Si lo piensas bien, era solo cuestión de tiempo antes de que se inventara el primer telescopio. La gente ha estado fascinada por los cristales durante milenios. Muchos cristales, por ejemplo, el cuarzo, son completamente transparentes. Otros, los rubíes, absorben algunas frecuencias de luz y pasan otras. La forma de los cristales en esferas se puede hacer cortando, volteando y puliendo, esto elimina los bordes afilados y redondea la superficie. Diseccionar un cristal comienza con encontrar un defecto. Crear una media esfera, o segmento de cristal, crea dos superficies diferentes. La luz es reunida por la cara frontal convexa y proyectada hacia un punto de convergencia por la cara posterior plana. Debido a que los segmentos de cristal tienen curvas severas, el punto de enfoque puede estar muy cerca del cristal mismo. Debido a las distancias focales cortas, los segmentos de cristal son mejores microscopios que los telescopios.
No fue el segmento de cristal, sino la lente de vidrio, lo que hizo posible los telescopios modernos. Las lentes convexas salieron del suelo de vidrio para corregir la visión de la visión de futuro. Aunque tanto las gafas como los segmentos de cristal son convexos, las lentes con visión de futuro tienen curvas menos severas. Los rayos de luz están ligeramente doblados desde el paralelo. Debido a esto, el punto donde toma forma la imagen está mucho más lejos de la lente. Esto crea una escala de imagen lo suficientemente grande para una inspección humana detallada.
El primer uso de lentes para aumentar la vista se remonta al Medio Oriente del siglo XI. Un texto árabe (Opticae Thesaurus escrito por el científico y matemático Al-hazen) señala que podrían usarse segmentos de bolas de cristal para ampliar objetos pequeños. A finales del siglo XIII, se dice que un monje inglés (posiblemente haciendo referencia a la Perspectiva de Roger Bacon de 1267) creó los primeros espectáculos prácticos de enfoque cercano para ayudar a leer la Biblia. No fue hasta 1440 cuando Nicolás de Cusa fijó la primera lente para corregir la miopía -1. Y pasarían otros cuatro siglos antes de que los defectos en la forma de la lente (astigmatismo) fueran ayudados por un conjunto de gafas. (Esto fue logrado por el astrónomo británico George Airy en 1827, unos 220 años después de que otro astrónomo más famoso, Johann Kepler, describiera por primera vez con precisión el efecto de las lentes en la luz).
Los primeros telescopios tomaron forma justo después de que la molienda de gafas se estableció como un medio para corregir tanto la miopía como la presbicia. Debido a que las lentes con visión de futuro son convexas, son buenos "colectores" de luz. Una lente convexa toma haces paralelos desde la distancia y los dobla a un punto de enfoque común. Esto crea una imagen virtual en el espacio, una que puede inspeccionarse más de cerca usando una segunda lente. La virtud de una lente colectora es doble: combina la luz entre sí (aumentando su intensidad) y amplifica la escala de la imagen, ambas en un grado potencialmente mucho mayor de lo que el ojo es capaz de hacer.
Los lentes cóncavos (utilizados para corregir la miopía) proyectan la luz hacia afuera y hacen que las cosas parezcan más pequeñas a la vista. Una lente cóncava puede aumentar la distancia focal del ojo cada vez que el propio sistema del ojo (córnea fija y lente de transformación) no enfoca una imagen en la retina. Las lentes cóncavas son buenos oculares porque permiten que el ojo inspeccione más de cerca la imagen virtual proyectada por una lente convexa. Esto es posible porque los rayos convergentes de una lente colectora son refractados hacia el paralelo por una lente cóncava. El efecto es mostrar una imagen virtual cercana como a una gran distancia. Una sola lente cóncava permite que la lente del ojo se relaje como si estuviera enfocada en el infinito.
