Telescopio

Un telescopio es un dispositivo que se utiliza para observar objetos distantes mediante la emisión, absorción o reflexión de radiación electromagnética . ^{[ 1 ]} Originalmente, era un instrumento óptico que utilizaba lentes , espejos curvos o una combinación de ambos para observar objetos distantes: un telescopio óptico . Hoy en día, el término «telescopio» se define como una amplia gama de instrumentos capaces de detectar diferentes regiones del espectro electromagnético y, en algunos casos, otros tipos de detectores.

Los primeros telescopios prácticos conocidos fueron telescopios refractores con lentes de vidrio , inventados en los Países Bajos a principios del siglo XVII. Se utilizaban tanto para aplicaciones terrestres como para astronomía .

El telescopio reflector , que utiliza espejos para recoger y enfocar la luz, se inventó pocas décadas después del primer telescopio refractor.

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 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 . ^{[ 2 ] [ 3 ]} En el Mensajero Estelar , Galileo había usado el término latino perspicillum . La raíz de la palabra proviene del griego antiguo τῆλε, tele 'lejos' y σκοπεῖν, skopein 'mirar o ver'; τηλεσκόπος, teleskopos 'de visión lejana'. ^{[ 4 ]}

El registro más antiguo que existe de un telescopio es una patente de 1608 presentada al gobierno de los Países Bajos por el fabricante de gafas de Middelburg, Hans Lipperhey, para un telescopio refractor . ^{[ 6 ]} Se desconoce quién fue el inventor, pero su existencia se extendió por Europa. Galileo se enteró de él y, en 1609, construyó su propia versión y realizó sus observaciones telescópicas de objetos celestes. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

La idea de que el objetivo , o elemento captador de luz, pudiera ser un espejo en lugar de una lente se investigó poco después de la invención del telescopio refractor. ^{[ 9 ]} Las ventajas potenciales del uso de espejos parabólicos —reducción de la aberración esférica y ausencia de aberración cromática— llevaron a muchos diseños propuestos y varios intentos de construir telescopios reflectores . ^{[ 10 ]} En 1668, Isaac Newton construyó el primer telescopio reflector práctico, de un diseño que ahora lleva su nombre, el reflector newtoniano . ^{[ 11 ]} John Dobson inventó el telescopio Dobsoniano en 1956.

La invención de la lente acromática en 1733 corrigió parcialmente las aberraciones cromáticas presentes en la lente simple ^{[ 12 ]} y permitió la construcción de telescopios refractores más cortos y funcionales. ^{[ 13 ]} Los telescopios reflectores, aunque no estaban limitados por los problemas de color observados en los refractores, se vieron obstaculizados por el uso de espejos de metal especular que se empañaban rápidamente , empleados durante el siglo XVIII y principios del XIX; un problema que se alivió con la introducción de espejos de vidrio recubiertos de plata en 1857 y espejos aluminizados en 1932. ^{[ 14 ]} El límite máximo de tamaño físico para los telescopios refractores es de aproximadamente 1 metro (39 pulgadas) , lo que determina que la gran mayoría de los grandes telescopios de investigación óptica construidos desde principios del siglo XX hayan sido reflectores. Los telescopios reflectores más grandes actualmente tienen objetivos de más de 10 metros (33 pies) , y se está trabajando en varios diseños de 30 a 40 m. ^{[ 15 ]}

El siglo XX también fue testigo del desarrollo de telescopios que operaban en un amplio rango de longitudes de onda, desde ondas de radio hasta rayos gamma . El primer radiotelescopio construido específicamente para este fin entró en funcionamiento en 1937. Desde entonces, se ha desarrollado una gran variedad de instrumentos astronómicos complejos.

Dado que la atmósfera es opaca para la mayor parte del espectro electromagnético, solo se pueden observar unas pocas bandas desde la superficie terrestre. Estas bandas son visibles: el infrarrojo cercano y una porción de la parte de ondas de radio del espectro. ^{[ 16 ]} Por esta razón, no existen telescopios terrestres de rayos X o infrarrojo lejano, ya que estos deben observarse desde la órbita. Incluso si una longitud de onda es observable desde la Tierra, aún podría ser ventajoso colocar un telescopio en un satélite debido a problemas como las nubes, la turbulencia astronómica y la contaminación lumínica . ^{[ 17 ]}

Las desventajas del lanzamiento de un telescopio espacial incluyen el costo, el tamaño, el mantenimiento y la posibilidad de actualización. ^{[ 18 ]}

