Mercekler ve Aynalar

Ayna, insanın kendisini görmesi için kullandığı cam veya maden levhadır.
Mercek ise içinden geçen paralel ışınları birbirine yaklaştıran ya da
uzaklaştıran saydam bir cisimdir. İnsan gözünün görmesini göz merceği
sağlar. Görme bozukluğunu gidermek için merceklerden oluşan gözlük
takılır. Fotoğraf makinesi ve büyüteç de, mercekle çalışan araçlardır.
Mikrokskop, teleskop ve diğer birçok ölçme araçlarında mercekler ve
aynalar bulunmaktadır. Bir aynanın önünde durup bakarsanız, yüzünüzü
görebilirsiniz. Aynanın durumunu değiştirince, başka cisimleri de
görebilirsiniz. Aynada, önündeki cismin bir görüntüsü oluşur.

Mercek ve aynalar, görüntü eldesi için kullanılırlar. Normal bir düz
aynada, öndeki cismin görüntüsü, cisimle aynı büyüklükte ve
doğrultudadır; fakat sağı ve solu yer değiştirmiştir. Sol el, görüntünün
sağ tarafında görünür. Aynalar ve merceklerle daha büyük yada daha
küçük görüntüler de elde edilebilir. Mercek, bir ya da iki yüzü çukur
veya tümsek olan, cam veya plastikten yapılmış bir araçtır. Saydamdır,
yani ışığı geçirir. Fakat içinden geçen ışığın gidişini saptırır. Bu
sapmaya ışığın kırılması denir.

Ayna ise ışığın geçemediği, parlak bir cisimdir. Yüzleri düz veya eğri
olabilir. Camın bir tarafını gümüş veya başka metalle kaplayarak
yapılır. Ayna, üzerine gelen ışığı, geldiği tarafa geri gönderir. Bu
olaya da ışığın yansıması denir. Mercekler ve aynalarla ilgili
çalışmalara geometrik optik denir. Optik, ışık bilgisi demektir.
Geometri ise, şekiller ve doğrultuları inceleyen bilimdir.farklı şekilli
mercekler ve aynalar, ışığın gidişini çeşitli şekillerde değiştirirler.
Bunlar geometrik optik kurallarıyla belirlenmiştir.

Işık, bir enerji türüdür. Kitabın sayfasından göze gelen ışık, göze
enerji taşımaktadır. Fakat ayna ve merceklerin çalışmasını açıklamak
için ışığın ne olduğunu açıklamaya gerek yoktur. Işığın ne olduğu
öğrenilmeden çok önce ışığın hareket şekli incelenmiş ve anlaşılmıştı.

Işık, cam, su ve hava gibi maddelerden geçebilir. Bu maddelere ortam
denir. Boşluk da bir ortamdır ve ışık ondan da geçebilir. Işığın
hareketi, ışınlardan yola çıkılarak daha kolay incelenebilir. Işık
ışını, ışığın çok ince bir parçasıdır
Bir ortamda yol alan bir ışın doğrusal olarak gider. Fakat başka bir
ortama geçince, doğrultusu değişir. Bir ayna veya merceğe çarpınca da
aynı şey olur. Bunlara gelirken ve çıktıktan sonra ışık doğrusal
yayılır. Fakat içinde, kırılmalar nedeniyle sapmalar olur.

Düz bir çizgi çizin. Bunu bir aynanın düz yüzü varsayın. Sonra bu yüzeye
gelen, doğrusal bir ışın çizin. Bu ışın, aynaya herhangi bir noktada
çarpsın. Aynı noktaya gelen, fakat aynaya dik bir ışın daha çizin. Buna
dik çizgi veya normal denir.
Önce çizilen herhangi ışın, normalle bir açı yapar ve bu açıya gelme
açısı adı verilir. Yansıyan ışın da, normalle bir açı yapar. Buna
yansıma açısı denir.Yansıma yasasına göre, gelme açısıyla yansıma açısı
birbirine eşittir. Böylece, yansıyan ışın, gelen ışının normalle yaptığı
açının aynını yapacak şekilde, normalin diğer tarafına çizilebilir.
Gelme açısı sıfır derece ise, gelen ışınla yansıyan ışın üstüste
çakışır.Gelme açısı doksan dereceye yakınsa, yansıyan ışın da ayna
yüzüne değerek gider.Bu olay, bir bilardo topunun masanın kenarına
çarpıp, aynı açıyla diğer tarafa gitmesine benzer.Aynanın önüne bir
cisim koyduğumuzu düşünelim. Cismin her noktasından geçerek gelen
ışınlar aynaya çarpar. Her ışın, yansıma kuralına uyar. Yansıyan
ışınlar, normalin diğer tarafına doğru yol alırlar. Aynanın arkasındaki
bir noktadan ışınlar çıkıyormuş gibi görünür. Cisim oradaymış gibi olur.
Bu şekilde, aynanın arkasında oluşan görüntüye gerçek olmayan görüntü
denir.

Düz aynada,cisimle görüntü aynı boydadır. Ayna arkasındaki görüntünün ve
öndeki cismin, aynaya uzaklıkları eşittir.
Bütün cisimler, üzerlerine gelen ışığın bir kısmını yansıtırlar. Böyle
olmasaydı, onları göremezdik. Fakat neden her cisimde aynadaki gibi
görüntüler görmeyiz? Ayna yüzeyinin özelliği nedir?Aynalarda görüntü
oluşmasının nedeni arka yüzlerinin çok parlak olmasıdır. Yüzey pürüzlü
olursa, yansıyan ışınlar birçok doğrultulara dağılır, bu yüzden bir
görüntü oluşamaz. Dışbükey (konveks) aynadaki görüntü de, düz aynadakine
benzer. Yüzeyi düz değildir ve dışa doğru çıkıntılıdır.bir topun yüzeyi
veya fincanın dış tarafı da dışbükeydir. Dışbükey aynanın yüzeyi
küreseldir ve kürenin bir kısmı şeklindedir. Büyük mağazalardaki ve
otomobillerdeki aynalar genellikle dışbükeydir. Dışbükey aynada cismin
görüntüsü, cisimden daha küçüktür. Ayrıca görüntünün biçimi de
bozulmuştur.Dışbükey aynalarda yalnız görüntünün büyüklüğü değişmez.
Görüntünün aynaya uzaklığı, cismin aynaya uzaklığından daha azdır.
Otomobillerdeki geriyi görme aynalarında arkadan gelen otomobiller daha
yakında gibi görülür. Gerçek uzaklıklarını anlamak için dönüp bakmak
gerekir.Dışşbükey aynanın küçük bir yüzeyini düzlem ayna gibi
düşünebiliriz. Aynı şekilde, yeryüzündeki küçük bir yüzeyi de düz olarak
görürüz. Böylece, her ışın, düz yüzeyden yansıyor gibi düşünülebilir.

Dışbükey aynanın merkezinden ve tepesinden geçen normal doğruya aynanın
ekseni denir. Eksen üzerindeki cisimlerin görüntüsü yine eksen üzerinde
oluşur.

Çorba kaşığının arkasıda dışbükey aynadır. Kaşığın iç çukur tarafı ise,
içbükey (konkav) bir yüzeydir. Dışbükey aynalar, küçük görüntü
verdikleri halde, içbükey aynalardaki görüntü, cisim tarafındadır ve
cisimden daha büyüktür. Traş aynaları iç bükey ayna şeklindedir.

