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Telescopios


El ser humano siempre se sintió cautivado por el espectáculo que brinda el cielo nocturno. Durante milenios su único instrumento para desvelar sus misterios fue el ojo, con todas las limitaciones que éste tiene. Sólo podía ver a los astros como meros puntos de luz; la mayoría de ellos estáticos sobre el oscuro fondo del cielo, cinco de ellos que se desplazaban entre los anteriores (los planetas), el radiante Sol y la cambiante Luna.

Por milenios ésta era la única forma de estudiar el Cosmos. Hasta que un oscuro inventor holandés (por lo menos el más antiguo del que se tenga registro fehaciente) llamado Hans Lippershey en 1608 alinea dos lentes en los extremos de un tubo creando un instrumento que aumentaba las imágenes de objetos lejanos, convirtiéndose en la atracción de las ferias. Esta curiosidad técnica llegó a los oídos de Galileo Galilei en 1609, quien construyó uno de estos artefactos, con algunas mejoras, y lo apuntó al cielo dando origen a la Astronomía Moderna y al "telescopio" como instrumento para descubrir los secretos del Universo.

Desde entonces las innovaciones tecnológicas han permitido la construcción de telescopios de más de 10 metros de diámetro, otros que pueden operar en forma conjunta brindando una imagen tal como la obtendría uno de 16 metros de diámetro y hasta se han puesto en órbita alrededor de la Tierra distintos instrumentos capaces de observar no sólo el espectro de luz visible (desde el rojo al violeta) sino también en otras como el infrarrojo, ultravioleta, rayos X y gama. Entre estos últimos cabe mencionar al Telescopio Espacial Hubble, en órbita desde hace más de 10 años.

EL UNIVERSO AL ALCANCE DE LA MANO

El Universo despierta la curiosidad desde temprana edad. Todos alguna vez se han preguntado acerca de los nombres de estrellas y constelaciones, o se han fascinado con la salida de la Luna llena o la puesta del Sol. A diferencia del hombre antiguo, hoy es posible acceder al conocimiento del cielo con una pequeña inversión y disfrutar de las maravillas del cielo. Actualmente existen diversos tipos de telescopios en el mercado a saber:

Refractores: son aquellos instrumentos semejantes al que construyó Galileo, un tubo en cuyo extremo anterior se ubica la lente de mayor diámetro (denominada "objetivo") y en el posterior se ubica una lente pequeña a través de la cual se observa, el "ocular". En este tipo de telescopios los rayos de luz provenientes del objeto observado llegan paralelos al objetivo, éste los refracta concentrando los mismos en un punto, el "foco", "punto focal" o "plano focal". Allí se ubica el ocular que amplifica la imagen y hace que los rayos de luz salgan del mismo paralelos.

Entre las ventajas que ofrecen los refractores se pueden mencionar que al poseer un tubo cerrado no entra polvo o humedad en la trayectoria de los rayos de luz, como así también se evita la circulación de aire. Como el cociente entre la distancia focal y el diámetro del objetivo, llamado relación focal F/D, es grande y no hay obstrucción central que modifique el patrón de difracción, el contraste de la imagen es mayor y de una buena resolución por lo que es un instrumento recomendable para la observación planetaria.

La mayor desventaja de este sistema óptico se halla en la lente objetivo. En primer término porque la luz debe atravesar la misma, ésta no debe contener imperfecciones que afecten a la imagen. En segundo lugar el trabajo de pulido debe hacerse en ambas caras de la lente. Por último el índice refracción es distinto para cada color, por lo que el punto focal difiere de uno a otro; esto genera un defecto conocido como aberración cromática y que se reconoce como un arco iris alrededor del objeto observado. Esto se corrige mediante el agregado de una nueva lente correctora, pero como se mencionó anteriormente, el vidrio debe ser especial y pulido en sus dos caras, incrementando el valor del instrumento. Por este motivo, los telescopios económicos carecen de lente correctora y a partir de los 80 mm de diámetro su costo es sensiblemente mayor a un reflector de iguales dimensiones.

