Telescópio de refração - Refracting telescope
Um telescópio refrator (também chamado de refrator ) é um tipo de telescópio óptico que usa uma lente como objetivo para formar uma imagem (também conhecido como telescópio dióptrico ). O design do telescópio refrator foi originalmente usado em óculos espiões e telescópios astronômicos, mas também é usado para lentes de câmeras de foco longo . Embora grandes telescópios refratores fossem muito populares na segunda metade do século 19, para a maioria dos propósitos de pesquisa, o telescópio refrator foi substituído pelo telescópio refletor , que permite aberturas maiores . A ampliação de um refrator é calculada dividindo-se a distância focal da lente objetiva pela da ocular .
Os telescópios de refração normalmente têm uma lente na frente, um tubo longo e uma ocular ou instrumentação na parte traseira, onde a visão do telescópio entra em foco. Originalmente, os telescópios tinham como objetivo um elemento, mas um século depois, duas ou mesmo três lentes de elementos foram feitas.
O telescópio de refração é uma tecnologia que tem sido frequentemente aplicada a outros dispositivos ópticos, como binóculos e lentes de zoom / lentes telefoto / lentes de foco longo .
Invenção
Os refratores foram o tipo mais antigo de telescópio óptico . O primeiro registro de um telescópio refrator apareceu na Holanda por volta de 1608, quando um fabricante de óculos de Middelburg chamado Hans Lippershey tentou sem sucesso patentear um. A notícia da patente se espalhou rapidamente e Galileo Galilei , por acaso em Veneza no mês de maio de 1609, ouviu falar da invenção, construiu uma versão própria e aplicou-a para fazer descobertas astronômicas.
Projetos de telescópios refratários
Todos os telescópios refratários usam os mesmos princípios. A combinação de uma lente objetiva 1 e algum tipo de ocular 2 é usada para captar mais luz do que o olho humano é capaz de coletar por conta própria, focalizá-la 5 e apresentar ao visualizador uma imagem virtual mais brilhante , nítida e ampliada 6 .
A objetiva em um telescópio refrator refrata ou dobra a luz . Essa refração faz com que os raios de luz paralelos convirjam em um ponto focal ; enquanto aqueles não paralelos convergem para um plano focal . O telescópio converte um feixe de raios paralelos para formar um ângulo α, com o eixo óptico em um segundo feixe paralelo com ângulo β. A razão β / α é chamada de ampliação angular. É igual à razão entre os tamanhos das imagens retinais obtidas com e sem o telescópio.
Os telescópios de refração podem vir em muitas configurações diferentes para corrigir a orientação da imagem e os tipos de aberração. Como a imagem foi formada pela curvatura da luz, ou refração, esses telescópios são chamados de telescópios refratores ou refratores .
Telescópio galileu
O design que Galileo Galilei usou c. 1609 é comumente chamado de telescópio Galileu . Usou uma lente objetiva convergente (plano-convexa) e uma lente ocular divergente (plano-côncava) (Galileo, 1610). Um telescópio galileu, pelo fato de o desenho não possuir foco intermediário, resulta em uma imagem não invertida e, com o auxílio de alguns dispositivos, em uma imagem vertical.
O telescópio mais poderoso do Galileo, com um comprimento total de 980 milímetros (3 pés 3 pol), ampliou objetos cerca de 30 vezes. Por causa de falhas em seu design, como o formato da lente e o campo de visão estreito, as imagens ficaram borradas e distorcidas. Apesar dessas falhas, o telescópio ainda era bom o suficiente para Galileu explorar o céu. Ele o usou para ver as crateras da Lua , as quatro maiores luas de Júpiter e as fases de Vênus .
Raios de luz paralelos de um objeto distante ( y ) seriam focalizados no plano focal da lente objetiva ( F ′ L1 / y ′ ). A lente (divergente) da ocular ( L2 ) intercepta esses raios e os torna paralelos mais uma vez. Raios de luz não paralelos do objeto viajando em um ângulo α1 em relação ao eixo óptico viajam em um ângulo maior ( α2> α1 ) depois de passarem pela ocular. Isso leva a um aumento no tamanho angular aparente e é responsável pela ampliação percebida.
A imagem final ( y ″ ) é uma imagem virtual, localizada no infinito e está da mesma forma que o objeto.
