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INSTRUMENTACIÓNASTRONÓMICA

TELESCOPIO REFRACTOR

Roberto Bartali2007

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INTRODUCCIÓN

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http://www.osservatorioacquaviva.it/osservareilcielo/telescopi/telescopio_galileo.jpg

http://www.filosofico.net/galileo1.jpg

Galileo Galilei (1564-1642), astrónomo y matemático Italiano, fue el primero que construyó un telescopio para utilizarlo en la observación del Universo, en 1610.

Galileo Galilei

Telescopios de Galileo

Además de crear el método científico, revolucionó la Astronomía gracias a una innumerable serie de descubrimientos.

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Constelación Ursa Major

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.

http://jumk.de/astronomie/special-stars/phecda.shtml

Constelación de Cruz del Sur

http://spiff.rit.edu/classes/phys230/lectures/spec_interp/crux.gif

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Galileo demostró que la Luna tenía cráteres y que Júpiter resultó ser un mini sistema planetario.

http://www.alparavenna.it/LaNostraAttivitàDiDivulgazione/Galileo%20Galilei/Galileo%20Galilei_clip_image043.jpg

http://www.pianeta-marte.it/nasce_aerografia/galilei/galileo2.jpgObservaciones de Galileo

Además de infinidad de otros descubrinientos…..

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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.

http://www.tng.iac.es/info/images/tng_4.jpg

Como homenaje al gran astrónomo, el telescopio italiano más grande (3.58 m) está dedicado a Galileo Galilei.

http://www.tng.iac.es/gallery/tng/images/gianni09.jpgTNG

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Los telescopios gigantes sobre la Tierra y los que se encuentran en el espacio exterior…

...son solo el principio y una muestra de lo que el futuro (no muy lejano), nos ofrecerá.http://mstecker.com/images/astronomicalsites/Keck/i2

6keck1.JPG

http://astroprofspage.com/wp-content/uploads/2007/01/Hubble_01.jpg

KECK

HUBBLE

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CARACTERÍSTICAS

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http://wisp.physics.wisc.edu/astro104/lecture7/lec7_print.html

El telescopio refractor utiliza el fenómeno de la refracción (desviación) de la luz cuando ésta pasa por un medio diferente al vacío.

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 el ojo.

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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 mayor

diámetro, solo una parte del campo será visible.

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.

objetivo

ocular

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http://www.funsci.com/fun3_en/ucomp1/ucomp1_11.gif

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).

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.

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

Imagen de la luna con aberración cromáticaRefracción de la luz

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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.

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.

http://ww

w.abdn.ac.uk/~u02ras4/px2013/

Hom

e1.htm

http://physics.uoregon.edu/~jimbrau/BrauImNew/Chap05/FG05_05.jpg

Las estrellas se ven como discos concéntricos azulez, verde (amarillos) y rojos.

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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.

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http://cieloprofondo.uai.it/articoli/telescopi_file/abercro.jpg

Ejemplo de imagen con reducida aberración cromática, debido al uso de dos lentes.

Ejemplo de imagen sin aberración cromática, la corrección se hace por medio de 3 lentes.

15http://www.geocities.com/acarvajaltt/asasac/telescopio.htm

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.

ABERRACIÓN ESFÉRICA

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CURVATURA DEL CAMPOLos 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/cap04.html

http://digilander.libero.it/photallica/figcur1.jpg

Plano focal curvo

Plano focal corregidoEste defecto se corrige utilizando unos lentes colocados antes del plano focal. Esta corrección es necesaria si se hacen observaciones astrométricas.

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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

http://www.arrigoamadori.com/lezioni/TutorialFisica/Diffrazione/Diffra8.gif

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.

La imagen obtenida en la pantalla, presentará un disco muy brillante y una serie de anillos concéntricos, unos luminosos y otros obscuros.

Cuando observamos una estrella, su imagen será un disco luminoso (disco de difracción) rodeada por unos anillos denominados anillos de Airy.

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.

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La resolución angular teórica es imposible de obtener debido a la difracción.

Pero el mayor factor limitante es la turbulencia atmosférica la cual, además de ampliar el disco y los anillos, los distorsiona también.

Para los telescopios cuyo diámetro es menor a 25 cm, la difracción es la principal causa de la pérdida de resolución.

Para telescopios cuyo diámetro es mayor a 25 cm, la turbulencia es el principal factor de la pérdida de resolución.

Imagen con turbulencia Imagen corregida

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/1351/1384175/image/cfht_adaptive_optics.gif

Este problema se corrige utilizando sistemas de óptica adaptiva y activa.Los telescopios en el espacio carecen de este problema.

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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 estésujeto a calentamiento.

CONCLUSIONES

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La fabricación de telescopios refractores de calidad es muy compleja y por lotanto 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).

CONCLUSIONES

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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.

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.

http://www.duboptika.altervista.org/realizzazioni1_file/s.benedetto_gr.JPG

http://www.staroptics.it/astronomia/Skywatcher/120edheq5pro.jpg

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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/articoli/morais_file/saturno.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.

26http://www.answers.com/topic/eightinchtelescope-jpg

Telescopio refractor de 20 cm en Oakland.

27http://www.usno.navy.mil/USNO26in.html

Telescopio refractor de 26 “ del Observatorio Naval de Estados Unidos.

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El refractor más grande se construyó hace más de 100 años, y es el del observatorio de Yerkescon un diámetro del objetivo de 1 metro.

El tubo óptico mide más de 19 metros, debido a su gran distancia focal.

http://www-news.uchicago.edu/releases/07/070116.academy.shtml

El peso total de este instrumento es de decenas de toneladas.

29http://www.astrosurf.com/comolli/g03-02.jpg

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.

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MUCHAS GRACIASPOR SU ATENCIÓN