La combinación de lentes convexas y cóncavas era solo cuestión de tiempo. Podemos imaginar que la primera ocasión ocurría cuando los niños jugaban con el trabajo del día de los esmeriladores de lentes, o posiblemente cuando el óptico se sintió llamado a inspeccionar una lente usando otra. Tal experiencia debe haber parecido casi mágica: una torre distante se asoma instantáneamente como si se acercara al final de un largo paseo; figuras irreconocibles se ven de repente como amigos cercanos; los límites naturales, como canales o ríos, se saltan como si las alas de Mercurio estuvieran unidas a las curas ...
Una vez que se creó el telescopio, se presentaron dos nuevos problemas ópticos. Las lentes colectoras de luz crean imágenes virtuales curvas. Esa curva es ligeramente "en forma de cuenco" con la parte inferior girada hacia el observador. Por supuesto, esto es todo lo contrario de cómo el ojo mismo ve el mundo. Porque el ojo ve las cosas como si estuvieran dispuestas en una gran esfera cuyo centro se encuentra en la retina. Entonces, se tuvo que hacer algo para atraer los rayos perimetrales hacia el ojo. Este problema fue parcialmente resuelto por el astrónomo Christiaan Huygens en la década de 1650. Lo hizo combinando varias lentes como una unidad. El uso de dos lentes llevó más rayos periféricos de una lente colectora hacia el paralelo. El nuevo ocular de Huygen aplanó efectivamente la imagen y permitió que el ojo lograra enfocar en un campo de visión más amplio. ¡Pero ese campo aún induciría claustrofobia en la mayoría de los observadores de hoy!
El problema final fue más insoluble: las lentes refractantes doblan la luz en función de la longitud de onda o la frecuencia. Cuanto mayor es la frecuencia, más se dobla un color particular de luz. Por esta razón, los objetos que muestran luz de varios colores (luz policromática) no se ven en el mismo punto de enfoque a través del espectro electromagnético. Básicamente, las lentes actúan de manera similar a los prismas, creando una variedad de colores, cada uno con su propio punto focal único.
El primer telescopio de Galileo solo resolvió el problema de tener un ojo lo suficientemente cerca como para ampliar la imagen virtual. Su instrumento estaba compuesto por dos lentes separables por una distancia controlada para establecer el enfoque. La lente del objetivo tenía una curva menos severa para recoger la luz y llevarla a varios puntos de enfoque dependiendo de la frecuencia de color. La lente más pequeña, que poseía una curva más severa de distancia focal más corta, permitió que el ojo observador de Galileo se acercara lo suficiente a la imagen para ver detalles magnificados.
Pero el alcance de Galileo solo podía enfocarse cerca del centro del campo de visión del ocular. Y el enfoque solo se puede establecer en función del color dominante emitido o reflejado por lo que Galileo estaba viendo en ese momento. ¡Galileo usualmente observaba estudios brillantes, como la Luna, Venus y Júpiter, usando un tope de apertura y se enorgullecía de haber tenido la idea!
Christiaan Huygens creó el primer ocular huygeniano después de la época de Galileo. Este ocular consta de dos lentes plano-convexas orientadas hacia la lente colectora, no una sola lente cóncava. El plano focal de las dos lentes se encuentra entre el objetivo y los elementos de la lente del ojo. El uso de dos lentes aplanó la curva de la imagen, pero solo sobre una puntuación de más o menos grados de campo de visión aparente. Desde la época de Huygen, los oculares se han vuelto mucho más sofisticados. Comenzando con este concepto original de multiplicidad, los oculares de hoy pueden agregar otra media docena de elementos ópticos reorganizados en forma y posición. Los astrónomos aficionados ahora pueden comprar oculares de la plataforma, lo que proporciona campos razonablemente planos que superan los 80 grados de diámetro aparente-2.
El tercer problema, el de las imágenes cromáticas teñidas cromáticamente, no se resolvió en la telescopía hasta que Sir Isaac Newton diseñó y construyó un telescopio reflector en funcionamiento en la década de 1670. Ese telescopio eliminó por completo la lente colectora, aunque todavía requería el uso de un ocular refractario (que contribuye mucho menos al "color falso" que el objetivo).