Telescópio kepleriano
O telescópio Kepleriano , inventado por Johannes Kepler em 1611, é uma melhoria no design do Galileu. Ele usa uma lente convexa como ocular em vez da côncava de Galileu. A vantagem desse arranjo é que os raios de luz que emergem da ocular estão convergindo. Isso permite um campo de visão muito mais amplo e maior relevo ocular , mas a imagem para o observador é invertida. Ampliações consideravelmente maiores podem ser alcançadas com este design, mas para superar as aberrações, a lente objetiva simples precisa ter uma razão f muito alta ( Johannes Hevelius construiu uma com uma distância focal de 46 metros (150 pés) e antena tubeless ainda mais longa telescópios "foram construídos). O design também permite o uso de um micrômetro no plano focal (para determinar o tamanho angular e / ou distância entre os objetos observados).
Huygens construiu um telescópio aéreo para a Royal Society of London com lentes de elemento único de 19 cm (7,5 ″).
Refratores acromáticos
O próximo passo importante na evolução dos telescópios refratários foi a invenção das lentes acromáticas , uma lente com vários elementos que ajudava a resolver problemas com aberração cromática e permitia distâncias focais mais curtas. Foi inventado em 1733 por um advogado inglês chamado Chester Moore Hall , embora tenha sido inventado de forma independente e patenteado por John Dollond por volta de 1758. O projeto superou a necessidade de comprimentos focais muito longos em telescópios refratários usando uma objetiva feita de duas peças de vidro com dispersão diferente , ' coroa ' e ' vidro de sílex ', para reduzir a aberração cromática e esférica . Cada lado de cada peça é polido e polido e, em seguida, as duas peças são montadas. As lentes acromáticas são corrigidas para trazer dois comprimentos de onda (normalmente vermelho e azul) em foco no mesmo plano.
Chester More Hall é conhecido por ter feito a primeira lente corrigida de duas cores em 1730.
Os acromáticos de Dollond eram bastante populares no século XVIII. Um grande apelo era que eles podiam ser mais curtos. No entanto, os problemas com a fabricação de vidro significavam que as objetivas de vidro não eram feitas com mais de cerca de dez centímetros de diâmetro.
No final do século 19, o fabricante de vidro Guinand desenvolveu uma maneira de fazer blocos de vidro de alta qualidade com mais de dez centímetros. Ele também passou essa tecnologia para seu aprendiz Fraunhofer, que desenvolveu ainda mais essa tecnologia e também desenvolveu o design de lentes duplas Fraunhofer. O avanço nas técnicas de fabricação de vidro levou aos grandes refratores do século 19, que se tornaram progressivamente maiores ao longo da década, chegando a atingir mais de 1 metro no final daquele século, antes de serem substituídos por telescópios refletores de vidro prateado na astronomia.
Os notáveis fabricantes de lentes do século 19 incluem:
- Alvan Clark
- Brashear
- Irmãos Chance
- Cauchoix
- Fraunhofer
- Gautier
- Grubb
- Henry Brothers
- Lerebours
- Tulley
Alguns refratores duplos famosos do século 19 são o telescópio James Lick (91 cm / 36 pol.) E o refrator Greenwich de 28 pol. (71 cm). Um exemplo de um refrator mais antigo é o telescópio Shuckburgh (datado do final dos anos 1700). Um refrator famoso foi o "Trophy Telescope", apresentado na Grande Exposição de 1851 em Londres. A era dos ' grandes refratores ' no século 19 viu grandes lentes acromáticas, culminando com o maior refrator acromático já construído, o Grande Telescópio de Exibição de Paris de 1900 .
No Observatório Real de Greenwich, um instrumento de 1838 chamado telescópio Sheepshanks inclui uma objetiva de Cauchoix. O Sheepshanks tinha lentes de 17 cm de largura e foi o maior telescópio de Greenwich em cerca de 20 anos.
Um relatório de 1840 do Observatório observou o então novo telescópio Sheepshanks com o dubleto Cauchoix:
O poder e a excelência geral deste telescópio tornam-no uma adição muito bem-vinda aos instrumentos do observatório
Nos anos 1900, um famoso fabricante de óptica foi a Zeiss. Um exemplo das principais realizações de refratores, mais de 7 milhões de pessoas foram capazes de ver através do refrator Zeiss de 12 polegadas no Observatório Griffith desde sua inauguração em 1935; esta é a maioria das pessoas que viram através de qualquer telescópio.
Os acromáticos eram populares na astronomia para fazer catálogos de estrelas e exigiam menos manutenção do que os espelhos de metal. Algumas descobertas famosas usando acromáticos são o planeta Netuno e as Luas de Marte .
