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DANIEL GÓMEZ BERNAL

ASTRONOMÍA PRÁCTICA

Se llama astronomía práctica, al estudio de los aparatos y métodos que utilizan los astrónomos para realizar sus estudios e investigaciones, el más importante es sin lugar a dudas el telescopio, por ser una parte de todo aparato astronómico moderno.

¿Quien inventó el telescopio?

El inventor inglés Robert Gosseteste (1175 – 1263), tuvo la idea de que se pudieran acercar los objetos distantes mediante un cuerpo transparente y la plasmó en un tratado sobre el arco iris.

Su discípulo Rogelio Bacon, amplió la idea y escribió: “podemos dar a los cuerpos transparentes tal forma y ordenarlos de tal manera con respecto a nuestra vista y a los objetos, que los rayos se quiebren en la dirección que deseemos, y según el ángulo, de modo que veamos al objeto más próximo o mas distante. Así podríamos leer a una increíble distancia las más pequeñas letras o contar granos de polvo o de arena. Y también podríamos hacer descender ante nosotros al Sol, La Luna y las estrellas”, pero pasaron cuatro siglos antes de que tal instrumento fuera construido y dirigido hacia el cielo.

Las personas comenzaron a usar anteojos hacia finales del siglo XIII, Edwaed Rosen fija el periodo del descubrimiento hacia el año 1285. El invento tal vez fuera de un vidriero que confeccionaba adornos y discos de cristal para adornar las ventanas.

Las lentes deben el nombre a su semejanza, en cuanto a la forma, con las lentejas (en italiano, Lenticchie), y durante más de tres siglos se les conocería como lentejas de cristal. Todas las lentes de ese periodo eran del tipo convergente, los artesanos continuaron construyéndolas como remedio para la presbicia (defecto de la visión que se adquiere con la edad), y descubrieron que cuanto mayor se hacia la gente más acentuada debía ser la curvatura que había que dar a sus lentes.

Según los documentos que recogió el astrónomo Heinrich Wilheim Matthias Olbers (1758–1840), la primera vez que se combinó un vidrio cóncavo, con uno convexo, para aproximar los objetos fue en 1606, en la ciudad holandesa de Middelburgo, Hans Lipperhey, fabricante de anteojos, debió este descubrimiento a la casualidad. Estando jugando sus hijos en el taller, se les ocurrió mirar a través de dos lentes, uno convexo y el otro cóncavo, la veleta del campanario, que con gran admiración les pareció estar mucho más cerca. La sorpresa de los hijos llamó la atención de Lipperhey, que para hacer más cómoda la experiencia colocó primero los vidrios cada uno en una tabla, fijándolos después en los extremos con dos tubos de órgano que podían entrar uno dentro del otro. Desde aquel momento quedo fabricado el anteojo de larga vista.

El 2 de Octubre de 1606 dirigió Lipperhey una solicitud a los Estados Generales de Holanda, pidiendo una patente por 30 años. Los regidores no le hallaron otro defecto, que el no poder mirar con los dos ojos por incomodar bastante y no pudo disfrutar de su invento.

Galileo Galilei, recibió, según dice el mismo, noticias del extraordinario invento holandés. Como no sabía nada acerca de su construcción, Galileo se puso a meditar sobre ello y tuvo la satisfacción de poder construir en poco tiempo un anteojo que aumentaba tres veces el tamaño de los objetos, el segundo en construir tenía 14 aumentos, un poder de resolución de 20 segundos de arco y un campo visual de 17 minutos, el 7 de Enero de 1610 anuncia en el Siderius Nuncios, el descubrimiento de las montañas de La Luna, de algunos conglomerados estelares, los cuatro satélites de Júpiter, la triplicidad de saturno (estrella con orejas), las fases de Venus. El tercer telescopio por él construido tenía 18 aumentos, un poder de resolución de 10 segundos y un campo de 17 segundos, con este, según uno de sus diarios, figura la observación de Neptuno, pero no lo identificó como planeta, el 28 de Diciembre de 1612, unos 234 años antes de que fuera reconocido como el octavo planeta por John Gottfried Galle, astrónomo de Berlín.

En 1613 descubre las manchas solares y fue publicado en Iistoria intorno alle macchine solari.

