Pagtan-aw sa Dili-makita—Ang Siyensiya sa Optika

USA ka makabibihag nga talan-awon sa kabukiran, masanag nga pagsalop sa adlaw, matahom nga bulak​—tanan maoy maanindot nga talan-awon nga makalipayng sud-ongon. Bisag dili kaayo kita maghunahuna kon unsay nalangkit sa pagtan-aw, siyempre kita malipayon nga kita makakita.

Bisag kahibulongan ang mata, ang makita sa atong walay gigamit nga instrumentong mga mata maoy tipik lamang sa kon unsa ang atong makita. Pinaagi sa paggamit ug mga optikal nga instrumento​—gikan sa yanong lenti ngadto mga teleskopyo, mikroskopyo, espesyal nga mga kamera, ispektroskopyo, ug uban pa​—ang siyensiya sa optika, nga maoy pagtawag sa pagtuon sa kahayag, nakapalapad ug dako sa atong kahibalo mahitungod sa atong kaugalingon ug sa kalibotan sa atong palibot.

Bisag pamilyar ka sa pipila niining optikal nga mga instrumento, nahibalo ka ba sa ilang pag-obra? Ngano, pananglit, nga ang lenti makapadako sa talan-awon? Sa unsang paagi ang usa ka instrumento makapakita man sa kalibotan sa mga mikroorganismo ug ang lain mopakita sa lapad nga kawanangan sa uniberso? Ang siyensiya sa optika dugay nang makaiikag nga natad sa pagtuon.

Ang Sukaranang Elemento

Nakasulay ka na bag gamit ug lenti aron sunogon ang papel pinaagi sa pagpukos sa silak sa adlaw diha niana? Ang imong galamiton maoy instrumento sa optika sa kinayanohang matang​—ang lenti. Ang gamay nga lama diha sa papel sa aktuwal maoy larawan sa adlaw nga namugna pinaagi sa yanong lenti nga imong gigunitan. Gitigom ang tanang enerhiya sa silak sa adlaw diha nianang gamayng lama igong nagpainit niini nga makasunog sa papel.

Ang laing lenti nga sinati ang kadaghanan mao kanang anaa sa atubangan sa usa ka kamera. Tingali nahibalo ka nga gipokus niini ang kahayag gikan sa usa ka butang aron maporma ang larawan diha sa film aron makuha ang usa ka letrato. Sa sukaranang diwa, mao kana ang ginabuhat sa lenti. Gitigom niini ang kahayag aron maporma ang usa ka hulagway sa hustong gidak-on ug kakusog aron kini makita o marekord. Apan sa unsang paagi ang lenti makabawog ug makatigom sa kahayag, o makapokus? Ang tubag mao ang katingad-anan sa optika nga gitawag refraction.

Kon imong ibutang ang usa ka lipak diha sa tubig, unsay imong makita? Dili ba ang lipak bawog tan-awon sa dapit nga kini natidlom sa tubig? Kining komun apan katingalahang hitabo nagpakita nga kon ang silak sa kahayag moagi gikan sa usa ka butang ngadto sa lain, sama pananglit gikan sa tubig ngadto sa hangin, dili kini magpadayon nga tul-id ang linya; kini bawog gawas kon kini moigo sa utlanan nga patindog. Mao kini ang gitawag sa mga siyentipiko nga refraction. Ang punto diin mabawog ang kahayag nagadepende sa agianan​—hangin, tubig, lana, bildo, ug uban pa​—ug sa anggulo sa pag-igo, sa ato pa, ang anggulo tali sa silak sa kahayag ug sa patindog nga punto sa pagsulod niini.

