Telescopio refractor

Un telescopio refractor (también llamado telescopio refractor o dióptrico ) es un tipo de telescopio óptico que utiliza una lente como objetivo para formar una imagen. El diseño del telescopio refractor se utilizó originalmente en catalejos y telescopios astronómicos , pero también se emplea en objetivos de cámara de larga distancia focal . Si bien los grandes telescopios refractores fueron muy populares en la segunda mitad del siglo XIX, para la mayoría de los fines de investigación, el telescopio reflector ha sido reemplazado por el refractor , que permite aperturas mayores. El aumento de un refractor se calcula dividiendo la distancia focal de la lente objetivo entre la del ocular . ^{[ 1 ]}

Los telescopios refractores suelen tener una lente en la parte frontal, un tubo largo y, en la parte posterior, un ocular o instrumentación donde se enfoca la imagen. Originalmente, los telescopios tenían un objetivo de un solo elemento, pero un siglo después se fabricaron lentes de dos e incluso tres elementos.

Los telescopios refractores utilizan tecnología que a menudo se ha aplicado a otros dispositivos ópticos, como binoculares y lentes de zoom / teleobjetivos / lentes de larga distancia focal .

Los refractores fueron el primer tipo de telescopio óptico . El primer registro de un telescopio refractor apareció en los Países Bajos alrededor de 1608, cuando un fabricante de gafas de Middelburg llamado Hans Lippershey intentó, sin éxito, patentar uno. ^{[ 2 ]} La noticia de la patente se extendió rápidamente y Galileo Galilei , que se encontraba en Venecia en mayo de 1609, se enteró del invento, construyó una versión propia y la aplicó para realizar descubrimientos astronómicos. ^{[ 3 ]}

Todos los telescopios refractores utilizan los mismos principios. La combinación de una lente objetivo 1 y algún tipo de ocular 2 se utiliza para captar más luz de la que el ojo humano puede captar por sí mismo, enfocarla 5 y presentar al observador una imagen virtual más brillante , más nítida y ampliada 6 .

El objetivo de un telescopio refractor refracta o desvía la luz . Esta refracción provoca que los rayos de luz paralelos converjan en un punto focal , mientras que los que no son paralelos convergen en un plano focal . El telescopio convierte un haz de rayos paralelos que forman un ángulo α con el eje óptico en un segundo haz paralelo con un ángulo β. La relación β/α se denomina aumento angular. Es igual a la relación entre los tamaños de las imágenes retinianas obtenidas con y sin el telescopio. ^{[ 4 ]}

Los telescopios refractores pueden presentarse en diversas configuraciones para corregir la orientación de la imagen y los diferentes tipos de aberración. Debido a que la imagen se forma por la desviación de la luz, o refracción, estos telescopios se denominan telescopios refractores o refractores .

telescopio galileano

El diseño que Galileo Galilei utilizó alrededor de 1609 se conoce comúnmente como telescopio galileano . ^{[ 5 ]} Utilizaba una lente objetivo convergente (planoconvexa) y una lente ocular divergente (planocóncava) (Galileo, 1610). ^{[ 6 ]} Un telescopio galileano, debido a que su diseño no tiene foco intermedio, produce una imagen no invertida (es decir, derecha). ^{[ 7 ]}

El telescopio más potente de Galileo, con una longitud total de 980 milímetros (39 pulgadas) , ^{[ 5 ]} magnificaba los objetos unas 30 veces. ^{[ 7 ]} Galileo tuvo que trabajar con la tecnología de lentes deficiente de la época y descubrió que tenía que usar diafragmas para reducir el diámetro de la lente objetivo (aumentar su relación focal ) para limitar las aberraciones, por lo que su telescopio producía imágenes borrosas y distorsionadas con un campo de visión estrecho. ^{[ 7 ]} A pesar de estos defectos, el telescopio fue lo suficientemente bueno para que Galileo explorara el cielo. Lo usó para observar cráteres en la Luna , ^{[ 8 ]} las cuatro lunas más grandes de Júpiter , ^{[ 9 ]} y las fases de Venus . ^{[ 10 ]} 

Los rayos de luz paralelos provenientes de un objeto distante ( y ) convergen en el plano focal del objetivo ( F′L1/y′ ). El ocular (divergente) ( L2 ) intercepta estos rayos y los vuelve paralelos. Los rayos de luz no paralelos provenientes del objeto, que viajan con un ángulo α1 respecto al eje óptico, viajan con un ángulo mayor ( α2 > α1 ) después de atravesar el ocular. Esto produce un aumento en el tamaño angular aparente y es responsable de la magnificación percibida.