Algunos ejemplos de telescopios espaciales de la NASA son el Telescopio Espacial Hubble , que detecta luz visible, ultravioleta y longitudes de onda del infrarrojo cercano; el Telescopio Espacial Spitzer , que detecta radiación infrarroja; y el Telescopio Espacial Kepler , que descubrió miles de exoplanetas . ^{[ 19 ]} El telescopio más reciente que se lanzó fue el Telescopio Espacial James Webb el 25 de diciembre de 2021 en Kourou , Guayana Francesa , con un cohete Ariane 5. El telescopio Webb detecta luz infrarroja y orbita el punto de Lagrange L ₂ del sistema Tierra-Sol. ^{[ 20 ]}

El término "telescopio" abarca una amplia gama de instrumentos. La mayoría detecta radiación electromagnética , pero existen diferencias importantes en la forma en que los astrónomos deben captar la luz (radiación electromagnética) en diferentes bandas de frecuencia.

A medida que las longitudes de onda se hacen más largas, resulta más fácil utilizar la tecnología de antenas para interactuar con la radiación electromagnética (aunque es posible fabricar antenas muy pequeñas). El infrarrojo cercano se puede captar de forma similar a la luz visible; sin embargo, en el infrarrojo lejano y el rango submilimétrico, los telescopios pueden funcionar más como un radiotelescopio. Por ejemplo, el Telescopio James Clerk Maxwell observa longitudes de onda desde 3  μm (0,003  mm) hasta 2000  μm (2  mm), pero utiliza una antena parabólica de aluminio. ^{[ 21 ]} Por otro lado, el Telescopio Espacial Spitzer , que observa desde aproximadamente 3  μm (0,003  mm) hasta 180  μm (0,18  mm), utiliza un espejo (óptica reflectante). También utilizando óptica reflectante, el Telescopio Espacial Hubble con Cámara de Campo Amplio 3 puede observar en el rango de frecuencias de aproximadamente 0,2  μm (0,0002  mm) a 1,7  μm (0,0017  mm) (desde luz ultravioleta hasta infrarroja). ^{[ 22 ]}

Con fotones de longitudes de onda más cortas y frecuencias más altas, se utilizan ópticas de incidencia rasante en lugar de ópticas totalmente reflectantes. Telescopios como TRACE y SOHO emplean espejos especiales para reflejar la radiación ultravioleta extrema , lo que permite obtener imágenes más brillantes y de mayor resolución. Una mayor apertura no solo implica captar más luz, sino que también posibilita una resolución angular más precisa.

Los telescopios también se pueden clasificar según su ubicación: telescopios terrestres, telescopios espaciales o telescopios voladores . Asimismo, se pueden clasificar según sean operados por astrónomos profesionales o aficionados . Un vehículo o campus permanente que contiene uno o más telescopios u otros instrumentos se denomina observatorio .

Radio y submilimétrica

Los radiotelescopios son antenas de radio direccionales que suelen emplear una gran parábola para captar ondas de radio. En ocasiones, estas parábolas están construidas con una malla de alambre conductora cuyas aberturas son más pequeñas que la longitud de onda que se observa.

A diferencia de un telescopio óptico, que produce una imagen ampliada de la porción de cielo observada, una antena de radiotelescopio tradicional contiene un único receptor y registra una única señal variable en el tiempo, característica de la región observada; esta señal puede muestrearse a diversas frecuencias. En algunos diseños más recientes de radiotelescopios, una sola antena contiene una matriz de varios receptores; esto se conoce como matriz de plano focal .

Al recopilar y correlacionar simultáneamente las señales recibidas por varias antenas, se pueden calcular imágenes de alta resolución. Estos conjuntos de antenas múltiples se conocen como interferómetros astronómicos y la técnica se denomina síntesis de apertura . Las aperturas "virtuales" de estos conjuntos tienen un tamaño similar a la distancia entre los telescopios. En 2005, el tamaño récord de un conjunto era muchas veces mayor que el diámetro de la Tierra, utilizando telescopios de interferometría de muy larga base (VLBI) espaciales como el satélite japonés HALCA (Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy) VSOP (VLBI Space Observatory Program). ^{[ 23 ]}

La síntesis de apertura también se está aplicando actualmente a telescopios ópticos mediante interferómetros ópticos (conjuntos de telescopios ópticos) e interferometría de enmascaramiento de apertura en telescopios reflectores individuales.

