Dalga boyu uzadıkça çözünürlük neden düşer?

Çözünürlüğün dalga boyu uzadıkça düşmesinin temel sebebi, ışığın dalga doğası gereği dar bir aralıktan veya mercekten geçerken saçılması, yani kırınıma uğramasıdır. Dalga boyu ne kadar büyükse, bu saçılma o kadar fazla olur ve görüntüyü oluşturan noktalar genişleyerek birbirine girer.

Fotonun belli bir katı boyutu olduğunu düşünmek, kuantum dünyasında bizi biraz yanıltabilir. Işığı burada küçük bilardo topları gibi değil, denizde ilerleyen dalgalar gibi düşünmeliyiz. Limanın girişinden geçen dalgaları gözünüzde canlandırın. Dalgalar limandan içeri girerken dümdüz ilerlemez, kenarlara doğru yayılır. İşte teleskoplarımızın aynaları veya gözümüzün bebeği de uzaydan gelen ışık için birer liman girişidir. Işık bu açıklıktan geçerken yayılır ve odaklandığı yerde minik, keskin bir nokta yerine Airy diski dediğimiz etrafı halkalı bulanık bir leke oluşturur.

Dalga boyu uzadıkça, bu yayılma miktarı artar. Kızılötesi ışınların dalga boyu, görünür ışığa göre çok daha uzundur. Bu durumu resim yapmak gibi düşünebiliriz. Kısa dalga boylu ışığı ince uçlu bir teknik çizim kalemi, uzun dalga boylu kızılötesi ışığı ise kalın uçlu bir suluboya fırçası olarak hayal edin. İnce uçlu kalemle çok detaylı çizgiler çizebilirsiniz. Kalın fırçayla ise aynı detayları yakalamanız imkansızdır, boyalar birbirine karışır ve çözünürlük düşer. Teleskoplarımız da evrenin resmini çizerken uzaydan gelen bu dalgaları fırça olarak kullanır.

James Webb Uzay Teleskobu örneğiniz çok yerinde. Orta kızılötesi dalga boyları epey uzundur. Kalın bir fırçayla evren tablosu yapıldığı için görüntülerdeki ince detaylar bir miktar bulanıklaşır. Rayleigh kriteri de tam olarak bu iki kalın fırça darbesinin birbirine ne kadar yaklaşırsa tek bir büyük leke gibi görüneceğini matematiksel olarak hesaplar. Uzun lafın kısası, fotonların yörüngesi veya dik gelmesi durumu değiştirmez. Işığın rengi veya dalga boyu optik sistemden geçerken ne kadar yayılarak kırınıma uğrayacağını belirler. Evrenin ince detaylarını keskin görmek istiyorsak manzaraya ince fırçalarla, yani kısa dalga boylarıyla bakmalıyız, aksi halde manzaramız hafif miyop bir gözle bakıyormuşuz gibi bulanıklaşır.