Telescopio
Definición
Los telescopios son instrumentos ópticos que hacen que los objetos distantes aparezcan ampliados al usar una disposición de lentes o espejos y lentes curvos, o varios dispositivos que se usan para observar objetos distantes por su emisión, absorción o reflejo de radiación electromagnética. Los primeros telescopios prácticos conocidos fueron telescopios refractores inventados en los Países Bajos a principios del siglo XVII, mediante el uso de lentes de vidrio. Encontraron uso tanto en aplicaciones terrestres como en astronomía.
El telescopio reflector, que utiliza espejos para recoger y enfocar la luz, se inventó en unas pocas décadas después del primer telescopio de refracción. En el siglo XX, se inventaron muchos tipos nuevos de telescopios, incluidos los radiotelescopios en la década de 1930 y los telescopios infrarrojos en la década de 1960. La palabra telescopio ahora se refiere a una amplia gama de instrumentos capaces de detectar diferentes regiones del espectro electromagnético y, en algunos casos, otros tipos de detectores.
La palabra telescopio (del griego antiguo τῆλε, tele "lejos" y σκοπεῖν, skopein "mirar o ver"; τηλεσκόπος, teleskopos " visiónlejana") fue acuñada en 1611 por el matemático griego Giovanni Demisiani para uno de los instrumentos de Galileo Galilei presentado en un banquete en la Accademia dei Lincei. En el Starry Messenger , Galileo había usado el término perspicillum .
Historia
El primer registro existente de un telescopio fue una patente de 1608 presentada al gobierno de los Países Bajos por el fabricante de espejuelos de Middelburg Hans Lippershey para un telescopio refractivo. El verdadero inventor es desconocido, pero se corrió la voz por Europa. Galileo se enteró de ello y, en 1609, construyó su propia versión e hizo observaciones telescópicas de objetos celestes.
La idea de que el objetivo, o elemento de recolección de luz, podría ser un espejo en lugar de una lente, se estaba investigando poco después de la invención del telescopio de refracción. Las ventajas potenciales del uso de espejos parabólicos -reducción de aberración esférica y ausencia de aberración cromática- llevaron a muchos diseños propuestos y varios intentos de construir telescopios reflectantes. En 1668, Isaac Newton construyó el primer telescopio reflector práctico, de un diseño que ahora lleva su nombre, el reflector newtoniano.
La invención de la lente acromática en 1733 corrige parcialmente las aberraciones de color presentes en la lente simple y permite la construcción de telescopios de refracción más cortos y más funcionales. Los telescopios reflectores, aunque no están limitados por los problemas de color observados en los refractores, se vieron obstaculizados por el uso de espejos metálicos espáculos de rápido deslizamiento utilizados durante el siglo XVIII y principios del siglo XIX, un problema aliviado por la introducción de espejos de vidrio recubiertos de plata en 1857. espejos en 1932. El límite máximo de tamaño físico para los telescopios de refracción es de aproximadamente 1 metro (40 pulgadas), lo que establece que la gran mayoría de los grandes telescopios de investigación óptica construidos desde el cambio de siglo 20 han sido reflectores. Los telescopios reflectores más grandes actualmente tienen objetivos de más de 10 m (33 pies),
El siglo XX también vio el desarrollo de telescopios que funcionaban en una amplia gama de longitudes de onda desde la radio hasta los rayos gamma. El primer radiotelescopio construido específicamente entró en operación en 1937. Desde entonces, se ha desarrollado una gran variedad de instrumentos astronómicos complejos.
Tipos
El nombre "telescopio" cubre una amplia gama de instrumentos. La mayoría detecta radiación electromagnética, pero existen grandes diferencias en la forma en que los astrónomos deben recolectar luz (radiación electromagnética) en diferentes bandas de frecuencia.
Los telescopios se pueden clasificar por las longitudes de onda de luz que detectan:
- Telescopios de rayos X, que usan longitudes de onda más cortas que la luz ultravioleta
- Los telescopios ultravioletas, que usan longitudes de onda más cortas que la luz visible
- Telescopios ópticos, con luz visible
- Telescopios infrarrojos, utilizando longitudes de onda más largas que la luz visible
- Telescopios submilimétricos que utilizan longitudes de onda más largas que la luz infrarroja
- Fresnel Imager, una tecnología de lente óptica
- Óptica de rayos X, óptica para ciertas longitudes de onda de rayos X.
A medida que las longitudes de onda se hacen más largas, se hace más fácil utilizar la tecnología de antena para interactuar con la radiación electromagnética (aunque es posible hacer una antena muy pequeña). El infrarrojo cercano se puede recoger de manera similar a la luz visible, sin embargo, en el rango de infrarrojo lejano y submilimétrico, los telescopios pueden funcionar más como un radiotelescopio. Por ejemplo, el telescopio James Clerk Maxwell observa desde longitudes de onda de 3 μm (0.003 mm) hasta 2000 μm (2 mm), pero usa una antena de aluminio parabólica. Por otro lado, el Telescopio Espacial Spitzer, que observa desde aproximadamente 3 μm (0,003 mm) hasta 180 μm (0,18 mm) usa un espejo (óptica reflectante). También utilizando ópticas reflectantes, el Telescopio Espacial Hubble con Cámara de Campo Amplio 3 puede observar en el rango de frecuencia de aproximadamente 0.2 μm (0.0002 mm) a 1.7 μm (0.0017 mm) (desde luz ultravioleta a luz infrarroja).
