Telescopio Ritchey-Chrétien

Telescopio reflector original de George Willis Ritchey de 24 pulgadas (0,6 m) con un espejo parabólico y dos focos: newtoniano y cassegrain. Parte de la colección del Smithsonian y ha estado prestado al Centro Científico y Espacial Chabot desde 2004.

Un telescopio Ritchey-Chrétien ( RCT o simplemente RC ) es una variante especializada del telescopio Cassegrain que tiene un espejo primario hiperbólico y un espejo secundario hiperbólico diseñados para eliminar errores ópticos fuera del eje ( coma ). El RCT tiene un campo de visión más amplio y libre de errores ópticos en comparación con una configuración de telescopio reflector más tradicional . Desde mediados del siglo XX, la mayoría de los grandes telescopios de investigación profesionales han sido configuraciones Ritchey-Chrétien; algunos ejemplos bien conocidos son el Telescopio Espacial Hubble , los telescopios Keck y el Very Large Telescope de ESO .

Historia

El telescopio Ritchey-Chrétien fue inventado a principios de la década de 1910 por el astrónomo estadounidense George Willis Ritchey y el astrónomo francés Henri Chrétien . Ritchey construyó el primer RCT exitoso, que tenía un diámetro de apertura de 60 cm (24 pulgadas) en 1927 (por ejemplo, un reflector Ritchey de 24 pulgadas). El segundo RCT fue un instrumento de 102 cm (40 pulgadas) construido por Ritchey para el Observatorio Naval de los Estados Unidos ; ese telescopio todavía está en funcionamiento en la Estación del Observatorio Naval de Flagstaff .

Diseño

Al igual que con los otros reflectores de configuración Cassegrain, el telescopio Ritchey-Chrétien (RCT) tiene un conjunto de tubo óptico muy corto y un diseño compacto para una distancia focal determinada . El RCT ofrece un buen rendimiento óptico fuera del eje, pero sus espejos requieren técnicas sofisticadas para su fabricación y prueba. Por lo tanto, la configuración Ritchey-Chrétien se encuentra más comúnmente en telescopios profesionales de alto rendimiento.

Fundación de dos espejos

Un telescopio con un solo espejo curvo, como un telescopio newtoniano , siempre tendrá aberraciones. Si el espejo es esférico, sufrirá principalmente de aberración esférica . Si el espejo se hace parabólico, para corregir la aberración esférica, entonces todavía sufre de coma y astigmatismo , ya que no hay parámetros de diseño adicionales que se puedan variar para eliminarlos. Con dos espejos no esféricos, como el telescopio Ritchey-Chrétien, el coma también se puede eliminar cancelando la contribución de los dos espejos al coma total. Esto permite un campo de visión útil más amplio. Sin embargo, estos diseños todavía sufren de astigmatismo.

El diseño básico de dos superficies de Ritchey-Chrétien está libre de coma de tercer orden y aberración esférica . ^[1] Sin embargo, el diseño de dos superficies sufre coma de quinto orden, astigmatismo de ángulo grande severo y curvatura de campo comparativamente severa . ^[2]

Correcciones adicionales por un tercer elemento

Cuando se enfocan a medio camino entre los planos de enfoque sagital y tangencial, las estrellas aparecen como círculos, lo que hace que el Ritchey-Chrétien sea muy adecuado para observaciones fotográficas y de campo amplio. Las aberraciones restantes del diseño básico de dos elementos pueden mejorarse añadiendo elementos ópticos más pequeños cerca del plano focal. ^[3]^[4]

El astigmatismo se puede anular incluyendo un tercer elemento óptico curvo. Cuando este elemento es un espejo, el resultado es un anastigmat de tres espejos . Alternativamente, un RCT puede utilizar una o varias lentes de baja potencia delante del plano focal como corrector de campo para corregir el astigmatismo y aplanar la superficie focal, como por ejemplo el telescopio SDSS y el telescopio VISTA ; esto puede permitir un campo de visión de hasta aproximadamente 3° de diámetro.

La cámara Schmidt puede ofrecer campos aún más amplios, de hasta aproximadamente 7°. Sin embargo, el Schmidt requiere una placa correctora de apertura total, lo que lo restringe a aperturas inferiores a 1,2 metros, mientras que un Ritchey-Chrétien puede ser mucho más grande. Otros diseños de telescopios con elementos de corrección frontal no están limitados por los problemas prácticos de fabricar una placa correctora Schmidt con curvas múltiples, como el diseño de Lurie-Houghton .

Obstrucción de la apertura

En un diseño de Ritchey-Chrétien, como en la mayoría de los sistemas Cassegrain, el espejo secundario bloquea una parte central de la apertura. Esta apertura de entrada en forma de anillo reduce significativamente una parte de la función de transferencia de modulación (MTF) en un rango de frecuencias espaciales bajas, en comparación con un diseño de apertura completa, como un refractor. ^[5] Esta muesca MTF tiene el efecto de reducir el contraste de la imagen al visualizar características amplias. Además, el soporte del secundario (la araña) puede introducir picos de difracción en las imágenes.

