Cómo funciona un telescopio

Antes de explicar cómo funciona un telescopio vamos a responder a una pregunta aún más básica: ¿Qué es un telescopio?

Qué es un telescopio

“Un telescopio es un instrumento óptico que permite observar objetos lejanos con mucho más detalle”.

WIKIPEDIA

Como dice la wiki, un telescopio es un instrumento que nos permite ver imágenes aumentadas de objetos lejanos, con lo que podemos verlos con mucho más detalle. Pero otra de las propiedades fundamentales de los telescopios es que, al concentrar la luz de esos objetos lejanos, los hacen más luminosos, lo que nos permite ver objetos que no seríamos capaces de percibir a simple vista por ser demasiado débiles.

Cómo funciona: concepto básico

Como acabamos de ver, las principales funciones de un telescopio son dos:

• aumentar la imagen de objetos lejanos,
• hacerlos más luminosos.

¿Y cómo lo hace? Mediante un elemento óptico (llamado objetivo) que se encarga de captar y concentrar la luz de esos objetos. Este elemento óptico puede ser una lente (o más de una) en el caso de un telescopio refractor, o un espejo en el caso de un telescopio reflector (o de un catadióptrico). El objetivo concentra la luz de los objetos que estemos observando en una zona llamada plano focal.

Al concentrar toda la luz captada por el objetivo en una zona mucho más pequeña (el plano focal), la imagen que ofrece el telescopio es mucho más luminosa que la que se vería a simple vista, y será más luminosa cuanto mayor sea el objetivo.

Formación de la imagen en el plano focal

Al concentrar la luz de un objeto en el plano focal, se forma en ese plano una imagen real e invertida de ese objeto.

Una imagen real se puede proyectar sobre una pantalla o sobre un sensor. Si quieres puedes hacer un experimento para verlo. Solo necesitas un teléfono móvil y una lupa (que hará el papel del objetivo del telescopio). En una habitación lo bastante oscura apunta con la pantalla del móvil a la pared y pon la lupa en medio. Ve cambiando la distancia entre la lupa, el móvil y la pared y llegará un momento en que verás en la pared una imagen invertida y bien enfocada de la pantalla del móvil.

Para hacer astrofotografía o algún otro tipo de estudio (como medir la luminosidad de una supernova o la composición de una nebulosa, por ejemplo), se colocan los sensores a utilizar (como un fotómetro, un espectrómetro o el sensor de una cámara de fotos digital) en el plano focal. Así la imagen proyectada por el objetivo se forma directamente sobre el sensor.

La fotografía realizada usando esa técnica se conoce como fotografía a foco primario.

Observación visual

Ya hemos visto que el objetivo forma en el plano focal una imagen del objeto que queremos ver, y que esa imagen se puede captar usando cámaras u otros sensores. Pero si lo que queremos es hacer observación visual, esa imagen no nos vale: además de ser muy pequeña, el ojo humano no la puede enfocar. Para hacer astronomía visual nos hace falta un elemento más: el ocular.

El ocular es un elemento óptico compuesto por lentes que se encarga de formar, a partir de la imagen que da el objetivo, una imagen que pueda ser observada por el ojo humano.

Aumentos del telescopio

Ya hemos visto que la imagen virtual que nos da el ocular está aumentada respecto a la imagen original. Ahora vamos a ver cómo calcular ese aumento, pero para eso primero tenemos que explicar un concepto: el tamaño angular.

Tamaño angular

Cuando el ojo humano percibe un objeto, no percibe su tamaño real, sino cuánto ocupa ese objeto en su campo visual (su tamaño aparente). El mismo objeto lo veremos más grande o más pequeño dependiendo de lo cerca o lejos que esté. Una forma de medir el tamaño aparente de un objeto es usando el tamaño angular: la medida del ángulo que se forma entre los extremos del objeto tomando como vértice el ojo del observador.

Cuando un objeto se aleja lo vemos más pequeño (su tamaño angular disminuye) y cuando se acerca lo vemos más grande (su tamaño angular aumenta).

Objetos con el mismo tamaño angular se ven igual de grandes, aunque su tamaño real sea muy diferente.

Resumiendo: cuanto mayor sea el tamaño angular de un objeto, más grande lo veremos.

Cálculo de los aumentos

Ya hemos visto que le imagen que nos da un ocular está aumentada respecto a la original: el tamaño angular de la imagen final es mayor que el tamaño angular de la imagen inicial. La relación entre estos dos ángulos nos dará los aumentos que nos está ofreciendo ese ocular.

Aumento = Tamaño angular final / Tamaño angular inicial = β / α

Haciendo un poco de trigonometría, teniendo en cuenta que los tamaños angulares de los objetos celestes suelen ser muy pequeños y que la focal del objetivo es la focal del telescopio, llegamos a la ecuación final del cálculo de los aumentos:

Aumento = β / α = Focal telescopio / Focal ocular

Como se deduce de esa ecuación, cuanto mayor es la focal del telescopio y menor la focal del ocular, mayores serán los aumentos obtenidos. De hecho, teniendo en cuenta que los oculares son intercambiables, si queremos observar algún objeto con más aumentos, solo tenemos que cambiar el ocular que estemos usando por otro que tenga una focal más corta (eso sí, siempre que no superemos los aumentos máximos que aguante el telescopio o que nos permita la turbulencia atmosférica esa noche).