Un telescopio refractor (también llamado refractor ) es un tipo de telescopio óptico que utiliza una lente como objetivo para formar una imagen (también denominado telescopio dióptrico ). El diseño del telescopio refractor se utilizó originalmente en catalejos y telescopios astronómicos , pero también se utiliza para lentes de cámaras de enfoque largo . Aunque los grandes telescopios refractores fueron muy populares en la segunda mitad del siglo XIX, para la mayoría de los fines de investigación, el telescopio refractor ha sido reemplazado por el telescopio reflector , que permite aperturas mayores . El aumento de un refractor se calcula dividiendo la distancia focal de la lente del objetivo por la del ocular . [1]
Los telescopios refractores suelen tener una lente en la parte delantera, luego un tubo largo y luego 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 de zoom / teleobjetivos / lentes de enfoque 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 se encontraba en Venecia en el mes de mayo de 1609, se enteró de la invención, 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 es capaz de captar por sí solo, enfocarla 5 y presentar al espectador una imagen virtual más brillante , 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 para formar un ángulo α con el eje óptico en un segundo haz paralelo con un ángulo β. La relación β/α se llama aumento angular. Equivale a la relación entre los tamaños de imágenes de la retina obtenidas con y sin telescopio. [4]
Los telescopios refractores pueden tener muchas configuraciones diferentes para corregir la orientación de la imagen y los tipos de aberración. Debido a que la imagen se formó por la curvatura de la luz o refracción, estos telescopios se denominan telescopios refractores o refractores .
El diseño que utilizó Galileo Galilei c. 1609 se llama comúnmente telescopio galileano . [6] Utilizaba una lente objetivo convergente (plano-convexa) y una lente ocular divergente (plano-cóncava) (Galileo, 1610). [7] Un telescopio galileano, debido a que el diseño no tiene un enfoque intermedio, da como resultado una imagen no invertida y, con la ayuda de algunos dispositivos, vertical. [8]
El telescopio más potente de Galileo, con una longitud total de 980 milímetros (3 pies 3 pulgadas), [6] magnificó objetos unas 30 veces. [8] Galileo tuvo que trabajar con la pobre tecnología de lentes de la época y descubrió que tenía que usar topes de apertura para reducir el diámetro de la lente del 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. [8] A pesar de estos defectos, el telescopio todavía era lo suficientemente bueno para que Galileo explorara el cielo. Lo usó para ver los cráteres de la Luna , [9] las cuatro lunas más grandes de Júpiter , [10] y las fases de Venus . [11]
Los rayos de luz paralelos de un objeto distante ( y ) se enfocarían en el plano focal de la lente del objetivo ( F′ L1 / y′ ). La lente del ocular (divergente) ( L2 ) intercepta estos rayos y los vuelve a poner paralelos. Los rayos de luz no paralelos del objeto que viajan en un ángulo α1 con respecto al eje óptico viajan en un ángulo mayor ( α2 > α1 ) después de pasar a través del ocular. Esto conduce a un aumento del tamaño angular aparente y es responsable del aumento percibido.
La imagen final ( y″ ) es una imagen virtual, ubicada en el infinito y en la misma dirección que el objeto.
