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Telescopio

El telescopio reflector Hooker de 100 pulgadas (2,54 m) en el Observatorio de Monte Wilson cerca de Los Ángeles, EE.UU., utilizado por Edwin Hubble para medir los desplazamientos al rojo de las galaxias y descubrir la expansión general del universo.

Un telescopio es un dispositivo que se utiliza para observar objetos distantes mediante su 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, la palabra "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 y se inventaron 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 unas 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.

Etimología

La palabra telescopio fue acuñada en 1611 por el matemático griego Giovanni Demisiani para uno de los instrumentos de Galileo Galilei presentados en un banquete en la Accademia dei Lincei . [2] [3] En El mensajero de las estrellas , Galileo había usado el término latino perspicillum . La raíz de la palabra proviene del griego antiguo τῆλε, romanizado tele 'lejos' y σκοπεῖν, skopein 'mirar o ver'; τηλεσκόπος, teleskopos 'visión lejana'. [4]

Historia

Telescopio del siglo XVII

El primer registro existente de un telescopio fue una patente de 1608 presentada al gobierno de los Países Bajos por el fabricante de gafas de Middelburg, Hans Lipperhey, para un telescopio refractor . [5] Se desconoce quién fue el verdadero inventor, pero su existencia se extendió por toda Europa. Galileo se enteró de su existencia y, en 1609, construyó su propia versión y realizó sus observaciones telescópicas de objetos celestes. [6] [7]

La idea de que el objetivo , o elemento que recoge la luz, podría ser un espejo en lugar de una lente se estaba investigando poco después de la invención del telescopio refractor. [8] Las ventajas potenciales de usar espejos parabólicos (reducción de la aberración esférica y ausencia de aberración cromática ) llevaron a muchos diseños propuestos y varios intentos de construir telescopios reflectores . [9] En 1668, Isaac Newton construyó el primer telescopio reflector práctico, de un diseño que ahora lleva su nombre, el reflector newtoniano . [10]

La invención de la lente acromática en 1733 corrigió parcialmente las aberraciones de color presentes en la lente simple [11] y permitió la construcción de telescopios refractores más cortos y funcionales. [ cita requerida ] Los telescopios reflectores, aunque no estaban limitados por los problemas de color observados en los refractores, se vieron obstaculizados por el uso de espejos metálicos de espéculo que se empañaban rápidamente durante el siglo XVIII y principios del XIX, un problema aliviado por la introducción de espejos de vidrio recubiertos de plata en 1857 y espejos aluminizados en 1932. [12] El límite de tamaño físico máximo para los telescopios refractores es de aproximadamente 1 metro (39 pulgadas), lo que dicta que la gran mayoría de los grandes telescopios de investigación óptica construidos desde principios del siglo XX han sido reflectores. Los telescopios reflectores más grandes actualmente tienen objetivos mayores de 10 metros (33 pies), y se está trabajando en varios diseños de 30-40 m. [13]

Dos telescopios refractores (135 mm y 90 mm) junto con equipos más modernos en el Observatorio Ursa en Helsinki, Finlandia

El siglo XX también fue testigo del desarrollo de telescopios que trabajaban en una amplia gama de longitudes de onda, desde la radio hasta los rayos gamma . El primer radiotelescopio construido específicamente para este fin entró en funcionamiento en 1937. Desde entonces, se han desarrollado una gran variedad de instrumentos astronómicos complejos.

En el espacio

Como la atmósfera es opaca en la mayor parte del espectro electromagnético, desde la superficie de la Tierra solo se pueden observar unas pocas bandas. Estas bandas son visibles: el infrarrojo cercano y una parte de la parte de ondas de radio del espectro. [14] Por este motivo, no hay telescopios terrestres de rayos X o de infrarrojo lejano, ya que estos deben observarse desde la órbita. Incluso si una longitud de onda es observable desde el suelo, aún podría ser ventajoso colocar un telescopio en un satélite debido a problemas como las nubes, la visibilidad astronómica y la contaminación lumínica . [15]

Las desventajas de lanzar un telescopio espacial incluyen el costo, el tamaño, la facilidad de mantenimiento y la capacidad de actualización. [16]

Algunos ejemplos de telescopios espaciales de la NASA son el telescopio espacial Hubble, que detecta la luz visible, ultravioleta y longitudes de onda del infrarrojo cercano; el telescopio espacial Spitzer, que detecta la radiación infrarroja, y el telescopio espacial Kepler, que descubrió miles de exoplanetas. [17] El último telescopio que se lanzó fue el telescopio espacial James Webb el 25 de diciembre de 2021 en Kourou, Guayana Francesa. El telescopio Webb detecta la luz infrarroja. [18]

Por espectro electromagnético

Radio, infrarrojos, visibles, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
Seis vistas de la Nebulosa del Cangrejo en diferentes longitudes de onda de luz

El nombre "telescopio" abarca una amplia gama de instrumentos. La mayoría detecta la radiación electromagnética , pero existen grandes diferencias 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, se hace más fácil usar tecnología de antena para interactuar con la radiación electromagnética (aunque es posible hacer antenas muy pequeñas). El infrarrojo cercano se puede recolectar de manera muy similar a la luz visible; sin embargo, en el rango infrarrojo lejano y submilimétrico, los telescopios pueden operar más como un radiotelescopio. Por ejemplo, el telescopio James Clerk Maxwell observa desde longitudes de onda de 3 μm (0,003 mm) a 2000 μm (2 mm), pero utiliza una antena parabólica de aluminio. [19] Por otro lado, el telescopio espacial Spitzer , que observa desde aproximadamente 3 μm (0,003 mm) a 180 μm (0,18 mm), utiliza un espejo (óptica reflectora). También utilizando óptica reflectora, 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 hasta luz infrarroja). [20]

Con fotones de longitudes de onda más cortas y frecuencias más altas, se utilizan ópticas de incidencia indirecta en lugar de ópticas totalmente reflectantes. Los telescopios como TRACE y SOHO utilizan espejos especiales para reflejar la radiación ultravioleta extrema , lo que produce una resolución más alta y unas imágenes más brillantes que las que serían posibles de otro modo. 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 terrestre, telescopio espacial o telescopio volante . También pueden clasificarse según si son operados por astrónomos profesionales o aficionados . Un vehículo o recinto permanente que contiene uno o más telescopios u otros instrumentos se denomina observatorio .