La imagen final ( y″ ) es una imagen virtual, ubicada en el infinito y está en la misma posición (es decir, no invertida o vertical) que el objeto.

telescopio kepleriano

El telescopio kepleriano , inventado por Johannes Kepler en 1611, es una mejora del diseño de Galileo. ^{[ 12 ]} Utiliza una lente convexa como ocular en lugar de la cóncava de Galileo. La ventaja de esta disposición es que los rayos de luz que emergen del ocular convergen. Esto permite un campo de visión mucho más amplio y una mayor distancia ocular , pero la imagen para el observador está invertida. Se pueden alcanzar aumentos considerablemente mayores con este diseño, pero, al igual que el telescopio galileano, todavía utiliza una lente objetivo simple de un solo elemento, por lo que necesita tener una relación focal muy alta para reducir las aberraciones ^{[ 13 ]} ( Johannes Hevelius construyó un telescopio f/225 poco manejable con un objetivo de 200 milímetros (8 pulgadas) y una distancia focal de 46 metros (150 pies) , ^{[ 14 ]} e incluso se construyeron " telescopios aéreos " sin tubo más largos). El diseño también permite el uso de un micrómetro en el plano focal (para determinar el tamaño angular y/o la distancia entre los objetos observados).  

Huygens construyó un telescopio aéreo para la Royal Society de Londres con una  lente de un solo elemento de 19 cm (7,5″). ^{[ 15 ]}

Refractores acromáticos

El siguiente gran avance en la evolución de los telescopios refractores fue la invención de la lente acromática , una lente con múltiples elementos que ayudó a resolver los problemas de aberración cromática y permitió distancias focales más cortas. Fue inventada en 1733 por un abogado inglés llamado Chester Moore Hall , aunque John Dollond la inventó y patentó de forma independiente alrededor de 1758. El diseño superó la necesidad de distancias focales muy largas en los telescopios refractores mediante el uso de un objetivo compuesto por dos piezas de vidrio con diferente dispersión , vidrio " crown " y vidrio "flint ", para reducir la aberración cromática y esférica . Cada lado de cada pieza se esmerila y pule , y luego se ensamblan las dos piezas. Las lentes acromáticas están corregidas para enfocar dos longitudes de onda (normalmente rojo y azul) en el mismo plano.

Se reconoce que Chester More Hall fabricó la primera lente doble con corrección cromática en 1730. ^{[ 16 ]}

Los acromáticos Dollond fueron bastante populares en el siglo XVIII. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Una de sus principales ventajas era que podían fabricarse más cortos. ^{[ 18 ]} Sin embargo, los problemas en la fabricación del vidrio hicieron que los objetivos de vidrio no se fabricaran con un diámetro superior a unos cuatro pulgadas (10 cm) . ^{[ 18 ]} 

A finales del siglo XIX, el óptico suizo Pierre-Louis Guinand ^{[ 19 ]} desarrolló un método para fabricar bloques de vidrio de mayor calidad, de más de cuatro pulgadas (10 cm) . ^{[ 18 ]} Transmitió esta tecnología a su aprendiz Joseph von Fraunhofer , quien la perfeccionó y también desarrolló el diseño de la lente doblete de Fraunhofer. ^{[ 18 ]} Este avance en las técnicas de fabricación de vidrio dio lugar a los grandes refractores del siglo XIX, que se hicieron progresivamente más grandes a lo largo de la década, llegando a superar el metro a finales de ese siglo antes de ser reemplazados en astronomía por los telescopios reflectores de vidrio plateado. 

