Telescopio newtoniano

El telescopio newtoniano, también llamado reflector newtoniano o simplemente newtoniano, es un tipo de telescopio reflector inventado por el científico inglés Sir Isaac Newton, utilizando un espejo primario cóncavo y un espejo secundario plano diagonal. El primer telescopio reflector de Newton se completó en 1668 y es el telescopio reflector funcional más antiguo conocido. El diseño simple del telescopio newtoniano lo ha hecho muy popular entre los fabricantes de telescopios aficionados.

Descripción

Un telescopio newtoniano se compone de un espejo u objetivo primario, generalmente de forma parabólica, y un espejo secundario plano más pequeño. El espejo primario permite recoger la luz de la región puntiaguda del cielo, mientras que el espejo secundario redirige la luz fuera del eje óptico en ángulo recto para que pueda verse con un ocular.

Ventajas del diseño newtoniano

• Están libres de aberración cromática encontrada en telescopios refractantes.
• Los telescopios Newtonianos suelen ser menos costosos para cualquier diámetro objetivo determinado (o abertura) que los telescopios de calidad comparables de otros tipos.
• Puesto que sólo hay una superficie que necesita ser molida y pulida en una forma compleja, la fabricación general es mucho más simple que otros diseños de telescopios (Gregorianos, cassegrainas y refractores tempranos tenían dos superficies que necesitan ser imaginadas. Los objetivos de refractor acromáticos posteriores tenían cuatro superficies que tienen que ser calculadas).
• Una breve relación de coordinación puede obtenerse más fácilmente, lo que conduce a un campo de visión más amplio.
• El ocular se encuentra en el extremo superior del telescopio. Combinado con f-ratios cortos esto puede permitir un sistema de montaje mucho más compacto, reduciendo el coste y añadiendo a portabilidad.

Desventajas del diseño newtoniano

• Los newtonianos, como otros diseños de telescopios que reflejan el uso de espejos parabólicos, sufren de coma, una aberración fuera del eje que hace que las imágenes se destellan hacia adentro y hacia el eje óptico (estrellas hacia el borde del campo de vista toman una forma parecida al cometa). Esta fulguración es cero en el eje, y es lineal con ángulo de campo creciente e inversamente proporcional al cuadrado de la relación focal del espejo (la longitud focal del espejo dividida por el diámetro del espejo). La fórmula para el coma tangencial de tercer orden es 3θ / 16F2, donde θ es el ángulo fuera del eje a la imagen en radians y F es la relación focal. Se considera que los newtonianos con una relación focal de f/6 o inferior (f/5, por ejemplo) tienen un coma cada vez más serio para uso visual o fotográfico. Los espejos primarios de baja relación focal se pueden combinar con lentes que corren para el coma para aumentar la agudización de la imagen sobre el campo.
• Los newtonianos tienen una obstrucción central debido al espejo secundario en el camino de luz. Esta obstrucción y también los picos de difracción causados por la estructura de soporte (llamada la "spider") del espejo secundario reducen el contraste. Visualmente, estos efectos pueden reducirse utilizando una araña curvada de dos o tres patas. Esto reduce las intensidades del sidelobe de difusión por un factor de alrededor de cuatro y ayuda a mejorar el contraste de imagen, con la penalización potencial que las arañas circulares son más propensos a la vibración inducida por el viento.
• Para la collimación portable de Newtonians puede ser un problema. La primaria y secundaria pueden salir de la alineación de los choques asociados con el transporte y el manejo. Esto significa que el telescopio puede necesitar ser reajustado (collimado) cada vez que se establece. Otros diseños tales como refractores y catadioptrices (específicamente las cassegrainas Maksutov) tienen collimación fija.
• El plano focal está en un punto asimétrico y en la parte superior del montaje del tubo óptico. Para la observación visual, sobre todo en monturas ecuatoriales, la orientación del tubo puede poner el ocular en una posición muy deficiente de visualización, y los telescopios más grandes requieren escaleras o estructuras de soporte para acceder a él. Algunos diseños proporcionan mecanismos para girar la montura ocular o todo el montaje del tubo a una mejor posición. Para los telescopios de investigación, hay que tener en cuenta los instrumentos muy pesados montados en este enfoque.

Variaciones

Existen varias variaciones del diseño newtoniano que añaden una lente al sistema creando un telescopio catadióptrico. Esto se hace para corregir la aberración esférica o reducir el costo.

Schmidt-newtoniano

Un telescopio Schmidt-Newtoniano combina el diseño óptico newtoniano con una placa correctora Schmidt de apertura total frente al espejo primario que no solo corrige la aberración esférica sino que también puede soportar el espejo secundario. El sistema resultante tiene menos efectos de difracción inducidos por coma y soporte de espejo secundario.