El mayor de sus anteojos, el cuarto, tenía 30 aumentos pero su construcción era tan imperfecta, que con uno muchos menos potente hoy en día se ve mucho más, el primero y el cuarto se perdieron, el segundo y el tercero se conservan en el Instituto y Museo de Historia de la Ciencia de Florencia, Italia.

El telescopio holandés o de Galileo consta de dos lentes; la que está dirigida hacia el objeto se llama objetivo y es de forma biconvexa, convergente o positiva, es decir concentra los rayos luminosos, mientras que la otra lente a la que se aplica el ojo del observador, se llama ocular, es cóncava, divergente o negativa.

Anteojo Holandés o Galileano

La lente objetiva daría la imagen invertida de un objeto alejado, pero antes de que los rayos luminosos formen una imagen, encuentran el ocular, el que los hace casi paralelos y el ojo situado detrás de ella los recibe como procedentes de una imagen aumentada del objeto lejano. Con esta disposición no se forma en el anteojo una imagen real del objeto, sino que la imagen está en la prolongación de los rayos, es decir, es una imagen virtual.

Este anteojo se emplea todavía en los gemelos de teatro y de campaña, porque el instrumento resulta más corto que el anteojo astronómico o de Kepler.

Johannes Kepler se distinguió en los trabajos de óptica y en la teoría de la luz, en su obra Dioptrice publicada en 1611 en Augsburg, desarrolla por primera vez la teoría del telescopio astronómico.

Telescopio Kepler

Kepler empleó como objetivo una pequeña lente biconvexa, los rayos emitidos por una estrella se reúnen en un punto llamado foco (f) y a partir de ese punto divergente la imagen real situada en f, se observa en el anteojo de Kepler, con ayuda de la pequeña lente convexa que obra como lente de aumento. En este principio se basan los telescopios refractores modernos.

Todo lo que se sabe de las estrellas se deduce de la luz que llega a la Tierra desde ellas, un análisis detallado de esa luz, da mucha información, sustancias químicas contenidas, temperatura que prevalece, masa y velocidad de las estrellas, vital para esta investigación, es el telescopio, el cual ayuda al astrónomo de tres maneras diferentes:

1. reuniendo la luz que emana de una estrella, haciendo que ellas aparezcan más brillantes, esta propiedad se llama poder condensador de la luz.
2. Trayendo detalles, por ejemplo separando los componentes de una estrella doble esta propiedad se llama poder de resolución.
3. Amplificando la parte del cielo bajo observación, este es el poder amplificador del telescopio.

Los telescopios pequeños se usan para valores de amplificación de hasta 10 veces por cada pulgada de diámetro de abertura del objetivo. Si la abertura del objetivo tiene un diámetro de 2,38” (6,05 cms.) se usará para una amplificación angular de 20 a 25 veces, la abertura de un objetivo es la parte transparente del objetivo.

Para obtener una amplificación mayor de 40 a 60 veces por pulgada de diámetro, el objetivo se diseña de modo que evite dos defectos comunes, estos defectos se conocen como aberraciones cromáticas y esféricas.

Lentes Simples. A. Biconvexa; B. Plano-Convexa; C. Menisco Positivo; D. Bicóncava; E. Plano-Cóncava;

F. Menisco Nativa

Aberración Cromática. Un rayo de luz ordinario, al pasar por una lente simple, no solamente se refracta, sino que también se dispersa en sus componentes de colores. Todo rayo de luz “blanca” que entra a la lente, se dispersa en un pequeño arco iris de colores.

Aberración cromática. Diferentes puntos de foco para cada color.

La expresión “luz blanca” designa la luz ordinaria dada por el Sol, las estrellas, etc., esta luz es realmente una combinación de todos los colores del arco iris, bien mezclados, la lente simple separa los colores, porque cada color incluido en este rayo de luz blanca se refracta en un ángulo ligeramente diferente.

En la figura se puede ver que el componente violeta del rayo de luz blanca se refracta más, haciendo un foco más cercano; y la parte roja del rayo blanco, menos, dando un foco más retirado de la lente.

Para reducir los efectos de la aberración cromática, el Ingles Moor Hall, en 1730 descubrió el principio en que puede fundarse esta corrección, y empezó a construir los primeros lentes acromáticos y en 1758 John Dollond, obtuvo una patente para construir telescopios con estos objetivos. El problema fue tratado matemáticamente por Leonel Euler. Las lentes acromáticas para objetivos se hacen combinando una lente convexa de material Crown, con una lente cóncava de Flint cuya curvatura total sea aproximadamente la mitad de la otra.