Lantawa pag-usab ang lenti sa kamera. Imong mamatikdan nga ang ibabaw sa lenti dili patag apan kurba sama sa ibabaw sa bola, o convex. Karon handurawa ang usa ka silak sa kahayag nga moigo niini gikan sa halayo. Sa tunga, ang kahayag patindog sa ibabaw sa lenti; busa kini molusot nga diretso nga walay mahitabong refraction. Ang anggulo sa pag-igo magkadako paingon sa kilid sa lenti. Nagpasabot kini nga ang refraction nga gipahinabo sa lenti mas dako sa magkalayo gikan sa sentro nga diin moigo ang silak sa kahayag. Tungod niini, ang tanang silak sa kahayag nga gikan sa usa ka dapit sa usa ka kilid sa eksaktong pagkapormang lenti magtipon, o mapukos, sa pikas kilid aron maporma ang usa ka larawan.

Pagdesinyo sa Optikal nga Sistema

Apan, ang nagpalisod niining mga butanga mao ang kamatuoran nga ang kahayag nga nagkalainlaing kolor, o wavelength, mabawog sa lainlaing sukod. Maoy hinungdan kon nganong isabwag sa prismo ang usa ka silak sa kahayag sa adlaw ngadto sa mga kolor niini, nga mopormag balangaw. Mao gayod kini ang mahitabo sa usa ka yanong lenti; ang larawan kasagaran dunay de-kolor, busa hiwig mga daplin.

Kining sulirana masulbad pinaagi sa maampingong pagdesinyo. Ang mga siyentipiko nahibalo, pananglitan, nga ang kemikal nga mga sagol sa bildo nga gamiton sa lenti makausab sa kinaiyahan niini sa pag-refract. Pinaagi sa paggama ug sistema sa mga lenti nga gikan sa nagkalainlaig matang sa bildo ug dunay nagkalainlaing kurba, mapamenosan sa tigdesinyo ang pagkahibat ug pagkahiwi sa larawang mamugna.

Apan, ang pagdesinyo sa maong sistema dili sayon. Sa miagi nalangkit ang daghang tawo niini sa paghimo sa mabudlayng kalkulasyon sulod sa daghang semana o mga bulan sa pagpatunghag desinyo. Karon, ang mga kompiyuter mao nay gigamit sa pagkalkula sa tanang posibleng panaglahi sa mga anggulo sa silak sa kahayag, sa distansiya sa mga lenti, ang pagkakurba sa matag lenti, ug daghan pang butang. Ang kompiyuter giprograma aron pilion ang kombinasyon nga makahimog usa ka sistema nga may labing taas nga sukod sa pagkatukma.

Ang maayong lenti sa kamera hayan dunay upat hangtod pito, o kapin pa, ka nagkalainlaing mga elemento, nga ang mga ibabaw niini eksakto hangtod sa pinakagamayng ikanapulo ka libo sa usa ka milimetro. Ang matag usa ka elemento kinahanglang itaod sa eksaktong pagkaangay sa usag usa. Aron makuha ang kinadaghanang kahayag kon mahimo, ang dayametro sa matag elemento kinahanglang dako kon mahimo. Kining tanan mahal nga buhaton, ug maoy hinungdan kon nganong ang precision nga kamera labihan ka mahal. Pananglitan, ang usa sa mga kamera nga gigamit sa space shuttle makakuhag detalyadong letrato sa yuta nga 10 metros ang gilapdon gikan sa kapin sa 240 kilometros ang kalayo didto sa kawanangan. Kining kameraha dunay lenti nga walo ang elemento, ug mobilig nuybe milyones dolyares!

Pagkakita sa Dili Makita

Handurawa kon unsa ang nalangkit sa pagdesinyo, paggama, ug pagsulay sa usa ka optikal nga sistema nga magamit diha sa usa ka teleskopyo nga motugot kanato sa pagtan-aw sa atong halapad, kahibulongang uniberso. Ang lagyong mga bitoon hanap kaayong tan-awon nga ang kadaghanan kanila dili na makita sa atong mga mata. Tigomon sa teleskopyo kon mahimo ang labing daghang kahayag gikan niining halayong mga bitoon, ipokus niini ang usa ka kumon nga punto, ug mopormag usa ka makitang larawan.

