INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA
TELESCOPIO REFRACTOR Roberto Bartali
2007
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INTRODUCCIÓN
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Galileo Galilei Galilei (1564-1642), astrónomo astrónomo y matemático Italiano, fue el primero que construyó un telescopio para utilizarlo en la observación observación del Universo, en 1610. Telescopios de Galileo
Galileo Galilei
http://www.osservatorioacquaviva.it/oss ervareilcielo/telescopi/tel ervareilcielo/telescopi/telescopio_ga escopio_galileo lileo .jpg
Además de crear el método científico, revolucionó revolucionó la Astron Astronomía omía gracias gracias a una innumerable serie de descubrimientos.
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De un día para otro el Universo se hizo inmenso, la cantidad de estrellas visibles, a pesar de la poca calidad de los lentes y el reducido diámetro de 3 y 5 cm, se multiplicó miles de veces. Constelación Ursa Major Constelación de Cruz del Sur
http://spiff.rit.edu/classes/phys230/lectures/spec_interp/crux.gif http://jumk.de/astronomie/special-stars/phecda.shtml
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Galileo demostró que la Luna tenía cráteres y que Júpiter resultó ser un mini sistema planetario. Además de infinidad de otros descubrinientos…..
Observaciones de Galileo http://www.alparavenna.it/LaNostraAttivitàDiDivul gazione/Galileo%20Galilei/Galileo%20Galilei_clip _image043.jpg
http://www.pianeta-marte.it/nasce_aerografia/galilei/galileo2.jpg
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Después, solo fue cuestión de tiempo para que los telescopios, cada vez más grandes, nos revelaran lo que está en los confines del Universo visible y nos permitieran hacer hipótesis acerca de su principio y de su fin.
TNG
http://www.tng.iac.es/gallery/tng/images/gianni09.jpg
Como homenaje al gran astrónomo, el telescopio italiano más grande (3.58 m) está dedicado a Galileo 6 Galilei.
Los telescopios gigantes sobre la Tierra y los que se encuentran en el espacio exterior…
HUBBLE
http://astroprofspage.com/wp-content/uploads/2007/01/Hubble_01.jpg
KECK http://mstecker.com/images/astronomicalsites/Keck/i2
...son solo el principio y una muestra de lo que el futuro (no muy lejano), nos ofrecerá.
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CARACTERÍSTICAS
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El telescopio refractor utiliza el fenómeno de la refracción (desviación) de la luz cuando ésta pasa por un medio diferente al vacío.
http://wisp.physics.wisc.edu/astro104/lecture7/lec7_print.html
La forma bi-covexa del lente objetivo, concentra los rayos de luz en un punto denominado “foco” a una distancia que depende del radio de curvatura del lente. Esta distancia se llama “distancia focal”.
Otra serie de lentes llamados “oculares”, toman los rayos de luz concentrados en el punto focal “foco”, los amplifican y convierten en una serie de rayos paralelos para que puedan ser captados por 9 el ojo.
objetivo
ocular
Para obtener la visibilidad completa del campo, se requiere que el diámetro del haz de luz que llega a la pupila, sea igual al diámetro de la pupila del observador.
Si el haz de luz tiene menor diámetro, el campo será visible por completo, pero el observador debe quedar perfectamente alineado con el eje del telescopio. La observación es muy difícil y cansada.
Si el haz de luz tiene mayor diámetro, solo una parte del campo será visible.
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El ángulo en el que se refracta la luz depende de la longitud de onda (color), siendo mayor para las longitudes de onda más cortas (luz azul) que para las largas (luz roja). Refracción de la luz Imagen de la luna con aberración cromática
http://www.funsci.c om/fun3_en/ucomp 1/ucomp1_11.gif
Si el objetivo del telescopio esta compuesto de un solo lente biconvexo, la imagen en el ocular se verá con colores falsos.
http://www.telescopios.info/telescopios_refractores.html
Este fenómeno se llama “Aberración Cromática” y su efecto es que los objetos se vean a través del telescopio no como puntos de un solo color, sino que se ven rodeados por aros azules y rojos. 11
Las estrellas se ven como discos concéntricos azulez, verde (amarillos) y rojos.
