Un telescopio refractor (también llamado refractor ) es un tipo de telescopio óptico que utiliza una lente como objetivo para formar una imagen (también conocido como telescopio dióptrico ). El diseño del telescopio refractor se utilizó originalmente en catalejos y telescopios astronómicos , pero también se utiliza para lentes de cámara de foco largo . Aunque los grandes telescopios refractores fueron muy populares en la segunda mitad del siglo XIX, para la mayoría de los propósitos de investigación, el telescopio refractor ha sido reemplazado por el telescopio reflector , que permite aperturas más grandes. El aumento de un refractor se calcula dividiendo la longitud focal de la lente del objetivo por la del ocular . [1]
Los telescopios refractores suelen tener una lente en la parte delantera, un tubo largo y un ocular o instrumentación en la parte trasera, donde se enfoca la vista del telescopio. Originalmente, los telescopios tenían un objetivo de un 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 con zoom / teleobjetivos / lentes de foco largo .
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 difundió rápidamente y Galileo Galilei , que estaba en Venecia en el mes de mayo de 1609, se enteró de la invención, construyó una versión propia y la aplicó a la realización de 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 es capaz de captar por sí solo, enfocarla 5 y presentar al observador una imagen virtual más brillante , más clara y ampliada 6 .
El objetivo de un telescopio refractor refracta o desvía la luz . Esta refracción hace 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 y es igual a la relación entre los tamaños de las imágenes retinianas obtenidas con y sin el telescopio. [4]
Los telescopios refractores pueden tener distintas configuraciones para corregir la orientación de la imagen y los tipos de aberración. Debido a que la imagen se forma por la curvatura de la luz, o refracción, estos telescopios se denominan telescopios refractores o refractores .
El diseño que Galileo Galilei utilizó alrededor de 1609 se denomina comúnmente telescopio galileano . [5] Utilizaba una lente objetivo convergente (plano-convexa) y una lente ocular divergente (plano-cóncava) (Galileo, 1610). [6] Un telescopio galileano, debido a que el diseño no tiene foco intermedio, da como resultado una imagen no invertida (es decir, vertical). [7]
El telescopio más potente de Galileo, con una longitud total de 980 milímetros (39 pulgadas; 3 pies 3 pulgadas; 1,07 yardas; 98 cm; 9,8 dm; 0,98 m), [5] magnificaba los objetos unas 30 veces. [7] Galileo tuvo que trabajar con la pobre tecnología de lentes de la época, y descubrió que tenía que usar diafragmas para reducir el diámetro de la lente del objetivo (aumentar su relación focal ) para limitar las aberraciones, por lo que su telescopio produjo imágenes borrosas y distorsionadas con un campo de visión estrecho. [7] A pesar de estos defectos, el telescopio todavía era lo suficientemente bueno para que Galileo explorara el cielo. Lo usó para ver cráteres en la Luna , [8] las cuatro lunas más grandes de Júpiter , [9] y las fases de Venus . [10]
Los rayos de luz paralelos procedentes de un objeto distante ( y ) se enfocan en un plano focal de la lente del objetivo ( F′ L1 / y′ ). La lente del ocular (divergente) ( L2 ) intercepta estos rayos y los vuelve paralelos una vez más. Los rayos de luz no paralelos procedentes del objeto que viajan en un ángulo α1 con respecto al eje óptico viajan en un ángulo mayor ( α2 > α1 ) después de pasar por el ocular. Esto conduce a un aumento en el tamaño angular aparente y es responsable de la magnificación percibida. [ cita requerida ]
La imagen final ( y″ ) es una imagen virtual, ubicada en el infinito y está en la misma posición (es decir, no invertida ni en posición vertical) que el objeto. [ cita requerida ]
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 [ dudoso – discutir ] son convergentes. Esto permite un campo de visión mucho más amplio y un mayor alivio ocular , pero la imagen para el espectador 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 difícil de manejar con un objetivo de 200 milímetros (8 pulgadas) y una longitud focal de 46 metros (150 pies) , [14] [ página necesaria ] 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]
