Telescopios Teoría y Práctica

Transcripción

1 Telescopios Teoría y Práctica

2 Espectro Electomagnético

3 Propiedades de la Luz Velocidad Finita 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.

4 Propiedades de la Luz Difracción: Dispersión y curvado de las ondas al encontrar obstáculos. Interferencia:

5 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

6 Elementos de Optica Lentes

7 Elementos de Optica Lentes convergentes: Biconvexa Plano-Convexa Convexo-Cóncava (Menisco convergente) Lentes divergentes Bicóncava Plano cóncava Menisco divergente

8 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

9 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

10 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..

11 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

12 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.

13 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

14 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.

15 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)

16 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

17 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.

18 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.

19 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.

20 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.

21 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

22 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.

23 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)

24 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

25 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.

26 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

27 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".

28 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.

29 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.

30 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

31 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.

32 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

33 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.

34 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.

35 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.

36 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.

37 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.

38 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.

39 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.

40 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.

41 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

42 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

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50 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

51 Datos Utiles (Proveedores) Caños de PVC: Abastecimientos Plasticos SRL. Flejes de Bronce y Aluminio Decono, Pagani y Degano S.A. Thames 1420 Cap. Fed Independencia 1935 Cap. Fed Bronce y Aluminio Fundido La Metal Corvalan 785 Wilde Pvcia. Bs. As

52 Datos Utiles (Proveedores) Espejos y Oculares para Telescopios Ludovico Hordij Optica Saracco Pacheco 2036 Dpto M. T. de Alvear Ingenieria Optica