Cómo hacer un telescopio astronómico
La fuente de luz de un objeto distante se considera luz paralela. Según los principios ópticos, cuando la luz paralela pasa a través de una lente convexa o un reflector cóncavo esférico, se enfocará en un punto, que es el foco. . La distancia entre el punto focal y la lente del objetivo es la distancia focal. En este momento, se puede utilizar una lente convexa o un ocular con una distancia focal más corta que la lente del objetivo para ampliar la imagen. El observador siente que el paisaje distante se ha ampliado y puede verlo con especial claridad.
O=lente objetivo E=ocular f=distancia focal fo=distancia focal de la lente objetivo fe=distancia focal del ocular D=apertura de la lente objetivo d=diagonal
El refractor está compuesto por un conjunto de lentes y un reflector Consta de un espejo esférico cóncavo recubierto con una superficie metálica reflectante y un espejo plano que refleja a 90 grados con respecto a la fuente de luz. La absorbancia de ambos es aproximadamente la misma.
Cada uno de los refractores y reflectores tiene sus propias ventajas, que se analizarán por separado a continuación:
Ventajas de los telescopios refractores
1. Estabilización de imagen El cilindro del refractor. El telescopio está sellado, lo que puede evitar la convección del aire.
2. La corrección del coma utiliza diferentes combinaciones de lentes para corregir el coma (cometa).
3. Mantenga el sello del espejo principal para evitar la corrosión por el polvo y el aire, y básicamente no requiere mantenimiento.
Desventajas de los telescopios refractores 1. Aberración cromática: se obtienen imágenes de ondas de luz de diferentes longitudes de onda cerca del foco, por lo que aparecerá un halo de color alrededor de la imagen del telescopio. Para corregir la aberración cromática, es necesario agregar lentes con diferentes índices de refracción, pero no es fácil corregir una lente de gran apertura.
2. Longitud del tubo de la lente. Para eliminar la aberración cromática, la distancia focal diseñada del telescopio debe ser lo más larga posible, que es aproximadamente quince veces la apertura del espejo principal. Calculada en base a una apertura de seis pulgadas, tiene dos metros y medio de largo. Es muy incómodo de usar. Los fabricantes de lentes aficionados tienen que construir una lente con una longitud tan larga. Es muy difícil construir un trípode con alta estabilidad.
3. El elevado precio está relacionado con que la luz tiene que atravesar la lente, por lo que se debe utilizar cristal de alta definición y buena calidad, lo que encarecerá mucho el precio. ¡El precio es de varias a diez veces más caro que el de un reflector del mismo calibre!
Ventajas de los telescopios reflectores
1. Aberración pancromática. Cualquier luz visible se enfoca en un punto.
2. El tubo de la lente es corto. Por lo general, la longitud del tubo de la lente es solo 8 veces el diámetro del espejo primario, por lo que es aproximadamente 2 veces más corto que el tubo de la lente refractiva. El cañón corto es fácil de operar y facilita la construcción de un trípode estable.
3. Precio económico: la luz solo se refleja en la superficie del espejo principal, por lo que los fabricantes de espejos pueden comprar vidrio común más económico para fabricar la pieza del espejo principal.
Desventajas de los telescopios reflectores
1. Bloquean la luz. El espejo oblicuo se coloca delante del espejo principal, bloqueando parte de la luz incidente. El soporte del espejo oblicuo produce un arco y los tres o cuatro soportes forman una estrella de luz emitida por seis o cuatro rayos. Se puede utilizar un diseño de relación focal de ocho a diez para reducir la tasa de sombreado.
2. La imagen es inestable. Los tubos abiertos suelen producir fenómenos de convección y es difícil resolver este problema por completo. Por lo tanto, no es fácil ver las partes finas de la superficie del planeta con un gran aumento.
3. El espejo principal se deformará debido a cambios de temperatura y factores mecánicos, lo que provocará que el espejo principal se deforme y el enfoque cambie en consecuencia, formando una aberración esférica que se refiere al enfoque de rayos de luz paralelos cerca. las líneas laterales del espejo principal y el eje óptico en diferentes lugares, pero los espejos de pequeño diámetro no tendrán este problema.
4. Mantenimiento: La superficie del espejo principal está revestida con piel de burro o plata. Afectada por la contaminación del aire, es necesario volver a revestirla cada seis meses. Pero un buen espejo de galvanoplastia al vacío se puede mantener durante varios años.
El telescopio refractor está compuesto por dos lentes, con un total de 10 lentes. Necesita pulir cuatro superficies ópticas, mientras que el telescopio reflector solo necesita pulir una superficie óptica, por lo que lleva menos tiempo de fabricación. El telescopio reflector. Mientras la tecnología sea buena, la calidad de un telescopio reflector casero de seis pulgadas siempre superará la de un telescopio refractor de tres pulgadas disponible comercialmente. La elección del telescopio depende de las necesidades y preferencias del astrónomo. Normalmente, los telescopios refractores con una apertura de menos de cuatro pulgadas son suficientes para fines de observación generales. Si está interesado en observar planetas o estrellas dobles, debería diseñar un telescopio reflector de gran aumento de veinte centímetros, porque un telescopio refractor de apertura tan grande es difícil de construir, muy caro y muy voluminoso.
