el telescopio 8

8/6/2019 El telescopio 8

1/5

Captulo 8: El telescopio en las condiciones reales de empleoDel libro: El telescopio del aficionado de Jean Texereau

Pgina mantenida por: Jorge Lpez [email protected] mi pgina: www.geocities.com/jorgealm22

Actualizada el 03-sep-2003

8. El instrumento en las condiciones reales de empleo

Dificultades de uso de un telescopio de mediana potenciaSomos ya los poseedores de un telescopio pticamente irreprochable y bien centrado. Vamos a obtenerautomticamente las satisfacciones prometidas por el dimetro del objetivo? Ciertamente que no; la partede trabajo que queda por hacer es la ms difcil de aceptar y tanto ms cuanto mayor es el dimetro delinstrumento.

La tcnica de la observacin con un instrumento mediano merecera una larga exposicin que nopodemos pensar en incorporar a estas notas de constructor. Debe suponerse que quien usa un telescopiode 200 mm posee ya alguna experiencia como observador, adquirida ms fcilmente con un pequeoanteojo. Apuntar el instrumento, ponerlo a foco, seguir el astro, evitar las vibraciones de la montura,elegir el ocular, tomar un croquis, adquirir una educacin del ojo, son pequeos problemas simples queun poco de prctica permite dominar fcilmente. En tanto el instrumento es considerado como colector deluz, no existe gran dificultad en lograr el resultado esperado; por ejemplo, la observacin de estrellasvariables con aumentos relativamente dbiles y la toma de fotografas en el foco newtoniano, sonfcilmente realizables aun para las magnitudes lmites que el espejo puede revelar. Las sorpresas lleganen el momento en que se quiere, adems aprovechar todo el poder separador terico del espejo; laobservacin de estrellas dobles muy prximas y todava ms, las tenues manchas planetarias, presentandificultades que crecen rpidamente con la abertura. La gran fuente de disgustos a este respecto es lo queen conjunto se llama turbulencia atmosfrica y puesto que esta cuestin atae a la responsabilidad delconstructor, no podemos ignorarla.

Hasta el momento hemos supuesto que las superficies de onda incidentes llegan al objetivo siendo planas;de hecho, antes de alcanzarnos, los rayos luminosos emitidos por una estrella deben atravesar laatmsfera, que est lejos de ser un medio pticamente homogneo; el aire caliente no tiene el mismondice de refraccin que el aire fro; las corrientes de aire a temperaturas diferentes deforman entonces de

manera variable y compleja las superficies de onda transmitidas. Si suponemos que el telescopio abarcaun haz de cierto ancho, la onda se presentar muy perturbada. Lord Rayleigh ha expresado con unafrmula cmoda1 el desfasado producido en el aire sobre una longitud de l centmetros por unadiferencia de t C:

6101,1 = tl

De este modo, para 0,56 m puede resultar una diferencia de marcha de /4 para una diferencia trmicade solo 0,13 C en una longitud de un metro a nivel del mar. Lo asombroso es que todava puedeobtenerse al nivel del suelo una imagen til con un haz de varios decmetros de dimetro. Normalmente, agran altura, las anomalas son bastante grandes y superpuestas en espesor en nmero suficiente para daren promedio una superficie de onda no muy deformada; por el contrario, los remolinos localizados cerca

del instrumento que se elevan de todos los radiadores de calor comenzando por el mismo espejo alcomienzo de la noche, son estrechos pero de fuerte pendiente; la superficie de onda es entonces deshechay la imagen destruida. Se comprende la utilidad de distinguir entre los diferentes niveles de perturbacinpuesto que los ms graves son tambin los ms prximos a nosotros y debemos intentar hacer algo paraanularlos.

No es posible tratar semejante tema con el mismo rigor que una cuestin cmoda como es la forma de unespejo; el error consistir en creerlo menos importante por ser matemticamente intrincado y sin interspedaggico. Para el observador, no solamente la cuestin es del programa, sino que ella domina todassus posibilidades. Insistiremos sobre esta cuestin puesto que frecuentemente escuchamos a losprincipiantes, que en apariencia son sicolgicamente incapaces de situar la verdadera dificultad, atribuirsus disgustos a causas irrisoriamente secundarias como un pequeo defecto de parabolizacin o unadeformacin trmica de su espejo.