El siguiente gran paso en la evolución de los telescopios refractores fue la invención de la lente acromática , una lente con múltiples elementos que ayudó a resolver problemas con la aberración cromática y permitió longitudes focales más cortas. Fue inventada en 1733 por un abogado inglés llamado Chester Moore Hall , aunque fue inventada y patentada independientemente por John Dollond alrededor de 1758. El diseño superó la necesidad de longitudes focales muy largas en los telescopios refractores al utilizar un objetivo hecho de dos piezas de vidrio con diferente dispersión , ' corona ' y ' vidrio sílex ', para reducir la aberración cromática y esférica . Cada lado de cada pieza se esmerila y pule , y luego las dos piezas se ensamblan. Las lentes acromáticas se corrigen para enfocar dos longitudes de onda (típicamente rojo y azul) en el mismo plano. [ cita requerida ]
Se sabe que Chester More Hall fabricó la primera lente con corrección de color doble en 1730. [16]
Los acromáticos Dollond fueron muy populares en el siglo XVIII. [17] [18] Uno de sus principales atractivos era que podían hacerse más cortos. [18] Sin embargo, los problemas con la fabricación del vidrio hicieron que los objetivos de vidrio no se fabricaran con un diámetro mayor a unos diez centímetros. [18]
A finales del siglo XIX, el óptico suizo Pierre-Louis Guinand [19] desarrolló una forma de fabricar piezas de vidrio de mayor calidad de más de cuatro pulgadas (10 cm). [18] Pasó esta tecnología a su aprendiz Joseph von Fraunhofer , quien desarrolló aún más esta tecnología y también desarrolló el diseño de lente doble Fraunhofer. [18] El avance en las técnicas de fabricación de vidrio condujo a los grandes refractores del siglo XIX, que se hicieron progresivamente más grandes a lo largo de la década, llegando finalmente a más de 1 metro a fines de ese siglo antes de ser reemplazados por telescopios reflectores de vidrio plateado en astronomía. [ cita requerida ]
Entre los fabricantes de lentes más conocidos del siglo XIX se incluyen: [20]
Algunos refractores dobles 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 un refractor más antiguo es el telescopio Shuckburgh (que data de finales del siglo XVIII). Un refractor famoso fue el "Telescopio Trophy", presentado en la Gran Exposición de 1851 en Londres. La era de los " grandes refractores " en el siglo XIX vio grandes lentes acromáticas, que culminaron con el refractor acromático más grande jamás construido, el Telescopio de la Gran Exposición de París de 1900. [ cita requerida ]
En el Observatorio Real 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 lo siguiente sobre el entonces nuevo telescopio Sheepshanks con el doblete Cauchoix: [28]
La potencia y la bondad general de este telescopio lo convierten en una adición muy bienvenida a los instrumentos del observatorio.
En la década de 1900, un conocido fabricante de productos ópticos fue Zeiss. [29] Un ejemplo de los principales logros de los refractores es que más de 7 millones de personas han podido ver a través del refractor Zeiss de 12 pulgadas en el Observatorio Griffith desde su apertura en 1935; esta es la mayor cantidad de personas que han visto a través de un telescopio. [29]
Los acromáticos eran populares en astronomía para hacer catálogos de estrellas y requerían menos mantenimiento que los espejos de metal. Algunos descubrimientos famosos que utilizaron acromáticos son el planeta Neptuno y las lunas de Marte . [ cita requerida ]
Los acromáticos largos, a pesar de tener una apertura menor que los reflectores más grandes, solían ser los preferidos para los observatorios de "prestigio". A fines del siglo XVIII, cada pocos años, se presentaba un refractor más grande y más largo. [ cita requerida ]
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 solo un par de años. [30]
Los refractores apocromáticos tienen objetivos construidos con materiales especiales de dispersión extra baja. Están diseñados para enfocar tres longitudes de onda (normalmente 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. [ cita requerida ] Estos telescopios contienen elementos de fluorita o vidrio especial de dispersión extra baja (ED) en el objetivo y producen una imagen muy nítida que prácticamente no presenta aberración cromática. [31] Debido a los materiales especiales necesarios en la 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 de doblete, también fabricó un triplete, aunque no fueron tan populares como los telescopios de dos elementos. [18]
Uno de los famosos objetivos triplete es el triplete de Cooke , conocido por ser capaz de corregir las aberraciones de Seidal. [32] Es reconocido 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, una longitud de onda, la aberración esférica , el coma , el astigmatismo , la curvatura de campo y la distorsión . [34]
Los refractores sufren aberraciones cromáticas y esféricas residuales , que afectan más a las relaciones focales más cortas que a las más largas.f /6Es probable que un refractor acromático muestre una franja de color considerable (generalmente un halo púrpura alrededor de los objetos brillantes);yEl modelo acromático 16 tiene muchas menos franjas de color.