Eğlence parklarındaki güldüren aynaların yüzeyleri dalgalıdır. Bazı
kısımları dışbükey, bazı kısımları ise içbükey aynadır. Bu yüzden,
bakınca, bazı kısımlarımızı büyük, bazılarını ise küçük görürüz. Cisim
uzakta ise, içbükey aynalarda değişik bir görüntü oluşur.bir traş
aynasından yeteri kadar uzakta durursanız kendinizi daha küçük
görürsünüz. Aynı zamanda görüntü baş aşağıdır ve aynanın arkasında
değil, önündedir.
Bu çeşit görüntüye gerçek görüntü denir. Görüntünün bulunduğu yerden
gerçek ışınlar geçer. İçbükey aynaların çok yakınındaki cisimlerin
görüntüsü ise, dışbükey aynalardaki gibi gerçek olmayan görüntüdür.Çok
büyük astronomi teleskoplarında yansıtıcı (reflektör) denilen içbükey
aynalar vardır. Kalifornia’daki Palomar dağındaki yansıtıcının çapı 508
santimetredir. Yıldızların görüntülerini elde etmekte kullanılır.
Yıldızların görüntülerinin resmi de çekilebilir.Aynalardan başka,
merceklerle de görüntü elde edilebilir. Mercekler cam disklerden kesilir
ve sonra yüzeyleri parlatılır. Işık, mercekten geçince, doğrultusu
değişir. Bu olayı anlamak için, ışığın su ve camda nasıl yol aldığını
bilmek gerekir. Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın doğrultusu
değişir. Buna kırılma denir.Hava ve cam gibi, farklı iki ortamın
sınırını belirtmek amacıyla düz bir çizgi çizin. Sonra havadan bir ışın
geldiğini gösterin. Cama çarptığı yerdeki yüzeyin normalini çizin. Işık,
cam içinde yolunu değiştirecek ve kırılmış ışık olacaktır. Kırılmış
ışının, normalle yaptığı açıya kırılma açısı adı verilir. Bu açı,
normalin diğer tarafındadır.Kırılma kuralına göre kırılma açısı, gelme
açısından daha küçüktür. Yani, ışık, norrmale doğru yaklaşır. Eğer açı,
yüzeye teğet olarak gelirse, yani dik açılı ise düz olarak yoluna devam
devam eder.Şimdi de camdan gelen herhangi bir ışın çizin. Bu ışın
kırılacak ve havaya çıkacaktır. Havadaki kırılma açısı, camdakinden
farklıdır. Kırılma kuralına göre, kırılma açısı, gelme açısından daha
büyüktür. Işık, normalden uzaklaşır şekilde yol alır.Bu iki durum
birbirinin benzeridir. Havadaki açı, camdaki açıdan her zaman daha
büyüktür. Cam, havadan daha yoğun bir maddedir. Yoğun olan ortamda, açı
daha küçüktür. Bu durum diğer ortamlar içinde böyledir. Işık, hava ile
su arasında kırılıyorsa, sudaki açı daha küçüktür, çünkü su, havadan
daha yoğundur.Işık, havadan, daha yoğun bir ortama geçerse, o ortamın
yoğunluğuna bağlı olarak kırılır. Ortamın yoğunluğu fazlaysa, kırılma
açısı küçük olur; yani ışık daha fazla bükülür. Bu bükülme miktarı,
kırılma indisi denilen bir sayıyla gösterilir. Yoğunluğu fazla olan
ortamın kırılma indisi de büyüktür.Aynalarda olduğu gibi, mercekler de
ışığın doğrultusunu değiştirmek için kullanılır. Bir cisimden gelen
ışınlar, mercekten geçtikten sonra, başka bir noktada kesişirler ve
sanki oradan çıkıyor gibi olurlar.Yeni noktada bir görüntü oluşur.
Büyüteçler, iki tarafı da dışbükey olan merceklerdir. Bunları
kullanarak, Güneş ışınlarını bir noktada toplayabilirsiniz. Böylece
Güneşin bir görüntüsünü elde edebilirsiniz. Aynı şekilde pencerenin
görüntüsü de görülebilir.Bir büyüteçle, kolunuzu uzatıp tutarak
cisimlere bakın. Cisimlerden gelen ışınlar, mercekle gözünüz arasında
bir bir yerde birleşir ve ışık bu noktadan yeniden gözünüze gelir.
Cisimlerin gerçek görüntülerini görürsünüz. Fakat bu görüntüler başaşağı
durumdadır.Küçük gök dürbünleri, normal dürbünler ve bir çok astronomi
dürbününde, cisimlerin gerçek görüntülerini elde etmede dışbükey
mercekler kullanılır. Bunlara ince kenarlı mercekler adı verilir.
Cisimler ince kenarlı merceğe yaklaştıkça, görüntüleri, mercekten daha
uzakta oluşur. Fakat cisim, merceğe çok yakınsa, gerçek bir görüntü
oluşmaz. Cisimle aynı tarafta, gerçek olmayan bir görüntü oluşur. Küçük
bir böceğe, büyeteci yaklaştırarak bakınca, böceğin gerçek olmayan bir
görüntüsü görülür.

Büyüteçteki merceğin iki yüzü de dışbükey değildir. Biri dışbükey diğeri
düzdür. Bu tip merceğe düzlem-dışbükey mercek denir. Bir yüzü dışbükey
diğeri çukur da olabilir. Bunlar ışınların daha az dağılmasını
sağlarlar.Ortası, kenarlarından daha ince olan mercekler, büyüteç olarak
kullanılamaz. Cisimlerin görüntüleri gerçek değildir ve cisimden daha
küçüktür. Bunlarla gerçek görüntü elde edilemez. Gözlüklerdeki
mercekler daha çok bu türdendir.
Bir cismin veya görüntüsünün fotoğrafını çekebilirsiniz. Fotoğraf
makinesinin merceği iki tarafı dışbükey ince kenarlı mercektir. Film
üzerinde gerçek görüntü oluşturur.
İnsan gözündeki mercek de ince kenarlıdır. Gözün ağtabaka denilen arka
kısmında, gerçek görüntü oluşturur. Ağtabakada renkli ışıklar ve
görüntüler elektrik sinyallerine dönüşür ve beyine gider.Yapay
merceklerin şekli değişemediği halde, göz merceği, yüzeylerini
değiştirebilir. Eğriliği çok fazlalaşınca, yakındaki cisimleri görür.
Eğriliği az olunca, uzaktaki cisimleri görür.Fotağraf makinesinin
merceğinin belirli bir şekli vardır. Farklı uzaklıktaki cisimlerin
görüntüsünü, film üzerine düşürebilmek için, mercek hareket
ettirilir.Merceklerin ve aynaların da yapım kusurları olabilir.
Yüzeylerinin eğriliği değişkense, bulanık görüntülerin oluşmasına yol
açarlar. Bir noktadan gelen ışınlar, bir noktada birleşmez, farklı
yerlerde birleşirler. Buna küresel sapma adı verilir. Bunu önlemek için,
merceklerin yüzeyi tam küresel yapılmaz.Renk sapması nedeniyle de
bulanık görüntü oluşabilir. Çünkü merceğin yapıldığı cam, farklı renkli
ışıkları, farklı miktarlarda kırar. Bu yüzden cisimlerin görüntüsü
bulanık olur. Görüntü, renkli şeritler biçiminde görülür. Bu sapma,
birkaç merceği bir arada kullanarak düzeltilebilir. Kullanılan camların
kırılma indisleri farklı seçilir.

Merceğe gelen ışınların hepsi diğer tarafa geçmez. Bir kısmı da geri
yansır. Bu durum pencere camında görülebilir. Bunlar, optik araçlarda
istenmeyen yanlış görüntülere yol açabilir. Bu yansımayı azaltmak için
mercekler, ışığı geçiren, fakat yansıtmayan özel bir kimyasal maddeyle
kaplanır.
Işık, yoğun bir ortamdan, az yoğun ortama geçerse, yüzeyin normalinden
uzaklaşarak kırılır. Bu kırılma o kadar fazla olabilir ki , kırılan
ışın, yüzeye teğet olur. Bu durum kritik açı denilen belli bir geliş
açısında olur. Geliş açısı, kritik açıdan daha büyükse, kırılma olmaz.
Gelen bütün ışık, yeniden çok yoğun ortama yansır. Buna tam yansıma adı
verilir.Mercek: Optik görüntüler oluşturmak için kullanılan, genellikle
küresel yüzeylerle sınırlı, camdan ya da ışık kırıcı bir maddeden
yapılmış hacim.Dalga ve titr: Sesötesi mercek, sesötesi titreşimlerin
hızının, sesötesi inceleme ortamındakinden (su, insan vücudu) çok farklı
olduğu bir gereç içinde (pleksiglas, kauçuk) gerçekleştirilen ve bu
nedenle, sesötesi titreşimler için optik merceklerin ışığa gösterdiğine
benzer özellikler gösteren düzenek. (Sesötesi mercekler, akustik
mikroskopta kullanılır.)elektron: Elektron merceği, kondansatörlerden
(elektrostatik mercek), bobin ya da elekromıknatıslardan
(elektromanyetik mercek) oluşan ve optik merceklerin ışık demetlerini
saptırdığı gibi, yüklü parçacık demetlerini de saptıran eksenel
bakışımlı düzenek. (Elektron akımlarını yakınsatmaya olanak veren
elektron mercekleri birçok aygıtta, özellikle elektron mikroskoplarında
kullanılır.)Mad: Kenarlara doğru incelen, nispeten az kalınlıkta mineral
yığını.

Oftalmol: Yapay gözmerceği genellikle katarakt nedeniyle çıkarılan
gözmerceğinin yerine takılan implant.(Afaki durumunda gözlükle yapılan
düzeltmeye göre çok daha iyi olduğundan büyük bir gelişme
göstermiştir:görme alanını tam görür ve görüntülerin boyutlarını da
büyütmez.)

Opt: Basamaklı mercek ya da Fresnel merceği merkezi bir mercek ile
kırıcı ya da yansıtıcı çeşitli halkalardan oluşan ve koşut ışıklı geniş
bir demet elde etmek için deniz fenerlerinde kullanılan optik sistem.

Radyotekn: Radyoelektriksel mercek, bir radyoelektrik dalgasının
yayılmasında, faz gecikmeleri oluşturmaya yarayan ve böylece yakınsama
ya da ıraksama etkileri yaratan düzenek; faz gecikmelerinin değeri gelme
açısına ya da düzenekten geçen ışının konumuna bağlıdır.

Ansikl. Opt: Bir mercek, genellikle küresel olan iki yüzeyle
(diyoptrlar) sınırlı, kırıcı ve saydam bir ortamdan oluşur. Doğurucuları
koşut olan iki silindir yüzeyle sınırlı mercekler de vardır.

