La palabra telescopio proviene del prefijo griego tele -lejos-  y del sufijo scopio -ver-. El telescopio es un instrumento óptico consistente, en su configuración más sencilla, en dos lentes situadas de tal manera que permiten la observación de objetos muy lejanos, tales como planetas, estrellas o incluso galaxias. En la actualidad los telescopios son sofisticados instrumentos que permiten la investigación de todo el espectro electromagnético más alla de la luz visible, hablándose de radiotelescopios, telescopios de infrarrojo, de ultravioleta, etc.

Vamos a estudiar el telescopio desde el punto de vista de la óptica geométrica, a través de los siguientes puntos:

campo ultraprofundo del hubble

Campo ultraprofundo del Hubble

El Hubble es uno de los telescopios más célebres. A la izquierda puedes ver una imagen tomada por este, denominada campo ultraprofundo del Hubble, en la que se observan galaxias situadas a distintas distancias. Ya que la luz debe viajar billones de años antes de llegar a la Tierra, la imagen nos permite observar galaxias en distintas eras de la formación del universo, tal y como se pone de manifiesto en la imagen derecha.

¿Preparado para el viaje?

Funcionamiento

Para explicar el funcionamiento del telescopio nos basaremos en sus configuraciónes más sencillas: la configuración de Galileo y la configuración de Kepler. Ambas se valen del fenómeno de la refracción de la luz para formar imágenes de objetos lejanos más próximas al observador, y aumentadas.

El principio básico de ambas configuraciones es que una primera lente, denominada objetivo, hace converger los rayos del objeto distante en un punto más cercano. Los rayos que llegan al objetivo son paralelos (objeto lejano) y por tanto convergen en una distancia igual a su distancia focal, tal y como puedes comprobar aquí. A su vez, mediante una segunda refracción en otra lente, denominada ocular, se produce la imagen final. Esta última se forma a partir de la imagen producida por el objetivo.

El anteojo de Galileo

Los primeros aparatos ópticos creados para observar objetos a largas distancias se denominaron anteojos. Históricamente no está del todo claro quién fue el creador del primer anteojo, pero si está claro que fue Galileo, en 1609, quien fabricó y presentó al senado de Venecia el primero registrado, introduciendo las mejoras necesarias en los ya existentes que permitieron utilizarlo como instrumento astronómico. Su estructura era la siguiente:

estructura de telescopio de galileo

Estructura básica del anteojo de Galileo

Contaba con dos lentes, el objetivo, más próximo al objeto y convergente, y el ocular, más próximo al ojo y divergente.

Gracias a la estructura anterior se consigue una imagen virtual y aumentada, pero derecha, del objeto en cuestión. De esta manera, el anteojo de Galileo también era apto para utilizarse en observaciones terrestres siendo muy utilizado por marinos: ¿recuerdas los catalejos de las películas de piratas?

Configuración de Kepler

Un poco más tarde, en 1611, el alemán Johannes Kepler fue el primero en usar como ocular una lente convergente para observar objetos lejanos.

estructura de telescopio de kepler

Estructura básica del telescopio de Kepler

Al observar un cuerpo lejano, por ejemplo el planeta Saturno, el objetivo forma primeramente una imagen del mismo a una distancia igual a f'obj ( ya que los rayos llegan práctiamente paralelos a la primera lente ). En dicho punto se situa el foco objeto del ocular, foc , que funciona entonces como una lupa, aumentando el ángulo subtendido sobre la retina, αf .

En la imagen anterior, el ángulo αi es el ángulo subtendido en la retina por el planeta Saturno cuando no utilizamos ningún instrumento óptico (ver apartado sobre la lupa para ampliar). Gracias al uso del telescopio, la imagen observada ocupa un ángulo mayor, αf, y por tanto lo veremos con mucho más detalle, como si estuviéramos más cerca. Para cuantificar este aumento se utiliza el aumento angular o poder amplificador del telescopio, como veremos más abajo.