Espejo

Los radios de curvatura de los espejos primario y secundario, respectivamente, en una configuración Cassegrain de dos espejos son:

R_{1}=-{\frac {2DF}{FB}}=-{\frac {2F}{M}}

R_{2}=-{\frac {2DB}{FBD}}=-{\frac {2B}{M-1}}

dónde

$F$ es la distancia focal efectiva del sistema,
$B$ es la distancia focal trasera (la distancia desde el secundario al foco),
$D$ es la distancia entre los dos espejos y
$M=(FB)/D$ es el aumento secundario. ^[6]

Si, en lugar de y , las cantidades conocidas son la distancia focal del espejo primario, y la distancia al foco detrás del espejo primario, entonces y . $B$ $D$ ${\ Displaystyle f_ {1}}$ $b$ $D=f_{1}(Fb)/(F+f_{1})$ $B=D+b$

Para un sistema Ritchey-Chrétien, las constantes cónicas y de los dos espejos se eligen de manera que se elimine la aberración esférica de tercer orden y el coma; la solucion es: $K_{1}$ ${\ Displaystyle K_ {2}}$

K_{1}=-1-{\frac {2}{M^{3}}}\cdot {\frac {B}{D}}

K_{2}=-1-{\frac {2}{(M-1)^{3}}}\left[M(2M-1)+{\frac {B}{D}}\ bien]

Tenga en cuenta que y son menores que (desde ), por lo que ambos espejos son hiperbólicos. (Sin embargo, el espejo primario suele estar bastante cerca de ser parabólico). $K_{1}$ ${\ Displaystyle K_ {2}}$ $-1$ $M>1$

Las curvaturas hiperbólicas son difíciles de probar, especialmente con equipos que suelen estar disponibles para los fabricantes de telescopios aficionados o los fabricantes a escala de laboratorio; por tanto, en estas aplicaciones predominan los diseños de telescopios más antiguos. Sin embargo, los fabricantes de óptica profesionales y los grandes grupos de investigación prueban sus espejos con interferómetros . Luego, un Ritchey-Chrétien requiere un equipo adicional mínimo, generalmente un pequeño dispositivo óptico llamado corrector nulo que hace que el primario hiperbólico parezca esférico para la prueba interferométrica. En el Telescopio Espacial Hubble , este dispositivo se construyó incorrectamente (un reflejo de una superficie no deseada que conduce a una medición incorrecta de la posición de la lente), lo que provocó el error en el espejo primario del Hubble. ^[7]

Los correctores nulos incorrectos también han provocado otros errores en la fabricación de espejos, como en el Telescopio de Nueva Tecnología .

espejos extraplanos

En la práctica, cada uno de estos diseños también puede incluir cualquier número de espejos plegables planos , utilizados para doblar la trayectoria óptica en configuraciones más convenientes. Este artículo sólo analiza los espejos necesarios para formar una imagen, no los que se necesitan para colocarla en un lugar conveniente.

Ejemplos de grandes telescopios Ritchey-Chrétien

Ritchey pretendía que el telescopio Mount Wilson Hooker de 100 pulgadas (1917) y el telescopio Hale de 200 pulgadas (5 m) fueran RCT. Sus diseños habrían proporcionado imágenes más nítidas en un campo de visión utilizable más amplio en comparación con los diseños parabólicos realmente utilizados. Sin embargo, Ritchey y Hale tuvieron una pelea. Con el proyecto de 100 pulgadas ya retrasado y por encima del presupuesto, Hale se negó a adoptar el nuevo diseño, con sus curvaturas difíciles de probar, y Ritchey abandonó el proyecto. Posteriormente, ambos proyectos se construyeron con óptica tradicional. Desde entonces, los avances en medición óptica ^[8] y fabricación ^[9] han permitido que el diseño RCT tome el relevo: el telescopio Hale, inaugurado en 1948, resultó ser el último telescopio líder en el mundo en tener un espejo primario parabólico. ^[10]

Un telescopio de celosía de RC Optical Systems de 41 cm , parte del conjunto de telescopios PROMPT .