Mercek: Bir cisimden gelen ışık ışınlarını odaklayarak cismin optik
görüntüsünü oluşturmaya yarayan cam ya da bir başka saydam malzemeye
denir. Fotoğraf makinesi, gözlük, mikroskop, teleskop gibi aygıtlarda
merceklerden yararlanılır. Işık, merceğin içinde hava da olduğundan daha
yavaş ilerler;
bu nedenle de ışık demeti hem merceğe girerken hem de mercekten çıkarken
kırılır, yani aniden doğrultu değiştirir; merceklerin ışık ışınlarını
odaklama etkisi de bu olgudan kaynaklanır

Merceklerde, duyarlı biçimde işlenmiş iki karşıt yüzey vardır; bu
yüzlerin her ikisi de küresel olabileceği gibi, biri küresel öteki
düzlemsel olabilir. Mercekler, yüzeylerinin biçimine göre, çift
dışbükey, düzlem dışbükey, yakınsak aymercek, çift içbükey, düzlem
içbükey ve ıraksak aymercek olarak sınıflandırılır. Merceğin eğri
yüzeyi, gelen ışık demetindeki farklı ışınların farklı açılarla
kırılmasına neden olur ve bu da, ışık demetindeki paralel ışınların tek
bir noktaya doğru yönelmesine (yakınsama) ya da bu noktadan öteye doğru
yönelmesine (ıraksama) yol açar. Bu noktaya merceğin odak noktası ya da
asal odağı denir. Bir cisimden yayılan ya da yansıyarak gelen ışık
ışınlarının kırılması, bu ışınların farklı bir yerden geliyormuş gibi
algılanmasına yol açar ve nitekim bu farklı yerde de cismin optik bir
görüntüsü oluşur. Bu görüntü gerçek (fotoğrafı çekilebilir ya da ekran
yansıtılabilir) olabileceği gibi sanal da (mikroskopta olduğu gibi,
ancak merceğin içinden bakılarak görülebilir) olabilir. Cismin optik
görüntüsü cismin kendisinden daha büyük ya da daha küçük olabilir; bu
durum, merceğin odak uzaklığına ve cisim ile mercek arasındaki uzaklığa
bağlıdır.

Duyarlı ve net bir görüntü oluşturabilmek için genellikle tek bir mercek
yetmez; bu nedenle de örneğin teleskoplarda, mikroskoplarda ya da
fotoğraf makinelerinde, değişik mercek kombinasyonlarından yararlanılır.
Bu tür mercek gruplarındaki merceklerden bazıları dışbükey ve bazıları
içbükey olabileceği gibi bunların bazıları kırma ya da ayırma gücü
yüksek ve bazıları da kırma ya da ayırma gücü düşük camdan yapılmış
olabilir. Gruptaki mercekler, her birinin sapıncı (aberasyon) istenen
düzeyde olacak ve net bir görüntü elde edilebilecek biçimde,
duyarlılıkla saptanmış uzaklıklarda yerleştirilir ya da üst üste
yapıştırılır. Mercekler yerleştirilirken yüzeylerinin eğiklik merkezinin
asal eksen ya da optik eksen denen düz bir hattın üzerinde bulunmasına
özen gösterilir.

Mercekler çok değişik çaplarda yapılabilir; örneğin mikroskoplarda 0,16
cm, teleskoplarda ise 100 cm’lik mercekler kullanılabilir. Daha büyük
teleskoplarda mercek yerine içbükey aynalardan yararlanılır.

Mercek Çeşitleri:

Yüzlerinin durumuna ve biçimine göre, üçü ince kenarlı, üçü de kalın
kenarlı olmak üzere altı tür mercek ayırt edilir. Yüzlerin C1 ve C2
eğrilik merkezlerinden geçen doğruya merceğin ana ekseni adı verilir (
yüzlerden biri düzlemse, merkezlerden biri sonsuza gider). S1 S2
uzunluğu merceğin kalınlığıdır. Kalınlık, yüzlerin eğrilik yarı çapı
karşısında önemsiz kalıyorsa, mercek ince, karşıt bir durum söz konusu
olduğunda da kalındır. İnce kenarların bazı özellikleri, incelenmesi
daha güç olan kalın merceklere de yaygınlaştırılabilir.

İnce mercekler: İnce mercekler durumunda S1 ve S2 noktalarının, ana
eksen üzerinde bulunan ve merceğin optik merkezi adı verilen bir O
noktasında birbiriyle karşılaştıkları kabul edilir. İnce mercekler ince
kenarlı ya da kalın kenarlı olabilirler. İnce kenarlılar yakınsak
merceklerdir: Ana eksene paralel olan her ışın demeti bir F noktasında
yakınsayarak görünür hale geçer. Kalın kenarlılar söz konusu
olduğundaysa mercek ıraksaktır. Bu sonuçlar kırılma yasalarından
kaynaklanır. Bir merceğin, bir cismin tam belirgin (net) bir görüntüsünü
vermesi için, cismin her noktasına görüntünün bir noktası denk
düşmelidir: Bu durumda sisteme stigmatik adı verilir. Bunu
gerçekleştirmek çok güç, hatta büyük boyutlu cisimler söz konusu
olduğunda olanaksızdır. Bununla birlikte, görüntüyü oluşturmak üzere
kullanılan ışınların ana eksen ile yaptıkları eğim az olduğu ve
mercekten optik merkeze yakın geçtikleri zaman (Gauss koşulları) yeterli
derecede iyi bir sonuç elde edilir.

Bu durumda, ana eksene dik bir düz cisimden, eksene dik bir düz görüntü
sağlanır. Görüntü, bu noktaya yerleştirilmiş olan bir ekran üzerinde
gözlenebiliyorsa buna gerçek görüntü, karşıt durumdaysa zahir görüntü
adı verilir.

Yakınsak mercekler: Ana eksene paralel ışınların yakınsama noktası olan F
noktasına ana görüntü-odak adı verilir. Bu odak ana eksen
doğrultusunda, sonsuzdaki bir nesne-noktanın görüntüsüdür.(uygulamada
nesne-noktanın görüntüsünün tam F üzerinde olması için, bu noktanın
OF uzunluğunun on katı kadar bir uzaklıkta bulunması çoğunlukla yeterli
olur.)

Öte yandan, ana eksen üzerinde öyle bir F noktası da belirlenebilir ki,
F’ten çıkan ışınlar mercekten geçtikten sonra ana eksene paralel bir
ışın demeti oluştururlar. Söz konusu F noktasının görüntüsü bu durumda
ana eksen üzerinde sonsuzda bulunur ve F noktasına ana nesne-odak adı
verilir.

OF ve OF’ uzunlukları sırasıyla merceğin nesne-odak uzaklığı ve
görüntü-odak uzaklığı olarak adlandırılır. Ana eksene eğik olarak gelen
paralel bir ışın demeti, ana eksene F’ nokatasında dik olan bir düzlemde
ki bir H’ noktasında (ikincil görüntü-odak) yakınsar; bu düzlem,
görüntü-odak düzlemidir. Aynı biçimde, ikincil nesne-odak ve nesne-odak
düzlemi tanımlanabilir.

BİR NESNENİN YAKINSAK BİR MERCEK ARACILIĞIYLA VERİLMİŞ GÖRÜNTÜSÜNÜN
GEOMETRİK OLARAK ELDE EDİLMESİ. Basit olarak bir AB doğru parçasıyla
gösterilmiş olan düz bir nesne ve mercek konumu ve boyutları çizim
yoluyla saptanabilen bir A’ B’ görüntüsü verir(Çizim kolaylığı için bazı
noktalar ana eksenden uzaklaşmış olsalar bile, Gauss koşullarının
gerçekliği kabul edilir). Merceğin ana ekseni üstünde bir A noktasıyla,
bu eksene dik olan AB doğrusu seçilir. Aranan görüntü, merceğin ana
eksenine dik olan ve B noktasından B’ görüntüsü bilindiğinden tam olarak
saptanan bir A’B’ doğru parçasıdır. B’ elde etmek için, B’den çıkan
demetin iki özel ışını göz önüne alınır(geometride, bir nokta, bilinen
iki doğrunun kesişmesiyle tam olarak belirlenir);sözgelimi, F
noktasından geçerek gelen ışınla, O optik merkezden geçerek gelen ışın
kullanılabilir. Bu iki ışının kesişme noktası, aranan B’
noktasıdır(B’den geçen ışınların tümü, mercekten geçtikten sonra B’
noktasındanda geçerler). Nesnenin konumuna göre görüntü gerçek yada
zahiridir.

Iraksak mercekler:Ana eksene paralel ışınlı bir demete F’ noktasından
çıkıyormuş gibi olan ıraksak bir demet denk düşer; bu noktaya
anagörüntü-odak denir. Ana nesne-odak adı verilen birF noktasında,
zahiri olarak yakınsayacak biçimde bir demetin mercek üstüne
gönderilmesiyle, ana eksene paralel olarak ortaya çıkan bir demet elde
edilir. Yakınsak mercekteki gibi, ıraksak merceklerde de görüntü-odak ve
nesne-odak düzlemleri ile görüntü-odak ve nesne-odak uzaklıkları’nın
tanımı yapılır.

BİR NESNENİN IRAKSAK BİR MERCEK ARACILIĞIYLA VERİLMİŞ GÖRÜNTÜSÜNÜN
GEOMETRİK OLARAK ELDE EDİLMESİ. Burada da yakınsak mercekler için
yapılan işlemin aynısı gerçekleştirilir:B noktasından çıkan iki özel
ışın (sözgelimi,biri O’ dan, öteki F’ den geçen ) kullanılır. Birincisi
sapmaz;ikincisiyse ana eksene paralel olarak çıkan bir ışın gibi sapar.
Bu iki ışının kesişme noktası, aranan B’ noktasıdır. Nesnenin konumuna
göre, görüntü gerçek yada zahiridir.