Por otro lado, esta configuración permitía ampliar el campo de observación notablemente, aunque producía una mayor aberración esférica e imágenes invertidas. La configuración de Kepler es la base del telescopio retractor y aún se usa en cámaras fotográficas modernas y, con algunas modificaciones, en prismáticos (también llamados binoculares ).

estructura y funcionamiento de unos prismáticos

Prismáticos

Un tipo de anteojo muy utilizado actualmente son los prismáticos. Su diseño binocular permite la visión en tres dimensiones, también denominada visión estereoscópica, al ofrecer al observador una imagen ligeramente distinta para cada ojo. Reciben su nombre debido a los prismas de vidrio que, por reflexión interna total acortan la longitud del instrumento.

Aumento

El poder amplificador de un telescopio, también conocido como su aumento angular se define como:

Aa=αfαi=-f'objf'oc

Donde:

  • Aa : Aumento del telescopio. Se trata de un aumento angular y también es conocido como poder amplificador. Es una magnitud adimensional
  • αi, αf : Se trata de los ángulos subentendidos por el objeto, cuando lo observamos sin telescopio, y su imagen, observada a través del telescopio respectivamente. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián (rad)
  • f'obj, f'oc : Distancias focales imagen del objetivo y del ocular respectivamente. Su unidad de medida en el S.I. es el metro (m)

Nota: En ocasiones es posible que veas escrita la expresión anterior como Aa=αfαi=-fobjfoc . Esta segunda forma asume el segundo criterios de signos presentado según el cual la distancia focal objeto de una lente es positiva cuando el objeto está delante de la lente, con lo que el resultado final no varía.

Comprobación

Poder amplificador o aumento angular del telescopio

Aumento angular

A partir del triángulo verde podemos determinar αi. A partir del rojo, determinamos αf. El poder amplificador del telescopio es el cociente de ambos.

En base a la imagen anterior, y asumiendo aproximación paraxial, podemos escribir:

αi=-y'f'obj ;αf=y'f'oc 

Quedando el aumento angular como el cociente de ambos ángulos:

Aa=αfαi=-y'f'ocy'f'obj=-f'objf'oc

Tipos

Existen distintas estructuras de telescopios, según sea el principio óptico por el que funcionan. Veamos las principales y el recorrido que sigue la luz por ellas:

  • Refractores : Se basan en el principio óptico de la refracción. La configuración de Kepler es la que se usa en este tipo de telescopios. El esquema puede ser el siguiente:

    telescopio refractor y su esquema de funcionamiento

    Telescopio refractor

    A la izquierda, telescopio refractor. A la derecha esquema de su funcionamiento. El objetivo, una lente convergente, forma la imagen del cuerpo observado en la zona representada por el punto negro, a una distancia igual a la distancia focal de dicho objetivo. Posteriormente el ocular actúa ampliando la imagen. Tanto objetivo como ocular suelen ser lentes compuestas, a fin de evitar aberraciones.

    El principal problema de este tipo de telescopios es la falta de luminosidad. Por un lado, al tener que atravesar varias lentes, las imágenes pierden intensidad y es difícil evitar aberraciones. Por otro, el tubo del telescopio debe ser estrecho, por que no es posible construir lentes muy grandes, con lo que, de nuevo, se disminuya la cantidad de luz que puede atrapar el telescopio y su poder de resolución.

  • Reflectores : Inventado por Newton, se basan en el principio óptico de la réflexión. Los rayos provenientes del objeto observado son dirigidos al ocular, esta vez mediante dos espejos. El esquema puede ser el siguiente:

    telescopio reflector y su esquema de funcionamiento

    Telescopio reflector

    A la izquierda, telescopio reflector. A la derecha esquema de su funcionamiento. El objetivo esta vez es un espejo cóncavo (espejo primario) que enfoca los rayos en un punto. Dicho punto se encuentra en la zona de incidencia de los rayos, por lo que se hace necesaria la utilización de un pequeño espejo secundario para que el hipotético observador no se interponga entre el ocular y los rayos.