Con los fotones de las longitudes de onda más cortas, con las frecuencias más altas, se utilizan ópticas de reflectancia-incidente, en lugar de ópticas completamente reflectantes. Los telescopios como TRACE y SOHO usan espejos especiales para reflejar el ultravioleta extremo, produciendo una resolución más alta y imágenes más brillantes de lo que de otro modo sería posible. Una apertura más grande no solo significa que se recoge más luz, sino que también permite una resolución angular más fina.
Los telescopios también pueden clasificarse por ubicación: telescopio de tierra, telescopio espacial o telescopio volante. También pueden clasificarse según sean operados por astrónomos profesionales o astrónomos aficionados. Un vehículo o campus permanente que contiene uno o más telescopios u otros instrumentos se denomina observatorio.
| Comparación de luz | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nombre | Longitud de onda | Frecuencia (Hz) | Photon Energy (eV) | ||||
| Rayo gamma | menos de 0.01 nm | más de 10 EHZ | 100 keV - 300+ GeV | X | |||
| Radiografía | 0.01 a 10 nm | 30 EHz - 30 PHZ | 120 eV a 120 keV | X | |||
| Ultravioleta | 10 nm - 400 nm | 30 PHZ - 790 THz | 3 eV a 124 eV | ||||
| Visible | 390 nm - 750 nm | 790 THz - 405 THz | 1.7 eV - 3.3 eV | X | |||
| Infrarrojo | 750 nm - 1 mm | 405 THz - 300 GHz | 1.24 meV - 1.7 eV | X | |||
| Microonda | 1 mm - 1 metro | 300 GHz - 300 MHz | 1.24 meV - 1.24 μeV | ||||
| Radio | 1 mm - km | 300 GHz - 3 Hz | 1.24 meV - 12.4 feV | X | |||
Telescopios ópticos
Un telescopio óptico reúne y enfoca la luz principalmente desde la parte visible del espectro electromagnético (aunque algunos funcionan en infrarrojo y ultravioleta). Los telescopios ópticos aumentan el tamaño angular aparente de los objetos distantes, así como su brillo aparente. Para que la imagen sea observada, fotografiada, estudiada y enviada a una computadora, los telescopios funcionan empleando uno o más elementos ópticos curvos, usualmente hechos de lentes de vidrio y / o espejos, para recoger luz y otras radiaciones electromagnéticas para lograr que luz o radiación a un punto focal. Los telescopios ópticos se utilizan para la astronomía y en muchos instrumentos no astronómicos, incluidos: teodolitos (incluidos los tránsitos ), telescopios , monoculares, binoculares, lentes de cámara y catalejos . Hay tres tipos ópticos principales:
- El telescopio de refracción que usa lentes para formar una imagen.
- El telescopio reflector que utiliza una disposición de espejos para formar una imagen.
- El telescopio catadióptrico que utiliza espejos combinados con lentes para formar una imagen.
Más allá de estos tipos ópticos básicos, hay muchos subtipos de diseño óptico variable clasificados por la tarea que realizan, como astrógrafos, buscadores de cometas y telescopios solares.
Radio telescopios
Los radiotelescopios son antenas de radio direccionales utilizadas para la radioastronomía. Los platos a veces se construyen con una malla de alambre conductor cuyas aberturas son más pequeñas que la longitud de onda que se observa. Los radiotelescopios multielemento se construyen a partir de pares o grupos más grandes de estos platos para sintetizar grandes aberturas "virtuales" que son similares en tamaño a la separación entre los telescopios; este proceso se conoce como síntesis de apertura. A partir de 2005, el tamaño actual de la matriz de registros es muchas veces el ancho de los telescopios de Interferometría Basal Basada en el Espacio (VLBI) basados en el espacio como el HALCA (Advanced Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy) VSOP (VLBI Space Observatory Program) satélite. La síntesis de apertura ahora también se está aplicando a los telescopios ópticos que utilizan interferómetros ópticos (matrices de telescopios ópticos) y la interferometría de enmascaramiento de apertura en telescopios reflectantes únicos. Los radiotelescopios también se utilizan para recoger la radiación de microondas, que se usa para recolectar radiación cuando cualquier luz visible está obstruida o desmayada, como la de los cuásares. Algunos radiotelescopios son utilizados por programas como SETI y el Observatorio de Arecibo para buscar vida extraterrestre.
Telescopios de rayos X
Los telescopios de rayos X pueden usar ópticas de rayos X, como los telescopios Wolter compuestos por espejos "de mirada" en forma de anillo hechos de metales pesados que son capaces de reflejar los rayos solo unos pocos grados. Los espejos son generalmente una sección de una parábola girada y una hipérbola o elipse. En 1952, Hans Wolter delineó 3 formas en que se podría construir un telescopio utilizando solo este tipo de espejo. Ejemplos de un observatorio que utiliza este tipo de telescopio son el Observatorio de Einstein, ROSAT y el Observatorio de Rayos X Chandra. Para 2010, los telescopios de rayos X con enfoque de Wolter son posibles hasta 79 keV.
