EL TELESCOPIO (por Cristina Mazón).



¿QUÉ ES?
Es un instrumento óptico astronómico que permite la observación de cuerpos muy alejados. Su función principal es captar la luz procedente de los objetos conduciéndola después hacia un ocular, placa fotográfica o cualquier otro tipo de dispositivo para su observación y estudio. Pueden recoger más luz y permiten ver más detalles de lo que es posible para el ojo humano, concentrándose en un campo del paisaje terrestre o estelar más pequeño, de la misma forma que la córnea y el cristalino del ojo proyectan la imagen que vemos en la retina. De esta forma, permite que recibamos desde esa zona visual más luz (fotones) que las que permite nuestra pupila. Nuestra pupila se dilata hasta un máximo de 4 mm, lo que es muy poco considerando la falta de luz en la noche o los pocos fotones que nos llegan de objetos muy lejanos. El telescopio actúa como una pupila artificial capaz de recoger mucha más luz que nuestra pupila natural.

HISTORIA DEL TELESCOPIO.

La historia del telescopio es una de las más interesantes e importantes en la trayectoria de la evolución de la ciencia. Gracias a este instrumento se han logrado descubrimientos científicos maravillosos. El interés sobre el telescopio se despertó intensamente tan pronto se le descubrió, pues le dio al hombre algo de sensación de poder al permitirle observar lo que sucedía a distancias grandes de él y ampliar así su campo de acción. Esto es rigurosamente cierto, ya que el conocimiento humano estaba confinado a los límites terrestres, pero con las primeras observaciones astronómicas se amplió a todo el Sistema Solar, y más tarde a todo el Universo.
A fin de comprender bien los hechos que condujeron a su invención, debemos primero examinar los orígenes de la óptica. Quizá la primera lente que hubo en el mundo fue la que construyó Aristófanes con un globo de vidrio soplado, lleno de agua, en el año 424 a.C. Sin embargo, la construcción de ésta no tenía el propósito de amplificar imágenes, sino de concentrar la luz solar. Naturalmente, el interés en el fenómeno de la refracción de la luz se había despertado desde mucho antes. Los primeros estudios experimentales los realizó Alhazen en Arabia, alrededor del año 1000 a.C. Estos estudios fueron realmente primitivos, y no lograron llegar a descubrir la ley física que gobierna la luz.
Después del globo de Aristófanes tuvieron que pasar casi 1500 años, hasta que en el año 1200 d.C. el fraile franciscano inglés Roger Bacon talló los primeros lentes con la forma de lenteja que ahora conocemos. En su libro Opus maius, Bacon describe muy claramente las propiedades de una lente para amplificar la letra escrita.
El siguiente paso obvio era montar las lentes en una armazón que permitiera colocar una lente en cada ojo con el fin de mejorar la vista de las personas con visión defectuosa. Esto se hizo en Italia casi un siglo después, entre los años 1285 y 1300 d.C. Queda, sin embargo, la duda de si fue Alexandro della Spina, monje dominico de Pisa, o su amigo Salvino de Armati, de Florencia.
La historia del telescopio propiamente dicha comienza a fines del siglo XVI o principios del XVII. Se han mencionado tres posibles inventores. El primero de ellos es el italiano Giambattista della Porta, quien en 1589 hizo en su libro De magiae naturalis una descripción que parece ser la de un telescopio. Sin embargo, la mayoría de los historiadores creen que no fue él el descubridor, aunque quizá estuvo a punto de serlo.
Otro posible inventor que se ha mencionado es Zacarias Jansen, en 1590, en Holanda, pues se han encontrado escritos donde se afirma esto. Sin embargo, hay serias razones basadas en la personalidad de Jansen para creer que son afirmaciones falsas.
El más probable descubridor es el holandés Hans Lippershey, quien según cuidadosas investigaciones históricas se ha confirmado que construyó un telescopio en el año de 1608. Lippershey era fabricante de anteojos en Middlesburgh, Zelandia, y nativo de Wesel. No era muy instruido, pero a base de ensayos descubrió que con dos lentes, una convergente lejos del ojo y una divergente cerca de él, se veían más grandes los objetos lejanos. Llegó incluso a solicitar una patente, pero por considerarse que el invento ya era del dominio público, no le fue otorgada. Esta negativa fue afortunada para la ciencia, pues así se difundió más fácilmente el descubrimiento. Como es de suponerse, Lippershey no logró comprender cómo funcionaba este instrumento, pues lo había inventado únicamente a base de ensayos experimentales sin ninguna base científica. El gobierno holandés regaló al rey de Francia dos telescopios de Lippershey. Estos instrumentos se hicieron tan populares que en abril de 1609 ya podían comprarse en las tiendas de los fabricantes de lentes de París.
Galileo Galilei se enteró de la invención de Lippershey en mayo de 1609 y antes de 24 horas había construido su primer telescopio, con lentes que encontró disponibles. Este instrumento consistía simplemente en dos lentes simples, una plana convexa y una bicóncava colocadas en los extremos de un tubo de plomo, el cual tenía una amplificación tan sólo de 3X (anteojo de Galileo). Los resultados fueron tan alentadores que inmediatamente se dio a la tarea de construir otro con una amplificación de ocho. Gracias al telescopio podían ver naves situadas tan lejos que transcurrían dos horas antes de que se pudieran ver a simple vista. Era evidente la utilidad de este instrumento en tiempos de guerra, pues así era más fácil descubrir posibles invasiones por mar.
A diferencia de Lippershey, Galileo comprendió un poco mejor cómo funcionaba el telescopio, lo cual le permitió construir uno con amplificación de 30X. Este telescopio se encuentra ahora en el Museo de Historia de la Ciencia en Florencia. Con él pudo descubrir en Padua los satélites de Júpiter y los cráteres de la Luna. La desventaja de este instrumento es que su campo era tan pequeño que abarcaba apenas un poco menos que la cuarta parte del diámetro de la Luna.
En julio de 1610 observó Saturno, pero no pudo ver bien los anillos y tuvo la impresión de que el planeta estaba en realidad formado por tres grandes cuerpos en línea: Al cambiar la orientación del anillo y quedar de perfil, los dos cuerpos laterales desaparecieron, lo que no pudo entender Galileo. Fue hasta 40 años después cuando Huygens, en Holanda, descubrió que en realidad se trataba de un anillo. Más tarde, en Florencia, Galileo descubrió las fases cambiantes de Venus y las manchas solares.