Os acromáticos longos, apesar de terem uma abertura menor do que os refletores maiores, eram frequentemente preferidos por observatórios de "prestígio". No final do século 18, a cada poucos anos, um refrator maior e mais longo era lançado.
Por exemplo, o Observatório de Nice estreou com refrator de 77 centímetros (30,31 pol.), O maior na época, mas foi ultrapassado em apenas alguns anos.
Refratores apocromáticos
Os refratores apocromáticos têm objetivas construídas com materiais especiais de dispersão extra baixa. Eles são projetados para trazer três comprimentos de onda (normalmente vermelho, verde e azul) em foco no mesmo plano. O erro de cor residual (espectro terciário) pode ser reduzido a uma ordem de magnitude menor do que a de uma lente acromática. Esses telescópios contêm elementos de fluorita ou vidro especial de dispersão extra baixa (ED) na objetiva e produzem uma imagem muito nítida que é virtualmente livre de aberração cromática. Devido aos materiais especiais necessários na fabricação, os refratores apocromáticos são geralmente mais caros do que os telescópios de outros tipos com uma abertura comparável.
No século 18, Dollond, um popular fabricante de telescópios duplos, também fez um trigêmeo, embora não fossem realmente tão populares quanto os telescópios de dois elementos.
Um dos famosos objetivos dos trigêmeos é o trigêmeo Cooke , conhecido por ser capaz de corrigir as aberrações de Seidal. É reconhecido como um dos projetos de objetiva mais importantes no campo da fotografia. O trio Cooke pode corrigir, com apenas três elementos, para um comprimento de onda, aberração esférica , coma , astigmatismo , curvatura de campo e distorção .
Considerações técnicas
Os refratores sofrem de aberração cromática e esférica residual . Isso afeta as proporções focais mais curtas mais do que as mais longas. É provável que um refrator acromático de 100 mm (4 pol.) F / 6 exiba uma margem de cor considerável (geralmente um halo roxo ao redor de objetos brilhantes). Uma f / 16 de 100 mm (4 pol.) Tem pouca margem de cor.
Em aberturas muito grandes, há também um problema de flacidez da lente , resultado da deformação do vidro pela gravidade . Uma vez que uma lente só pode ser mantida no lugar pela borda, o centro de uma lente grande cai devido à gravidade, distorcendo as imagens que produz. O maior tamanho prático de lente em um telescópio refrator é de cerca de 1 metro (39 pol.).
Existe um outro problema de defeitos do vidro, estrias ou pequenas bolhas de ar presas dentro do vidro. Além disso, o vidro é opaco para certos comprimentos de onda , e mesmo a luz visível é escurecida pela reflexão e absorção quando cruza as interfaces ar-vidro e passa através do próprio vidro. A maioria desses problemas é evitada ou diminuída em telescópios refletores , que podem ser feitos em aberturas muito maiores e que praticamente substituíram os refratores para pesquisas astronômicas.
O ISS-WAC no explorador 1 / 2 utilizada uma lente de 6 centímetros (2,36 "), lançado para o espaço no final de 1970, um exemplo da utilização de refractários no espaço.
Aplicativos e realizações
Os telescópios refratários eram conhecidos por seu uso em astronomia, bem como para visualização terrestre. Muitas das primeiras descobertas do Sistema Solar foram feitas com refratores singletes.
O uso de ótica telescópica refratária é onipresente na fotografia e também na órbita terrestre.
Uma das aplicações mais famosas do telescópio refrator foi quando Galileu o usou para descobrir as quatro maiores luas de Júpiter em 1609. Além disso, os primeiros refratores também foram usados várias décadas depois para descobrir Titã, a maior lua de Saturno, junto com mais três das luas de Saturno.
No século 19, telescópios refratários foram usados para trabalhos pioneiros em astrofotografia e espectroscopia, e o instrumento relacionado, o heliômetro, foi usado para calcular a distância de outra estrela pela primeira vez. Suas aberturas modestas não levaram a tantas descobertas e normalmente tão pequenas na abertura que muitos objetos astronômicos simplesmente não eram observáveis até o advento da fotografia de longa exposição, quando a reputação e peculiaridades dos telescópios refletivos estavam começando a exceder as dos refratores. Apesar disso, algumas descobertas incluem as Luas de Marte, uma quinta Lua de Júpiter e muitas descobertas de estrelas duplas, incluindo Sírius (a estrela Cachorro). Refatores eram freqüentemente usados para astronomia posicional, além de outros usos em fotografia e visualização terrestre.