Mercek Sapınçları:

Mercek Gauss koşullarına uygun olarak kullanılmadığı zaman, elde edilen
görüntüler bozulur ve sapınç (aberasyon) diye adlandırılan olaylar
görülür.
Renkser Sapınç: Beyaz ışıkta aydınlanmış bir nesne, az ya da çok önemli
renklenme gösteren bir görüntü verir. Buna merceğin kırılma indisinin,
ışığın dalga boyuyla birlikte değişmesi yol açar. Beyaz ışık farklı
renklerdeki belirli sayıda ışınımın üst üste gelmesi biçiminde ele
alınırsa (tek bileşenli [tek renkli] ışınım) bu ışığın kırmızı
ışınımları morunkilerle aynı noktaya yakınsamazlar. Böylelikle farklı
renklerde birçok görüntü elde edilir. Bunlar ancak kısmen üst üste
gelirler.

Geometrik Sapınç: Büyük açılımlı bir demet kullanıldığında bir nesne
noktası, bir P’görüntü noktası verir; çünkü merceğin kenar bölgelerinden
geçen ışınlar eksene yakın bölgeden geçenlere oranla daha çok parlar;
yakınsak bir merceğin merkez bölgesine göre kenarları da yakınsak,
ıraksak bir merceğin kenarları da daha ıraksaktır (küresel sapınma).
Yukarıdaki bozulma düzeltilse bile, mercek, ana eksenin yakınında
bulunan bir noktanın görüntüsünü, bu noktadan çıkan demet çok genişse
normal biçiminde vermez. Biçimi kuyruklu yıldızı (komet) anımsatan bir
leke elde edilir; bu sapınca koma adı verilir.

Dar demetlerin kullanılması, kusurlardan arınmış görüntülerin elde
edilmesi için yeterli olmaz. Gerçek merceğin ana eksenine çok eğimli
olarak gelen ince bir ışık demetiyle nesne-noktanın iki ayrı görüntüsü
meydana gelir. Astigmatizm adı verilen bu sapınç bir dairesel yarı
çaplarını aynı anda net bir görüntüsü elde edilmesinin
olanaksızlaşmasından kaynaklanır: Yatay çap belirgin olunca dikey çap
belirsizdir; bu durumun tersi de söz konusudur.Ayrıca bu kusurlar
düzeltilse bile ana eksene dik olan geniş bir düzlemsel yüzeyin
görüntüsü eğri bir yüzeydir. Bu kusara alan eğriliği adı verilir.

Yukarıda sözü edilen kusurlar giderildikten sonra başkaları ortaya
çıkabilir; bunların sonucu olarak görüntülerin doğrusal büyümesi,
merceğin ekseninden uzaklaştıkça artar. Böylece, eksenden geçmeyen bir
doğru çizgi içbükeyliği görüntünün merkezine doğru (fıçı biçiminde
bükülme) ya da ters yönde (hilal biçiminde bükülme) dönmüş olan eğri bir
çizgi verir.

Bu sapınçların azaltılması sorunu çok güçtür, çünkü düzeltilmeleri için
gerekli koşullar çoğu kez birbirine karşıttır. Gözlükçüler, isteğe göre,
çeşitli merceklerin biçimlerinden, maddelerinden ve karşılıklı
yerlerinden yararlanmak amacıyla bir çok merceği bir arada kullanırlar.

Özel Mercekler:

Silindirik mercekler, silindir bir yüzey ve bir düzlemle,
küresel-silindirik mercekler bir küre ve silindirle sınırlandırılmıştır.
Bazı merceklerse yüzlerinden biri bir düzlem ya da bir küreyle
değiştirilebilen, iki tor yüzeyiyle sınırlandırılmıştır; bu tor
mercekler özellikle gözlerdeki astigmat durumunun düzeltilmesine
yararlar. Fresnel’in deniz fenerlerinde kullanılan kademeli mercekleri
eksenin küresel sapıncının kısmen, ama yeterli olarak giderilmesini
sağlar. Merkez bölgesinin kalınlığının azaltılması, büyük çapta
uygulamaların gerçekleştirilmesine olanak verir. Böylelikle ısınma ve
büyük enerji yitimi tehlikesi de azaltılmış olur.

Merceklerin Kullanıldığı Yerler:

Dışbükey mercekler fotoğraf makinelerinde kullanılır. Fotoğraf
makinesinde, merceğin hemen arkasında bir fotoğraf filmi bulunur.
Fotoğraf makinesinin boyutları ve film ile mercek arasındaki uzaklık göz
önünde tutlacak olursa, fotoğrafı çekilecek görüntünün makineye oldukça
uzak olduğu kavranabilir. İşte mercek bu uzaktaki cisimlerden,
insanlardan ya da manzartadan gelen ışık ışınlarını toplayarak ardındaki
film üzerinde ödaklar ve burada görüntünün baş aşağı, yani ters bir
resmini oluşturur. Refleks tipi makinelerde, birincisinin aynısı ikinci
bir mercek daha bulunur; bu mercek, aynı görüntüyü arkadaki bir cam
ekranın üzerine düşürerek fotoğrafçının odaklama ayarını iyi
yapabilmesine ve çekeceği resmi tam olarak görebilmesini sağlar.

Zoom objektifliği makinelerde ise odak uzaklığının değişmesini sağlayan
ayrı bir mercek sistemi bulunur.

Sinema filmi göstericilerinden ya da slayt makinelerinde parlak biçimde
aydınlatılmış filmden gelen ışık üzerine düşürmeye yarayan dışbükey
mercekler kullanılır. Film yalnızca 35 mm genişliğindedir, ama ekran
üzerine düşürülen görüntünün genişliği metrelerce olabilir.

Gözdeki Mercek :

Gözde de, görüntüyü oluşturan bir dışbükey mercek sistemi vardır. Öndeki
kavisli, saydam katman (kornea) ile arasındaki suyumsu sıvı bir sıvı
mercek oluşturur; gözbebeğinden (iristeki küçük delik ) göze giren ışık,
ilk aşamada bu mercek tarafından odaklanır. Sonra ışık, gözbebeğinin
ardında yer alan, içteki dışbükey göz merceğinden geçer. Bakılmakta olan
cismin görüntüsünün odaklama ayarının yapılabilmesi için, küçük kaslar
göz merceğinin eğriliğini ve biçimini değiştirebilir. Görüntü, gözün
arkasında, ağtabaka denen ışığa duyarlı bir alanın üzerinde oluşur.
Mercek sistemi dışbükey olduğundan görüntü baş aşağı gelmiş
durumdadır;görüntüyü doğru konuma getiren beyindir.

Merceğin Oluşturduğu Görüntü:

Elinize dışbükey, yani yakınsak bir mercek alın ve merceği bir
cisme iyice yaklaştırın; öyle ki, mercek ile cisim arasındaki uzaklık,
merceğin odak uzaklığından daha küçük olsun. Bu durumda cismi doğal
konumunda, am büyültülmüş olarak göreceksiniz. Daha sonra merceğin
ardına, yani sizin baktığınız tarafına bir kart koyun; bu durumda,
kartın üzerinde cismin görüntüsünün oluşmadığını fark edeceksiniz(oysa
pencereye tutulan mercek örneğinde görüntü oluşmuştu ). Kart, film yada
ekran üzerine düşürülebilen görüntülere “gerçek “ görüntü denir. Bu tür
yüzeylerin üzerinde oluşturulamayan görüntülere de sanal görüntü adı
verilir yada eski adıyla zahiri görüntü denir. Sanal görüntüler ancak
merceğin içinden bakılarak görülebilir.

Bir büyüteç ya da oyuncak bir teleskopla bakarken, gözlenen
cismin çevresinde genellikle renkli saçakların oluştuğunu görürsünüz.
Bunun nedeni farklı renklerden ışık ışınlarının mercekten geçerken
farklı açılarla kırılmasıdır. Örneğin, mavi ışık ışınları kırmızı ışık
ışınlarından daha büyük bir açıyla kırılmaya uğrar. Beyaz ışık,
gökkuşağındaki bütün renklerin karışımından oluştuğu için, görüntünün
çevresinde bir gökkuşağı saçağı oluşur. Bu saçağı gidermek için mercek,
her biri ayrı tür camdan yapılmış iki katman halinde hazırlanır. Bu tip
merceklere bileşik mercek denir. Bunların üretimi oldukça zor ve
masraflıdır; kaliteli fotoğraf makinelerinin ve dürbünlerin pahalı
olmasının nedeni de budur.

Merceklerin Yapımı ve Tarihi:

Mercekler, cam bloklarının karborundum (silisyum karbür) ya da
korindon (alüminyum oksit) gibi aşındırıcı bir tozla zımparalanmasından
sonra, demir oksitli bir cila macunuyla perdahlanması(parlatılması)
yoluyla hazırlanır. Bu işlemlerden bazıları makineyle gerçekleştirilir,
ama gene de mercek yapımsüreci yavaş ve pahalıdır; son perdah işlemi ve
merceğin sınanması büyük hüner ister. Günümüzde, gözlük camı, kontak
lens ve büyüteç yapımında plastiklerden de yararlanılır; bu tür gözlük
camlarına piyasada organik cam denir.

Eski Yunanlılar ve Romalılar, güneş ışınlarını odaklıyarak ateş
yakmak için bazen içi su dolu cam kaplardan yararlanırlardı. Gözlük ve
büyüteç 1300’den önce; teleskop 1608’de icat edildi. Çok güçlü bir
büyüteç türü olan MİKROSKOP;TELESKOP kendi maddelerinde ayrıntılı olarak
işlenmiştir. Topluiğne başı büyüklüğündeki merceklerden, 1 metre
çapındaki merceklere kadar çok değişik boyutlarada mercekler
yapılabilir. ABD’de, Wisconsin’deki Yerkes Gözlemevi’nde bulunan büyük
teleskopun objektif büyüklüğü 1 metredir.

