Telescopio refractor - Refracting telescope

Un telescopio refractor de 200 mm en el Observatorio de Poznań

Un telescopio refractor (también llamado refractor ) es un tipo de telescopio óptico que usa una lente como objetivo para formar una imagen (también conocido como telescopio dióptrico ). El diseño del telescopio refractor se usó originalmente en lentes espía y telescopios astronómicos , pero también se usa para lentes de cámaras de enfoque largo . Aunque los grandes telescopios refractores fueron muy populares en la segunda mitad del siglo XIX, para la mayoría de los propósitos de investigación, el telescopio refractor ha sido reemplazado por el telescopio reflector , que permite aperturas más grandes . El aumento de un refractor se calcula dividiendo la distancia focal de la lente del objetivo por la del ocular .

Los telescopios refractores suelen tener una lente en la parte delantera, luego un tubo largo , luego un ocular o instrumentación en la parte trasera, donde la vista del telescopio se enfoca. Originalmente, los telescopios tenían el objetivo de un elemento, pero un siglo después, se fabricaron lentes de dos e incluso tres elementos.

El telescopio refractor es una tecnología que a menudo se ha aplicado a otros dispositivos ópticos, como binoculares y lentes de zoom / teleobjetivos / lentes de enfoque largo .

Invención

Los refractores fueron el primer tipo de telescopio óptico . El primer registro de un telescopio refractor apareció en los Países Bajos alrededor de 1608, cuando un fabricante de gafas de Middelburg llamado Hans Lippershey intentó sin éxito patentar uno. La noticia de la patente se difundió rápidamente y Galileo Galilei , que estaba en Venecia en el mes de mayo de 1609, se enteró de la invención, construyó una versión propia y la aplicó para hacer descubrimientos astronómicos.

Diseños de telescopios refractores

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Todos los telescopios refractores utilizan los mismos principios. La combinación de una lente objetivo 1 y algún tipo de ocular 2 se usa para recolectar más luz de la que el ojo humano puede recolectar por sí solo, enfocarla 5 y presentar al espectador una imagen virtual más brillante , más clara y ampliada 6 .

El objetivo de un telescopio refractor refracta o desvía la luz . Esta refracción hace que los rayos de luz paralelos converjan en un punto focal ; mientras que los que no son paralelos convergen en un plano focal . El telescopio convierte un haz de rayos paralelos para formar un ángulo α, con el eje óptico en un segundo haz paralelo con ángulo β. La relación β / α se llama aumento angular. Es igual a la relación entre el tamaño de la imagen retiniana obtenida con y sin el telescopio.

Los telescopios refractores pueden venir en muchas configuraciones diferentes para corregir la orientación de la imagen y los tipos de aberración. Debido a que la imagen se formó por la curvatura de la luz, o refracción, estos telescopios se denominan telescopios refractores o refractores .

Telescopio galileano

Diagrama óptico del telescopio galileano y - Objeto distante; y ′ - Imagen real del objetivo; y ″ - Imagen virtual ampliada del ocular; D - Diámetro de la pupila de entrada; d - Diámetro de la pupila de salida virtual; L1 - Lente objetivo; L2 - Lente del ocular e - Pupila de salida virtual - Telescopio igual

El diseño que utilizó Galileo Galilei c.  1609 se denomina comúnmente telescopio galileano . Utilizaba una lente de objetivo convergente (plano-convexa) y una lente ocular divergente (plano-cóncava) (Galileo, 1610). Un telescopio galileano, debido a que el diseño no tiene un foco intermedio, da como resultado una imagen no invertida y, con la ayuda de algunos dispositivos, vertical.

El telescopio más poderoso de Galileo, con una longitud total de 980 milímetros (3 pies 3 pulgadas), amplió los objetos unas 30 veces. Debido a fallas en su diseño, como la forma de la lente y el campo de visión estrecho, las imágenes estaban borrosas y distorsionadas. A pesar de estos defectos, el telescopio seguía siendo lo suficientemente bueno para que Galileo explorara el cielo. Lo usó para ver los cráteres de la Luna , las cuatro lunas más grandes de Júpiter y las fases de Venus .

Los rayos de luz paralelos de un objeto distante ( y ) se enfocarían en el plano focal de la lente del objetivo ( F ′ L1 / y ′ ). La lente del ocular (divergente) ( L2 ) intercepta estos rayos y los vuelve paralelos una vez más. Los rayos de luz no paralelos del objeto que viajan en un ángulo α1 al eje óptico viajan en un ángulo mayor ( α2> α1 ) después de pasar a través del ocular. Esto conduce a un aumento en el tamaño angular aparente y es responsable del aumento percibido.