El Gran Telescopio Canarias de 10,4 m en el Observatorio Roque de los Muchachos en La Palma , Islas Canarias , ( España ).
Los dos telescopios de 10,0 m del Observatorio Keck en el Observatorio Mauna Kea , ( Estados Unidos ).
Los cuatro telescopios de 8,2 m que componen el Very Large Telescope , ( Chile ).
El telescopio Subaru de 8,2 m en el Observatorio Mauna Kea , ( Estados Unidos ).
Los dos telescopios de 8,0 m que componen el Observatorio Gemini, el Observatorio Mauna Kea , ( Estados Unidos ) y Chile .
El Telescopio de Rastreo Astronómico Visible e Infrarrojo de 4,1 m en el Observatorio Paranal , ( Chile ).
El Telescopio de Investigación Astrofísica del Sur de 4,1 m en Cerro Pachón , ( Chile ).
El Telescopio Mayall de 4,0 m en el Observatorio Nacional Kitt Peak , ( Estados Unidos ).
El telescopio Blanco de 4,0 m en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo , ( Chile ).
El telescopio de 3,94 m del Observatorio de Anatolia Oriental (DAG) en Erzurum , Turquía .
El telescopio angloaustraliano de 3,9 m en el Observatorio Siding Spring , ( Australia ).
El Telescopio Óptico Devasthal de 3,6 m del Instituto de Investigación de Ciencias Observacionales Aryabhatta , Nainital, ( India ).
El Telescopio Nazionale Galileo de 3,58 m en el Observatorio Roque de los Muchachos en La Palma , Islas Canarias , ( España ).
El Telescopio de Nuevas Tecnologías de 3,58 m del Observatorio Europeo Austral , ( Chile ).
El telescopio ARC de 3,5 m del Observatorio Apache Point , Nuevo México , ( Estados Unidos ).
El telescopio del Observatorio de Calar Alto de 3,5 m en el monte Calar Alto, ( España ).
El Observatorio WIYN de 3,50 m en el Observatorio Nacional Kitt Peak , ( Estados Unidos ).
El telescopio INO340 de 3,4 m en el Observatorio Nacional Iraní , ( Irán ).
El Telescopio de Rastreo VLT de 2,65 m en el Observatorio Paranal de ESO , ( Chile ).
Los 2,56 m efectivosf /11 Telescopio Óptico Nórdico de La Palma , Islas Canarias , ( España ).
El telescopio Sloan Digital Sky Survey de 2,50 m (diseño modificado) en el Observatorio Apache Point , Nuevo México , EE. UU.
El Telescopio Espacial Hubble de 2,4 m actualmente en órbita alrededor de la Tierra.
El telescopio del Observatorio Nacional Tailandés de 2,4 m en Doi Inthanon , ( Tailandia ).
El telescopio del Observatorio de Calar Alto de 2,2 m en el monte Calar Alto , ( España ).
El telescopio del Complejo Astronómico Leoncito de 2,15 m en San Juan , Argentina .
El telescopio de 2,12 m de San Pedro Mártir , Observatorio Astronómico Nacional (México) .
El telescopio de 2,1 m del Observatorio Nacional Kitt Peak , ( Estados Unidos ).
El Telescopio Liverpool ( telescopio robótico ) de 2,0 m en La Palma , Islas Canarias , ( España ).
El telescopio de 2,0 m del Observatorio Rozhen , Bulgaria .
El Telescopio Chandra del Himalaya de 2,0 m del Observatorio Astronómico de la India , Hanle, ( India ).
Los telescopios Pan-STARRS de 1,8 m en Haleakala en Maui , Hawaii .
El telescopio de 1,65 m del Observatorio Astronómico Molėtai , ( Lituania ).
El telescopio del Observatorio Mont-Mégantic de 1,6 m en Mont-Mégantic en Quebec , Canadá .
El telescopio Perkin-Elmer de 1,6 m en el Observatorio Pico dos Dias en Minas Gerais , Brasil .
El telescopio de 1,3 m del Observatorio Skinakas , en la isla de Creta , Grecia .
El Telescopio Ritchey de 1,0 m en la Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos (el último telescopio fabricado por G. Ritchey antes de su muerte).
La ingeniería DFM de 1,0 m f /8 en el Observatorio Embry-Riddle en Daytona Beach, Florida , ( Estados Unidos ).
Los cuatro telescopios SPECULOOS de 1,0 m del Observatorio Paranal en Chile dedicados a la búsqueda de exoplanetas del tamaño de la Tierra .
El telescopio espacial Spitzer de 0,85 m , telescopio espacial infrarrojo en órbita de seguimiento de la Tierra (retirado por la NASA el 30 de enero de 2020).
El telescopio Perren de diseño de Astelco Systems de 0,8 m en el Observatorio del University College London en Mill Hill, Londres ( Reino Unido ).
El telescopio DFM Engineering CCT-32 de 0,8 m de la Universidad de Victoria en Victoria, Columbia Británica
La cámara de reconocimiento de imágenes de largo alcance (LORRI) de 0,208 m a bordo de la nave espacial New Horizons , actualmente más allá de Plutón.

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los telescopios Ritchey-Chrétien .

Referencias

^ Sacek, Vladimir (14 de julio de 2006). "Sistemas de dos espejos clásicos y aplanáticos". telescopio-optics.net . Notas sobre la óptica de los telescopios de aficionados . Consultado el 24 de abril de 2010 .
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