Ang kadaghanan sa optikal nga teleskopyo nagagamit ug hulpa nga bildo aron tigomon ang hanap nga silak sa kahayag. Ang bantog nga teleskopyong Hale sa Mount Palomar, pananglitan, dunay bildo nga 5 metros ang dayametro ug makalantaw sa halayo nga pipila ka bilyong light-years. Bisan makapahingangha, ang teleskopyong Hale nalabwan na karon sa usa nga anaa sa ibabaw sa Mauna Kea sa Hawaii. Kining teleskopyoha dunay 10 metros nga bildo​—upat ka beses ang kapasidad sa pagtigom ug kahayag kon itandi sa teleskopyo sa Palomar. Gamhanan kini kaayo, nga sa pagkamatuod, “gitugot niini nga mapakita sa usa ang kahayag sa usa ka kandila gikan sa buwan,” miingon si Howard Keck, presidente sa organisasyon nga midonar ug 70 ka milyong dolyares sa pagsuporta sa proyekto.

Sulod sa dugay-dugayng panahon ang mga mata sa mga astronomo nakatan-aw sa laing matang sa teleskopyo: ang $1,600,000,000 HST (Hubble Space Telescope). Gipalupad sa kawanangan diha sa space shuttle, kini nagabiyo libot sa yuta diha sa orbito nga 500 kilometros sa kawanangan. Kon dili masalipdan sa atmospera sa yuta, kini tin-awng makakita nga, sa teoriya, ang gahom niini sa pagkakita “katumbas sa pagkaila sa wala nga suga sa awto gikan sa tuo sa gilay-ong 4,000 kilometros,” miingon ang magasing Sky & Telescope. Aron maabot ang ingong sukod sa pagkakita, ang ibabaw niining kasarangang 2.4 metros nga bildo kinahanglan nga eksakto sulod sa ikalimang milyong milimetro. Apan, sa dakong kapalaw sa tanan, ang unang mga larawan nga gipadala sa HST gikan sa kawanangan hanap, nga sa dayag maoy resulta sa daot nga pagkagama. “Ang piraso sa sentitikong film nga samag gidak-on sa usa ka lugas sa bonbon,” miingon ang taho sa New Scientist, “natangtang gikan sa usa ka gamit nga tigpasibo sa dihang gigama ang pangunang bildo sa teleskopyo. Ingong sangpotanan ang bildo nasobrahan ka patag sa pagkabaid.” Tataw, bisan ang labing inantigong teknolohiya mosipyat gihapon!

Aron makakita sa halayo pinaagi sa usa ka teleskopyo, mobali na usab kita sa pagkakita sa duol pinaagi sa usa ka mikroskopyo. Ang unang mga mikroskopyo maoy mga lenti. Sa pagka ika-17ng siglo, ang compound nga mikroskopyo gigamit, diin ang larawan nga maporma sa usa ka lenti dugang nga padakoon sa laing lenti. Ang unang lenti sagad gitawag nga objective tungod kay kini gitumong sa butang nga pagatan-awon, ug ang ikaduhang lenti, ang eyepiece o tigtan-aw.

Aron mahimo sa mikroskopyo ang obra niini, kini kinahanglan makatigom ug labing daghang silak sa kahayag gikan sa gamay nga butang. Aron mahimo kini, ang objective nga lenti giporma nga samag tunga nga bola, nga maorag kalo sa uhong. Bisan kon usa lang ka milimetro o menos pa ang dayametro niini, ang ibabaw niini kinahanglan eksaktong pagkabaid sulod sa usa ka libo sa usa ka milimetro.

Makaiikag, ang abilidad sa pagkakita sa gagmayng mga butang nagadepende dili sa instrumento sama sa matang sa kahayag nga gamiton aron lamdagan ang butang nga buot tan-awon. Kon mas gamay ang butang nga tan-awon, kinahanglan mas mubo ang wavelength sa nagalamdag nga kahayag. Ang optikal nga mikroskopyo nagagamit ug ordinaryong kahayag, ug kini maoy nakapugong kanila sa pagkakitag mga butang nga dili momenos ikanapulo ka libo sa usa ka milimetrong gilapdon. Ang unang mga mikroskopyo nakahimo sa mga siyentipiko sa pagdiskobre nga ang mga tanom adunay dili-maihap nga mga selula​—usa ka kapadayagan. Karon, ang mga estudyante sa biology makatan-aw sa kalibotan sa mga bakteriya ug mga selula sa dugo pinaagi sa ilang mga mikroskopyo sa klasehanan.