En aperturas muy grandes, también existe el problema de la comba de la lente , resultado de la deformación del vidrio por la gravedad . Dado que una lente solo se puede mantener en su lugar por su borde, el centro de una lente grande se comba debido a la gravedad, distorsionando las imágenes que produce. El tamaño de lente práctico más grande en un telescopio refractor es de alrededor de 1 metro (39 pulgadas). [35]
Existe un problema adicional de defectos en el vidrio, estrías o pequeñas burbujas de aire atrapadas en el interior del mismo. Además, el vidrio es opaco a ciertas longitudes de onda , e incluso la luz visible se atenúa por reflexión y absorción cuando cruza las interfaces aire-vidrio y pasa a través del propio vidrio. La mayoría de estos problemas se evitan o reducen en los telescopios reflectores , que se pueden fabricar con aperturas mucho mayores y que prácticamente han reemplazado a los refractores para la investigación astronómica.
La 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 se destacaron por su uso en astronomía y para la observación terrestre. Muchos de los primeros descubrimientos del Sistema Solar se hicieron con refractores singlete.
El uso de ópticas telescópicas refractoras es omnipresente en la fotografía y también se emplean en la 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. Además, los primeros 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 instrumento relacionado, el heliómetro, se utilizó para calcular la distancia a otra estrella por primera vez. Sus modestas aperturas no condujeron a tantos descubrimientos y, por lo general, eran tan pequeñas que muchos objetos astronómicos simplemente no fueron observables hasta la llegada de la fotografía de larga exposición, momento en el que la reputación y las peculiaridades de los telescopios reflectores comenzaron a superar a las de los refractores. A pesar de esto, algunos descubrimientos incluyen las lunas de Marte, una quinta luna de Júpiter y muchos descubrimientos de estrellas dobles, incluida Sirio (la estrella del Perro). Los refractores se usaban a menudo para la astronomía posicional, además de otros usos en fotografía y observación terrestre.
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]
La luna del planeta Saturno, Titán , fue descubierta el 25 de marzo de 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens . [38] [39]
En 1861, utilizando el telescopio refractor Dearborn de 18 pulgadas y media, se descubrió que la estrella más brillante del cielo nocturno, Sirio, tenía una compañera estelar más pequeña.
En el siglo XVIII, los refractores empezaron a tener una gran competencia con los reflectores, que podían fabricarse con grandes dimensiones y normalmente no sufrían el mismo problema inherente de la aberración cromática. No obstante, la comunidad astronómica siguió utilizando refractores dobletes de apertura modesta en comparación con los instrumentos modernos. Entre los descubrimientos más destacados se encuentran las lunas de Marte y una quinta luna de Júpiter, Amaltea .
Asaph Hall descubrió Deimos el 12 de agosto de 1877 aproximadamente a las 07:48 UTC y Fobos el 18 de agosto de 1877, en el Observatorio Naval de los Estados Unidos en Washington, DC , aproximadamente a 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 (telescopio con lente) de 26 pulgadas (66 cm) ubicado entonces en Foggy Bottom . [44] En 1893, la lente se volvió a montar y se colocó en una nueva cúpula, donde permanece hasta el siglo XXI. [45]
La luna de Júpiter, Amaltea, fue descubierta el 9 de septiembre de 1892 por Edward Emerson Barnard utilizando el telescopio refractor de 36 pulgadas (91 cm) del Observatorio Lick . [46] [47] Fue descubierta mediante observación visual directa con el refractor de lente doble. [37]
En 1904, uno de los descubrimientos realizados con la ayuda del 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 en el espacio intermedio existía el elemento calcio . [48]
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 de 13 pulgadas. [49] [50]
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Ejemplos de algunos de los telescopios refractores acromáticos más grandes, de más de 60 cm (24 pulgadas) de diámetro.
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