Corrección aberración cromática

Por efectos de la reflexión, en las caras de las lentes, siempre se pierde una parte de la luz; un 4% en cada superficie, pegando las lentes con bálsamo del Canadá, la pérdida se reduce a la mitad, este procedimiento no se aplica sino a los objetivos pequeños, para objetivos mayores, las lentes se separan por medio de tirillas de estaño muy delgadas y del mismo espesor, colocadas en el borde.

Aberración esférica. Consiste en que los rayos luminosos paralelos que inciden sobre una lente no se reúnen exactamente en el mismo después de la refracción, los rayos que inciden hacia el borde de una lente biconvexa, les corresponde una distancia focal corta que la correspondiente a los rayos que inciden sobre la parte central.

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.

El poder de separación del telescopio, lo mismo que la intensidad luminosa de la imagen, disminuye por esta causa.

Aberración esférica. Los rayos hacen foco a distancias diferentes

Los rayos que pasan cerca de la periferia de la lente se refractan más que los que pasan por el centro. 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.

Telescopios con espejos

Hay otra clase de telescopio, llamados Reflectores y de espejos, en estos la primera imagen se obtiene por reflexión de los rayos sobre un espejo cóncavo. El invento de los reflectores parece debido a Nicolas Zucchius quien en 1616 combinando un espejo con una lente de vidrio construyó un anteojo de espejos. Es posible que anteriormente, en 1571, el inglés Leonardo Dignes, hubiese construido un telescopio de esta clase. Isaac newton, escribió en su obra Optics (Londres, 1704), y desde 1672, una serie de trabajos sobre óptica, en los que figura el telescopio que lleva su nombre y que fue construido en 1672.

En el reflector, la función del objetivo es ejecutada por un espejo, la luz que entra se hace converger en un espejo cóncavo en lugar de una lente. La imagen formada por el espejo se ve por el ocular, que básicamente es el mismo que el del telescopio refractor. Casi todo lo que se dijo sobre telescopios de refracción se aplica aquí, los reflectores no producen aberración cromática pero sí esférica, y es similar al de las lentes esféricas. Los rayos paralelos de luz que inciden en el espejo a distintas distancias del centro, al reflejarse no pasan por el foco, y al no pasar por el mismo punto la imagen es borrosa, este defecto es más grave cuando se aumenta la proporción del diámetro del espejo con respecto al radio de curvatura.

Telescopio reflector. Aberración esférica

En el telescopio reflector de tipo Newtoniano el espejo mayor se denomina espejo principal o sistema de foco primario, en el plano del foco primario se intercala un espejo plano, en forma diagonal para concentrar el foco primario en el ocular.

Telescopio Reflector Newtoniano

El telescopio de dos espejos mas difundido es el Cassegrain donde el espejo principal es parabólico, y el menor, hiperbólico colocado entre el espejo y el foco primario y forma un nuevo plano focal pasando por un orificio circular en el centro del espejo principal, para formar el foco fuera del telescopio. La disposición Cassegrain origina un sistema de gran longitud focal, aumentando el número f del instrumento.

Telescopio Cassegrain

El telescopio Gregory (1663), está construido por dos espejos parabólicos, el secundario está colocado después del foco principal, formando un sistema de una distancia mas larga que en el tipo Cassegrain.

Telescopio Gregory

El telescopio Maksutov está formado por un espejo principal de forma cóncava, y un menisco acromático, con la parte convexa dirigida hacia la imagen, el menisco se coloca entre el espejo y el punto de foco, el centro del menisco tiene un baño, que proyecta la imagen por el centro del espejo perforado, para formar un segundo plano focal donde está el ocular.

Telescopio Maksutov - Cassegrain

Telescopio o cámara Schmidt (1930). Para eliminar la aberración esférica del espejo esférico, en el camino de los rayos reflejados se instala una placa o lente de corrección, no ese utiliza como telescopio de observación sino como cámara fotográfica de grandes áreas celestes por su lente corrector el campo enfocado es curvo.

Cámara Schmidt

El telescopio más utilizado en la actualidad por los astrónomos aficionados debido a pueden tener grandes aperturas con grandes distancias focales en equipos muy portátiles, resistentes y que requieren de muy poco mantenimiento son los que combinan los sistemas Schmidt y Cassegrain.

Telescopio Schmidt - Cassegrain