En términos de asequibilidad y dificultad, los telescopios reflectores caseros son los más adecuados para principiantes.
Diseño de telescopios reflectores
Hay muchos diseños de telescopios reflectores, ahora solo discutiremos los simples newtonianos.
La estructura principal de un telescopio newtoniano es una pieza de vidrio esférica o parabólica recubierta con material reflectante. La función del espejo esférico es reflejar la luz paralela en el cielo estrellado al foco, y luego confiar en el pequeño espejo plano óptico colocado frente al foco para reflejar la luz en un ángulo de 90 grados con respecto al borde del tubo del telescopio, y luego usamos una lente convexa para ampliar la imagen, y obtenemos el efecto que debería tener un telescopio común. Sin embargo, los ángulos de reflexión del centro y del lado del espejo esférico son diferentes, por lo que la imagen no puede enfocarse completamente en el mismo punto, lo que resulta en una aberración esférica, pero el paraboloide puede corregir este defecto, de modo que los rayos de luz se alejan; desde el eje óptico también se puede enfocar en el punto desenfocado al mismo tiempo, muy lejos, por lo que el espejo del telescopio de Newton es en realidad un paraboloide. Imagen de espejo esférico Imagen parabólica
El diseño de un telescopio debe tener en cuenta su uso real, si lo usamos para observación o fotografía, cuál es el aumento que necesitamos, etc. Esto introducirá varios aspectos del Factor de uso de telescopios.
Aumento 1 pulgada = 25,4 milímetros (mm) Diámetro (pulgadas) Diámetro (mm) Aumento mínimo efectivo Aumento máximo efectivo
1 25 3,5 50 2 51 7 100 2,5 63 9 125 3 76 10 150 4 100 14 200 6 150 21 300 8 200 28 400 10 250 35 500 12 300 42 600
El aumento de un telescopio es la relación entre las distancias focales de la lente del objetivo y el ocular. En otras palabras, cuanto mayor sea la distancia focal de la lente del objetivo, mayor será el aumento; cuanto más corta sea la distancia focal del ocular, mayor será el aumento. La ampliación también se puede obtener midiendo los diámetros de la pupila de entrada, que suele ser el diámetro del objetivo del telescopio, y la pupila de salida. Cuanto menor sea el aumento, más clara será la imagen y es más adecuado para observar nebulosas oscuras. Se pueden utilizar grandes aumentos para observar estructuras finas en las superficies planetarias, pero la luminosidad es muy débil. El aumento máximo efectivo de cada telescopio es 50 veces el diámetro de la lente del objetivo. Por ejemplo, un telescopio con una apertura de 6 pulgadas puede ampliar 300 veces. Aunque la distancia focal de la lente del objetivo de un telescopio astronómico no se puede cambiar, el aumento del telescopio no es fijo. Se pueden obtener diferentes aumentos cambiando la distancia focal del ocular. Sin embargo, es difícil fabricar oculares. La mayoría de ellos se compran en ópticas y los fabricantes de gafas aficionados sólo pueden fabricar ellos mismos la parte principal del espejo. Es decir: aumento = longitud focal de la lente objetivo / apertura del ocular = diámetro de la pupila de entrada / diámetro de la pupila de salida
Relación focal (Relación focal) La ampliación del telescopio no se puede aumentar infinitamente, es decir, el ocular no puede ser demasiado corto; el más corto también debe ser de unos cuatro milímetros, y la distancia focal de la lente original no puede ser demasiado larga. Por lo general, la relación entre la distancia focal y el diámetro de la lente del objetivo no puede exceder un valor único. Su relación se denomina relación focal. La relación focal es un indicador que se utiliza para expresar las características del telescopio. en la cámara los valores de relación focal se establecen principalmente entre 2,5 y 1. entre 1. Por ejemplo, un telescopio de 6 pulgadas puede tener una distancia focal de hasta 66 pulgadas y tan corta como de 15 pulgadas. El límite de la relación de distancia focal está relacionado con la curvatura del telescopio. Si la relación focal es grande, la diferencia numérica entre la superficie esférica y la superficie parabólica no será demasiado grande y el espejo primario se rectificará hasta formar una superficie esférica. Sin embargo, si la relación de distancia focal es demasiado grande, el tubo del objetivo será muy largo, lo que dificultará su transporte y el trípode no será fácil de fabricar. Si la relación focal es corta, el espejo primario esférico no puede enfocar la luz paralela en un punto, lo que produce una aberración esférica. En este momento, es bastante problemático modificar la superficie esférica para convertirla en un paraboloide. Por otro lado, el tiempo de exposición es proporcional al cuadrado de la relación focal, cuanto menor es la relación focal, más corto es el tiempo de exposición, lo que resulta beneficioso para fotografiar estrellas oscuras, por lo que suele utilizarse para observar o fotografiar nebulosas y estrellas. racimos. La relación de distancia focal es grande, la distancia focal aumenta y el aumento es alto, por lo que se utiliza a menudo para observar planetas.
