Un telescopio catadióptrico es un sistema óptico que está optimizado para producir imágenes de objetos a una distancia infinita, incorporando ópticas refractivas (lentes) y ópticas reflectantes (espejos). Debido a que tanto los espejos como las lentes se utilizan en sistemas ópticos catadióptricos, el usuario obtiene ciertas ventajas de rendimiento sobre otros tipos de visores. Esto también brinda a los fabricantes de telescopios ventajas en el proceso de fabricación, lo que beneficia indirectamente al consumidor. A continuación, te mostraremos una guía de compra para que puedas conocer las desventajas y ventajas de los telescopios catadióptricos.
Como una opción sólida de un telescopio para principiantes, los telescopios catadióptricos han sido populares entre los astrónomos aficionados durante mucho tiempo. Existen varios diseños ópticos diferentes que entran en la categoría catadióptrica, pero todos tienen beneficios de rendimiento similares. Pueden proporcionar una mejor corrección de aberraciones que otros telescopios de lentes (refractor) o de espejos (reflector newtoniano) en un campo de visión más amplio sin aberraciones.
Ventajas de los telescopios catadióptricos
- Los telescopios catadióptricos utilizan un sistema óptico de trayectoria plegada, por lo tanto, pueden ser más cortos de lo que implicaría su distancia focal.
- Son más ligeros y compactos en comparación con los telescopios de la misma apertura, al igual que la montura que los sujeta.
- Los telescopios catadióptricos son cómodos de transportar debido a su tamaño mecánico y peso reducido.
- Su capacidad para utilizar espejos con figuras puramente esféricas y elementos refractivos de fácil reproducción, generalmente llamados lentes correctores, resulta en menores costos de fabricación. De este modo, el fabricante puede reducir el precio de compra para los consumidores.
Alineación óptica
Los refractores y los reflectores newtonianos suelen utilizar una trayectoria óptica lineal, lo que implica que si el usuario desea un sistema de longitud focal larga, la longitud de la OTA debe ser similar a la distancia focal deseada. Eso da como resultado largas Optical Tube Assembly (OTA) que pueden volverse bastante pesadas, requieren una montura grande y costosa para el seguimiento y son más difíciles de equilibrar en su montura.
Los diseños de telescopios catadióptricos utilizan sistemas ópticos de trayectoria plegada y, por lo tanto, sus OTA pueden ser más cortas de lo que sugeriría su distancia focal. Esta función es incluso más eficaz de lo que parece a primera vista y se debe al diseño del espejo secundario de muchos de estos instrumentos.
El espejo secundario de la mayoría de los telescopios catadióptricos no solo refleja el cono de luz del espejo primario a través de la perforación central en dicho espejo, sino que también agrega algo de poder durante el proceso. Eso significa que intercepta un cono de luz que se dirige hacia un “foco” justo fuera del frente de la OTA y lo refleja hacia atrás como un cono con un ángulo de vértice más pequeño del que habría tenido. Este cono de luz más estrecho “parece” ser el resultado de una óptica de distancia focal más larga que la distancia focal real de ese espejo primario, lo que quiere decir que se añade potencia, pero también, la longitud física de la OTA es ahora mucho más corta de lo que sugeriría la distancia focal resultante del sistema.
Por cierto, este mismo “truco” se usa comúnmente en los telescopios reflectores Cassegrain clásicos usados en observatorios profesionales. En estos sistemas, los espejos primarios y secundarios tienen figuras diferentes de los visores catadióptricos y no se requieren lentes correctores en el diseño reflectante clásico de Cassegrain.
Diseño
Los telescopios catadióptricos logran ahorros tanto en tamaño mecánico como en peso debido a este método de acortamiento. Además, un tubo óptico corto significa que puede ser mucho menos complicado en su diseño. Un simple cilindro de aluminio podría ser una construcción adecuada para evitar la flexión y mantener el secundario y el corrector alineados con el espejo primario. Eso significa que es posible una mayor reducción de peso.
La mayoría de los astrónomos aficionados que transportan sus telescopios a sitios de cielo oscuro para observar o fotografiar, o incluso a su patio trasero, estarán de acuerdo en que mover un telescopio ligero es más divertido que uno que requiere un gran esfuerzo de levantamiento. Por lo tanto, la reducción de peso en virtud de la reducción de tamaño hace que el diseño catadióptrico sea ideal para un telescopio principiante.
Apertura
Otra ventaja de los telescopios de gran apertura es que su capacidad de resolución angular inherente es mejor que la de los telescopios de menor apertura. Un telescopio catadióptrico de apertura “grande” puede proporcionar al observador una buena capacidad de captación de luz, una resolución angular más alta y una cierta reducción de peso en comparación con un refractor de apertura más pequeña.