Mientras tanto, los primeros intentos de reparar el refractor eran simplemente hacerlos más largos. Se idearon alcances de hasta 140 pies de longitud. Ninguno tenía diámetros de lente especialmente exorbitantes. Dichos dinosaurios finos requerían un observador verdaderamente aventurero para usar, pero "atenuaron" el problema del color.
A pesar de eliminar el error de color, los primeros reflectores también tuvieron problemas. La mira de Newton utilizó un espejo espéculo esférico rectificado. En comparación con el revestimiento de aluminio de los espejos reflectores modernos, el espéculo tiene un rendimiento débil. Aproximadamente tres cuartos de la capacidad de captación de luz del aluminio, el espéculo pierde aproximadamente una magnitud en la captación de luz. Así, el instrumento de seis pulgadas ideado por Newton se comportó más como un modelo contemporáneo de 4 pulgadas. Pero esto no es lo que hizo que el instrumento de Newton fuera difícil de vender, simplemente proporcionó una calidad de imagen muy pobre. Y esto se debió al uso de ese espejo primario esférico rectificado.
El espejo de Newton no trajo todos los rayos de luz al foco común. La falla no estaba en el espéculo, sino en la forma del espejo que, si se extendía 360 grados, formaría un círculo completo. Tal espejo es incapaz de llevar los rayos de luz centrales al mismo punto de enfoque que los que están más cerca del borde. No fue hasta 1740 cuando el escocés John Short corrigió este problema (para la luz en el eje) parabolizando el espejo. Short logró esto de una manera muy práctica: dado que los rayos paralelos más cercanos al centro de un espejo esférico sobrepasan los rayos marginales, ¿por qué no profundizar el centro y frenarlos?
No fue hasta la década de 1850 que la plata reemplazó al espéculo como la superficie de espejo elegida. Por supuesto, los más de 1000 reflectores parabólicos fabricados por John Short tenían espejos de espéculo. Y la plata, como el espéculo, pierde reflectividad bastante rápido con el tiempo a la oxidación. Para 1930, los primeros telescopios profesionales estaban recubiertos con aluminio más duradero y reflectante. A pesar de esta mejora, los reflectores pequeños traen menos luz para enfocar que los refractores de apertura comparable.
Mientras tanto, los refractores también evolucionaron. Durante el tiempo de John Short, los ópticos descubrieron algo que Newton no tenía: cómo lograr que la luz roja y verde se fusionen en un punto común de enfoque por refracción. Esto fue realizado por primera vez por Chester Moor Hall en 1725 y redescubierto un cuarto de siglo después por John Dolland. Hall y Dolland combinaron dos lentes diferentes: una convexa y otra cóncava. Cada uno consistía en un tipo de vidrio diferente (corona y pedernal) que refractaba la luz de manera diferente (según los índices de refracción). La lente convexa del cristal de la corona hizo la tarea inmediata de recoger la luz de todos los colores. Esto dobla los fotones hacia adentro. La lente negativa extendió el haz convergente ligeramente hacia afuera. Cuando la lente positiva causó que la luz roja sobrepasara el foco, la lente negativa causó que la luz roja subestimara. El rojo y el verde se mezclaron y el ojo vio amarillo. El resultado fue el telescopio refractor acromático, un tipo preferido por muchos astrónomos aficionados de hoy en día por su bajo costo, apertura pequeña, campo amplio, pero, en relaciones focales más cortas, uso de calidad de imagen inferior al ideal.
No fue hasta mediados del siglo XIX que los ópticos lograron que el azul violeta se uniera al rojo y al verde en el foco. Ese desarrollo surgió inicialmente del uso de materiales exóticos (harina) como un elemento en los objetivos dobles de los microscopios ópticos de alta potencia, no los telescopios. Los diseños de telescopios de tres elementos que utilizan tipos de vidrio estándar (trillizos) también resolvieron el problema unos cuarenta años después (justo antes del siglo XX).