La imagen final ( y ″ ) es una imagen virtual, ubicada en el infinito y en la misma dirección que el objeto.

Telescopio keplerio

Ilustración grabada de un telescopio refractor astronómico Keplerio de longitud focal de 46 m (150 pies) construido por Johannes Hevelius.

El telescopio Kepleriano , inventado por Johannes Kepler en 1611, es una mejora del diseño de Galileo. Utiliza una lente convexa como ocular en lugar de la cóncava de Galileo. La ventaja de esta disposición es que los rayos de luz que salen del ocular convergen. Esto permite un campo de visión mucho más amplio y un mayor alivio del ojo , pero la imagen para el espectador está invertida. Se pueden alcanzar aumentos considerablemente más altos con este diseño, pero para superar las aberraciones, la lente del objetivo simple debe tener una relación f muy alta ( Johannes Hevelius construyó una con una distancia focal de 46 metros (150 pies) y una antena sin cámara aún más larga. se construyeron telescopios "). El diseño también permite el uso de un micrómetro en el plano focal (para determinar el tamaño angular y / o la distancia entre los objetos observados).

Huygens construyó un telescopio aéreo para la Royal Society of London con una lente de un solo elemento de 19 cm (7,5 ″).

Refractores acromáticos

Alvan Clark pule el gran objetivo acromático de Yerkes, de más de 1 metro de ancho, en 1896.
Este refractor de 12 pulgadas está montado en una cúpula y un soporte que gira con el giro de la Tierra.

El siguiente gran paso en la evolución de los telescopios refractores fue la invención de la lente acromática , una lente con múltiples elementos que ayudó a resolver problemas con la aberración cromática y permitió distancias focales más cortas. Fue inventado en 1733 por un abogado inglés llamado Chester Moore Hall , aunque fue inventado y patentado independientemente por John Dollond alrededor de 1758. El diseño superó la necesidad de distancias focales muy largas en los telescopios refractores mediante el uso de un objetivo hecho de dos piezas de vidrio. con diferente dispersión , ' corona ' y ' vidrio flint ', para reducir la aberración cromática y esférica . Cada lado de cada pieza se muele y se pule , y luego se ensamblan las dos piezas. Las lentes acromáticas se corrigen para enfocar dos longitudes de onda (típicamente rojo y azul) en el mismo plano.

Chester More Hall es conocido por haber fabricado la primera lente corregida de dos colores en 1730.

Los acromáticos de Dollond fueron bastante populares en el siglo XVIII. Un gran atractivo fue que podrían acortarse. Sin embargo, los problemas con la fabricación de vidrio significaron que los objetivos de vidrio no tenían más de aproximadamente cuatro pulgadas de diámetro.

A fines del siglo XIX, el fabricante de vidrio Guinand desarrolló una forma de fabricar espacios en blanco de vidrio de mayor calidad de más de cuatro pulgadas. También le pasó esta tecnología a su aprendiz Fraunhofer, quien desarrolló aún más esta tecnología y también desarrolló el diseño de lente doble Fraunhofer. El avance en las técnicas de fabricación de vidrio condujo a los grandes refractores del siglo XIX, que se hicieron progresivamente más grandes a lo largo de la década, alcanzando finalmente más de 1 metro a fines de ese siglo antes de ser reemplazados por telescopios reflectores de vidrio plateado en astronomía.

Los fabricantes de lentes más destacados del siglo XIX incluyen:

El refractor de Greenwich de 28 pulgadas es una atracción turística popular en el Londres del siglo XXI.

Algunos refractores de doblete famosos del siglo XIX son el telescopio James Lick (91 cm / 36 pulgadas ) y el refractor Greenwich de 28 pulgadas (71 cm). Un ejemplo de refractor más antiguo es el telescopio Shuckburgh (que data de finales del siglo XVIII). Un refractor famoso fue el "Trophy Telescope", presentado en la Gran Exposición de 1851 en Londres. La era de los ' grandes refractores ' en el siglo XIX vio grandes lentes acromáticos, culminando con el refractor acromático más grande jamás construido, el Gran Telescopio de Exhibición de París de 1900 .

En el Observatorio Real de Greenwich, un instrumento de 1838 llamado telescopio Sheepshanks incluye un objetivo de Cauchoix. El Sheepshanks tenía una lente de 17 cm de ancho y fue el telescopio más grande de Greenwich durante unos veinte años.