Entre los fabricantes de lentes destacados del siglo XIX se incluyen: ^{[ 20 ]}

• Alvan Clark
• Brashear ^{[ 21 ]}
• Hermanos de la oportunidad
• Cauchoix ^{[ 22 ]}
• Fraunhofer ^{[ 23 ]}
• Gautier
• Grubb
• Hermanos Henry
• Lerebours ^{[ 24 ]}
• Tulley ^{[ 25 ]}

Algunos refractores doblete famosos del siglo XIX son el telescopio James Lick (91  cm/36 pulgadas) y el refractor Greenwich de 28 pulgadas (71  cm). Un ejemplo de refractor más antiguo es el telescopio Shuckburgh (que data de finales del siglo XVIII). Un refractor famoso fue el "Telescopio Trofeo", presentado en la Gran Exposición de Londres de 1851. La era de los " grandes refractores " en el siglo XIX vio el uso de grandes lentes acromáticas, culminando con el refractor acromático más grande jamás construido, el Telescopio de la Gran Exposición de París de 1900 .

En el Real Observatorio de Greenwich, un instrumento de 1838 llamado telescopio Sheepshanks incluye un objetivo de Cauchoix. ^{[ 26 ]} El Sheepshanks tenía una lente de 6,7 pulgadas (17 cm) de ancho y fue el telescopio más grande de Greenwich durante unos veinte años. ^{[ 27 ]} 

Un informe de 1840 del Observatorio señaló del entonces nuevo telescopio Sheepshanks con el doblete de Cauchoix: ^{[ 28 ]}

La potencia y la calidad general de este telescopio lo convierten en una valiosa incorporación a los instrumentos del observatorio.

En la década de 1900, un fabricante de óptica destacado fue Zeiss. ^{[ 29 ]} Un ejemplo de los principales logros de los refractores es que más de 7 millones de personas han podido observar a través del refractor Zeiss de 12 pulgadas en el Observatorio Griffith desde su inauguración en 1935; esta es la mayor cantidad de personas que han observado a través de cualquier telescopio. ^{[ 29 ]}

Los acromáticos fueron populares en astronomía para la creación de catálogos estelares y requerían menos mantenimiento que los espejos metálicos. Algunos descubrimientos famosos realizados con acromáticos son el planeta Neptuno y las lunas de Marte .

Los telescopios acromáticos largos, a pesar de tener una apertura menor que los reflectores más grandes, solían ser los preferidos para los observatorios de prestigio. A finales del siglo XVIII, cada pocos años se presentaba un refractor más grande y de mayor longitud.

Por ejemplo, el Observatorio de Niza debutó con un refractor de 77 centímetros (30,31 pulgadas) , el más grande en ese momento, pero fue superado en tan solo un par de años. ^{[ 30 ]} 

Refractores apocromáticos

Los refractores apocromáticos tienen objetivos construidos con materiales especiales de dispersión extrabaja. Están diseñados para enfocar tres longitudes de onda (típicamente rojo, verde y azul) en el mismo plano. El error de color residual (espectro terciario) puede ser un orden de magnitud menor que el de una lente acromática. Estos telescopios contienen elementos de fluorita o vidrio especial de dispersión extrabaja (ED) en el objetivo y producen una imagen muy nítida prácticamente libre de aberración cromática. ^{[ 31 ]} Debido a los materiales especiales necesarios en su fabricación, los refractores apocromáticos suelen ser más caros que los telescopios de otros tipos con una apertura comparable.

En el siglo XVIII, Dollond, un popular fabricante de telescopios doblete, también fabricó un triplete, aunque no fueron tan populares como los telescopios de dos elementos. ^{[ 18 ]}

Uno de los objetivos triplete más famosos es el triplete de Cooke , conocido por su capacidad para corregir las aberraciones de Seidal. ^{[ 32 ]} Se reconoce como uno de los diseños de objetivos más importantes en el campo de la fotografía. ^{[ 33 ] [ 34 ]} El triplete de Cooke puede corregir, con solo tres elementos, para una longitud de onda, la aberración esférica , el coma , el astigmatismo , la curvatura de campo y la distorsión . ^{[ 34 ]}

Los refractores sufren de aberración cromática y esférica residual . Esto afecta más a las relaciones focales cortas que a las largas. Un refractor acromático f /6 probablemente mostrará una considerable franja de color (generalmente un halo púrpura alrededor de los objetos brillantes); un acromático f / 16 presenta mucha menos franja de color.