Los astrónomos aficionados de hoy en día pueden elegir entre una amplia variedad de tipos de alcance y fabricantes. No hay un alcance único para todos los cielos, ojos y estudios celestes. Las nuevas configuraciones ópticas desarrolladas en la década de 1930 abordaron los problemas de la planitud del campo (particularmente con los telescopios newtonianos rápidos) y los tubos ópticos fuertes (asociados con grandes refractores). Los tipos de instrumentos, como el SCT (telescopio Schmidt-Cassegrain) y MCT (telescopio Maksutov-Cassegrain) más las variantes de Schmidt y Maksutov y reflectores oblicuos de newton-esque, ahora se fabrican en los EE. UU. Y en todo el mundo. Cada tipo de alcance se desarrolló para abordar una preocupación válida u otra relacionada con el tamaño del alcance, el volumen, la planitud del campo, la calidad de la imagen, el contraste, el costo y la portabilidad.
Mientras tanto, los refractores han tomado el centro del escenario entre los optófilos, personas que desean la mejor calidad de imagen posible, independientemente de otras limitaciones. Los refractores totalmente apocromáticos (con corrección de color) proporcionan algunas de las imágenes más impresionantes disponibles para uso óptico, fotográfico y de imágenes CCD. Pero, por desgracia, estos modelos se limitan a aberturas más pequeñas debido a los costos significativamente más altos de los materiales (cristales y cristales exóticos de baja dispersión), fabricación (se deben conformar hasta seis superficies ópticas) y mayores requisitos de carga (debido a los discos pesados de vidrio )
Toda la variedad actual de tipos de alcance comenzó con el descubrimiento de que dos lentes de curvatura desigual podían sostenerse al ojo para transportar la percepción humana a grandes distancias. Al igual que muchos grandes avances tecnológicos, el telescopio astronómico moderno surgió de tres ingredientes fundamentales: necesidad, imaginación y una creciente comprensión de la forma en que interactúan la energía y la materia.
Entonces, ¿de dónde vino el telescopio astronómico moderno? Ciertamente, el telescopio pasó por un largo período de mejora constante. Pero tal vez, solo tal vez, el telescopio es, en esencia, un regalo del Universo mismo que exulta en profunda admiración a través de los ojos, corazones y mentes humanos ...
-1 Existen preguntas sobre quién creó primero los anteojos para corregir la visión miope y miope. Es poco probable que Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham o Roger Bacon hayan usado alguna vez una lente de esta manera. Confundir el tema de la procedencia es la cuestión de cómo se usaron realmente las gafas. Es probable que la primera ayuda visual simplemente se mantuviera a la vista como un monóculo, necesidad de hacerse cargo de allí. ¿Pero un método tan primitivo sería históricamente contado como "el origen del espectáculo"?
-2 La capacidad de un ocular particular para compensar una imagen virtual necesariamente curva está limitada fundamentalmente por una relación focal efectiva y una arquitectura de alcance. Así, los telescopios cuya distancia focal son muchas veces su apertura presentan menos una curva instantánea en el "plano de imagen". Mientras tanto, los ámbitos que refractan la luz inicialmente (tanto los catadiópticos como los refractores) tienen la ventaja de un mejor manejo de la luz fuera del eje. Ambos factores aumentan el radio de curvatura de la imagen proyectada y simplifican la tarea del ocular de presentar un campo plano al ojo.
Sobre el Autor:
Inspirado en la obra maestra de principios de 1900: "El cielo a través de los telescopios de tres, cuatro y cinco pulgadas", Jeff Barbour comenzó a trabajar en astronomía y ciencia espacial a la edad de siete años. Actualmente, Jeff dedica gran parte de su tiempo a observar los cielos y a mantener el sitio web Astro.Geekjoy.