Telescopios de rayos gamma
Los telescopios de rayos X y Gamma de energía más alta se abstienen de enfocarse completamente y usan máscaras de apertura codificadas: los patrones de la sombra que crea la máscara se pueden reconstruir para formar una imagen.
Los rayos X y los telescopios de rayos gamma suelen estar en satélites que orbitan la Tierra o en globos de alto vuelo, ya que la atmósfera de la Tierra es opaca a esta parte del espectro electromagnético. Sin embargo, los rayos X y rayos gamma de alta energía no forman una imagen de la misma manera que los telescopios a longitudes de onda visibles. Un ejemplo de este tipo de telescopio es el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi.
La detección de rayos gamma de muy alta energía, con una longitud de onda más corta y una frecuencia más alta que los rayos gamma regulares, requiere mayor especialización. Un ejemplo de este tipo de observatorio es VERITAS. Los rayos gamma de muy alta energía siguen siendo fotones, como la luz visible, mientras que los rayos cósmicos incluyen partículas como electrones, protones y núcleos más pesados.
Un descubrimiento en 2012 puede permitir enfocar los telescopios de rayos gamma. A energías de fotones superiores a 700 keV, el índice de refracción comienza a aumentar nuevamente.
Telescopios de partículas de alta energía
La astronomía de alta energía requiere telescopios especializados para realizar observaciones, ya que la mayoría de estas partículas atraviesan la mayoría de los metales y cristales.
En otros tipos de telescopios de partículas de alta energía no existe un sistema óptico formador de imágenes. Los telescopios de rayos cósmicos generalmente consisten en una variedad de diferentes tipos de detectores distribuidos en un área grande. Un telescopio Neutrino consiste en una gran masa de agua o hielo, rodeado por una serie de detectores de luz sensibles conocidos como tubos fotomultiplicadores. La dirección de origen de los neutrinos se determina reconstruyendo la ruta de las partículas secundarias dispersadas por los impactos de neutrinos, a partir de su interacción con múltiples detectores. Los observatorios de átomos neutros energéticos como Interstellar Boundary Explorer detectan partículas que viajan a ciertas energías.
Otros tipos de telescopios
La astronomía no se limita al uso de radiación electromagnética. Se puede obtener información adicional utilizando otros medios. Los detectores utilizados para observar el Universo son análogos a los telescopios. Estos son:
- Detector de ondas gravitacionales, el equivalente de un telescopio de ondas gravitacionales, utilizado para la astronomía de ondas gravitacionales.
- Detector de neutrinos, el equivalente de un telescopio de neutrinos, utilizado para la astronomía de neutrinos.
Tipos de montura
Un montaje de telescopio es una estructura mecánica que soporta un telescopio. Los soportes del telescopio están diseñados para soportar la masa del telescopio y permitir una orientación precisa del instrumento. Se han desarrollado muchos tipos de montajes a lo largo de los años, con la mayor parte del esfuerzo puesto en sistemas que pueden rastrear el movimiento de las estrellas a medida que la Tierra gira. Los dos tipos principales de montaje de seguimiento son:
- Monte Altazimuth
- Montura ecuatorial
Opacidad electromagnética atmosférica
Como la atmósfera es opaca para la mayoría del espectro electromagnético, solo se pueden observar unas pocas bandas desde la superficie de la Tierra. Estas bandas son visibles: infrarrojo cercano y una parte de la onda de radio del espectro. Por esta razón, no hay telescopios de rayos X o infrarrojos lejanos, ya que estos deben observarse desde la órbita. Incluso si se puede observar una longitud de onda desde el suelo, podría ser ventajoso colocar un telescopio en un satélite debido a la observación astronómica.
Imagen telescópica de diferentes tipos de telescopios
Diferentes tipos de telescopio, que operan en diferentes bandas de longitud de onda, proporcionan información diferente sobre el mismo objeto. Juntos proporcionan una comprensión más completa.
Por espectro
Telescopios que operan en el espectro electromagnético:
| Nombre | Telescopio | Astronomía | Longitud de onda |
|---|---|---|---|
| Radio | Radio telescopio | Radioastronomía (Radar astronomía) | más de 1 mm |
| Submilimétrico | Telescopios submilimétricos * | Astronomía submilimétrica | 0.1 mm - 1 mm |
| Infrarrojo lejano | - | Astronomía del infrarrojo lejano | 30 μm - 450 μm |
| Infrarrojo | Telescopio infrarrojo | Astronomía infrarroja | 700 nm - 1 mm |
| Visible | Telescopios de espectro visible | Astronomía de luz visible | 400 nm - 700 nm |
| Ultravioleta | Telescopios ultravioleta * | Astronomía ultravioleta | 10 nm - 400 nm |
| radiografía | Telescopio de rayos X | Astronomía de rayos X | 0.01 nm - 10 nm |
| Rayo gamma | - | Astronomía de rayos gamma | menos de 0.01 nm |