Radio y submilimetro

ver subtítulo
Tres radiotelescopios pertenecientes al Atacama Large Millimeter Array

Los radiotelescopios son antenas de radio direccionales que suelen emplear una antena parabólica de gran tamaño para captar las ondas de radio. Las antenas parabólicas a veces están construidas con una malla de alambre conductor 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 zona del cielo que se observa, una antena parabólica de un radiotelescopio tradicional contiene un único receptor y registra una única señal variable en el tiempo característica de la región observada; esta señal puede muestrearse en varias frecuencias. En algunos diseños de radiotelescopios más nuevos, una única antena parabólica contiene un conjunto de varios receptores; esto se conoce como conjunto de plano focal .

Al recopilar y correlacionar las señales recibidas simultáneamente por varias antenas, se pueden obtener 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 son similares en tamaño a la distancia entre los telescopios. En 2005, el tamaño récord de un conjunto es muchas veces el diámetro de la Tierra, utilizando telescopios espaciales de interferometría de línea de base muy larga (VLBI), como el satélite japonés HALCA (Laboratorio altamente avanzado para comunicaciones y astronomía) VSOP (Programa de observatorio espacial VLBI). [21]

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

También se utilizan radiotelescopios para recoger radiación de microondas , que tiene la ventaja de poder atravesar la atmósfera y las nubes de gas y polvo interestelares.

Algunos radiotelescopios como el Allen Telescope Array son utilizados por programas como SETI [22] y el Observatorio de Arecibo para buscar vida extraterrestre. [23] [24]

Infrarrojo

Luz visible

Telescopio tipo cúpula con montura de espejo extruido
Uno de los cuatro telescopios auxiliares que pertenecen al conjunto Very Large Telescope

Un telescopio óptico recoge y enfoca la luz principalmente de la parte visible del espectro electromagnético. [25] 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, generalmente hechos de lentes de vidrio y/o espejos , para recolectar luz y otra radiación electromagnética para llevar esa luz o radiación a un punto focal. Los telescopios ópticos se utilizan para astronomía y en muchos instrumentos no astronómicos, incluidos: teodolitos (incluidos los tránsitos ), telescopios de observación , monoculares , binoculares , lentes de cámara y catalejos . Hay tres tipos ópticos principales:

Un generador de imágenes Fresnel es un diseño ultraligero propuesto para un telescopio espacial que utiliza una lente Fresnel para enfocar la luz. [28] [29]

Más allá de estos tipos ópticos básicos, existen muchos subtipos de diseño óptico variado clasificados según la tarea que realizan, como los astrógrafos , [30] los buscadores de cometas [31] y los telescopios solares . [32]

Ultravioleta

La mayor parte de la luz ultravioleta es absorbida por la atmósfera de la Tierra, por lo que las observaciones en estas longitudes de onda deben realizarse desde la atmósfera superior o desde el espacio. [33] [34]

radiografía

ver subtítulo
El espejo de enfoque de rayos X del telescopio Hitomi , compuesto por más de doscientascarcasas de aluminio concéntricas

Los rayos X son mucho más difíciles de recoger y enfocar que la radiación electromagnética de longitudes de onda más largas. Los telescopios de rayos X pueden utilizar ópticas de rayos X , como los telescopios Wolter compuestos por espejos "oblicuos" 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 tres formas en las que se podría construir un telescopio utilizando solo este tipo de espejo. [35] [36] Ejemplos de observatorios espaciales que utilizan este tipo de telescopio son el Observatorio Einstein , [37] ROSAT , [38] y el Observatorio de rayos X Chandra . [39] [40] En 2012, se lanzó el telescopio de rayos X NuSTAR , que utiliza una óptica de diseño de telescopio Wolter en el extremo de un mástil desplegable largo para permitir energías de fotones de 79 keV. [41] [42]

Luz de gama

El Observatorio de Rayos Gamma Compton lanzado en órbita por el Transbordador Espacial en 1991

Los telescopios de rayos X y rayos gamma de mayor energía se abstienen de 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 que vuelan a gran altura [43] [44] o en satélites que orbitan la Tierra, 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 , que se lanzó en junio de 2008. [45] [46]

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 mayor especialización. Estas detecciones se pueden realizar con los telescopios de imágenes atmosféricas Cherenkov (IACT) o con detectores Cherenkov de agua (WCD). Ejemplos de IACT son HESS [47] y VERITAS [48] [49] con el telescopio de rayos gamma de próxima generación, CTA , actualmente en construcción. HAWC y LHAASO son ejemplos de detectores de rayos gamma basados ​​en los detectores Cherenkov de agua.

Un descubrimiento en 2012 podría permitir enfocar los telescopios de rayos gamma. [50] A energías de fotones superiores a 700 keV, el índice de refracción comienza a aumentar nuevamente. [50]

Listas de telescopios

Véase también

Referencias

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