En aperturas muy grandes, también existe el problema de la deformación de la lente , resultado de la gravedad . Dado que una lente solo puede mantenerse en su lugar por su borde, el centro de una lente grande se deforma debido a la gravedad, distorsionando las imágenes que produce. El tamaño práctico máximo de una lente en un telescopio refractor es de aproximadamente 1 metro (39 pulgadas) . ^{[ 35 ]} 

Existe otro problema: los defectos en el vidrio, como las estrías o las pequeñas burbujas de aire atrapadas en su interior. Además, el vidrio es opaco a ciertas longitudes de onda , e incluso la luz visible se atenúa por reflexión y absorción al atravesar la interfaz aire-vidrio. La mayoría de estos problemas se evitan o se reducen en los telescopios reflectores , que pueden fabricarse con aperturas mucho mayores y que prácticamente han sustituido a los refractores en la investigación astronómica.

El ISS-WAC de la Voyager 1/2 utilizó una lente de 6 centímetros (2,4 pulgadas) , lanzada al espacio a finales de la década de 1970, un ejemplo del uso de refractores en el espacio. ^{[ 36 ]} 

Los telescopios refractores destacaron por su uso tanto en astronomía como para la observación terrestre. Muchos de los primeros descubrimientos del Sistema Solar se realizaron con telescopios refractores simples.

El uso de ópticas telescópicas refractoras es omnipresente en la fotografía, y también se utilizan en órbita terrestre.

Una de las aplicaciones más famosas del telescopio refractor fue cuando Galileo lo utilizó para descubrir las cuatro lunas más grandes de Júpiter en 1609. Los primeros telescopios refractores también se utilizaron varias décadas después para descubrir Titán, la luna más grande de Saturno, junto con otras tres lunas de Saturno.

En el siglo XIX, los telescopios refractores se utilizaron para trabajos pioneros en astrofotografía y espectroscopia, y el heliómetro, instrumento relacionado, se empleó por primera vez para calcular la distancia a otra estrella. Sus modestas aperturas no propiciaron tantos descubrimientos y, por lo general, eran tan pequeñas que muchos objetos astronómicos simplemente no eran observables hasta la llegada de la fotografía de larga exposición, momento en el que la reputación y las particularidades de los telescopios reflectores comenzaban a superar las de los refractores. A pesar de ello, algunos descubrimientos incluyen las lunas de Marte, una quinta luna de Júpiter y numerosos sistemas estelares binarios, entre ellos Sirio (la estrella del Perro). Los refractores se utilizaban a menudo para la astronomía posicional, además de sus otros usos en fotografía y observación terrestre.

Camisetas sin mangas

Las lunas galileanas, y muchas otras lunas del sistema solar, fueron descubiertas con objetivos de un solo elemento y telescopios aéreos.

Galileo Galilei descubrió los satélites galileanos de Júpiter en 1610 con un telescopio refractor. ^{[ 37 ]}

Titán , la luna del planeta Saturno , fue descubierta el 25 de marzo de 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens . ^{[ 38 ] [ 39 ]}

Dobletes

En 1861, se descubrió que Sirio, la estrella más brillante del cielo nocturno, tenía una compañera estelar más pequeña gracias al telescopio refractor Dearborn de 18 pulgadas y media.

En el siglo XVIII, los refractores comenzaron a tener una fuerte competencia por parte de los reflectores, que podían fabricarse en tamaños considerables y normalmente no presentaban el mismo problema inherente de aberración cromática. Sin embargo, la comunidad astronómica continuó utilizando refractores doblete de apertura modesta en comparación con los instrumentos modernos. Entre los descubrimientos más destacados se encuentran las lunas de Marte y Amaltea , la quinta luna de Júpiter .