TELESKOP

Teleskop, çıplak gözle görülemeyecek kadar uzakta olan
cisimlere bakmak için kullanılan bir aygıttır. Optik teleskoplar,
uzaktaki cisimden gelen ışık ışınlarının toplanması ve bu ışınların
cismin büyütülmüş bir görüntüsünü elde edecek biçimde odaklanması
ilkesine dayalı olarak çalışır. Ama radyo dalgaları gibi başka ışınım
türlerini toplayan teleskoplar da vardır. Örneğin; radyoastronomi
alanında kullanılan radyoteleskoplar çok önemli aygıtlardır. Optik
teleskopların en önemli kullanım alanı astronomidir; bunlardan ayrıca,
karada ve denizde uzak cisimlerin görüntülerini büyültmekte, yerölçümü
aygıtlarında ve sekstantlarda da yararlanılır. Dürbünler aslında, yan
yana getirilmiş iki teleskoptan başka bir şey değildir.(bkz.dürbün)

Teleskopu kimin bulduğu kesin olarak bilinmemektedir. Bir
söylentiye göre, 1608’de Hollanda’da Hans Lippershey adındaki
Middelburglu bir gözlük yapımcısı, bir gün rastlantı sonucu, art arda
duran iki mercekten bakmış ve yakındaki kilisenin rüzgargülünün çok
büyük olarak görmüş, böylece de teleskopu keşfetmiştir. Ama bazılarına
göre, teleskop 1608’den önce de bilinmekteydi.

Teleskop bulunduktan sonra hızla başka ülkelere de yayıldı.
İtalyan bilim adamı Galileo Galilei teleskopun astronomi için çok
yararlı olabileceğini fark etti. Galileo 1610’dan başlayarak kendisi
için çeşitli teleskoplar yaptı ve bunlarla pek çok önemli astronomi
keşfinde bulundu. Ay’daki dağları, Jupiter’in en büyük dört uydusunu,
Venüs’ün evrelerini, Samanyolu Gökadası’ndaki yıldız alanlarını ve Güneş
lekelerini de içine alan bu keşifler astronomi tarihinde bir dönüm
noktası oluşturur.

Önceleri bütün teleskoplar bir içbükey mercek (ortası
uçlarından daha ince olan ıraksak mercek ) ile bir dışbükey mercekten
(ortası uçlarından daha kalın olan ıraksak mercek ) yapılırdı. Bunlara
Galileo teleskopu denirdi. Alman astronom Johannes Kepler, bir içbükey
ve bir dışbükey mercek yerine iki dışbükey mercek kullanılarak daha iyi
bir teleskop yapılabileceğini ileri sürdü ve bu türden ilk teleskop 1630
dolaylarında gerçekleştirildi. Kepler teleskopu denen bu tür bir
teleskopun astronomi için Galileo teleskoplarından daha uygun olduğu
ortaya çıktı ve Kepler teleskopu kısa sürede yaygınlaştı.

Mercekli Teleskoplar:

Galileo ve Kepler teleskoplarının her ikisi de mercekli
teleskoptu ve ışık ışınlarının kırılması temeline dayalı olarak
çalışıyordu. Objektif denen büyük mercek, uzaktaki cisimden gelen ışık
ışınlarını kırılmaya uğratarak belirli bir odakta toplar. Gözlemci, göz
merceği denen ve objektifin oluşturduğu görüntüyü büyütmeye yarayan daha
küçük mercekten bakar. Mercekli teleskoplar ışığın kırılması ilkesine
dayalı olarak çalıştığı için kırılmalı teleskop olarak da adlandırılır.
Galileo bütün gözlemlerini, merceklerinin çapı 5 cm den daha
kısa olan küçük teleskoplarla yapmıştı. Sonraki astronomlar, daha çok
ışık toplayabilen daha büyük mercekler kullandılar.
İlk mercekli teleskop yapımcılarının ve kullanıcılarının
karşılaştığı en büyük sorunlardan biri, farklı renklerdeki ışığın farklı
miktarlarda yada açılarda kırılması olgusuydu. Mavi ışığın kırmızı
ışıktan daha çok kırılması yada benzeri durumlar, ilk kırılmalı
teleskop yada merceklerinin hafif bulanık bir görüntü vermesi ve
görüntünün çevresinde bir renk saçağı oluşmasına neden oluyordu. Bu
sorunu 18.yy’ın sonlarında iki İngiliz mucit çözdü. Chester Moor Hall ve
John Dollond birbirlerinden habersiz sürdürdükleri çalışmalar
sonucunda, farklı cam türlerinden yapılmış merceklerin kullanılmasıyla
görüntüdeki bulanıklığın ve renk saçaklarının ortadan kaldırabileceğini
buldular. Sonraki teleskop yapımcıları da daha büyük çaplı mercek yapma
yöntemleri geliştirdiler. Mercekli teleskop bugün de önemini
korumaktadır, çünkü bunlara başka aygıtlar takılarak gökcisimlerinin
doğrudan ölçümleri yapılabilmektedir.

Aynalı Teleskop:

Aynalı teleskoplarda ışık ışınları, bir çukur aynadan yansıtma
yoluyla toplanır ve odaklanır. Bu tür teleskoplara yansımalı teleskop da
denir. İlk aynalı teleskopu 1668’de büyük İngiliz bilim adamı Sir Isaac
Newton yaptı. Aynalı teleskopun, bütün renkleri aynı biçimde yansıtmak
ve ilk mercekli teleskoplarda görülen türden bir bulanıklığa ve renk
saçaklanmasına yol açmamak gibi büyük bir üstünlüğü vardı. Alman asıllı
büyük İngiliz astronom Sir William Herschel da aynalı teleskop yapımını
geliştirenler arasındadır. Sir Herschel aynalarını kendisi taşlar ve
parlatırdı. 1781’de Uranüs gezegenini keşfettiğinde kendi yaptığı
teleskoptan yararlanmış ve sonraki 30 yılda da sistematik bir yıldız ve
bulutsu kataloğu hazırlamıştı.

Günümüz Teleskopları:

İyi bir astronomi teleskopu net bir görüntü verebilmeli ve
soluk cisimlerin açıkça görülebilmesini sağlayacak kadar çok ışık
toplayabilmelidir. Mercekli teleskopta net görüntü, tek objektif yerine
iki ya da daha çok mercek kullanılarak ve bu mercekler titizce taşlanıp
parlatılarak elde edilir. Aynalı teleskopta ise bu, aynanın titizce
taşlanmaşı ve parlatılmasıyla sağlanır. Objektif merceklerinin ya da
aynanın alanı büyüdükçe ışık toplama gücüde artar.
Bugün kullanılmakta olan büyük teleskopların çoğu aynalı
teleskoplardır. Bunun bir nedeni, kusursuz bir ayna yapmanın kusursuz
bir mercek yapmaktan daha kolay olmasıdır. Bir başka neden de, aynanın
belirli bir yüzeye yerleştirilerek doğru konumda kolayca
tutulabilmesidir; oysa mercekler, ışık geçişini engellememek için ancak
kenarlarından tutturulabilir ve büyük, ağır mercekleri sağlam bir
biçimde bir yere oturtabilmek çok güçtür.

Cam aynalar 19.yy’ın ortalarında, cam yüzeylerin gümüşle
kaplanması yönteminin bulunmasından sonra yaygınlaştı. Daha önceleri
teleskop aynaları, yüzde 68 oranında bakır ve yüzde 32 oranında kalaydan
oluşan bir alaşımdan yapılırdı. Günümüzde büyük aynalar genellikle
gümüş yerine alüminyumla kaplanır; çünkü alüminyum daha uzun ömürlüdür,
kısa dalga boylu ışığı daha iyi yansıtır ve kolayca kararmaz.

Büyük teleskoplarda, objektif merceklerinin yada aynanın
bulunduğu tüp bölümü, gökyüzünün her yönüne dönebilen bir sehpanın
üzerine yerleştirilir; böylece, seçilen gökcisminin, Dünya’nın
dönmesinden kaynaklanan hareketi sırasında da izlenmesi olanaklı olur.
Teleskoplar bir çark sistemi yada elektrik motorlarıyla döndürülür;
büyük teleskoplarda her konum değişikliği elektriksel olarak
gerçekleştirilir ve bilgisayarla denetlenir.

Teleskoplar genellikle kameralarla, bazen de gelen
ışığın rengini kaydetmekmek için, spektrograflarla donatılır. Kameralı
teleskopların üstünlüğü, gözle doğrudan görülemeyecek kadar solgun
yıldızların fotoğraflarının çekilebilmesidir, bunun için objektif uzun
bir süre açık bırakılır. Kalıcı bir kayıt biçimi olan fotoğrafın
geçmişte astronomide büyük bir önemi olmuştur. Bugün fotoğraf
tekniklerinin yerini almış olan özel elektronik aygıtların yardımıyla
çok daha solgun cisimlerin varlıkları belirlenebilmektedir. Teleskop
görüntüleri televizyon ekranına aktırılabilmekte ve bilgisayarda
saklanabilmektedir.

