Telescopios





El sistema óptico de un telescopio es parecido al de un microscopio compuesto. En ambos instrumentos la imagen formada por un objetivo se ve a través de un ocular. La diferencia clave es que el telescopio se utiliza para ver objetos grandes y muy lejanos, y el microscopio se usa para ver objetos pequeños que están al alcance de la mano. Otra diferencia es que muchos telescopios utilizan un espejo curvo, no una lente, como objetivo.

En la figura 72 se muestra un telescopio astronómico. Debido a que este telescopio utiliza una lente como objetivo, se le conoce como telescopio de refracción o refractor. La lente objetivo forma una imagen real y reducida I del objeto. Esta imagen es el objeto para la lente ocular, que forma una imagen virtual aumentada de I. Los objetos observados con un telescopio por lo general están tan alejados del instrumento que la primera imagen I se forma muy cerca del segundo punto focal del objetivo. Si la imagen final I' formada por el ocular está en el infinito, la primera imagen también debe estar en el primer punto focal del ocular. La distancia entre el objetivo y ocular, que es la longitud del telescopio, es por tanto la suma de las longitudes focales del objetivo y del ocular, f1+ f2.

 

figura 72

 

El aumento angular M de un telescopio se define como el cociente del ángulo subtendido en el ojo por la imagen final I' entre el ángulo subtendido en el ojo por el objeto. Podemos expresar este cociente en términos de longitudes focales del objetivo y del ocular. En la figura 72 se muestra en color más oscuro el rayo que pasa por F1, el primer punto focal del objetivo, y por F2', el segundo punto focal del ocular. El objeto (que no aparece) subtiende un ángulo q en el objetivo y subtendería, el mismo ángulo en el ojo. Además, como el ojo del observador está colocado justo a la derecha del punto focal F2', el ángulo subtendido en el ojo por la imagen final es casi igual al ángulo q '. Debido a que bd es paralelo al eje óptico, las distancias ab y cd son iguales entre sí y también a la altura y' de la imagen real I. Como los ángulos q y q ' son pequeños, se pueden aproximar por sus tangentes. De los triángulos rectángulos F1ab y F2cd,

y el aumento angular M es:

(aumento angular para un telescopio).

Ecuación 1.

El aumento angular M de un telescopio es igual al cociente de la longitud focal del objetivo entre la del ocular. EL signo negativo muestra que la imagen final está invertida. La ecuación 1 muestra que para lograr un buen aumento angular, un telescopio deberá tener una longitud focal de objetivo f1 grande. Por el contrario un microscopio deberá tener una longitud focal de objetivo pequeña. Sin embargo, un objetivo de telescopio con una longitud focal grande también deberá tener un diámetro D grande, de modo que el número ff1/D no será demasiado grande, un número f grande significa una imagen pálida y de baja intensidad. Por lo general los telescopios no tienen objetivos intercambiables, en vez de ello, el aumento se varía utilizando diferentes oculares con diferentes longitudes focales f2. Al igual que para un microscopio, los valores pequeños de f2 dan aumentos angulares grandes.

Una imagen invertida no significa una desventaja para las observaciones astronómicas. Sin embargo, cuando utilizamos un telescopio o unos binoculares para observar objetos en la Tierra, es deseable que la imagen sea brillante y derecha. La inversión de la imagen se lleva a cabo en los binoculares de prisma mediante una pareja de prismas 45-45-90 totalmente reflectores, conocidos como prismas de Porro. Tales prismas se colocan entre el objetivo y el ocular, como se muestra en la figura 73. La imagen es invertida mediante cuatro reflexiones internas en las caras de 45 de los prismas. Éstos también tienen el efecto de doblar la trayectoria óptica y hacer que el instrumento sea más corto y más compacto de lo que sería en otro caso. Por lo general, los binoculares se describen mediante dos números separados por un signo de multiplicación, como 7 x 50. El primer número es el aumento angular M, y el segundo es el diámetro de la lente objetivo en milímetros. El diámetro ayuda a determinar la capacidad de recolección de luz del objetivo y, por tanto, la brillantez de la imagen.

 

figura 73

 

En el telescopio de reflexión (figura 74), el objetivo es sustituido por un espejo cóncavo. En los telescopios grandes, este esquema tiene muchas ventajas, teóricas y prácticas. Los espejos están libres de aberraciones cromáticas, y las aberraciones esféricas son más fáciles de corregir que en el caso de las lentes. La superficie reflectora en ocasiones es parabólica en lugar de esférica. El material del espejo no tiene que ser transparente, y se puede hacer más rígido que una lente, que tiene que estar sujeta sólo en sus bordes.

 

figura 74

 

Debido a que la imagen se forma en una región atravesada por los rayos incidentes, esta imagen puede observarse directamente mediante un ocular sólo si se bloquea parte del haz incidente (figura 74a); esto resulta práctico solamente para los telescopios más grandes. Esquemas alternativos utilizan un espejo común para reflejar la imagen hacia un lado o a través de un agujero en el espejo primario, como se muestra en las figuras 74b y 74c. Cuando se utiliza un telescopio para tomar fotografías, se retira el ocular y se coloca una película fotográfica o un detector electrónico en la posición de la imagen real formada por el objetivo. La mayoría de los telescopios utilizados para la investigación astronómica nunca se usan con un ocular.