Maksutov – newtoniana

Al igual que un Schmidt-Newtoniano, a la configuración newtoniana se le puede añadir un corrector en forma de menisco del telescopio Maksutov, lo que le proporciona una aberración mínima en un amplio campo de visión, con una cuarta parte de la coma de un estándar similar. Newtoniano y la mitad del coma de un Schmidt-Newtoniano. La difracción también se puede minimizar utilizando una relación focal alta con un espejo diagonal proporcionalmente pequeño montado en el corrector.

Jones–Pájaro

Un Newtoniano Jones-Bird (a veces llamado Bird-Jones) utiliza un espejo primario esférico en lugar de uno parabólico, con aberraciones esféricas corregidas por una lente correctora de subabertura normalmente montada dentro del tubo del enfocador o delante del espejo secundario. espejo. Este diseño reduce el tamaño y el costo del telescopio con una longitud total del tubo del telescopio más corta (con el corrector extendiendo la distancia focal en un diseño tipo "teleobjetivo") combinado con un espejo esférico menos costoso. Se ha observado que las versiones producidas comercialmente de este diseño están ópticamente comprometidas debido a la dificultad de producir un corrector de subapertura con la forma correcta, y están dirigidas al extremo económico del mercado de telescopios.

Historia

La idea de Newton de un telescopio reflector no era nueva. Galileo Galilei y Giovanni Francesco Sagredo habían discutido el uso de un espejo como objetivo formador de imágenes poco después de la invención del telescopio refractor, y otros, como Niccolò Zucchi, afirmaron haber experimentado con la idea ya en 1616. Es posible que Newton incluso hubiera Lea el libro de James Gregory de 1663 Optica Promota, que describía diseños de telescopios reflectantes utilizando espejos parabólicos (un telescopio que Gregory había estado intentando construir sin éxito).

Newton construyó su telescopio reflector porque sospechaba que podría probar su teoría de que la luz blanca está compuesta de un espectro de colores. La distorsión del color (aberración cromática) era el principal defecto de los telescopios refractores de la época de Newton, y había muchas teorías sobre su causa. A mediados de la década de 1660, con su trabajo sobre la teoría del color, Newton concluyó que este defecto era causado por la lente del telescopio refractor que se comportaba de la misma manera que los prismas con los que estaba experimentando, descomponiendo la luz blanca en un arco iris de colores alrededor de objetos astronómicos brillantes. Si esto fuera cierto, entonces la aberración cromática podría eliminarse construyendo un telescopio que no utilizara lentes: un telescopio reflector.

A finales de 1668, Isaac Newton construyó su primer telescopio reflector. Eligió una aleación (metal de espéculo) de estaño y cobre como el material más adecuado para su espejo objetivo. Más tarde ideó medios para dar forma y pulir el espejo y puede haber sido el primero en utilizar un lapeado para pulir la superficie óptica. Eligió una forma esférica para su espejo en lugar de una parábola para simplificar la construcción; aunque introduciría aberración esférica, aún corregiría la aberración cromática. Añadió a su reflector lo que es el sello distintivo del diseño de un telescopio newtoniano: un espejo secundario montado en diagonal cerca del foco del espejo primario para reflejar la imagen en un ángulo de 90° con respecto a un ocular montado en el costado del telescopio.. Esta adición única permitió ver la imagen con una obstrucción mínima del espejo objetivo. También hizo el tubo, la montura y los accesorios. La primera versión de Newton tenía un diámetro de espejo primario de 33 mm (1,3 pulgadas) y una relación focal de f/5. Descubrió que el telescopio funcionaba sin distorsión del color y que con él podía ver las cuatro lunas galileanas de Júpiter y la fase creciente del planeta Venus. El amigo de Newton, Isaac Barrow, mostró un segundo telescopio a un pequeño grupo de la Royal Society de Londres a finales de 1671. Quedaron tan impresionados con él que se lo mostraron a Carlos II en enero de 1672. Newton fue admitido como miembro de la sociedad en el mismo año.

Al igual que Gregory antes que él, a Newton le resultó difícil construir un reflector eficaz. Fue difícil moler el metal del espéculo hasta obtener una curvatura regular. La superficie también se empañó rápidamente; La consiguiente baja reflectividad del espejo y también su pequeño tamaño hacían que la visión a través del telescopio fuera muy oscura en comparación con los refractores contemporáneos. Debido a estas dificultades de construcción, el telescopio reflector newtoniano inicialmente no fue ampliamente adoptado. En 1721, John Hadley mostró un modelo muy mejorado a la Royal Society. Hadley había resuelto muchos de los problemas que planteaba la fabricación de un espejo parabólico. Su Newtoniano, con un diámetro de espejo de 6 pulgadas (150 mm), se comparaba favorablemente con los grandes telescopios refractores aéreos de la época.