Reflectores: el otro sistema básico fue inventado por Isaac Newton y presentado ante la comunidad científica de la Royal Society en 1671. Consta de un espejo cóncavo (esférico o parabólico) en lugar de una lente como objetivo. En este caso los rayos de luz del astro observado llegan paralelos a la superficie del espejo y éste los concentra en el plano focal donde se coloca el ocular. Próximo a éste se encuentra un espejo secundario plano cuya misión consiste simplemente en desviar 90º los rayos reflejados hacia el ocular. Este espejo secundario, al estar ubicado en el centro del tubo obstruye la entrada de luz e introduce modificaciones al patrón de difracción y disminuyendo el contraste ligeramente.

Uno de los problemas que presentan los espejos esféricos es la aberración esférica que hace que los rayos centrales de la imagen aparezcan enfocados no así los correspondientes a la periferia. Este efecto es poco perceptible en pequeños reflectores o en aquellos cuya relación focal sea superior a 9.

Una importante ventaja que presenta este sistema óptico es su menor costo a igual dimensión de objetivo. Esto se debe en primer término a que la luz no debe atravesar el vidrio sino solamente reflejarse en su superficie. Por lo tanto no se requiere un vidrio especial y la única condición que debe reunir es ser estable a los cambios de la temperatura ambiental a los que se ve sometido. El espejo a su vez requiere del tallado y pulido de una sola superficie curva, mientras que el secundario es un espejo plano que presenta grandes dificultades para su fabricación.

Otra ventaja que ofrece es la ubicación del ocular en su extremo superior, una comodidad cuando el objeto a observar se encuentra próximo al cenit, además de permitir un montaje más cerca del suelo. Dada su menor relación focal, F/D, son más luminosos y por lo tanto mejores a la hora de observar objetos difusos tales como cometas, nebulosas, cúmulos globulares y galaxias.

Catadióptricos: un tercer grupo de instrumentos lo configuran aquellos que combinan espejos cóncavos y lentes correctoras. Uno de ellos es el Newtoniano Catadióptrico, similar al descripto anteriormente al que se le agrega una lente en la entrada del portaocular. Estos tienen tubos más cortos que los comunes (por lo que son más transportables) y la lente tiene como función corregir la trayectoria de los rayos de luz de manera tal que la distancia focal efectiva semejante a los Newtonianos Comunes, y por consiguiente de aumentos de similares con un ocular dado.

Otro modelo de telescopios catadióptricos son los denominados Schmidt-Cassegrain y los Maksutov, consistentes ambos en un espejo primario como en los reflectores tradicionales y en la parte anterior del instrumento hay una placa correctora. Estos instrumentos tienen una calidad óptica muy buena, pero dado que la luz debe atravesar las placas correctoras, éstas deben ser de un cristal de una calidad muy buena además deben estar tallados con mucha precisión. En consecuencia los costos de estos instrumentos suelen entre 2 y 4 veces superior a los instrumentos tradicionales de igual diámetro.

Extraído de: Telescopios Astronómicos. C. F. Kurtz


Historia de los Telescopios

El telescopio se inventó en Holanda, pero se discute el verdadero inventor. Normalmente, se le atribuye a Hans Lippershey, un fabricante de lentes holandés, sobre 1608. En 1609, el astrónomo italiano Galileo mostró el primer telescopio registrado. El astrónomo alemán Johannes Kepler descubrió el principio del telescopio astronómico construido con dos lentes convexas. Esta idea se utilizó en un telescopio construido por el astrónomo Christoph Scheiner, un jesuita alemán, en 1630. Debido a las dificultades producidas por la aberración esférica, los telescopios astronómicos deben tener una distancia focal considerable: algunos de hasta 61 metros.

La invención del objetivo acromático en 1757 por el óptico británico John Dollond y el perfeccionamiento del cristal de roca óptico (vidrio flint) en 1754, permitieron pronto la construcción de telescopios refractores muy perfeccionados. Las lentes de Dollond tenían un diámetro de sólo 7,5-10 cm; en cualquier caso todos estos telescopios tenían dimensiones modestas. A finales del siglo XVIII Pierre Louis Guinand, un óptico suizo, descubrió los métodos para fabricar grandes discos de vidrio flint; después se asoció con el físico alemán Joseph von Fraunhofer. El descubrimiento de Guinand permitió la fabricación de telescopios de hasta 25 cm de diámetro.