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Telescopio de Galileo

Con motivo del descubrimiento de este nuevo y revolucionario instrumento óptico, Galileo llevó a cabo aún con más fuerza sus estudios sobre el universo, los cuales causaron cierta controversia en su época, llegando incluso en última instancia a tener que negar su apoyo a la teoría copernicana. No obstante, es un mito la afirmación de que juró obediencia y que mientras lo hacía decía en secreto "y sin embargo se mueve", refiriéndose a la Tierra.
El telescopio de Galileo era refractor, pero enseguida tuvieron lugar una serie de adelantos (de entre ellos algunos promovidos por el científico alemán Johannes Kepler) que situaban en el ocular una lente convexa que aumentaba el campo de visión, aunque esto aumentaba la aberración esférica e invertía la imagen. Para evitar esto, Huygens alargó la distancia focal aumentando con ello el tamaño de la imagen.
El siguiente capítulo de esta historia lo escribe Isaac Newton, que quiso eliminar la aberración esférica prescindiendo de las lentes, así surgió el telescopio reflector.
Las siguientes innovaciones fueron hechas por Schmidt, Cassegrain y Foucault. El primero, diseñó un nuevo modelo de telescopio, Cassegrain añadió una lente para corregir la aberración típica de los telescopios de Schmidt, y por último, Foucault ideó un procedimiento químico para platear los cristales y formar espejos.
Ante la imposibilidad de construir refrectores más grandes, en ciencia se usan reflectores. Hoy día, los telescopios son de espejos monolíticos de hasta 8.4 metros y segmentados de hasta 10 metros. Actualmente, para el avance de este instrumento se tiende su relación con la informática y la técnica (CCD), tendiéndose a observar todo el espectro de la luz.



