Telescopios Teoría y Práctica

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
Apertura
Observar la Luna, Planetas y el Sol
Observar Galaxias, Nebulosas, etc.
Observacion Terrestre
Facilidad de Uso
Confiabilidad
Mantenimiento
Telescopios de gran Abertura
Costo por centimetro de abertura
Refractor
Reflector
Lente colecta luz
Excelente
Bueno
Bueno
Muy Facil
Muy Solido
Minimo a Ninguno
Enormes y Pesados
Mayor
Espejo colecta luz
Bueno
Excelente
Inapropiado
Menos Facil
Mas Fragil
Requiere
Compactos y Livianos
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.
140 mm
2.5 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.
●
●
Flejes de Bronce y Aluminio
−
Decono, Pagani y Degano S.A.
●
●
Thames 1420 – Cap. Fed. - 011-4831-4984
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
●
−
Optica Saracco
●
−
Pacheco 2036 – Dpto. “5” - 011-4522-0805
M. T. de Alvear 626 – 011-4312-7411
Ingenieria Optica
●
http://www.ingenieriaoptica.com.ar/