Un informe de 1840 del Observatorio señaló el entonces nuevo telescopio Sheepshanks con el doblete de Cauchoix:

El poder y la bondad general de este telescopio lo convierten en una adición muy bienvenida a los instrumentos del observatorio.

En la década de 1900, un destacado fabricante de ópticas fue Zeiss. Un ejemplo de los principales logros de los refractores, más de 7 millones de personas han podido ver a través del refractor Zeiss de 12 pulgadas en el Observatorio Griffith desde su inauguración en 1935; esta es la mayor cantidad de personas que han visto a través de cualquier telescopio.

Los acromáticos eran populares en astronomía para hacer catálogos de estrellas y requerían menos mantenimiento que los espejos de metal. Algunos descubrimientos famosos que utilizan acromáticos son el planeta Neptuno y las Lunas de Marte .

Los acromáticos largos, a pesar de tener una apertura más pequeña que los reflectores más grandes, a menudo se preferían para los observatorios de "prestigio". A finales del siglo XVIII, cada pocos años, debutaba un refractor más grande y más largo.

Por ejemplo, el Observatorio de Niza debutó con un refractor de 77 centímetros (30,31 pulgadas), el más grande en ese momento, pero fue superado en solo un par de años.

Refractores apocromáticos

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La lente apocromática generalmente comprende tres elementos que traen luz de tres frecuencias diferentes a un foco común.

Los refractores apocromáticos tienen objetivos construidos con materiales especiales de dispersión extra baja. Están diseñados para enfocar tres longitudes de onda (típicamente rojo, verde y azul) en el mismo plano. El error de color residual (espectro terciario) puede ser de un orden de magnitud menor que el de una lente acromática. Dichos telescopios contienen elementos de fluorita o vidrio especial de dispersión extra baja (ED) en el objetivo y producen una imagen muy nítida que está prácticamente libre de aberraciones cromáticas. Debido a los materiales especiales necesarios en la fabricación, los refractores apocromáticos suelen ser más caros que los telescopios de otros tipos con una apertura comparable.

En el siglo XVIII, Dollond, un popular fabricante de telescopios doblete, también hizo un triplete, aunque no eran tan populares como los telescopios de dos elementos.

Uno de los famosos objetivos del triplete es el triplete de Cooke , que destaca por ser capaz de corregir las aberraciones de Seidal. Es reconocido como uno de los diseños objetivos más importantes en el campo de la fotografía. El triplete de Cooke puede corregir, con solo tres elementos, para una longitud de onda, aberración esférica , coma , astigmatismo , curvatura de campo y distorsión .

Consideraciones tecnicas

El refractor de 102 centímetros (40 pulgadas), en el Observatorio Yerkes , el refractor acromático más grande jamás puesto en uso astronómico (foto tomada el 6 de mayo de 1921, cuando Einstein estaba de visita)

Los refractores sufren de aberraciones cromáticas y esféricas residuales . Esto afecta a las relaciones focales más cortas que a las más largas. Es probable que un refractor acromático de 100 mm (4 pulgadas) f / 6 muestre una franja de color considerable (generalmente un halo púrpura alrededor de los objetos brillantes). Un 100 mm (4 in) f / 16 tiene pocas franjas de color.

En aberturas muy grandes, también existe el problema de que la lente se combe , como resultado de la deformación del vidrio por gravedad . Dado que una lente solo puede mantenerse en su lugar por su borde, el centro de una lente grande se hunde debido a la gravedad, distorsionando las imágenes que produce. El tamaño de lente práctico más grande en un telescopio refractor es de alrededor de 1 metro (39 pulgadas).

Existe un problema adicional de defectos del vidrio, estrías o pequeñas burbujas de aire atrapadas dentro del vidrio. Además, el vidrio es opaco a ciertas longitudes de onda , e incluso la luz visible se atenúa por reflexión y absorción cuando atraviesa las interfaces aire-vidrio y atraviesa el vidrio mismo. La mayoría de estos problemas se evitan o disminuyen en los telescopios reflectores , que pueden fabricarse en aperturas mucho más grandes y que prácticamente han reemplazado a los refractores para la investigación astronómica.

El ISS-WAC en el Voyager 1 / 2 utiliza una lente de 6 cm (2,36 "), lanzado al espacio a finales de 1970, un ejemplo de la utilización de los refractores en el espacio.

Aplicaciones y logros

El "Große Refraktor", un telescopio doble con lentes de 80 cm (31,5 ") y 50 cm (19,5"), se utilizó para descubrir el calcio como medio interestelar en 1904.
El astronauta se entrena con cámara con lente grande.