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Bloque de vidrio para el espejo del telescopio de Monte Palomar



¿CUÁLES SON SUS PRINCIPALES COMPONENTES?
Lente:
pieza de vidrio trabajada de forma concreta que permite la obtención de imágenes por efecto de los fenómenos de refracción.
Espejo: superficie límite de un medio en la que se produce la reflexión de la luz.
Foco (f): punto en el que los rayos de luz convergen al refractarse en una lente o reflejarse en un espejo. El foco de toda lente o espejo se sitúa en algún punto de la recta de su eje.
Distancia focal (F): la distancia que media entre el centro del objetivo (lente o espejo) y el punto donde los rayos de luz convergen, es decir, el foco. Esta distancia depende de la curvatura de las lentes o espejos.
Objetivo: elemento de un instrumento óptico dispuesto en dirección al objeto que se quiere observar. Los objetivos de los instrumentos ópticos son lentes o espejos y sobre ellos incide la luz proveniente de los objetos observados, refractándose en el caso de las lentes o reflejándose en el caso de los espejos.
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Ocular: lente o sistema de lentes de un instrumento óptico y que constituye la parte donde aplica el ojo el observador. El ocular se sitúa en el foco del objetivo del instrumento y facilita y aumenta la imagen proporcionada por éste. Aparte del empleo de uno u otro tipo de lentes la característica que más diferencia a los oculares es su distancia focal que es la que, en última instancia, proporciona los aumentos.
*Aberración óptica: distorsión producida por un sistema óptico que produce una imagen imperfecta del objeto observado. La aberración cromática se origina cuando los rayos de luz de distinta longitud de onda no coinciden en el foco. La aberración geométrica produce imágenes distorsionadas y/o de poca nitidez.

¿CÓMO FUNCIONA?

En una lente la luz desvía su trayectoria al pasar a través de ella. Es el fenómeno de refracción, que se produce siempre que la luz pasa de un medio a otro. En los espejos la luz también cambia de dirección pero, esta vez, reflejándose según un determinado ángulo. Este es el fenómeno de reflexión.



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Siguiendo la Figura 1, a la distancia entre el centro de la lente objetivo (punto O) y su foco (punto F1') se le llama longitud focal, que es precisamente la que correspondería a un telescopio sobre el cual estuviera montada. Se representa por la letra F y su valor suele venir expresado en milímetros.
El ocular se coloca entonces de manera que su foco (punto F2) coincida con la imagen formada por el objetivo. En esta situación el observador recibe una imagen virtual e invertida de igual tamaño que la formada por el objetivo pero, al originarse un gran aumento angular, se ve con mayor detalle.
Ahora bien, si simplemente sustituimos la lente objetivo de la Figura por otra con una distancia focal mayor comprobaremos como la imagen real que se forma es de mayor tamaño que en el primer caso. El ocular sigue cumpliendo exactamente la misma función que antes, pero la imagen que peribirá el obsevador es más grande.

¿QUÉ TIPOS HAY?
Existen 3 tipos de telescopios: los refractores cuya óptica está basada en el emple de lentes, y los reflectores basados en espejos. Además, pueden encontrarse los telescopios catadióptricos, que combinan las cualidades de ambas clases.

1.TELESCOPIOS REFRACTORES.
En su esquema básico, el objetivo de un telescopio refractor está formado por una lente objetivo colocada en un extremo del tubo que proyecta la luz hacia el fondo, donde e colocará el ocular a través del cual se observa. No obstante, actualmente casi todos los telescopios refractores utilizan como objetivo un conjunto de dos o más lentes que se complementan oportunadamente para reducir o eliminar la aberración cromática y la esfericidad que se produce con este tipo de ópticas. Si la calidad de las lentes es alta estos telescopios ofrecen una gran definición y contraste, haciéndose especialmente aptos para la observación de astros brillants al tiempo que permiten obtener aumentos relativamente elevados con oculares de focal larga.
El diámetro del objetivo de estos telescopios suele estar comprendido entre los 60 mm y los 10 mm.