Belirli amaçlar için özel teleskoplar geliştirilmiştir.
Bunlardan bazıları, parlaklığı ve ısısı nedeniyle ancak özel aygıtlarla
gözlemlenebilen Güneş’in fotoğraflarını çekmekte kullanılır. Gökyüzünün
geniş bir kesiminin fotoğrafını anında çekmeye yarayan özel teleskoplar
da vardır; bu teleskop türü 1929’da Alman astronom Bernhard
Schmidt(1879-1935) tarafından bulunmuştur ve Schmidt teleskopu olarak
anılır.

Ünlü Teleskoplar:

Dünyanın en büyük mercekli teleskopu 1897’de ABD’de Wisconsin
eyaletine bağlı William Bay’deki Yerkes Gözlemevi’nde kurulmuştur. Bu,
102 santimetrelik bir teleskoptur. (verilen büyüklük, mercekli
teleskoplarda objektif çapını, aynalı teleskoplarda ise aynanın
çapını gösterir.) Teleskopun mercekleri taşıyan tüpünün uzunluğu 18
metredir. Artık çok büyük mercekli teleskop yapılmamaktadır, ama bu
aynalı teleskoplar için geçerli değildir.

En büyük aynalı teleskoplardan biri, 1935-48 arasında, ABD’de
California’daki Palomar Dağı Gözlemevi’nde kurulmuş olan 5,1metrelik
Hale teleskopudur. Teleskopun yalnızca aynasının ağırlığı 18 tondur,
aynayı taşıyan tüp 17 metre uzunluğundadır ve 140 ton ağırlığındadır.
Sehpasıyla birlikte teleskopun toplam ağırlığı 500 tona ulaşmaktadır.
Ama bu büyük kütle, küçük bir kuvvetle döndürülebilecek kadar duyarlı
bir biçimde dengelenmiştir.

ABD’de Arizona eyaletindeki Kitt Peak’te kurulu olan
gözlemevinde bir düzineden çok teleskop vardır. Bunların en büyüğü,
yapımı 1973’te tamamlanan 4 metrelik Mayall aynalı teleskopudur. Güneş
etkinliklerini incelemek için kullanılan, dünyanın en büyük Güneş
teleskopu da Kitt Peak’tedir.

Çok aynalı teleskop sistemlerinin gerçekleştirilmesiyle
teleskop tasarımında büyük bir ilerleme sağlanmıştır. Bu sistemde bir
kaç ayna ışığı ortak bir odak noktasının üzerinde toplar. Her ayna çok
duyarlı bir biçimde bilgisayarla denetlenir ve böylece verdikleri
görüntülerin tam olarak üst üste düşmesi(örtüşmesi) sağlanır. Arizona
eyaletindeki Hopkins Dağı’nda bulunan altı aynalı teleskopun gücü, 5
metrelik bir teleskopunkine eşdeğerdir; ama maliyeti çok daha düşüktür.
Toplam olarak 15 metrelik çapa eşdeğer, birden çok ayna kullanan
teleskop tasarımları geliştirilmiştir.

Modern teleskopların kurulması için harcanması gereken para çok
büyük olduğundan astronomlar bunları olabildiğince verimli bir biçimde
kullanmak isterler. Gözlemlerde bugün artık fotoğraf tekniklerinden pek
fazla yararlanılmamaktadır, çünkü ışığı algılamak ve löçmek için duyarlı
elektronik aygıtların kullanılmasına dayalı daha iyi yöntemler
geliştirilmiştir. Ama bugün de Schmidt teleskoplarında fotoğraf
tekniklerinden yararlanılır.

Teleskoplar bulutların, su buharının ve atmosfer kirliliğinin
olumsuz etkilerini azaltmak için dağların tepesine kurulur. Örneğin;
İngiliz optik astronominin ana merkezi, Britanya Adaları’daki koşulların
gözlem için elverişsiz olmasından dolayı Kanarya Adaları’na
aktarılmıştır. Bir teleskop için en iyi yer, gözlem koşullarının
kusursuz olduğu uzay karanlığıdır. Günümüzde balonlarla ve yapma
uydularla uzaya teleskoplar gönderilmektedir. ABD’nin fırlattığı
insansız uzay aracı “Yörünge Astronomi Gözlemevi 2”de (OAO-2) 11
teleskop bulunmaktadır. 1990’da ise, Hubble Uzay Teleskopu
fırlatılmıştır; ama teleskopun aynalarından biri arızalı çıkmıştır.
Gelecekte belki de Ay’da teleskoplar kurulacak ve böylece herhangi bir
atmosfer etkisinden uzak, son derece net görüntüler elde
edilebilecektir.

Uzaydaki cisimlerin yaydığı pek çok ışınım türü, Dünya’yı
çevreleyen atmosferin içinden geçemez. X ışınları, morötesi ve
kızılötesi ışınlar bunlardan bazılarıdır. Bu dalga boylarındaki
astronomi çalışmaları, yörüngedeki yapma uydulara yerleştirilen özel
teleskoplarla gerçekleştirilir.

DÜRBÜN

Dürbün, uzaktaki cisimlerigözlemlemekte kullanılan ve içine
gözmercekleri(oküler) yerleştirilmiş iki tüpten oluşan optik alete
denir. Aynı çerçeveye yerleştirilen tüplerdeki mercek sisteminin odak
noktası çoğunlukla tak bir ayar halkasıyla yapılır, ama her tüpü
ayarlanan dürbün türleri de vardır.

Çoğu dürbünde her tüpün içinde iki prizma vardır. Bu prizmalar,
gözmerceğinin ters çevirdiği görüntüyü yeniden doğrultur. Prizmalar,
ışık ışınlarının tüpün içinde katedeceği uzaklığı arttırarak, dürbünün
uzunluğunu azaltır. Ayrıca, objektif mercekleri arasındaki uzaklığın,
gözmercekleri arasındaki uzaklıktan daha fazla olmasını olanaklı kılarak
daha iyi bir stereoskopik etkiye(uzak mesafelerdeki görüntülerde
derinlik özelliği) yol açarlar.

Dürbünler genellikle, 6*30, 7*50 ya da 8*30 olarak
sınıflandırılır. İlk sayı objektif merceğinin büyütme oranı, ikicisi ise
milimetre cinsinden çapını belirtir. Merceğin çapı, dürbünün ışık
toplama gücünün bir ölçüsüdür. Derinlik etkisinin önemli olmadığı
durumlarda, tekgözmercekli(monoküler) dürbünler kullanılır. Bunlar
temelde çift tüplü dürbünlerin yarıya bölünmüş türleridir. Basit ve ucuz
mercek sistemlerinden yapılan tiyatro dürbünlerinin görüş açısı dardır
ve büyütme oranları 2,5-4 arasında değişir.

MİKROSKOP

Mikroskop, çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük cisimleri
görmeye ve incelemeye yarayan aygıttır. MERCEK madddesinde anlatılan
basit büyüteçler bazen “basit mikroskop” olarak tanımlanır; ama
mikroskop deyimini, daha büyük, daha karmaşık ve çok daha etkili bir
alet olan “bileşik mikroskop” için kullanmak daha doğru olur.

Mikroskopun oluşturduğu görüntüye doğrudan yada bir ekran
üzerine yansıtılılarak yada fotoğrafı çekilerek bakılabilir. Mikroskopla
incelenen maddeler saydam yada saydamsız olabilir. Bileşik
mikroskoplarda bakteri boyutlarındaki cisimler incelenebilir, öte yandan
elektron mikroskopuyla çok küçük virüslerin ve büyük moleküllerin
görülmesi olanaklıdır.

Optik Mikroskop: (tarihçe) İlk mikroskop türü 15.yy’ın
ortalarından başlayarak büyüteç olarak kullanılan tek mercekli
mikroskoptu. Geliştirdiği tekniklerle çok yüksek nitelikli mercekler
yapmayı başaran Felemenkli doğabilimci Antonie van
Leeuwenhoek(1632-1723), bunlara 2-3 mikrometre(0,002-0,003mm) çapındaki
bakterileri incelemeyi başardı. O dönemde böyle tek mercekli
mikroskoplar renkser sapınç(aberasyon) sorununu artıran bileşik(iki yada
daha fazla mercekli) mikroskoplara yeğlenmekteydi. İlk bileşik
mikroskop, 1590-1609 arasındaki dönemde Felemenk’te yapıldı; bu tür
mikroskopu Hans Jansen, onun oğlu Zacharias ya da Hans Lippershey’in
bulduğu kabul edilir. Bulunuşundan kısa süre sonra İtalyan ve İngiliz
optikçilerin yaptıkları bileşik mikroskoplar yaygın olarak kullanılmaya
başlandı; ama bu mikroskoplarda kullanılan merceklerin renkser sapıncı
görüntünün renklenmesine ve bozulmasına yol açıyordu. İlk olarak
teleskoplarda kullanılan ve renkser sapıncı büyük ölçüde ortadan
kaldıran renksemez(akromatik) mercekler mikroskoplarda 18.yy’ın
sonlarında Hollanda’da kullanılmaya başladı. Ayrılımı(farklı
dalgaboylarındaki ışığın kırılma indisinin farklı olması nedeniyle
değişik renklerin farklı miktarlarda kırılarak birbirlerinden ayrılması)
düşük crown camından yapılmış bir dışbüke(tümsek) mercek ile ayrılımı
yüksek flint camından yapılmış bir içbükey(çukur) merceğin
birleştirilmesiyle oluşturulan renksemez merceklerin yapımına ilişkin
ilk kurumsal çalışmayı İngiliz optikçi Joseph Jackson Lister
gerçekleştirdi. (1830) mikroskop tasarımında en önemli gelişme Alman
fizikçi Ernst Abbe (1840-1905) tarafından gerçekleştirildi. Abbe, yağa
daldırılmış objektif tekniğini (objektif ile incelenecek cisim arasına
bir yağ damlasının yerleştirilmesi yöntemi) buldu, cisim üzerinde ışığın
yoğunlaştırılmasını sağlayan kondansörü geliştirdi, merceklerin ayırma
gücü ve ışık toplama yeteneklerinin belirlenmesini sağlayan “sayısal
açıklık” kavramını ortaya koydu ve yüksek nitelikli, sapınçsız
apokromatik mercek sistemini geliştirdi. Abbe,mikroskopta ayırma gücünün
optik sistemin sayısal açıklığının büyütülmesi ya da daha kısa
dalgaboyu ışık kullanılmasıyla yükseltilebileceğini de belirledi.
Görünür ışık kullanılarak birinci yöntemin kuramsal sınırlarına
ulaştıktan sonra, ikinci yolun denenmesine geçildi, böylece morötesi
ışınımdan yararlanan mikroskoplar gerçekleştirildi, ama bu tür
mikroskopların yapımında önemli teknik zorluklarla karşılaşıldı.1924’de
Fransız fizikçi Louis-Victor Broglie, elektron demetinin bir dalga
demeti özelliği gösterdiğini ortaya koydu. Elektron demetinin
dalgaboyunun ışığın dalga boyuna oranla çok daha kısa olmasından
yararlanarak 1930’lu yıllarda elektron mikroskopu gerçekleştirildi.
Elektron mikroskopuyla elde edilen büyütme gücü 50 binin üstündedir.

