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Telescopios Refractores



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Telescopios Refractores

Las lentes están fabricadas de vidrio. El vidrio de las lentes tiene la propiedad de refractar (“curvar”) la luz que pasa  a su través. Por eso a los telescopios cuyo sistema optico está formado por lentes se les conoce como telescopios refractores.

El diseño básico de un telescopio refractor (conocido como telescopio kepleriano) consta de una lente divergente (lupa) llamada objetivo situada en el extremo de un tubo y de otra lente divergente más pequeña situada en el extremo opuesto conocida como ocular.

 

telescopio refractor básico

 

La luz procedente de un objeto lejano incide en forma de rayos paralelos sobre la superficie del objetivo y al atravesar el vidrio de este se refractan, es decir, los rayos paralelos se curvan  y terminan cruzandose en un punto llamado foco.

La distancia entre la lente y el foco se conoce como distancia focal. Así en el diagrama del telescopio kepleriano tenemos: la distancia focal del objetivo y la distancia focal del ocular.

La rayos curvados procedentes del objetivo, pasan por el foco y despues atraviesan el ocular emergiendo de nuevo en forma de rayos paralelos y formando una imagen virtual del objeto observado con un tamaño mayor al observado a simple vista.

El aumento de la imagen se calcula facilmente como la razón entre la Distancia focal del objetivo y la distancia focal del ocular. Por ejemplo, un telescopio cuya distancia focal del objetivo sea 100 mm. Y la distancia focal del ocular sea de 5mm.  proporcionará unos aumentos de :

Aumentos = Distancia focal Objetivo  /  Distancia focal Ocular  =  100  /  5  =  20  aumentos.

 

Este diseño básico de telescopio refractor adolece de múltiples problemas de aberración que afectan a la calidad de la imagen observada. El principal es la aberración cromática que produce molestos halos de color (fundamentalmente rojo y azul ) alrededor de la imagen.

aberración cromática

Esta es la razón por la que este diseño (telescopio kepleriano) no se utiliza en la fabricación de telescopios refractores salvo que se trate de telescopios de juguete o de baja calidad.

 

 

Refractores acrómaticos:

La aberración cromática se produce porque los distintos colores (distintas longitudes de onda) que componen la luz que atraviesa la lente objetivo se refractan de diferente manera, lo que provoca que no se focalicen en el mismo punto.

aberración cromática colores

Las longitudes de onda azules se focalizan antes que las verdes y estas antes que las rojas.

La aberración cromática es más acusada cuanto más corta sea la distancia focal del objetivo, así que una forma de reducir la aberración cromática es utilizar objetivos con grandes distancias focales. Sin embargo esta solución no es la más óptima porque el telescopio resultante puede llegar a ser de gran tamaño complicando así su manejabilidad

 

La forma de resolver este problema sin tener que construir telescopios demasiado largos fue con la utilización de los dobletes acromaticos, formados por dos lentes de vidrio de diferentes propiedades opticas colocadas una a continuación de la otra de manera que se compense las curvatura de las diferentes longitudes de onda. Con esto se consigue que los distintos colores se focalicen en el mismo punto.

En realidad los dobletes acromaticos logran focalizar los colores rojo y azul aunque otras longitudes de onda como el verde sigue focalizandose en un punto ligeramente diferente. No obstante, se consigue reducir la aberración cromática de forma sustancial. La aberración cromatica residual es apenas perceptible por el ojo aunque si puede tener algún efecto adverso en astrofotografía.

lente acromática

El doblete acromático se compone de una lente convergente fabricada con un vidrio de baja densidad (conocido como crown) y a continuación una lente divergente fabricada con un vidrio de alta densidad (conocida como flint).

Cuanto menor sea la densidad (o dispersión) del vidrio crown mayor será la corrección de la aberración cromática residual (la diferencia entre los focos verde y azul/rojo).  Así, muchos telescopios actuales utilizan el llamado vidrio de extrabaja dispersion  o vidrio ED para minimizar la aberración cromática. El nivel de corrección vendrá determinado por el valor del número de Abbe del vidrio ED, a mayor valor, mejor será la corrección final.

Cristal

Número de Abbe (V)

FPL 51

81.54

PK 52

81.54

FK 61

81.61

FCD 1

81.61

FCD 10

90.27

FPL 52

90.28

OK 4

92.05

FPL 53

94.93

FK 56

94.93

Lithotec CAF2

95.23

Fluorita natural

95.60

 

 

imagen sin aberración cromática

En los telescopios refractores acromáticos las dos lentes del doblete acromático forman el objetivo del telescopio.

Existen dos configuraciones del doblete : cementadas y espaciadas por aire. En la configuración cementada las dos lentes estan juntas en contacto una con otra. En la otra configuración las lentes están separadas por aire (una separación mínima, del tamaño de un sello de correos).  La configuración cementada es más compacta pero la configuración con separación de aire presenta menos coma ( otro tipo de aberración de la luz),  que hace que los objetos puntuales como las estrellas se vean con una pequeñísima cola (en forma de coma, de ahí su nombre) mas acusada según nos alejamos del centro del campo visual.

 

Refractores apocromáticos

Como dijimos anteriormente, el doblete acromático, consigue eliminar la aberración cromática en el rojo y el azul pero sigue existiendo una aberración residual en resto de longitudes de onda.

Para conseguir corregir la aberración también en el verde se recurre a los llamados tripletes apocromáticos,  que constan de tres lentes en el objetivo, una divergente con vidrio flint de alta densidad, una convergente con vidrio crown de baja densidad, y una divergente con vidrio de alta densidad flint. Las lentes pueden estar cementadas, con separación de aire, o bien una combinación de ambas.

lente apocromática

La definición estricta de apocromatismo es la de aquel sistema óptico capaz de llevar tres longitudes de onda a un mismo foco. Aunque en los refractores apocromáticos sigue quedando alguna aberración cromatica residual en su mayor parte es fuera de las longitudes de onda del rango visual, por lo que un refractor apocromático de buena calidad no debería presentar aberración cromática significativa alguna.

La coma se reduce de forma significativa, del orden de 3 a 4 veces menor que en un refractor acromático, sin embargo, la curvatura de campo en un triplete apocromatico es similar al que presenta un doble acromático. Esto puede ser un problema para realizar astrofotografía, pero puede corregirse facilmente mediante el uso de unos elementos opticos llamados aplanadores de campo.

Existen otras configuraciones de telescopios apocromaticos consistentes en cuatro lentes conocido como cuadruplete Petzval. Esta formado por dos dobletes acromáticos. El primero, situado en la celda objetivo. El segundo doblete hace el efecto corrector de cromatismo y aplanador del campo. Los diseños de cuadruplete estan libres de curvatura de campo.

Hay una variante del cuadruplete Petzval que es utilizado por los telescopios de la marca Takahashi en el que el segundo doblete esta totalmente separado del primero e incluso los propios componentes del segundo doblete están separados entre sí. Este tipo de configuración de telescopio refractor es ideal para realizar astrofotografía, lamentablemente su elevado precio lo hacen inaccesible para el aficionado medio.

 

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