Este problema se puede corregir parcialmente utilizando un segundo lente bi-cóncavo colocado detrás del objetivo (bi-convexo) fabricado con un tipo diferente de vidrio, para que tenga un diferente índice de refracción. H h o t t m p : e / w 1 / .h w t m w . a b d n . a c . u k / ~ u 0 2 r a s 4 / p x 2 0 1 3 /
http://physics.uoregon.edu/~jimbrau/BrauImNew/Chap05/FG05_05.jpg
Esta combinación de lentes se denomina “Sistema Acromático” y es capaz de corregir solo la mitad del problema, haciendo converger solo dos longitudes de onda distintas en el mismo punto focal.12
Si el objetivo se fabrica utilizando tres lentes de diferente forma y diferente tipo de vidrio, calculados de tal manera que la luz roja, la verde y la azul, sean enfocadas en el mismo punto, obtenemos imágenes perfectas. Este arreglo de lentes se llama “Sistema Apocromático”, además de corregir la aberración cromática, corrige también la aberración esférica. http://starizona.com/acb/ccd/equipbasicsref.aspx
Para reducir los efectos de la aberración cromática se pueden fabricar objetivos acromáticos (2 lentes) utilizando vidrios de baja dispersión, pero son caros, difíciles de trabajar y como contienen metales pesados, son muy contaminantes. Pueden provocar algunos problemas (en forma aleatoria) a la hora de tomar imágenes con CCD. Otra solución es utilizar fluorita en lugar que el vidrio, pero esta es frágil y muy difícil de trabajar. 13
Ejemplo de imagen con reducida aberración cromática, debido al uso de dos lentes.
s h c t t o p p : / i _ / c f i i e l e l o / a p b r e o r f c o r n o d . o j p . g u a i .i t / a r t i c o l i / t e l e
Ejemplo de imagen sin aberración cromática, la corrección se hace por medio de 3 lentes.
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ABERRACIÓN ESFÉRICA Los rayos que inciden hacia el borde de una lente biconvexa convergen antes que los que cruzan por el eje del lente. A causa de la aberración esférica, la imagen de una estrella no se reduce a un punto, sino que se presenta como un círculo de diámetro tanto mayor cuanto mayor es el defecto. Este defecto es independiente de la aberración cromática; la aberración esférica puede presentarse aunque no haya dispersión. El defecto se evita haciendo parabólicas cada cara de la lente en lugar de esféricas. Una lente parabólica está menos curvada en las orillas que en el centro y hacen converger los rayos paralelos a un solo punto o foco perfectamente definido.
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CURVATURA DEL CAMPO Los lentes de corta longitud focal tienen una curvatura muy fuerte, el plano focal será entonces curvo y no plano. Este defecto implica que la posición de los objetos en la periferia del campo no sea la correcta. Si el telescopio tiene relación focal F/10 o mayor, este problema es mínimo. http://www. difo.uah.es/ curso/c04/c ap04.html
http://digilander.libero.it/photallica/figcur1.jpg
Plano focal curvo
Este defecto se corrige utilizando unos lentes colocados antes del plano focal. Esta corrección es necesaria si se hacen observaciones astrométricas.
Plano focal corregido
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REFLEXIÓN
Una parte de la luz que llega es reflejada por el lente o la serie de lentes del objetivo. Por esta razón se pierde cerca del 12 o 13% de la luz entrante. Para reducir este efecto se recubre el objetivo con una sustancia antireflejante. Se puede reconocer un instrumento tratado con antireflejante porque el lente es de color verdoso, amarillento o azulado, en lugar que transparente.
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DIFRACCIÓN El diámetro del objetivo es limitado, por lo tanto el perímetro del lente se comporta como una perforación por la que tienen que pasar los rayos de luz.
