Telescopios Teoría y Práctica

Espectro Electomagnético

Propiedades de la Luz● Velocidad Finita

− 300.000 km/s ● Refracción

− Cambio brusco en la velocidad de propagación que sufre la luz al cambiar de medio, que produce un cambio brusco de dirección.

● Reflexión − Re-emisión de la luz incidente en todas direcciones.− Las superficies ópticamente lisas reflejan en el mismo ángulo.

● Dispersión− Reflexión difusa e irregular:

● azul del cielo, blanco de las nubes.

Propiedades de la Luz● Difracción:

− Dispersión y curvado de las ondas al encontrar obstáculos.● Interferencia:

Longitud de Onda● Una onda que tiene una frecuencia f tiene f ciclos/segundo (Hertz).● Una onda que se desplaza a velocidad v, recorre v km/segundo.● Eso significa que en un segundo f ciclos abarcan v km. ● Se llama longitud de onda a la longitud de un ciclo.● Se expresa con la letra griega λ (lambda)

λ = c/f

Elementos de Optica● Lentes

Elementos de Optica

● Lentes convergentes:− Biconvexa− Plano-Convexa− Convexo-Cóncava (Menisco convergente)

● Lentes divergentes− Bicóncava− Plano cóncava− Menisco divergente

Elementos de Optica

● Foco− Real (distancia focal positiva)− Virtual (distancia focal negativa)

● Distancia Focal− Distancia entre el centro óptico de la lente o espejo y el punto focal

Tipos de Telescopio● Existen muchos tipos de

telescopios pero la mayoria son variantes de alguno de estos tres tipos:

− Telescopios Refractores− Telescopios Reflectores− Telescopios Catadióptricos

Telescopio Refractor● La luz viaja a través de unas

lentes y es desviada y amplificada por la curvatura de esas lentes antes de alcanzar el ojo. El resultado es la amplificación de la imagen. Este tipo de telescopio es conocido como Galileano, por el astrónomo Galileo Galilei quien fue el primero en utilizarlo para observar el cielo..

Telescopio Reflector● El espejo principal o primario

es el objetivo. Por su forma parabólica, refleja la luz concentrándola en un foco. El cono de luz es desviado hacia el ocular por medio de un espejo secundario que es plano. Este telescopio es conocido como Newtoneano por el matemático y físico Isaac Newton quien lo diseñó y construyó por primera vez en 1669

Telescopio Catadióptrico● El espejo primario es esférico

y por lo tanto mas fácil de construir. Posee una placa correctora que corrige la aberración esférica e impide la entrada de polvo al sistema optico, bloquea las corrientes de aire del interior del tubo y da una mayor estabilidad de imagen. A igual relación focal son más compactos que los telescopios Newtoneanos.

Tabla Comparativa

Refractor ReflectorApertura Lente colecta luz Espejo colecta luzObservar la Luna, Planetas y el Sol Excelente BuenoObservar Galaxias, Nebulosas, etc. Bueno ExcelenteObservacion Terrestre Bueno InapropiadoFacilidad de Uso Muy Facil Menos FacilConfiabilidad Muy Solido Mas FragilMantenimiento Minimo a Ninguno RequiereTelescopios de gran Abertura Enormes y Pesados Compactos y LivianosCosto por centimetro de abertura Mayor Menor

Aberraciones● Todos los sistemas ópticos en

mayor o menor medida alteran la imagen original. La calidad de un sistema óptico se mide en función de las correcciones introducidas para minimizar estas alteraciones, que se conocen con el nombre de “aberraciones”. Los tipos de aberraciones mas comunes en telescopios son la esférica, la cromática, el astigmatismo y la coma.

Aberración Esférica

● Se produce cuando los rayos procesados por el espejo confluyen en distintos puntos focales separados entre si

● El resultado es una imagen borrosa y mal definida (fuera de foco)

Aberración Esférica

● Se corrige parabolizando la superficie del espejo. Esto hace que los rayos confluyan en un único punto focal, mejorando notablemente la calidad de la imagen obtenida

Aberración Cromática● Se produce por la

refracción de la luz al atravesar las lentes.

● Cada componente del espectro sale con un ángulo específico que depende de su longitud de onda haciendo foco en distintos puntos.

Aberración Cromática● Agregando lentes de distintos

vidrios se compensa la desviación de las componentes de refracción.

● El resultado es que todos los colores confluyen en un mismo punto focal

● Las lentes que corrigen sólo el azul y el verde se llaman Acromáticas y las que corrigen todos los colores se llaman Apocromáticas y son mucho más caras.

Astigmatismo● Se produce cuando el espejo

tiene distinta curvatura según un eje con respecto al otro. Eso hace que la luz reflejada según un eje, haga foco en un punto distinto de la que es reflejada según el otro eje, lo que produce imágenes pobres y distorsionadas.