El telescopio Kepleriano , inventado por Johannes Kepler en 1611, es una mejora del diseño de Galileo. [13] 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 salen del ocular [ dudoso ] convergen. Esto permite un campo de visión mucho más amplio y un mayor alivio ocular , pero la imagen para el espectador está invertida. Con este diseño se pueden alcanzar aumentos considerablemente mayores, pero, al igual que el telescopio galileano, todavía utiliza lentes de objetivo de un solo elemento, por lo que necesita tener una relación focal muy alta para reducir las aberraciones [14] ( Johannes Hevelius construyó un telescopio difícil de manejar de f/225 con un objetivo de 200 milímetros (8 pulgadas) y una distancia focal de 46 metros (150 pies) , [15] y se construyeron " telescopios aéreos " sin cámara incluso 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 ″). [dieciséis]
El siguiente gran paso en la evolución de los telescopios refractores fue la invención de la lente acromática , una lente con múltiples elementos que ayudaba a resolver problemas de aberración cromática y permitía distancias focales más cortas. Fue inventado en 1733 por un abogado inglés llamado Chester Moore Hall , aunque fue inventado y patentado de forma independiente por John Dollond alrededor de 1758. El diseño superó la necesidad de distancias focales muy largas en los telescopios refractores mediante el uso de un objetivo hecho de dos piezas de vidrio. con diferente dispersión , ' corona ' y ' vidrio de pedernal ', para reducir la aberración cromática y esférica . Cada lado de cada pieza se muele y se pule , y luego las dos piezas se ensamblan. Las lentes acromáticas se corrigen para enfocar dos longitudes de onda (normalmente roja y azul) en el mismo plano.
Se destaca que Chester More Hall fabricó la primera lente corregida de color gemelo en 1730. [17]
Los acromáticos Dollond fueron bastante populares en el siglo XVIII. [18] [19] Un atractivo importante fue que podían acortarse. [19] Sin embargo, los problemas con la fabricación de vidrio significaron que los objetivos de vidrio no se fabricaban con más de cuatro pulgadas de diámetro. [19]
A finales del siglo XIX, el óptico suizo Pierre-Louis Guinand [20] desarrolló una forma de fabricar piezas de vidrio de mayor calidad y de más de cuatro pulgadas. [19] [21] Pasó esta tecnología a su aprendiz Joseph von Fraunhofer , quien desarrolló aún más esta tecnología y también desarrolló el diseño de lente doblete de Fraunhofer. [19] 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 finales de ese siglo antes de ser reemplazados por telescopios reflectores de vidrio plateado en astronomía.
Entre los fabricantes de lentes más destacados del siglo XIX se incluyen: [22]
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 Trofeo", presentado en la Gran Exposición de Londres de 1851. 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 Gran Telescopio de la Exposición de París de 1900 .
En el Observatorio Real de Greenwich, un instrumento de 1838 llamado telescopio Sheepshanks incluye un objetivo de Cauchoix. [28] 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. [29]
Un informe de 1840 del Observatorio señaló sobre el entonces nuevo telescopio Sheepshanks con el doblete Cauchoix: [30]
La potencia y las bondades generales de este telescopio lo convierten en una incorporación muy bienvenida a los instrumentos del observatorio.
En el siglo XX, un destacado fabricante de ópticas fue Zeiss. [31] Un ejemplo de los principales logros de los refractores, 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 cualquier telescopio. [31]
Los acromáticos eran populares en astronomía para hacer catálogos de estrellas y requerían menos mantenimiento que los espejos metálicos. Algunos descubrimientos famosos utilizando acromáticos son el planeta Neptuno y las Lunas de Marte .
Los acromáticos largos, a pesar de tener una apertura menor que los reflectores más grandes, a menudo eran los preferidos para los observatorios de "prestigio". A finales del siglo XVIII, cada pocos años, debutaba un refractor más grande y más largo.
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 sólo un par de años. [32]
Los refractores apocromáticos tienen objetivos construidos con materiales especiales de dispersión extrabaja. Están diseñados para enfocar tres longitudes de onda (normalmente roja, 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. [33] Estos telescopios contienen elementos de fluorita o vidrio especial de dispersión extrabaja (ED) en el objetivo y producen una imagen muy nítida que está prácticamente libre de aberración cromática. [34] Debido a los materiales especiales necesarios para 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 dobles, también fabricó un triplete, aunque en realidad no eran tan populares como los telescopios de dos elementos. [19]
Uno de los famosos tripletes objetivos es el triplete de Cooke , destacado por ser capaz de corregir las aberraciones de Seidal. [35] Es reconocido como uno de los diseños objetivos más importantes en el campo de la fotografía. [36] [37] El triplete de Cooke puede corregir, con sólo tres elementos, para una longitud de onda, aberración esférica , coma , astigmatismo , curvatura de campo y distorsión . [37]
Los refractores sufren de aberración cromática y esférica residual . Esto afecta más a las relaciones focales más cortas que a las más largas. Un 100 mm (4 pulgadas)f /6Es probable que un refractor acromático muestre franjas de color considerables (generalmente un halo púrpura alrededor de objetos brillantes). Un 100 mm (4 pulgadas)f /16 tiene pocos flecos de color.