Singlets
As luas galileanas e muitas outras luas do sistema solar foram descobertas com objetivas de elemento único e telescópios aéreos.
Galileo Galilei descobriu os satélites galileanos de Júpiter em 1610 com um telescópio refrator.
A lua do planeta Saturno, Titã , foi descoberta em 25 de março de 1655 pelo astrônomo holandês Christiaan Huygens .
Doublets Em 1861, descobriu-se que a estrela mais brilhante no céu noturno, Sirius, tinha uma companheira estelar menor usando o telescópio refrator Dearborn de 18 e meia polegada.
Por volta do século 18, os refratores começaram a ter grande competição com os refletores, que podiam ser bem grandes e normalmente não sofriam do mesmo problema inerente com aberração cromática. No entanto, a comunidade astronômica continuou a usar refratores duplos de abertura modesta em comparação com os instrumentos modernos. Descobertas notáveis incluem as Luas de Marte e uma quinta lua de Júpiter, Amalteia .
Asaph Hall descobriu Deimos em 12 de agosto de 1877 por volta das 07:48 UTC e Phobos em 18 de agosto de 1877, no Observatório Naval dos Estados Unidos em Washington, DC , por volta das 09:14 GMT (fontes contemporâneas, usando a convenção astronômica pré-1925 que começou o dia ao meio-dia, dê a hora da descoberta como 11 de agosto 14h40 e 17 de agosto 16h06 ( hora média de Washington, respectivamente).
O telescópio usado para a descoberta foi o refrator (telescópio com lente) de 26 polegadas (66 cm) então localizado em Foggy Bottom . Em 1893, a lente foi remontada e colocada em uma nova cúpula, onde permanece até o século XXI.
A lua de Júpiter, Amalthea, foi descoberta em 9 de setembro de 1892 por Edward Emerson Barnard usando o telescópio refrator de 36 polegadas (91 cm) no Observatório Lick . Foi descoberto por observação visual direta com o refrator de lente dupla.
Em 1904, uma das descobertas feitas com o Grande Refrator de Potsdam (um telescópio duplo com dois dupletos) foi do meio interestelar . O astrônomo Professor Hartmann determinou a partir de observações da estrela binária Mintaka em Orion, que havia o elemento cálcio no espaço intermediário.
- Trigêmeos
O planeta Plutão foi descoberto olhando para fotografias (ou seja, 'placas' no vernáculo da astronomia) em um comparador de piscar tirado com um telescópio refrator, um astrógrafo com lentes de 3 elementos de 13 polegadas.
Lista dos maiores telescópios refratários
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Exemplos de alguns dos maiores telescópios refratários acromáticos, com mais de 60 cm (24 pol.) De diâmetro.
- Grande Telescópio de Exposições de Paris de 1900 (1,25 m ou 49 pol.) - desmontado após a exposição
- Observatório Yerkes (101,6 cm ou 40 pol.)
- Telescópio solar sueco de 1 m (98 cm ou 39 pol.)
- Observatório Lick (91 cm ou 36 pol.)
- Observatório de Paris Meudon Grande Refrator (83 cm (33 pol.), + 62 cm (24 pol.))
- Grande Refrator de Potsdam (80 cm (31 pol.), + 50 cm (20 pol.))
- Observatório de Nice (77 cm ou 30 pol.)
- John Wall (76,20 cm ou 30 polegadas ) telescópio de refração dialito - o maior refrator construído por um indivíduo, no Hanwell Community Observatory
- Refrator Grubb de 28 polegadas no Observatório Royal Greenwich , lentes de abertura (71 cm ou 28 polegadas)
- Observatório Grande Refrator de Viena , (69 cm ou 27 pol.)
- Observatório Archenhold - o telescópio refrator mais longo já construído (comprimento focal de 68 cm ou 27 x 21 m ou 69 pés)
- Refrator do Observatório Naval dos Estados Unidos, (66 cm ou 26 pol.)
- Refrator Newall no Observatório Nacional de Atenas (62,5 cm ou 24,6 pol.)
- Observatório Lowell (61 cm ou 24 pol.)
Veja também
- Astrograph
- Unilens de Baden-Powell
- Telescópios catadióptricos
- Lista dos maiores telescópios de refração óptica
- Lista dos maiores telescópios ópticos historicamente
- Lista de tipos de telescópio
- Telescópio refletor
- Diagonal da estrela
- Heliômetro