Es decir: relación de distancia focal = distancia focal/diámetro de la lente objetivo (generalmente escrito como valor F/ o F)
Diámetro de potencia de luz concentrada Diámetro Límite de potencia de luz concentrada Aumento Pulgadas Milímetros Aumento
2,5 63 81 10,8 3 76 118 11,2 4 100 204 11,8 6 150 459 13,0 8 200 820 13,3 10 250 1300 13,8 12 300 1800 14,2 14 350 2500 .5 16 400 3300 14,8 18 450 4100 15,1 20 500 5100 15,3
Apertura del telescopio Cuanto más grande es, mayor es su capacidad de captar luz y mayor es el número de estrellas que se pueden ver. ¿Cuántas veces más fuerte que los ojos? La reunión es la relación entre el cuadrado del diámetro de la lente del objetivo del telescopio y el cuadrado del diámetro de la pupila. Las pupilas humanas se encogen cuando se exponen a la luz durante el día y se expanden lo más posible durante la noche. El diámetro de la expansión oscila entre cuatro y ocho milímetros, siendo el promedio de siete milímetros. Los telescopios son muchas veces más grandes que el ojo humano y, basados en un reflector de 150 mm o seis pulgadas de diámetro, son 495 veces más brillantes de lo que el ojo humano puede ver. Por supuesto, los telescopios con grandes aperturas también pueden observar estrellas más débiles. La relación entre apertura y magnitud se muestra en la figura de la derecha. Las pupilas humanas son fijas, por lo que sólo aumentando el diámetro de la lente del objetivo podemos lograr la capacidad de captar luz, por lo que necesitamos construir un telescopio de gran apertura. Sin embargo, los valores de la superficie esférica y la superficie parabólica de un espejo de gran apertura son muy diferentes y deben pulirse hasta obtener una superficie parabólica. Si los principiantes no dominan la tecnología de pulido, deben comenzar con un espejo de pequeña apertura. Además, los telescopios de gran apertura deben convertirse en trípodes resistentes, precisos y muy estables; de lo contrario, será difícil ajustar el eje óptico y alinear las estrellas. La fabricación mecánica puede llevar más tiempo que el pulido de espejos, lo que puede resultar intimidante para los principiantes. Transportar equipo tan pesado para observar en el campo también es un problema. Después de unos días de arduo trabajo, es posible que deba colocar el telescopio en un rincón de su casa.
Es decir: Potencia de resolución = Diámetro objetivo (mm) al cuadrado/49 Magnitud límite = 1,77 5xlog Diámetro objetivo (mm) = 8,8 5xlog Diámetro objetivo (pulgadas)
Diámetro de potencia de resolución Pulgadas Milímetros Segundos de arco
2,5 63 1,82 3 76 1,52 4 100 1,14 6 150 0 4 100 1,14 6 150 0,76 8 200 0,57 10 250 0,46 12 300 0,38 14 350 0,33 4 00 0,29 18 450 0,25 20 500 0,23
La capacidad de captación de luz y el aumento no indican la calidad de un telescopio. La calidad de un telescopio depende de su poder de resolución, que es la mayor capacidad para separar dos estrellas binarias muy similares. La mayor capacidad para separar dos estrellas binarias muy similares. Un espejo de seis pulgadas con alta resolución e imágenes claras de estrellas es mucho más práctico que un espejo de gran diámetro de diez pulgadas con una gran capacidad de captación de luz. Las observaciones astronómicas requieren lentes ópticas de la más alta calidad. Si solo se pueden ver imágenes borrosas de las estrellas, entonces un espejo con una gran apertura es de poca utilidad, por lo que solo se puede usar para ver el paisaje. El astrónomo aficionado británico Dawes calculó la resolución máxima de apertura del telescopio basándose en su experiencia en la observación de estrellas dobles. Este es el famoso límite de Dawes. La resolución más alta de un telescopio de seis pulgadas es de 0,76 segundos de arco. Aunque la observación de las estrellas se ve afectada por el flujo atmosférico, la resolución se reducirá a un segundo de arco. Sin embargo, ya es mejor que el ojo desnudo, que sólo puede distinguir dos estrellas. que están separadas por más de un minuto de arco. La capacidad de la estrella binaria es 60 veces mayor.
De acuerdo con las necesidades y habilidades de los entusiastas de la astronomía, los principiantes son más adecuados para hacer un telescopio newtoniano de fabricación propia con una apertura de 6 pulgadas, una distancia focal de 48 pulgadas y una relación de longitud focal de 8, porque el espejo principal solo necesita Para ser molido en una superficie esférica, el cilindro de la lente es corto y se requiere un trípode. También es relativamente fácil de fabricar. Para aquellos que prefieren algo ligero y portátil, se pueden fabricar telescopios con una apertura de 120 mm y una distancia focal de 720 mm (es decir, f/6).
Cálculo: Resolución = 116/diámetro de la lente del objetivo (mm) (segundo de arco) = 4,56/diámetro de la lente del objetivo (pulgadas) (segundo de arco)