1 Scientific Papers, vol. III, pg. 102.


2/5




Clases de turbulencia

nicamente por razones de comodidad de anlisis distinguimos tres clases de turbulencia, aunque enrealidad no existen transiciones bruscas entre ellas:

1. Turbulencia dentro del instrumento. Apuntemos el telescopio sobre una estrella brillante o mejorsobre un planeta cuyo dimetro aparente sea con preferencia de 10 a 20. Retiremos el ocular yefectuemos la experiencia de Foucault utilizando a modo de hoja de cuchillo el borde de una tarjetade visita apoyada sobre la montura del portaocular. Aun con una montura azimutal, basta un poco deprctica para bisectar la imagen durante uno o dos segundos y rectificar la puesta a punto de nuestrocuchillo segn el sentido del desplazamiento de la sombra. En lugar de la extincin uniforme delespejo, que debera observarse como en el centro de curvatura de un esfrico, se ven pasar frente alespejo sombras muy contrastadas producidas por vetas de aire pticamente heterogneo. En la figura70 damos algunos ejemplos de posibles aspectos imitados en el laboratorio con un espejo esfrico detaller de 300 mm de dimetro, 5.500 mm de radio de curvatura y que no tiene en s ms que defectosde 1 2/100 de onda.

Fig. 70: Ejemplos de turbulencia

La frmula Rayleigh muestra con claridad que no hay que esperar la obtencin de imgenescompletamente libres de perturbaciones. La figura 70A ilustra los remolinos dbiles (aproximadamente/10), extensos y muy lentos que existen en un stano; sera necesario un tiempo de exposicin de variosminutos para integrarlos y revelar los defectos de forma reales del espejo.

Anomalas de este gnero apenas alteran la mancha de difraccin de una estrella; nicamente se observan

pequeos cambios de brillo sobre el primer anillo de difraccin y deformaciones pasajeras del falso disco.Supongamos tambin que se espera conseguir una mayor homogeneidad, removiendo el aire cerca delespejo por medio de un ventilador. La figura 70B (ventilador de 20 cm de dimetro colocado a 60 cm a laizquierda del espejo) muestra el lamentable resultado obtenido: los rpidos remolinos rompen la onda enfragmentos de 5 a 6 cm, fuertemente inclinados; los desfasados son del orden de /2. La imagen de unaestrella se altera considerablemente y la energa se distribuye en los primeros anillos de difraccin, que serompen en arcos mviles muy brillantes; no obstante, el falso disco permanece visible, pero la deteccinde un compaero dbil resultara muy difcil. Solamente para turbulencias dentro del tubo, que sontodava ms graves, el ventilador podra mejorar las superficies de onda.

Las paredes del tubo del telescopio, muy largas en el sentido de los rayos incidentes, son la sede deintercambios trmicos que pueden resultar molestos. El aspecto fotogrfico en la figura 70C correspondea un tubo corto (10 cm) que slo tena 1 cm ms que el dimetro del espejo y una temperatura 5 mselevada que la del aire ambiente. Se comprueba la formacin de grandes remolinos de lentosdesplazamientos que afectan a fracciones importantes de la superficie de onda; adems, una envoltura de


3/5



Actualizada el 03-sep-20033 cm de espesor rodea las paredes del tubo y produce en el borde derecho del espejo un desfasadosensiblemente superior a una franja. La imagen es ondulante pero contina siendo utilizable aunquedesde luego, est afectada por la notable aberracin zonal producida por la envoltura.

Efectos mucho ms nefastos se observan en el interior de un tubo metlico muy estrecho; los remolinosson entonces rpidos y numerosos; la perturbacin existe permanentemente en el borde de una paredmetlica y para evitarla es necesario dar al tubo un dimetro 10 cm ms grande que el del espejo. El tubodel telescopio estndar, no obstante su seccin un poco justa, da buenos resultados, en parte debida a suforma cuadrada, pero sobre todo a causa de sus paneles de madera triplex que irradian muy poca energa.Efectos trmicos menos graves se observan en el borde de piezas metlicas inevitablemente interpuestasen el haz: la montura del espejo secundario y las lminas de soporte. El lector hallar en LAstronomie1un artculo especial de A. Couder a este respecto.