Asaph Hall descubrió Deimos el 12 de agosto de 1877 alrededor de las 07:48 UTC y Fobos el 18 de agosto de 1877, en el Observatorio Naval de los Estados Unidos en Washington, DC , alrededor de las 09:14 GMT (fuentes contemporáneas, utilizando la convención astronómica anterior a 1925 que comenzaba el día al mediodía, ^{[ 40 ]} dan la hora del descubrimiento como el 11 de agosto a las 14:40 y el 17 de agosto a las 16:06 hora media de Washington respectivamente). ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

El telescopio utilizado para el descubrimiento fue el refractor de 26 pulgadas (66 cm) (telescopio con lente) que entonces se encontraba en Foggy Bottom . ^{[ 44 ]} En 1893, la lente fue reinstalada y colocada en una nueva cúpula, donde permanece hasta el siglo XXI. ^{[ 45 ]} 

La luna Amaltea de Júpiter fue descubierta el 9 de septiembre de 1892 por Edward Emerson Barnard utilizando el telescopio refractor de 91 cm (36 pulgadas)  del Observatorio Lick . ^{[ 46 ] [ 47 ]} Fue descubierta mediante observación visual directa con el refractor de doblete. ^{[ 37 ]}

En 1904, uno de los descubrimientos realizados con el Gran Refractor de Potsdam (un telescopio doble con dos dobletes) fue el del medio interestelar . ^{[ 48 ]} El astrónomo Profesor Hartmann determinó, a partir de observaciones de la estrella binaria Mintaka en Orión, que había calcio en el espacio interestelar. ^{[ 48 ]}

trillizos

El planeta Plutón fue descubierto al observar fotografías (es decir, "placas" en la jerga astronómica) en un comparador de parpadeo tomadas con un telescopio refractor, un astrógrafo con una lente de 3 elementos y 13 pulgadas. ^{[ 49 ] [ 50 ]}

Ejemplos de algunos de los telescopios refractores acromáticos más grandes, con un diámetro superior a 60 cm (24 pulgadas) .  

• Telescopio de la Gran Exposición de París de 1900 ( 1,25 m o 49 pulgadas ) – desmontado después de la exposición.  
• Observatorio Yerkes ( 101,6 cm o 40 pulgadas )  
• Telescopio solar sueco de 1 metro ( 98 cm o 39 pulgadas )  
• Observatorio Lick ( 91 cm o 36 pulgadas )  
• Gran refractor Meudon del Observatorio de París ( 83 cm (33 pulgadas) + 62 cm (24 pulgadas) )    
• Gran Refractor de Potsdam ( 80 cm (31 pulgadas) , + 50 cm (20 pulgadas) )    
• Bonito observatorio ( 77 cm o 30 pulgadas )  
• Telescopio refractor conmemorativo Thaw del Observatorio Allegheny (76,20 cm o 30 pulgadas)
• Telescopio refractor de dialita John Wall ( 76,20 cm o 30 pulgadas ) , el refractor más grande construido por un individuo, en el Observatorio Comunitario de Hanwell ^{[ 51 ].}  
• Telescopio refractor Grubb de 28 pulgadas en el Real Observatorio de Greenwich , lente de apertura ( 71 cm o 28 pulgadas ).  
• Gran Refractor del Observatorio de Viena ( 69 cm o 27 pulgadas )  
• Observatorio Archenhold : el telescopio refractor más largo jamás construido ( 68 cm o 27 pulgadas × 21 m o 69 pies de distancia focal).    
• Telescopio refractor del Observatorio Naval de los Estados Unidos ( 66 cm o 26 pulgadas ).  
• Telescopio refractor Newall en el Observatorio Nacional de Atenas ( 62,5 cm o 24,6 pulgadas ).  
• Observatorio Lowell ( 61 cm o 24 pulgadas )  

• Astrógrafo
• Unilens de Baden-Powell
• Telescopios catadióptricos
• Lista de los telescopios refractores ópticos más grandes
• Lista de los telescopios ópticos más grandes de la historia
• Lista de tipos de telescopios
• Telescopio reflector
• Estrella diagonal
• Heliómetro

• nasa.gov – Construye un telescopio. Archivado el 23 de abril de 2022 en Wayback Machine.
• Fabricación de un telescopio galileano
• Campos de visión angulares y lineales de los telescopios galileanos y los telemicroscopios.
• Introducción al telescopio de Galileo