Cuando observamos una estrella, su imagen será un disco luminoso (disco de difracción) rodeada por unos anillos denominados anillos de Airy.
http://www.arrigoam adori.com/lezioni/Tut orialFisica/Diffrazion e/Diffra8.gif
La imagen obtenida en la pantalla, presentará un disco muy brillante y una serie de anillos concéntricos, unos luminosos y otros obscuros.
El diámetro del disco es inversamente proporcional al diámetro del objetivo del telescopio (lente o espejo). Este problema no es posible corregirlo y limita el poder de resolución del telescopio. 18
La resolución angular teórica es imposible de obtener debido a la difracción. Para los telescopios cuyo diámetro es menor a 25 cm, la difracción es la principal causa de la pérdida de resolución. Pero el mayor factor limitante es la turbulencia atmosférica la cual, además de ampliar el disco y los anillos, los distorsiona también. Para telescopios cuyo diámetro es mayor a 25 cm, la turbulencia es el principal factor de la pérdida de resolución. Este problema se corrige utilizando sistemas de óptica adaptiva y activa. Los telescopios en el espacio carecen de este problema. I
t b l
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I
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http://wps.prenhall.com/wps/media/o bjects/1351/1384175/image/cfht_ad aptive_optics.gif
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CONCLUSIONES
Un telescopio refractor carece de la mayor parte de los defectos que son intrínsecos a los reflectores.
Debido a que el tubo está cerrado, la turbulencia de la imagen (debida a corrientes de aire) es muy reducida, siempre y cuando el tubo no esté sujeto a calentamiento.
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CONCLUSIONES La fabricación de telescopios refractores de calidad es muy compleja y por lo tanto muy cara, porque los vidrios deben ser perfectamente homogéneos y pulidos en ambas caras. Además el vidrio es un fluido y después de cierto tiempo, la fuerza de gravedad deformará el lente. Si la distancia focal es muy larga, entonces el tubo óptico puede sufrir flexiones, desplazando el punto focal provocando distorsiones en las imágenes.
Un buen telescopio refractor, ofrece imágenes muy bien contrastadas, normalmente de mejor calidad que las de un reflector de mayor diámetro (15 cm refractor = 25 cm reflector).
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Telescopios cuyo objetivo tenga un diámetro de 15 o más centímetros son extremadamente caros y solo son utilizados por un restringido rango de usuarios. http://www.staroptic s.it/astronomia/Sky watcher/120edheq5 pro.jpg
http://www.duboptika.altervista.org/realizzazio ni1_file/s.benedetto_gr.JPG
En la actualidad, solo se fabrican de pequeñas dimensiones para satisfacer el mercado de los aficionados, pero la calidad de los instrumentos es muy baja.
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Normalmente el telescopio refractor tiene longitudes focales muy largas, por eso lo hace especialmente útil para la observación planetaria, estrellas dobles y mediciones astrométricas.
http://www.gawh.net/a rticoli/morais_file/satu rno.jpg
Saturno fotografiado con un refractor de 42 cm.
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EJEMPLOS
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Telescopio refractor (Radcliffe) de la Universidad de Londres.
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Telescopio refractor de 20 cm en Oakland.
http://www.answers.com/t opic/eightinchtelescope jpg
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Telescopio refractor de 26 “ del Observatorio Naval de Estados Unidos.
http://www.usno.navy.mil/USNO26in.html
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El refractor más grande se construyó hace más de 100 años, y es el del observatorio de Yerkes con un diámetro del objetivo de 1 metro. El tubo óptico mide más de 19 metros, debido a su gran distancia focal.
El peso total de este instrumento es de decenas de toneladas.
http://wwwnews.uchicago.edu/releases/07/0701 16.academy.shtml
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Refractor visual de 38 cm de diámetro montado en paralelo con un refractor fotográfico de 42 cm de diámetro, ambos son apocromáticos y fueron contruidos hace casi 150 años, Se encuentran en el observatorio de Turín (Italia) y actualmente son dedicados a la divulgación.
http://www.astrosurf.com/comolli/g03-02.jpg
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