Aron makita ang mas gagmay pang mga butang, anaa ang electron nga mikroskopyo. Ingon sa gipasabot sa ngalan, inay sa makita nga kahayag, ang mga silak sa taas-ug-enerhiya nga mga electron nagapukos diha sa mga butang nga ingon ka gagmay sa ikamilyong bahin sa usa ka milimetro. Makapakita kinig mga virus ug mga dodagkong mga molekula.

Komusta na man ang katukoran sa atomo o ang uyok niini? Aron makita kining mga butanga, kinahanglang “bungkagon” sa mga siyentipiko ang atomo ug unya mogamit ug mga kompiyuter aron mamugna ang larawan pinasukad sa gisangpotan sa pagbungkag. Busa, sa usa ka diwa, ang kinadak-an ug labing gamhanang “mga mikroskopyo” mao ang mga particle accelerators​—mga cyclotron, synchrotron, ug uban pa​—ang gidak-on sa pipila niini ginasukod sa kilometrahi. Kining mga instrumentoha nakahimo sa mga siyentipiko sa pagtan-aw sa mga sekreto sa mga puwersa nga nagahawid sa uniberso nga dili mabungkag.

Ang Katingalahang Katakos sa Panan-aw

Kon itandi niining mga komplikadong mga instrumento, ang tawhanong mata, tingali maoy hunahunaon sa usa, nga kinaraan. Yano, tingali; apan dili gayod kinaraan! Ang mata dili malisdan sa pagkakita sa nagkalainlaing mga kolor sa kahayag. Ang awtomatikong sistema niini sa pagpokus tulin ug episyente. Kini makakita nga three-dimension. Makakita kini sa milyon-milyong ang-ang sa kahayagon ug matang sa kolor. Kini makamugna ug makarekord ug bag-ong larawan matag ikanapulong bahin sa segundo. Ang listahan taas kaayo. Pagkatalagsaong obra maestra​—ang mata sa tawo!

Pagkamapasalamaton nato tungod sa abilidad nga makakita​—duna man o walay paggamit ug optikal nga mga instrumento! Ang nag-uswag nga kahibalo labot sa mga butang dagko ug gagmay, makita ug dili-makita, nakahatag daghang tinuod nga mga kaayohan. Apan labaw sa tanan, ang katingalahang gasa sa panan-aw, dinuyogan sa atong nahibaloan pinaagi sa siyensiya sa optika, angay motabang kanato sa pagkakita sa kaalam ug gugma sa usa nga mitagana kanato niining mga butanga, ang Maglalalang, si Jehova nga Diyos.​—Salmo 148; Proverbio 20:12.

[Mga hulagway sa panid 23]

Ang matahom nga Orion nebula, 1,300 ka light-years ang kalay-on

[Credit Line]

Hulagway sa NASA

Sulod nga larawan: Usa sa mga teleskopyo sa Kit Peak National Observatory, Arizona, T.B.A.

[Mga hulagway sa panid 24]

Sa taas: Ang punoan sa usa ka himbis sa pako sa anunugba, gipadako pinaagig electron microscope

Ubos nga wala: Gipadako nga 40,000 ka pilo, ang labi pang makita nga detalyado, nagpakita sa komplikadong desinyo nga anaa sa katukoran sa tanang buhing mga butang.

[Credit Line]

Ibabaw ug ubos nga wala. Outdoor Pictures

Ubos nga tuo: Ang compound nga mikroskopyo ni Hooke gikan sa “Micrographia,” ni Robert Hooke, 1665

[Credit Line]

Historical Pictures Service