    Como es posible construir espejos curvos mayores que las lentes, los telescopios reflectores suelen tener mayor diámetro que los retractores, lo que es una gran ventaja porque pueden recoger más luz.

  • Catadióptricos : Combinan la reflexión y la refracción mediante lentes y espejos para dirigir los rayos al ocular. El esquema puede ser el siguiente:

    telescopio catadióptrico y su esquema de funcionamiento

    Telescopio catadióptrico

    A la izquierda, telescopio catadióptrico de tipo Schmidt-Cassegrain. A la derecha esquema de su funcionamiento. Los rayos provenientes del objeto observado atraviesan primeramente una lente correctora. Posteriormente se produce una doble reflexión en un espejo cóncavo (primario) y otro convexo (secundario) antes de ir a parar al ocular.

    Los catadióptriocos pueden abarcar grandes distancias focales en casi la mitad de tamaño que los newtonianos.

Telescopios destacados

Aunque los telescopios están hoy día al alcance de tu mano en cualquier tienda especializada, existen grandes centros de observación astronómica repartidos a lo largo y ancho del planeta que constituyen auténticas reliquias de la tecnología de nuestro tiempo:

  • El Gran Telescopio de Canarias, en España es el mayor telescopio reflector del mundo. Cuenta con un gran espejo de 10.4m de diámetro dividido en 36 espejos hexagonales más pequeños. El telescopio se encuentra situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla de la Palma
  • Antes de la construcción del el Gran Telescopio de Canarias, el Observatorio Keck en Mauna Kea (Hawái) albergaba el mayor del mundo. Está formado por un gran espejo de 10 m de diámetro dividido también en 36 espejos hexagonales más pequeños.
  • El Observatorio Yerkes en Williams Bay, Wisconsin tiene el telescopio refractor más grande del mundo. Su tamaño contrasta con el anterior, al contar con una lente de cristal de algo más de 1 metro de diámetro (40 pulgadas)
  • El Observatorio de Calar Alto, en Granada (España) es el mayor observatorio de Europa Continental y ha realizado importantes avances en el descubrimiento de las primeras estrellas enanas marrones situadas en las Pléyades
  • En órbita sobre la atmósfera se encuentra el telescopio espacial Hubble. Desde su puesta en órbita en 1990 ha sido capaz de observar las regiones más recónditas del universo, a pesar de contar con un espejo principal de tan solo 2.4 m de diámetro

En la actualidad están en construcción telescopios conocidos como ELT -'Extremely large telescope' cuyos diámetros superarán los 20m y permitirán observar el Universo como nunca antes se ha visto. Se trata del Thirty Meter Telescope , cuyo diámetro será de 30m y que está siendo construido en Hawai, el Giant Magellan Telescope, construido en Chile y con diámetro de 24m y el European Extremely Large Telescopio, construido también en Chile y cuyo diámetro planificado es de 39 m.

Y ahora... ¡Ponte a prueba!

Ficha de ejercicios resueltos

Aquí puedes poner a prueba lo que has aprendido en este apartado.

Longitud telescopio a partir características lentes

dificultad

Se contruye un telescopio mediante dos lentes convergentes, siguiendo la configuración de Kepler. La primera lente, que hace de objetivo, es biconvexa simétrica, con índice de refracción 1.15 y radio 15 cm y la segunda, que hace de ocular, también es biconvexa simétrica, con índice de refracción 1.65 y radio 7 cm. Determina la longitud mínima que debe tener el telescopio refractor para poder funcionar. ¿Cual es su aumento angular?

Ficha de fórmulas

Aquí tienes un completo formulario del apartado El Telescopio. Entendiendo cada fórmula serás capaz de resolver cualquier problema que se te plantee en este nivel.

Pulsa sobre el icono   para exportarlas a cualquier programa externo compatible.

Aumento del telescopio

Aa=αfαi=-f'objf'oc

Ficha de apartados relacionados

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