Bileşik Mikroskop: Tek bir yakınsak mercekten oluşan ve yalın
mikroskop olarakta bilinen büyüteçlerle 20’den yüksek büyütme gücü elde
edilmesinde merceğin sapınç özelliklerinden kaynaklanan önemli sorunlar
ortaya çıkar. Günlük yaşamda kullanılan büyütme gücü düşük büyüteçlerin
yanı sıra duyarlı mekanik aygır yapımcılarının gözlerine kıstırarak
kullandıkları ve saatçi gözlüğü denilen büyüteçler yalın mikroskopların
günümüzde yararlanılan örnekleridir. Çift dışbükey yada düzlem dışbükey
(bir yüzü düzlemsel diğeri dışbükey) bir yakınsak mercek olan büyüteçte
görüntü sanal ve düzdür. Bileşik mikroskopta temel olarak iki yakınsak
mercek bulunur. Bunlardan incelenecek cisme bakan merceğe
objektif(cismin merceği) , göze yakın olanada gözmerceği(oküler) denir.
İncelenecek cisim üzerine ya bir içbükey ayna yada bir ışık kaynağı ile
bir yakınsak mercek sisteminden(kondasör) oluşan aydınlatma sistemi
aracılığıyla odaklanmış ışık düşürülür. Objektif ile gözmerceği uygun
bir mekanizma aracılığıyla birbirlerine göre ileri-geri, yada örneğin
yerleştirildikleri tabla aşağı-yukarı hareket ettirilebilir ve böylece
objektif ile cisim arasındaki uzaklık çok duyarlı bir biçimde
ayarlanabilir.

Objektifin odak uzaklığı büyütme gücü düşük mikroskoplarda
25-75mm,orta büyütmeli mikroskoplarda 8-16mm, yüksek büyütmeli
mikroskoplarda ise 2-4mm’dir. Çok küçük odak uzaklıkları yağa
daldırılmış objektiflerde kullanılır. Cisim objektifin odak noktasının
önüne ve odağa çok yakın olarak yerleştirilir, bu durumda objektifin
arka odak düzleminin gerisinde, cisme göre ters ve büyük bir gerçek
görüntü elde edilir. Bu görüntünün cisme oranla büyüklüğü, 2 ile 100
arasındadır. Bu görüntü, büyüteç olarak çalışan ve sanal görüntü
oluşturan gözmerceği tarafından daha da büyütülür.

Bir mikroskopun yalnızca cismin büyütülmüş bir görüntüsünü
vermesi yeterli değildir;cisme ilişkin ince ayrıntıların da
görülebilmesi, bu nedenle de görüntünün keskin olması gerekir.
Görüntünün keskinliğini sınırlayan ise merceğin sapınç kusurlarıdır. Bu
kusurların başında faklı dalgaboyundaki ışık ışınları için(kırılma
indisinin farklı olmasından dolayı ) odak noktalarının farklı olmasından
kaynaklanan ve görüntünün kenarlarında renk saçakları oluşmasına neden
olan renkser sapınç gelir. Renkser sapınç, yakınsak merceğe, ayrılımı
daha yüksek camdan yapılmış uygun bir ıraksak merceğin eklenmesiyle
giderilebilir. Mercek yüzeylerinin küresel olmasından kaynaklanan
küresel sapınçta görüntünün bulanıklaşmasına neden olur. Sapınçları
ortadan kaldırmak için tasarımlanan mercek sisteminin yapısı merceğin
büyütmesi yükseldikçe karmaşıklaşır, dolayısıyla yapım maliyeti
yükselir. Yüksek ayırma gücü elde edebilmek için düzeltilmesi gereken
dört sapınç türü daha vardır:Koma(görüntü ekseninin belirli bölümlerinde
görüntünün bozulması), astigmatlık, distorsiyon(görüntünün çarpılması)
ve alan eğriliği. Bütün bu sapınçları belirli ölçüde düzeltmek amacıyla
çeşitli mercek sistemleri tasarımlanmıştır. Bunları
renksemez(akromatik), apokramatik ve yarıapokromatik(flüorit) mercekler
olarak üç genel sınıfa ayırmak olanaklıdır. Fotomikroskopide büyük
sakıncalar yaratan alan eğriliği kusurunu gidermek amacıyla “düz alanlı
mercek” olarak adlandırılan özel mercek sistemleri geliştirilmiştir.
Gözmerceği genellikle iki ayrı mercekten oluşur; bunlardan göze yakın
olanı renkser sapıncı engellemek amacıyla crown-flint camlarından
yapılmış mercek çifti biçimindedir. Objektifte tam olarak giderilemeyen
kusurları dengelemek üzere özel olarak tasarımlanan gözmerceği ayrıca
görüntüde yer belirlemeye yarayan göstergeler ya da görüntü üzerinde
kafes biçiminde bir desen oluşturan çizgiler içerir.

Özel Mikroskop Türleri: Stereoskopik mikroskoplar birbirine özdeş iki
mikroskoptan oluşur. Bunların eksenleri arasında yaklaşık 16 derecelik
bir açı vardır, böylece iki eksenin incelenecek cisim üzerinde kesişmesi
sağlanır, bu tür mikroskoplarla cismin stereoskopik bir görüntüsü elde
edilir. Gözlenen cismin düz görüntüsünü elde etmek için prizma
kullanılır. Tek bir objektifi bulunan ve ışık ışınlarını ikiye ayırarak
iki gözmerceğine yönelten türden stereoskopik mikroskoplar da yaygın
olarak kullanılır.

Ultramikroskop, koloit (asıltı) parçacıklarını incelemek amacıyla
1903’te geliştirilmiştir. Adi mikroskopla gaözlenemeyecek kadar küçük
olan bu parçacıklar, güçlü bir ışık kaynağı aracılığıyla mikroskop
eksenine dik doğrultuda ışıkla aydınlatılır. Parcacıkların saçılıma
uğrattığı ışık karanlık zemin önünde oluşan parıltılar biçiminde
gözlenir. Bu yöntemle 5-10 milimikron çapındaki parçacıkların
oluşturduğu parıltıların gözlenmesi olanaklıdır.

Metalurji mikroskopları ışık geçirmeyen malzemelerin, özellikle
metallerin yapısını incelemek amacıyla kullanılır. İncelenecek örnek,
yüzü aşağı gelecek biçimde yerleştirilir ve alttan düşey olarak
aydınlatılır. Bu tür mikroskoplar genellikle fotoğraf makinesiyle
donatılmışlardır.

Mikroskopta oluşan görüntünün kontrastlığı, örneğin ışığı
soğurma niteliğinden kaynaklanır; kontrastlığı artırmak için genellikle
örneğin boyanması gerekir. Canlı hücrelerin ve benzer saydam cisimlerin
incelenmesinde, boyamanın olanaksızlığından dolayı büyük zorlukla
karşılaşılır. Faz kontrastlı mikroskoplar ve girişimli mikroskoplar
örneğin herhangi bir işlemden geçirilmesine gerek kalmaksızın,
kontrastın optik yöntemlerle yükseltilmesini sağlayan ve özellikle
biyolojide yaygın kullanım alanı olan mikroskop türleridir.

Mikroskopun ayırma gücünü yükseltmenin bir yolu kısa dalga
boylu ışık kullanmaktır. Bu amaçla gerçekleştirilen ve mor ötesi
ışınımdan yararlanan mikroskoplarda incelenecek örnek mor ötesi ışınımla
aydınlatılır. Bu tür mikroskopta merceklerin kuvarstan yapılmış olması
gerekir. Morötesi ışınım mikroskopu adi mikroskopa oranla iki kat yüksek
ayırma gücü sağlar; ama bu mikroskop türü, odaklama güçlükleri ve
görüntünün yalnızca fotoğraf aracılığıyla elde edilebilmesi yüzünden
yaygınlaşamamıştır. Morötesi ışınıma duyarlı televizyon kameralarının
geliştirilmesiyle morötesi ışınım mikroskopu daha kullanışlı bir yapıya
kavuşmuştur. Morötesi ışınımın örnekte oluşturduğu flüorışımadan
yararlanan flüorışımalı mikroskoplar da özellikle biyoloji ve tıpta
kullanılır.

