khoảng cách giữa 2 ngôi sao là quá nhỏ nên ảnh của chúng rơi lên 1 tế bào nhận sáng nên ta chỉ thấy chúng là 1 điểm sáng thôi.  Một ví dụ có tính thực tế hơn: mặt trăng xuất hiện trên bầu trời là một đĩa tròn với kích thước góc là 0.5°. 1° = 60'= 3600". Hãy tưởng tượng vật kính tạo ra ảnh của mặt trăng bằng rất rất nhiều chi tiết nhỏ gộp thành. và khoảng cách giữa các chi tiết này chính là năng lực phân giải của vật kính.


(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/anh%20hom%20nha%20anh%20chuong%20quay%20phong%20su%20lop%20kinh/chatfield-full-moon-feb-2012_zps481a2b84.jpg)
 

Nhìn hình trên, biết kích thước góc của mặt trăng, biết kích thước góc phân giải của vật kính. Ta có thể tính được rằng mặt trăng được cấu thành từ bao nhiêu chi tiết. Giả sử dùng một kính thiên văn D70,  độ phân giải của vật kính này là là 1.6 giây cung thì mặt trăng sẽ có khoảng 600 nghìn chi tiết tạo thành, hay nói cách khác. ta đang xem mặt trăng với độ phân giải 0.6 megapixel. Quá nhỏ à, vậy thay bằng một gương 150cm thì sao, con số này sẽ là khoảng 2,5 megapixel. Không hề nhỏ đâu vì đó chỉ là độ phân giải trong 1 vùng trời rộng 0.5°. Mà kính bạn nhìn được nhiều hơn 0.5 độ rất rất nhiều. Như vậy là đường kính của vật kính càng lớn thì nó cho độ phân giải ảnh càng cao, cho nên việc kéo dãn bức hình để nó lớn hơn sẽ ổn hơn vì  ảnh sẽ không bị vỡ, mờ hay nhòe đi.

   Con số G = 2D quen thuộc khi chúng ta sử dụng nó để ước chừng độ phóng đại mong muốn để qua đó chọn vật kính cho phù hợp.
   Thứ nhất, con số 2D này không phải là một giá trị biên. Điều này không có nghĩa là độ phân giải dưới 2D và trên 2D thì ảnh của khác nhau một trời một vực. Chất lượng ảnh sẽ giảm dần đều khi tăng độ phóng đại và giới hạn 2D chỉ là một mốc để nói lên rằng, chất lượng của ảnh là tốt khi nó dưới mốc này.
Thứ 2, con số độ phóng đại G =2D cũng chỉ là lí thuyết. Tức là người ta đã mặc định chất lượng của hệ quang học là lí tưởng , điều kiện quan sát là lí tưởng khi đưa ra con số này nhưng thực tế thì đâu có vậy, cho nên khi khai thác, các bạn chỉ nên sử dụng 60% con số này để đảm bảo chất lượng ảnh.
   Hiểu và vận dụng được các yếu tố quyết định sức mạnh của một vật kính sẽ giúp các bạn có cái nhìn đúng hơn và không còn bị độ phóng đại làm mờ mắt nữa. Hi vọng bài viết đã giúp các bạn hiểu về việc tạo sao không thể tăng mãi độ phóng đại được, hiểu được bản chất của nó là gì.
  [/B]