● Se soluciona corrigiendo las asimetrías de tallado del espejo.

Coma● Es una aberración que afecta

a los espejos parabólicos. La luz que incide en el centro forma imágenes perfectamente puntuales pero la que incide mas cerca de los bordes genera circulos mas grandes y desplazados del centro. Lo que se resulta es que las estrellas en el borde del campo visual tienen forma de “gota”.Es mas notoria a bajos aumentos.

Oculares● Los oculares para telescopios

vienen en tres diámetros− 0.96 pulgadas− 1.25 pulgadas− 2 pulgadas

● Los parámetros a tener en cuenta son

− El diseño− Su distancia focal− Su campo aparente

Oculares● La cantidad de lentes y

elementos correctores internos es lo que determina el diseño del ocular. Los más simples, de dos lentes internas y ninguna corrección se denominan “Ramsden”. Los que poseen cuatro elementos internos, corrigiendo la mayoría de las aberraciones se denominan “Plössl”. Los “Erfle” poseen 5 elementos y amplían el campo visual a 60º.

Oculares● La distancia focal del ocular

es lo que determina la cantidad de aumentos del telescopio, que está dada por la formula: Aumentos=DFep/DFo

● Donde − Dfep= Distancia focal del espejo

primario (que es fija)− Dfo= Distancia focal del ocular

(que cambia con el ocular)

Oculares● El Campo Aparente es el tamaño

angular del cono de luz que cubre el ocular.

● El campo visual que cubre el telescopio estará dado por: Ct=Cao/A

● Donde− Ct: campo que cubre el telescopio− Cao: campo aparente del ocular − A: cantidad de aumentos

Pupila de Salida● La pupila de salida es el disco de imagen

que el ocular produce. Se busca que su diámetro no sea mayor a 7mm que es el tamaño promedio de la pupila humana en la oscuridad. De esta manera se hace un aprovechamiento total de la luz. Si la pupila de salida es mayor a la pupila del ojo, se desperdicia luz, lo que equivale a tener un telescopio de apertura menor.

● Se calcula como Ps=Ap/A donde Ap es la apertura del telescopio (en mm.) y A la cantidad de aumentos.

Relacion Focal● Se llama Relación Focal a la cantidad de

veces que el diámetro del espejo cabe en su distancia focal, y esta dada por RF=Dfe/De

● Donde− Dfe: Distancia Focal del Espejo− De: Diámetro del Espejo

● El resultado se expresa como Fx donde x es el resultado del cociente indicado arriba. Por ejemplo un espejo con De=20cm y Dfe=120cm es un espejo F6

Relación Focal● La relación focal da una idea de la

"luminosidad" del objetivo: a número F más pequeño corresponde mayor luminosidad. Por ejemplo, F4 es bastante luminoso, F6 es normal, y con un telescopio F10 difícilmente se podrá ver bien una nebulosa difusa. Esto es debido a que si la distancia focal f es muy grande, la imagen que se forma en el plano focal es grande también, así que la luz se "desparrama" y se pierde "luminosidad".

Difracción● Por ser la luz un fenómeno ondulatorio,

al entrar a un telescopio produce un efecto llamado difracción que consiste en la superposición de ondas lumínicas causando bandas de interferencia que afectan la calidad de la imagen.

● La difracción producida por una apertura circular produce un patrón de interferencia característico de modo que la imagen obtenida de una fuente de luz puntual forma una mancha difusa con un patrón de líneas concéntricas.

Poder Resolutivo● El poder resolutivo de un telescopio es

el mínimo ángulo al que permite discernir un objeto de otro.

● El límite esta dado por la difracción. Cuanto mayor es el diámetro del objetivo menor será el tamaño de la mancha de difracción y por consiguiente, mayor será le poder resolutivo. La fórmula para calcular el poder resolutivo es: Pr=140/Dom

● Donde − Dom: Diámetro del objetivo en mm.

Construcción● Un telescopio se compone de un

sistema óptico y por una montura.● El sistema óptico está compuesto por:

− Espejo primario− Celda− Tubo− Araña− Espejo secundario− Porta ocular− Ocular

Espejos● El tallado de espejos es una posible

forma de abaratar los costos de construcción de un telescopio. Sin embargo el proceso es largo y algo complejo por lo que no será cubierto en este curso.

● Los espejos se compran por pares – primario y secundario - y vienen metalizados y listos para ser incorporados al telescopio. El diámetro del espejo primario y su relación focal son los datos necesarios a la hora de comprarlos.

Celda● La celda consta de dos discos

plásticos o metálicos:− Uno de diámetro igual al espejo, que

es el soporte para este− Uno de diámetro igual al del interior

del tubo, que es el que soporta a todo el conjunto.