La figura 70D muestra un ejemplo de enormes perturbaciones, extremadamente rpidas, muy estrechas ymuy inclinadas, que existen a 50 cm por encima de la llama de una vela. Apenas hay necesidad de decirque la imagen de difraccin se desvanece en una mancha 50 veces ms grande, constituida por unenjambre de gusanos luminosos. No se requiere una destruccin tan completa de la imagen para impedir

toda observacin til; vetas turbulentas, prcticamente tan perjudiciales, se elevan de las piezas metlicasde una montura ecuatorial, del suelo y del notable radiador que constituye el observador. Todos lostalladores de espejos se han divertido examinando en el Foucault los remolinos que se elevan de la manode una persona interpuesta en el haz cerca del espejo. Se comprende que un tubo armazn de metalestar prcticamente siempre recorrido por estos remolinos casi inevitables. Para dar buenos resultados, elarmazn deber tener una seccin mucho ms grande que el haz y estar provisto de un tubo interiorcompleto, muy liviano y de material mal conductor (madera porosa como triplex, conglomerado, icopor,cartn ondulado, fibra de vidrio), para apartar del haz todos los remolinos exteriores y los emitidos porlos largueros metlicos; tambin deber ser hermtico a las corrientes de aire, que debern cuidarseespecialmente del lado del espejo. El ideal consistira en cerrar el orificio superior de este tubo con unvidrio estanco, hecho de vidrio de ptica de caras planas y paralelas2; la construccin de esta lmina,mucho ms trabajosa que el espejo principal, no tendra nada de imposible para un aficionado experto, pero el simple gasto en vidrio de ptica de primera clase, sera ya considerable para un instrumentoinferior a unos 30 cm, para el cual un tubo bien estudiado rinde resultados satisfactorios.

2. Turbulencia local. Naturalmente, en la vecindad del instrumento y hasta varios centenares de metrosexisten fuentes de perturbacin que no podemos apartar del haz. Sin embargo, tambin la respiracindel observador puede ser apartada por un deflector liviano prolongado aproximadamente 40 cm deltubo propiamente dicho. Si el instrumento apunta un astro un poco elevado, la influencia del suelo sereduce rpidamente. El viento lateral, atacando oblicuamente la abertura del telescopio, produce porel contrario graves remolinos espirales particularmente marcados si el aire ha rozado un techocaliente. Las peores condiciones locales se encuentran dentro de una pieza de apartamento apuntandoel instrumento a travs de una ventana; aun despus de un equilibrio trmico aproximado de la pieza,subsiste un rgimen arremolinado irregular pero permanente que no deja gran esperanza de utilizarcon provecho aumentos superiores a 100 150. A pesar de todo, aquellos que no puedan observar de

otro modo no deben descorazonarse; con un poco de perseverancia encontrarn circunstanciasfavorables en ciertas pocas del ao (por lo comn en primavera en los pases con estaciones) o haciael final de la noche. Cuando el rgimen trmico est invertido y el aire exterior es ms clido que elinterior3, es posible obtener buenas imgenes. Si no fuera as, casi todos los instrumentosastronmicos colocados bajo una cpula seran inutilizables para los trabajos que requieren un gran

1 LAstronomie, tomo 63, pg. 2532 De hecho, los telescopios comerciales tipo Smith Cassegrain y Maksutov Cassegrain cumplen con esto,pero son mucho ms costosos que los newtonianos.3 Cuando se saca el instrumento de una habitacin con aire acondicionado al exterior ms fro y hmedo,se forma sobre las superficies pticas una capa de roco que puede demorar hasta media hora endesaparecer. Para remediarlo, el telescopio debe permanecer en una habitacin a la misma temperatura

exterior, o sacarlo del aire acondicionado con suficiente tiempo de anticipacin a la observacin. Losproveedores de partes para telescopio ofrecen dispositivos para calentar elctricamente la parte hmeda,denominados dew remover.


4/5



Actualizada el 03-sep-2003poder resolvente. Al aire libre las condiciones generalmente son mejores; hay que evitar las terrazasde cemento armado, muy grandes, expuestas al sol durante el da, los muros, y de modo generaltodos los radiadores prximos de gran capacidad trmica. La configuracin del terreno es tambinimportante; el aire se eleva segn las lneas de conveccin; las posiciones en lugares cortados a pico

y con la visual parcialmente obstruida por una colina son a priori desfavorables; no obstante, noexisten reglas absolutas; la experiencia es la que decide en todos los casos. El aire clido o enfriadoque circula cerca de una fuente alejada, produce aspectos fciles de confundir con la turbulencia degrandes alturas; la prueba de Foucault no muestra remolinos netos relativamente lentos, sinofluctuaciones locales grandes y muy rpidas para ser interpretadas por la observacin directa. No esposible enfocar el ocular sobre estos remolinos como puede hacerse en el caso de la turbulencia dealtura. Para nosotros las mejores condiciones locales (la eleccin del lugar geogrfico es otra cosa) selograrn en terreno llano con suelo cubierto de csped, el instrumento montado sobre un pilar avarios metros de altura, la tarima de observacin soportada por una ligera armazn de madera, elabrigo sostenido por la misma armazn mucho ms grande y ms alta que el instrumento, tabique ytecho de doble pared y techo corredizo hacia el norte1. Las cpulas mejores tienen igualmentetabiques calorfugos, un dimetro muy grande con relacin al volumen del instrumento y una granventana que puede esperarse desprovista de grandes remolinos en la mitad central.