Costo
La relación costo-tamaño puede ser favorable para el aficionado a la hora de decidir qué telescopio comprar. Debido a que los fabricantes han descubierto la capacidad de usar espejos con figuras puramente esféricas y lentes correctores que pueden producirse en masa, sus costos de fabricación más bajos se pueden traspasar al consumidor en forma de precios de compra más bajos.
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Desventajas de los telescopios catadióptricos
- Los telescopios catadióptricos se vuelven más pesados con bastante rapidez a medida que aumentan su apertura.
- Pueden requerir una alineación óptica más frecuente en comparación con los refractores.
- Las partes móviles de un telescopio catadióptrico son más complejas que las que se encuentran en un telescopio refractor o reflector.
- Los telescopios catadióptricos tienen una limitación de rendimiento óptico inherente basada en el oscurecimiento central de su apertura causado por su propio espejo secundario. Sin embargo, los telescopios reflectores clásicos de Cassegrain y newtonianos comparten este problema. La “limitación” es muy sutil, por lo que la mayoría de los astrónomos aficionados ni siquiera notan o se preocupan por este detalle.
Principal problema
Los instrumentos catadióptricos pueden volverse más pesados con bastante rapidez a medida que sus aperturas aumentan de tamaño. Puede que esto no sea obvio al principio. Un problema es que cuanto mayor sea el diámetro de los espejos, más gruesos deben ser para mantener su figura en varios ángulos de orientación. Eso significa que el vidrio se vuelve más pesado y las placas correctoras también se vuelven más pesadas.
Alineación óptica
Los sistemas catadióptricos a menudo requieren una alineación óptica más frecuente que los refractores. Esto es común en el diseño OTA de Schmidt-Cassegrain. Los espejos primarios SCT a menudo se apoyan completamente en un tubo de metal que también actúa como un deflector de luz parásita. El enfoque de estos osciloscopios se realiza deslizando ese espejo primario hacia adelante o hacia atrás a lo largo del tubo, mientras que el otro efecto de desalineación común es causado por el método de soporte del espejo secundario en este diseño.
Diseño
Un método común de soporte para los espejos secundarios en Schmidt-Cassegrain y OTA similares es retener la placa de respaldo del espejo mediante una flexión en el centro de la misma, mientras se mantiene la placa en una posición particular mediante tres tornillos que se pueden girar desde el exterior del alcance. Por tanto, los tres tornillos actúan como “tornillos de empuje”. Luego, el usuario ajusta estos tornillos para realizar una alineación óptica del sistema cuando sea necesario. Este método de soporte y ajuste se usa con tanta frecuencia que la mayoría de los usuarios lo consideran como una norma, pero aún así, este diseño tiene varios problemas.
La vibración, como transportar un telescopio en vehículos o incluso llevarlo a cierta distancia, puede hacer que el espejo secundario se mueva ligeramente. Las fluctuaciones en la temperatura ambiente también pueden provocar el movimiento del espejo. Los tres tornillos de empuje normalmente tienen roscas de máquina gruesas, lo que puede resultar en que uno esté algo flojo. Muchos aficionados serios realizarán rutinariamente una alineación óptica de su alcance antes de comenzar cualquier observación, especialmente cuando planean realizar trabajos de imágenes. El término comúnmente utilizado para describir este ajuste es “colimación del telescopio“.
Los componentes móviles de los telescopios catadióptricos pueden ser más complejos que los que se encuentran en otros diseños, como refractores, reflectores newtonianos o visores Cassegrain clásicos. Esto incluye las partes asociadas con los espejos primarios y secundarios que se acaban de describir. Un telescopio refractor típico no tendrá partes móviles a excepción de su enfocador, que está montado externamente en el conjunto del tubo óptico. Un objetivo de refracción se encuentra comúnmente en una celda de metal que impide su movimiento, aunque algunas celdas permiten al usuario realizar una alineación en caso de que sea necesario. El enfoque de los osciloscopios catadióptricos a menudo se realiza moviendo su espejo principal como se mencionó anteriormente, que no es un diseño ideal.
Los telescopios catadióptricos exhiben una inevitable limitación de rendimiento óptico inherente a su diseño debido al oscurecimiento central de su apertura causado por su propio espejo secundario. Esto también se aplica a los telescopios reflectores Cassegrain clásicos y a los reflectores newtonianos.
Apertura y rendimiento óptico
Es obvio que el espejo secundario y su celda mecánica bloquean parte de la apertura de un telescopio catadióptrico o newtoniano debido a su ubicación. Este oscurecimiento reduce la cantidad de luz que la apertura primaria puede recolectar en cierta cantidad. Siendo realistas, este es un pequeño porcentaje del área de recolección disponible de un tamaño de apertura dado y, por lo tanto, no es un problema importante. Por lo general, se puede ignorar con seguridad en lo que respecta al brillo de la imagen. Sin embargo, tiene un efecto sobre las imágenes debido al fenómeno óptico de difracción. Este efecto reduce el contraste en la imagen de un objeto resuelto, pero no significativamente para la imagen de una estrella, que no está resuelta.