Aynalarda renkser sapınca hiç bulunmaması, odak uzaklığının
görünür ışık içinde, morötesi ve kızılötesi ışınımlar ıçin de aynı
kalması yansıtıcı (mercek yerine ayna kullanan) mikroskop yapımı
düşüncesini doğurmuştur. Böyle bir mikroskopta ayna kullanma zorunluluğu
vardır; küresel olmayan aynaların yapımı ise oldukça zordur. Ayrıca
ayna yüzeylerinin atmosfer etkisiyle bozulup kararması büyük bi sorun
olmaktaydı.

Öteki mikroskop türleri arasında özellikle jeoloji ve
kristalografide kullanılan ve incelenecek örneğin kutuplanmış ışıkla
aydınlatıldığı kutuplayıcı mikroskop; daha çok silisyum kristallerindeki
kusurların incelenmesinde ve sahte sanat ürünlerinin belirlenmesinde
yararlanılan kızılötesi ışınımın mikroskopu; laser ışını ve x ışınları
kullanan mikroskoplar ile çok yüksek frekanslı sesüstü dalgalardan
yararlanan çok yüksek ayırma güçlü akustik mikroskoplar sayılabilir.

Elktron Mikroskopu: Fransız fizikçi Louis-Victor Broglie
1924’te, o döneme değin maddesel parçacık olarak kabul edilen
elektronların ve öteki parçacıkların aynı zamanda dalga özelliği
gösterdiğini ortaya koydu. Elektronların dalga yapısı 1927’de deneysel
olarak hesaplandı. Parçacıkların bir dalga olarak sahip oldukları dalga
boyunu veren ve Broglie’nin ortaya koyduğu eşitliğe göre, örneğin 60.000
voltla hızlandırılmış elektronların etkin dalga boyu 0,05 angströmdür,
bir başka deyişle yeşil ışın dalga buyunun 100.000’de 1’ine eşittir. Bu
nedenle mikroskopta ışık yerine böyle bir dalganın kullanılması
durumunda ayırma gücünün çok büyük ölçüde artması beklenebilir.
Elektrostatik ve magnetik alanların elektronlardan ya da başka yüklü
parçacıklardan oluşan demetleri saptırabildiği ve odaklayabildiğinin
1926’da kanıtlanması üzerine ayrı bir fizik dalı olarak elektronoptiği
ortaya çıktı. İlk elektron mikroskopu 1933’te gerçekleştirildi; optik
mikroskoplarla elde edilebilen ayırma gücü elektron mikroskopu
kullanılarak bir kaç yıl içinde aşıldı. İlk ticari elektron
mikroskopunun yapımına 1935’te İngiltere’de başlandı. Bunu Almanya ve
ABD izledi. Günümüzde elektron mikroskoplarıyla 3 angströmden küçük
uzunluklar seçilebilmekte, böylece büyük moleküllerin doğrudan
gözlenmesi olanaklı olmaktadır.

Optik Mikroskopa Göre Farklar: Elektronlar hava içinde heve
molekülleri ile çarpışmalarından ötürü yol alamadıklarından, elektron
demetinin geçtiği yolda havanın boşaltılmış olması gerekir. Bu nedenle
canlı örnekler elektron mikroskopuyla incelenemez. Optik mikroskopta
merceklerin odak uzaklıkları sabittir ve odaklama için örneğin objektife
uzaklığı değiştirilir. Elektron mikroskopunda kullanılan elektrostatik
ya da magnetik alan merceklerin odak uzaklıkları değişkendir ve
kolaylıkla ayarlanabilir; bu nedenle mercekler arasındaki uzaklık ve
örneğin objektife uzaklığı sabit tutulur. Optik teleskoplarda genellikle
sanal görüntü elde edilir; elektron mikroskopunda ise görüntü
gerçektir, bu nedenle flüorışın bir ekran üzerinde oluşturularak
doğrudan görülür duruma getirilebilir ya da film üzerinde oluşturularak
fotoğrafı elde edilebilir. Optik mikroskopta görüntü, ışığın, incelenen
örnek tarafından soğurulması sonucunda oluşur; elektron mikroskopunda
ise görüntüyü oluşturan, elektronların, örnekteki atomlar tarafından
saçılıma uğratılmasıdır. Ağır (atom numarası yüksek) atomlar
elektronları daha kolay saçılıma uğrattığından incelenen örnekte ne
kadar çok ağır atom varsa görüntünün kontrastlığı da o oranda yüksek
olur. Elektron mikroskopunda elektron demetini saptırma yada odaklama
amacıyla kullanılan mercekler elektrostatik ya da elektromagnetik
merceklerdir. En yalın elektrostatik mercek iç içe iki eşeksenli metal
silindirden ya da art arda yerleştirilmiş iki metal levhadan oluşur.

Geçişli Elektron Mikroskopu: Elektron demetini incelenen
örneğin içinden geçerek görüntü oluşturduğu çeşitli elektron
mikroskoplarında başlıca üç bölüm bulunur: 1) Elektron demetini üreten
ve örneğe odaklayan bölüm 2) Görüntüyü oluşturan bölüm 3) Görüntü izleme
bölümü

Elektron demetini oluşturan bölüm elektron tabancası olarak
adlandırılır. Mikroskopun elektron tabancasından ekrana ya da filme
kadar tüm bölümlerinin elektronlarının serbestçe yol almalarını sağlamak
üzere havası boşaltılmış bir sistem içinde bulundurulması gerekir.

Yüksek Gerilimli Mikroskoplar: Alışılagelmiş elektron
mikroskoplarında elektronları hızlandıran gerilimin değeri 100 kilovolt
civarındadır. Buna karşılık, 1.200.000 voltluk gerilimler kullanan
mikroskoplarda yapılmıştır. Yüksek gerilim kullanmanın üstünlüklerini
şöyle sıralayabiliriz: 1) Gerilim yükseldikçe, elektron hızı büyür 2)
Hızlı elektronlar alın örneklerden daha çabuk geçer 3) Enerji
kayıplarından kaynaklanan renkser sapınç artar 4) Örnek daha az ısınır,
bozucu etkiler azalır 5) Elektron kırınım desenlerinin ayırma gücü
yükselir. Yüksek hızlı elktronların yolu üzerindeki cisimlere
çarpmasıyla ortaya çıkan x ışınlarının mikroskop kullananlara zarar
vermemesi için de gerekli önlemlerin alınması gerekir.

Tarıyıcı Elektron Mikroskopu: Cisimlerin yüzeyini incelemek
üzere geliştirilen tarıyıcı elktron mikroskopunda uygun bir saptırıcı
düzenek aracılığıyla bir elktron demetinin incelenecek yüzeyi sürekli
olarak taraması sağlanır. Yüzeye çarpan elektronlar yüzeyden ikincil
elektronların fırlamasına yol açar. Bu ikincil elektronlar bir kırpışım
kristaline (elektronların çarpmasıyla kısa süreli ani ışık parlamaları
oluşturan kristal) gönderilir.kristalde ortaya çıkan parlamalar bir
fotoçoğaltıcı lamba aracılığıyla yüzbinlerce kez yükseltilerek elektrik
sinyaline dönüştürür. Bu elektrik sinyali bir katot ışının lambadaki
(televizyon görüntü tüpü) görüntünün parlaklığını denetler. Katot ışınlı
lambanın ekranını denetleyen demetin mikroskopla incelenecek yüzeyi
tarayan demetle eşzamanlı tarama yapması sağlanır. Böylece lamba
ekranındaki bir noktanın parlaklığı örneğin yüzünde bu noktaya karşılık
gelen noktada salınan ikincil elektronların sayısıyla orantılı olur.
Sonuç olarak ekranda incelenen yüzeyin yapısını gösteren bir görüntü
elde edilir.

Elektron Sondalı Mikroçözümleyici: 1947’de geliştirilen
elektron sondalı mikroçözümleyici örnekteki elementleri büyük bir ayırma
gücü ile belirleyebilmektedir. Elektron sondali mikroçözümleyici
özellikle mineraloji ve metalurjide yaygın olarak kullanılır.

Alan Etkili Mikroskop: Alan etkisiyle salım olgusundan
yararlanarak çalışan bu aygıt, temel olarak, bir katot ışınlı lamba
içine yerleştirilmiş çok ince bir telden oluşur. Güçlü bir elektrik
alanının etkisiyle telin ucandan elektronlar fırlar; bu elktronlar
lambanın flüorışın ekranına düşerek ekranda ince telin ucunu görüntüsünü
oluşturur. Böyle bir aygıtta büyütme, flüorışın ekranının eğrilik yarı
çapı ile telin ucunun yarı çapı arasındaki orana eşittir. Bu yöntemle
yalnızca yüksek sıcaklıklara dayanıklı tungsten, platin, molibden gibi
metaller incelenebilir, çünkü telin ucunda ortaya çıkan yüksek akım
yoğunluğu yüzden büyük ısı açığa çıkar.

Alan etkili mikroskopun değişik bir tür de kristal yapısındaki
kusurları doğrudan incelenmesine olanak sağlayan alan etkili iyon
mikroskopudur.