3. Turbulencia a gran altura. El tema es importante, pero escapa a nuestro dominio. Especialmente,trataremos de distinguir esta fuente de perturbacin de las precedentes. Cuando el nivel de la capaturbulenta est a varios kilmetros de distancia, las modificaciones de inclinacin del orden delsegundo de arco pueden traducirse para el observador por desviaciones laterales del orden deldecmetro. A ojo desnudo el observador no recibe siempre la misma energa, ve la estrella titilar yeste titileo es una indicacin de turbulencia a gran altura cuando ninguna fuente terrestre alejadapuede intervenir, como en el caso de una estrella un poco alta. Utilizando un haz un poco ms anchoque el ojo, las fluctuaciones de la energa total admitida estn muy atenuadas, pero se observanvariaciones de brillo locales sobre la superficie de la onda; stas son las sombras volantes. Bastadirigir el telescopio sobre una estrella brillante (no un planeta), retirar el ocular y colocar el ojo cercadel foco acomodndolo sobre la superficie del espejo como para hacer la prueba de Foucault, pero

sin emplear la hoja de cuchillo. Se ven desfilar rpidamente estras ms o menos anchas, casi peridicas (de 5 a 10 cm por lo comn), dbilmente contrastadas si las circunstancias no sonexcepcionalmente malas; con frecuencia dos sistemas superpuestos en espesor tienen direccionesdistintas. El lector interesado se remitir con provecho a un reciente estudio de Gaviola, que incluyefotografas de estos aspectos2; este anlisis da una nueva explicacin ingeniosa de las alteraciones dela mancha de difraccin con gran parte de la energa proyectada a los trozos de los primeros anillos;explicacin que tiene en cuenta las propiedades de red de fase que constituye una superficie de ondaperturbada por estras.

Tomemos un ocular mediano y observemos el limbo lunar. Enfoqumoslo cuidadosamente sobre losdetalles topogrficos de la Luna: el borde del limbo nos parecer ondulante; tiremos el ocular haciaafuera: las ondulaciones nos parecern ms netas y mejor contrastadas; dicho brevemente, puedenenfocarse, (en la medida en que esto tiene sentido) sobre la capa turbulenta. Conocidas las diferencias de

enfoque de longitud focal del objetivo es fcil calcular la distancia de la capa turbulenta; se la encuentrapor lo comn a 3 4 Km. El nico remedio contra la turbulencia atmosfrica, generalmente impracticable para el aficionado, es el de emigrar a un lugar privilegiado; las planicies elevadas semidesrticas(Flagstaff) o a veces un pico aislado (Pic du Midi, Mount Hamilton) son los lugares ms reputados.

Conclusin

No deseamos terminar estas consideraciones con una nota pesimista injustificada. Por de pronto, losresultados obtenidos por ms de 150 colegas con sus telescopios estndar, muestran que un 20 cm esrelativamente fcil de aprovechar seriamente en las ms diversas condiciones.

1 Se refiere a las horas de insolacin; en el hemisferio norte hacia el norte, en el sur hacia el sur, y ennuestra zona trrida, hacia el lado contrario de donde se encuentre el sol al medio da durante el ao.2

E. Gaviola, On seeing fine structure of stellar images and inversion stellar spectra (Sobre visin.Estructura fina de las imgenes estelares e inversin del espectro estelar), Astronomical Journal, tomo 54,No. 1.178.


5/5




Por sobre todo, hemos deseado evitar desilusiones a aquellos que construyen de primera intencintelescopios de ms de 30 cm de abertura, y procurando ayudarles a lograr al menos una fraccinrespetable del poder separador; por ello no hemos limitado el papel del constructor, a resolver cuestiones

fciles como es el tallado de un espejo parablico. Es necesario entender que una sola ejecucin de unhermoso instrumento queda desprovista de significado si no se es capaz de extraer resultados en relacinal cuadrado del dimetro del espejo. El observador que se limite a comprobar que la imagen est agitada,estar derrotado de antemano. En cambio, si la experiencia ganada durante la construccin de sutelescopio, agrega luego un estudio sistemtico de los factores que gobiernan su uso, llegar a dominar elinstrumento y las condiciones y circunstancias que encuadran sus observaciones.

el telescopio 8

Documents