Los radiotelescopios también se utilizan para captar radiación de microondas , que tiene la ventaja de poder atravesar la atmósfera y las nubes de gas y polvo interestelar.

Algunos radiotelescopios, como el Allen Telescope Array, son utilizados por programas como SETI ^{[ 24 ]} y el Observatorio de Arecibo para buscar vida extraterrestre. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Luz visible

Un telescopio óptico recoge y enfoca la luz principalmente de la parte visible del espectro electromagnético. ^{[ 27 ]} Los telescopios ópticos aumentan el tamaño angular aparente de los objetos distantes, así como su brillo aparente . Para que la imagen se observe, fotografíe, estudie y envíe a una computadora, los telescopios funcionan empleando uno o más elementos ópticos curvos, generalmente hechos de lentes y/o espejos de vidrio , para recoger la luz y otra radiación electromagnética y llevar esa luz o radiación a un punto focal. Los telescopios ópticos se utilizan en astronomía y en muchos instrumentos no astronómicos, incluidos: teodolitos (incluidos los tránsitos ), telescopios terrestres , monoculares , binoculares , lentes de cámara y catalejos . Hay tres tipos ópticos principales:

• El telescopio refractor que utiliza lentes para formar una imagen. ^{[ 28 ]}
• El telescopio reflector utiliza una disposición de espejos para formar una imagen. ^{[ 29 ]}
• El telescopio catadióptrico utiliza espejos combinados con lentes para formar una imagen.

Un generador de imágenes de Fresnel es un diseño ultraligero propuesto para un telescopio espacial que utiliza una lente de Fresnel para enfocar la luz. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

Más allá de estos tipos ópticos básicos, existen muchos subtipos de diseño óptico variable clasificados según la tarea que realizan, como astrógrafos , ^{[ 32 ]} buscadores de cometas ^{[ 33 ]} y telescopios solares . ^{[ 34 ]}

radiografía

Los rayos X son mucho más difíciles de recolectar y enfocar que la radiación electromagnética de longitudes de onda más largas. Los telescopios de rayos X pueden usar óptica de rayos X , como los telescopios Wolter compuestos de espejos "rasantes" en forma de anillo hechos de metales pesados ​​que pueden reflejar los rayos solo unos pocos grados . Los espejos suelen ser una sección de una parábola rotada y una hipérbola o elipse . En 1952, Hans Wolter describió 3 formas en que se podría construir un telescopio usando solo este tipo de espejo. ^{[ 37 ] [ 38 ]} Ejemplos de observatorios espaciales que usan este tipo de telescopio son el Observatorio Einstein , ^{[ 39 ]} ROSAT , ^{[ 40 ]} y el Observatorio de Rayos X Chandra . ^{[ 41 ] [ 42 ]} En 2012 se lanzó el Telescopio de Rayos X NuSTAR que usa óptica de diseño de telescopio Wolter en el extremo de un mástil largo desplegable para permitir energías de fotones de 79 keV. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

Luz de gama

Los telescopios de rayos X y rayos gamma de alta energía evitan enfocar completamente y utilizan máscaras de apertura codificadas : los patrones de la sombra que crea la máscara se pueden reconstruir para formar una imagen.

Los telescopios de rayos X y rayos gamma suelen instalarse en globos de gran altitud ^{[ 45 ] [ 46 ]} o en satélites en órbita terrestre, ya que la atmósfera terrestre es opaca a esta parte del espectro electromagnético. Un ejemplo de este tipo de telescopio es el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi , lanzado en junio de 2008. ^{[ 47 ] [ 48 ]}

La detección de rayos gamma de muy alta energía, con longitudes de onda más cortas y frecuencias más altas que los rayos gamma regulares, requiere una especialización adicional. Dichas detecciones pueden realizarse con telescopios Cherenkov atmosféricos de imagen (IACT) o con detectores Cherenkov de agua (WCD). Ejemplos de IACT son HESS ^{[ 49 ]} y VERITAS ^{[ 50 ] [ 51 ]} con el telescopio de rayos gamma de próxima generación, el Cherenkov Telescope Array ( CTA ), actualmente en construcción. HAWC y LHAASO son ejemplos de detectores de rayos gamma basados ​​en detectores Cherenkov de agua.

Un descubrimiento de 2012 podría permitir enfocar telescopios de rayos gamma. ^{[ 52 ]} A energías de fotones mayores de 700 keV, el índice de refracción comienza a aumentar de nuevo. ^{[ 52 ]}

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