Los telescopios refractores se destacaron por su uso en astronomía, así como para la observación terrestre. Muchos de los primeros descubrimientos del Sistema Solar se realizaron con refractores singlete.

El uso de ópticas telescópicas refractoras es omnipresente en la fotografía y también se utiliza en la órbita terrestre.

Una de las aplicaciones más famosas del telescopio refractor fue cuando Galileo lo utilizó para descubrir las cuatro lunas más grandes de Júpiter en 1609. Además, los primeros refractores también se utilizaron varias décadas más tarde para descubrir Titán, la luna más grande de Saturno, junto con tres más. de las lunas de Saturno.

En el siglo XIX, los telescopios refractores se utilizaron para trabajos pioneros en astrofotografía y espectroscopia, y el instrumento relacionado, el heliómetro, se utilizó para calcular la distancia a otra estrella por primera vez. Sus modestas aperturas no condujeron a tantos descubrimientos y, por lo general, su apertura fue tan pequeña que muchos objetos astronómicos simplemente no fueron observables hasta el advenimiento de la fotografía de larga exposición, momento en el cual la reputación y las peculiaridades de los telescopios reflectores comenzaban a superar a las de los telescopios reflectores. refractores. A pesar de esto, algunos descubrimientos incluyen las Lunas de Marte, una quinta Luna de Júpiter y muchos descubrimientos de estrellas dobles, incluida Sirio (la estrella Perro). Los refactores se usaban a menudo para la astronomía posicional, además de otros usos en fotografía y observación terrestre.

Singletes

Las lunas galileanas y muchas otras lunas del sistema solar fueron descubiertas con objetivos de un solo elemento y telescopios aéreos.

Galileo Galilei descubrió los satélites galileanos de Júpiter en 1610 con un telescopio refractor.

La luna del planeta Saturno, Titán , fue descubierta el 25 de marzo de 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens .

Dobletes En 1861, se descubrió que la estrella más brillante del cielo nocturno, Sirio, tenía una compañera estelar más pequeña utilizando el telescopio refractor Dearborn de 18 pulgadas y media.

En el siglo XVIII, los refractores comenzaron a tener una gran competencia con los reflectores, que podían hacerse bastante grandes y normalmente no sufrían el mismo problema inherente con la aberración cromática. Sin embargo, la comunidad astronómica continuó utilizando refractores doblete de modesta apertura en comparación con los instrumentos modernos. Los descubrimientos destacados incluyen las Lunas de Marte y una quinta luna de Júpiter, Amaltea .

Asaph Hall descubrió Deimos el 12 de agosto de 1877 aproximadamente a las 07:48 UTC y Phobos el 18 de agosto de 1877, en el Observatorio Naval de EE. UU. En Washington, DC , aproximadamente a las 09:14 GMT (fuentes contemporáneas, utilizando la convención astronómica anterior a 1925 que comenzó el día al mediodía, indique la hora del descubrimiento como el 11 de agosto a las 14:40 y el 17 de agosto a las 16:06 hora media de Washington, respectivamente).

El telescopio utilizado para el descubrimiento fue el refractor de 26 pulgadas (66 cm) (telescopio con lente) que se encontraba en Foggy Bottom . En 1893, la lente se volvió a montar y se colocó en una nueva cúpula, donde permanece en el siglo XXI.

La luna de Júpiter, Amaltea, fue descubierta el 9 de septiembre de 1892 por Edward Emerson Barnard utilizando el telescopio refractor de 91 cm (36 pulgadas) en el Observatorio Lick . Fue descubierto por observación visual directa con el refractor de lente doble.

En 1904, uno de los descubrimientos realizados utilizando el Gran Refractor de Potsdam (un telescopio doble con dos dobletes) fue del medio interestelar . El astrónomo profesor Hartmann determinó a partir de las observaciones de la estrella binaria Mintaka en Orión, que había el elemento calcio en el espacio intermedio.

Trillizos

El planeta Plutón fue descubierto mirando fotografías (es decir, "placas" en astronomía vernácula) en un comparador de parpadeo tomado con un telescopio refractor, un astrógrafo con una lente de 3 elementos de 13 pulgadas.

Lista de los telescopios refractores más grandes

El refractor Yerkes Great montado en la Exposición Universal de 1893 en Chicago; el refactor de apertura más alto, más largo y más grande hasta ese momento.
El refractor de 68  cm (27 pulgadas) en el Observatorio de la Universidad de Viena

Ejemplos de algunos de los telescopios refractores acromáticos más grandes, de más de 60 cm (24 pulgadas) de diámetro.

Ver también

Otras lecturas

Referencias

enlaces externos