En aperturas muy grandes, también existe el problema de que la lente se hunde , como resultado de la deformación del vidrio por la gravedad . Dado que una lente sólo puede mantenerse en su lugar por su borde, el centro de una lente grande se hunde debido a la gravedad, distorsionando las imágenes que produce. El tamaño de lente práctico más grande en un telescopio refractor es de aproximadamente 1 metro (39 pulgadas). [38]
Existe otro problema de defectos del vidrio, estrías o pequeñas burbujas de aire atrapadas dentro del vidrio. 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 atraviesa el propio vidrio. La mayoría de estos problemas se evitan o reducen con 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 cm (2,36″), lanzada al espacio a finales de los años 1970, un ejemplo del uso de refractores en el espacio. [39]
Los telescopios refractores se destacaron por su uso en astronomía y en la observación terrestre. Muchos de los primeros descubrimientos del Sistema Solar se realizaron con refractores singlete.
El uso de ópticas telescópicas refractivas es omnipresente en fotografía y también se utiliza 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 tres más. de las 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 por primera vez para calcular la distancia a otra estrella. 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 comenzaban a superar las de los telescopios reflectores. 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 refactores se utilizaban 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 monoelementos y telescopios aéreos.
Galileo Galilei descubrió los satélites galileanos de Júpiter en 1610 con un telescopio refractor. [40]
La luna del planeta Saturno, Titán , fue descubierta el 25 de marzo de 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens . [41] [42]
En 1861, se descubrió que la estrella más brillante del cielo nocturno, Sirio, tenía una compañera estelar más pequeña utilizando el telescopio refractor Dearborn de 18 pulgadas y media.
En el siglo XVIII, los refractores comenzaron a tener una gran competencia con los reflectores, que podían hacerse bastante grandes y normalmente no padecían el mismo problema inherente de aberración cromática. Sin embargo, la comunidad astronómica siguió utilizando refractores dobletes de apertura modesta en comparación con los instrumentos modernos. Los descubrimientos destacados incluyen 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 EE. UU. en Washington, DC , aproximadamente a las 09:14 GMT (fuentes contemporáneas, utilizando la convención astronómica anterior a 1925 que comenzó el día al mediodía, [43] indique la hora del descubrimiento como 11 de agosto a las 14:40 y 17 de agosto a las 16:06, hora media de Washington, respectivamente). [44] [45] [46]
El telescopio utilizado para el descubrimiento fue el refractor (telescopio con lente) de 26 pulgadas (66 cm) que entonces se encontraba en Foggy Bottom . [47] En 1893, la lente se volvió a montar y se colocó en una nueva cúpula, donde permanecerá hasta el siglo XXI. [48]
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) en el Observatorio Lick . [49] [50] Fue descubierto mediante observación visual directa con el refractor de doble lente. [40]
En 1904, uno de los descubrimientos realizados utilizando el Gran Refractor de Potsdam (un telescopio doble con dos dobletes) fue el del medio interestelar . [51] El astrónomo Profesor Hartmann determinó a partir de observaciones de la estrella binaria Mintaka en Orión, que había el elemento calcio en el espacio intermedio. [51]
El planeta Plutón fue descubierto observando fotografías (es decir, 'placas' en astronomía vernácula) en un comparador de parpadeo tomadas con un telescopio refractor, un astrógrafo con una lente de 3 elementos de 13 pulgadas. [52] [53]
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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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