● Entre los discos hay tres o mas tornillos de “colimación” o calibración del espejo

Tubo● El tubo constituye el cuerpo

principal del conjunto optico. Se busca que sea rigido, liviano y de diametro holgadamente mayor al diametro del espejo primario.

● Debe tener el mismo largo que la distancia focal del espejo primario o incluso ser un 10% mās largo.

● Debe ser completamente opaco en su interior para evitar reflejos que alteren la calidad de la imagen.

Porta Ocular● El portaocular permite enfocar las

imágenes a través de un eje dentado asociado a una cremallera.

● Su uso durante la operación del telescopio es constante por lo que se recomienda colocar uno de buena calidad.

Araña● La araña es el soporte para el

espejo secundario. Consta de un cuerpo central desde el que salen flejes que mediante tornillos de regulación se fijan al tubo.

● Tiene ademās una pieza que soporta al espejo secundario que tiene un corte a 45º y que se acopla al cuerpo central mediante un tornillo principal y es empujada por varios tornillos de calibración.

Monturas para Telescopio

● Existen dos tipos básicos de monturas:− Altazimutales− Ecuatoriales

● Por lo general todas las monturas para telescopio son una variante de estos dos tipos.

Montura Ecuatorial● Para que la montura ecuatorial

funcione correctamente es necesario ponerla “en estación”, es decir, su Eje Polar debe quedar paralelo al eje terrestre y apuntando al Polo Celeste.

● El eje de Declinación por ser perpendicular al Eje Polar, queda paralelo al plano del Ecuador, permitiendo al telescopio dos grados de libertad, que le permiten “recorrer” cualquier meridiano en toda su extensión.

Montura Ecuatorial● Sus discos graduados permiten

establecer la latitud del eje polar y la Ascensión Recta y Declinación del objeto observado. Para apuntar a un objeto dado conociendo sus coordenadas ecuatoriales, se apunta primero a una estrella conocida, y se toman los valores de AR y Dec que marcan los discos de la montura. Se calcula la posicion del objeto deseado restando angulos y se mueven los ejes el delta resultante.

Montura Ecuatorial● La ventaja mas importante es que

es posible apuntar el telescopio a objetos no visibles a simple vista.

● Otra ventaja es que se puede motorizar muy fácilmente el eje polar para hacer seguimiento de los objetos observados, y poder tomar fotografías de larga exposición.

● La gran desventaja es tener que ponerla en estación cada vez que se sale a campo.

Montura AltAzimutal● Consta de dos ejes, uno vertical,

que permite el movimiento en Azimut y uno horizontal, que permite el movimiento en Altura.

● Habitualmente no poseen discos graduados (aunque algunas mas sofisticadas pueden incluirlos).

● Son muy simples de operar y no necesitan ser puestas “en estacion” por lo que son ideales para la observacion en campo.

Montura AltAzimutal● Una variante robusta de este tipo

de monturas es la montura “Dobson”, muy utilizada en telescopios Newtoneanos de gran abertura.

● Consta de una base horizontal que tiene al eje vertical en su centro. Alrededor de este gira una caja que provee el movimiento en Azimut. Sobre esta caja el telescopio apoya sus rodamientos laterales, proveyendo asi el movimiento en Altura

Montura AltAzimutal● La ventaja más clara es su

simplicidad de operación ● La mayor desventaja es la

dificultad que presenta para apuntar el telescopio a objetos no visibles a simple vista.

● Otra desventaja es su dificultad para seguir objetos en el cielo, haciéndola totalmente inadecuada para fotografía astronómica, lo que puede remediarse motorizando ambos ejes de la montura

Diametro del Espejo Diametro del Tubo (exterior) Espesor de la pared

100 mm. 125 mm. 2.5 mm.140 mm 2.8 mm.

150 mm. 200 mm. 4.0 mm.

200 mm. 250 mm. 4.5 mm

Datos Utiles(Proveedores)

● Caños de PVC:− Abastecimientos Plasticos SRL.

● Thames 1420 – Cap. Fed. - 011-4831-4984● Flejes de Bronce y Aluminio

− Decono, Pagani y Degano S.A.● Independencia 1935 Cap. Fed. - 011-4941-2426

011-4942-9097● Bronce y Aluminio Fundido

− La Metal● Corvalan 785 – Wilde – Pvcia. Bs. As. - 011-4207-6170

Datos Utiles(Proveedores)

● Espejos y Oculares para Telescopios− Ludovico Hordij

● Pacheco 2036 – Dpto. “5” - 011-4522-0805− Optica Saracco

● M. T. de Alvear 626 – 011-4312-7411− Ingenieria Optica

● http://www.ingenieriaoptica.com.ar/