El siguiente gran industrial de lentes telescópicas fue el astrónomo y fabricante de lentes estadounidense Alvan Clark. Junto con su hijo, Alvan Graham Clark, construyó lentes no sólo para los principales observatorios de su país, sino también para el Observatorio Imperial Ruso en Pulkovo y para otras instituciones europeas.

En el telescopio reflector se utiliza un espejo cóncavo para formar una imagen. Se han inventado numerosas variaciones de este telescopio y con él se han realizado muchos de los más importantes descubrimientos astronómicos. A principios del siglo XVII un jesuita italiano, Niccolo Zucchi, fue el primero en utilizar un ocular para ver la imagen producida por un espejo cóncavo, pero fue el matemático escocés James Gregory quien describió por primera vez un telescopio con un espejo reflector en 1663. El físico y matemático inglés Isaac Newton construyó el primer telescopio reflector en 1668. En este tipo de telescopio la luz reflejada por el espejo cóncavo tiene que llevarse a un punto de visión conveniente al lado del instrumento o debajo de él, de lo contrario el ocular y la cabeza del observador interceptan gran parte de los rayos incidentes. Gregory solucionó esta dificultad en su diseño interponiendo un segundo espejo cóncavo, que reflejaba los rayos al ocular. Henry Draper, uno de los primeros astrónomos estadounidenses que construyó un telescopio reflector, utilizó con éxito un prisma de reflexión total en lugar de un espejo plano.

El físico y astrónomo francés Giovanni D. Cassegrain inventó un telescopio que tenía un espejo convexo en lugar de uno cóncavo hacia 1672. El astrónomo inglés sir William Herschel inclinó el espejo de su telescopio y colocó el ocular de forma que no bloqueara los rayos incidentes. Los espejos de Herschel tenían un diámetro de 122 cm, y un tubo de unos 12,2 m de longitud. Los espejos de los telescopios reflectores solían hacerse de metal brillante, una mezcla de cobre y estaño, hasta que el químico alemán Justus von Liebig descubrió un método para colocar una película de plata sobre una superficie de cristal. Los espejos con baño de plata fueron muy aceptados no sólo por la facilidad de construcción del espejo sino también porque se podía repetir el baño de plata en cualquier momento sin dañar su forma. El baño de plata ha sido sustituido por el revestimiento de aluminio, de mayor duración.

En 1931, el óptico alemán, de origen ruso, Bernard Schmidt inventó un telescopio combinado reflector-refractor que puede fotografiar con nitidez amplias áreas del cielo. Este telescopio contiene una lente delgada en un extremo y un espejo cóncavo con una placa correctora en el otro. El mayor telescopio Schmidt, con una lente de 134 cm y un espejo de 200 cm, está en el Observatorio Karl Schwarzschild en Tautenberg, Alemania.

Un telescopio estadounidense famoso, el Hooker de 254 cm, en el Observatorio Monte Wilson en Pasadena, California, fue cerrado desde 1985 a 1992, por causa de las presiones financieras, por los nuevos desarrollos tecnológicos y por el deseo de simplificar su funcionamiento.

El telescopio Keck incorpora una importante innovación en su diseño. La superficie del espejo del telescopio consta de 36 segmentos hexagonales individuales, cada uno de los cuales puede moverse mediante tres pistones actuantes. Las técnicas electrónicas mantienen los segmentos alineados entre sí. La segmentación no sólo reduce el peso del aparato, sino que también hace que sea mucho más sencillo pulir el espejo gigante.

Otra importante innovación en el diseño de telescopios es el telescopio de espejos múltiples (MMT), el primero de los cuales se terminó en 1979 en Mount Hopkins, Arizona, Estados Unidos. El MMT emplea un conjunto de seis espejos cóncavos de 183 cm (que deben reemplazarse por un solo espejo de 650 cm) para lograr la efectividad del acopio de luz de un único reflector de 450 cm de diámetro.

El telescopio espacial Hubble tiene la ventaja de estar por encima de la atmósfera distorsionante de la Tierra. Fue lanzado en 1990 con múltiples problemas mecánicos y electrónicos y reparado en diciembre de 1993. Incluso antes de la reparación, proporcionó algunas imágenes mejores que las obtenidas con instrumentos situados en la Tierra.



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