La apertura circular de cualquier telescopio, independientemente de su diseño, produce una imagen de una estrella que será, en términos generales, una imagen de “punto” cuyo tamaño depende de varios factores, incluida la calidad de la óptica incluida en ese telescopio. Estos factores también determinan qué tan bien dos o más estrellas espaciadas pueden separarse o resolverse con ese instrumento.
Esta descripción del rendimiento de cualquier telescopio se puede dividir en dos categorías de sistemas ópticos: los que no están limitados por los efectos de la difracción y los que solo están limitados por la difracción. Examinemos cada una de ellas.
Un telescopio cuyo rendimiento óptico no está limitado solo por la física de la difracción implica que su rendimiento está limitado por otros factores más grandes. Esto puede deberse al tipo de óptica que se utiliza, cómo se combinan, su calidad inherente o cualquier combinación de estos factores. Por otro lado, un telescopio cuyo rendimiento óptico solo está limitado por la física de la difracción es uno en el que los componentes ópticos son tan perfectos como se pueden hacer con cualquier método de fabricación, pero dado que las limitaciones de difracción son un fenómeno fundamental de la naturaleza de la luz, ¡son inevitables!
Los astrónomos aficionados que han estado usando telescopios durante un tiempo saben que un instrumento de difracción limitada puede producir una imagen de una estrella que se verá como un pequeño punto cuando se observa con aumentos más bajos. Sin embargo, cuando se ve con un ocular que tiene una distancia focal muy corta (quizás una distancia focal de 3 mm a 5 mm), la imagen de una estrella brillante aparecerá como un pequeño punto circular rodeado por uno o más anillos de luz que rápidamente se debilitan moviéndose en el radio. A esta peculiar “imagen de difracción” de una estrella proporcionada por un sistema óptico de apertura circular casi perfecta se le dio el nombre de “Airy Pattern” que lleva el nombre de Sir George Biddell Airy, un matemático y astrónomo inglés que fue el primero en explicar teóricamente esta observación.
Si un telescopio refractor tiene una óptica de alta calidad con un rendimiento limitado por difracción, puede producir una imagen de una estrella brillante que se ve como un patrón Airy de “libro de texto”. En este caso, la intensidad máxima de la luz en el primer anillo brillante del patrón es aproximadamente el 1.7% de la intensidad máxima de la luz en el centro del disco, mientras que los anillos adicionales se vuelven más débiles.
En el caso de un sistema catadióptrico con un oscurecimiento central (circular), se provoca un efecto conocido como apodización, que es una forma de “filtrado espacial”. El resultado de esta apodización es que se toma algo de energía del disco central y se difracta más energía en el primer anillo brillante y otros del patrón Airy. Este es un efecto físico inevitable, pero ¿qué significa desde el punto de vista de un observador práctico?
Significa que cuando se usa un telescopio catadióptrico, un observador probablemente no notará la diferencia en las imágenes de las estrellas, ya que esta diferencia es bastante pequeña. Sin embargo, las imágenes de objetos resueltos tendrán un contraste ligeramente menor que el que tendrían si se formaran con un telescopio refractor sin apodización (los objetos resueltos pueden ser cualquier cosa, desde la Luna o planetas hasta nebulosas o galaxias).
¿Existe un diseño de telescopio ideal?
Existe una verdad fundamental sobre la óptica que ha sido citada por diversas personas durante mucho tiempo, casi como si fuera un mantra:
¡Cada diseño óptico es siempre un compromiso!
Aunque es tentador considerar trivial esta afirmación, la realidad es que es completamente cierta y aplicable a los telescopios astronómicos. En esta era de tecnología asistida por diseño digital computarizado y elaborados programas de trazado de rayos, es fácil convencerse de que actualmente son posibles diseños ópticos milagrosos, pero eso es una ilusión. La verdad es que la física óptica y las matemáticas seguirán siendo los factores técnicos limitantes al considerar el rendimiento de un instrumento óptico.
Conclusión
Para los astrónomos aficionados como para los profesionales, la elección de un telescopio, tanto por su tamaño como por su diseño, debe basarse en la aplicación del mismo. ¿Qué planeas hacer con él la mayor parte del tiempo?
Una decisión basada en la aplicación es realmente la forma “profesional” de abordar el proceso de elección de cualquier producto, ya que el telescopio perfecto será el que adquieras de acuerdo a tus necesidades. Así que elige el mejor y comienza a descubrir los secretos del universo.
“El espacio no es remoto en absoluto. Está a solo una hora en automóvil de distancia si tu automóvil pudiera ir directamente hacia arriba”.
Fred Hoyle
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