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2. TELESCOPIOS REFLECTORES.
Los telescopios reflectores utilizan como objetivo un espejo llamado primario (generalmente parabólico) colocado al final del tubo óptico que proyecta la imagen hacia un espejo secundario que la envía a su vez hacia el ocular. Al intervenir más elementos es necesario que todos estén bien alineados, a lo cual se le llama colimación. Los diámetros de estos espejos suelen estar comprendidos entre los 100 mm y los 250 mm para telescopios pequeños y medios o llegar incluso a los 7 metros en algunos de los grandes telescopios. Son telescopios muy luminosos y de elevado poder resolutivo que los hace aptos para un gran número de prácticas de observación. Además, los de tamaño pequeño y medio son fáciles de montar y desmontar, lo que facilita su transporte a zonas alejadas de los núcleos de población.

Reflectores NEWTONIANOS.
Es el más sencillo de los telescopios reflectores y su invención se debe al físico Isaac Newton (1672). Son instrumentos muy versátiles que hacen posible muchas combinaciones de diámetros de objetivo (D) y distancias focales (F) proporcionando una amplia gama de relaciones focales, lo que repercute directamente en el empleo que quiera darse.
En este tipo la luz entra por un extremo del tubo y se refleja sobre el espejo primario situado en el fondo que, a su vez, la reenvía nuevamente hacia atrás donde el espejo plano secundario la dirige al exterior del tubo donde se sitúa el ocular. El espejo primario puede responder a una geomería circular, parabólica, elipsoide o hiperbólica, donde cada tipo corrige de alguna manera la aberración por esfericidad pero provoca otras según sea la posición del objeto a observar. En todo caso en los telescopios newtonianos -donde el objeto está en el infinito- el mejor tipo de espejo primario es el parabólico que, aunque presenta aberración de coma, puede quedar corregida notablemente si la relación focal es alta (ver más abajo en este mismo tema).
La principal ventaja de estos telescopios sobre los refractores es que son de tubo relativamente corto poseyendo aberturas mayores. Pero su desventaja es que, al tener el ocular en el extremo superior del tubo, "apuntar" al objeto que queremos observar no resulta tan fácil ni inmediato.


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Reflectores CASSEGRAIN.
Muy similar al newtoniano, en el reflector Cassegrain el espejo plano secundario es sustituido por un espejo convexo hiperbólico que reenvía la luz nuevamente hacia el primario donde, gracias a un orificio practicado en su centro, los rayos convergen en el foco situado en la parte posterior del tubo. El espejo primario es de tipo paraboide.
Debido a la doble reflexión los telescopios Cassegrain tienen distancias focales largas en tubos de muy corta longitud por lo que son muy manejables, además de proporcionar grandes ampliaciones.
Generalmente ofrecen una calidad y precisión óptica indiscutible que los hace aptos para el estudio de las superficies de los planetas y de las estrellas dobles, además de ser idóneos para la fotografía y otros tipos de análisis más complejos.
Por su elaborada óptica y precisión mecánica estos instrumentos son de coste elevado.

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3.TELESCOPIOS CATADIÓPTRICOS.

Son los más recientes.Este tipo de telescopios emplean en su esquema óptico un sistema de lentes y espejos muy similar al de las cámaras fotográficas. Su diseño está basado en las cámaras Schmidt en las que la luz atraviesa una lente correctora antes de reflejarse en el espejo primario. La lente correctora tiene la función de provocar una aberración igual y contraria a la producida por los dos espejos para anularla y su empleo es precisamente el elemento óptico que los diferencia de los dos tipos vistos anteriormente.

Catadióptricos SCHMIDT-NEWTON.
Es una combinación de los sistemas Schmidt y Newton. En realidad se trata de un Newton al que se le ha colocado una lente correctora Schmidt en el extremo del tubo.
La ventaja de este diseño sobre los reflectores newtonianos es que la imagen es de mayor calidad al eliminarse la aberración de coma que se produce en estos últimos. Además los tubos suelen ser significativamente de menor longitud.


Catadióptricos SCHMIDT-CASSEGRAIN.
Aquí se trata de una combinación de la cámara Schmidt y un reflector Cassegrain. El espejo secundario envía la luz fuera del tubo por su parte posterior a través del orificio practicado en el espejo primario. Sus características los hacen especialmente idóneos para la fotografía astronómica (especialmente con cámaras CCD, para digitalización), pero son igualmente adecuados para cualquier otra especialidad.
Se presentan con aberturas a partir de 200 mm. pese a lo cual los tubos son extremadamente cortos lo que facilita su manejo y transporte.


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