O que é um Telescópio Refletor?
Um telescópio refletor é um telescópio óptico que usa uma combinação de espelhos curvos e planos para refletir a luz e formar uma imagem. Os telescópios refletores podem assumir diferentes formas e são projetados para corrigir certos erros ou reduzir alguns distúrbios e, como usam conjuntos de espelhos, também podem ser chamados de espelhos.
São utilizados dois espelhos, onde o espelho primário foca a luz em um ponto comum em frente à sua própria superfície refletora, e o espelho secundário se projeta próximo a esse foco, bloqueando parcialmente a luz de atingir o espelho primário. Isso resulta em uma redução na quantidade de luz coletada pelo sistema, bem como uma perda de contraste da imagem devido aos efeitos de difração de obstáculos.
Foi concebido por Isaac Newton no século XVII como uma alternativa ao telescópio refrator, que causava muitas aberrações cromáticas. Embora os refletores ainda causem outros tipos de variação (aberração esférica), eles permitem o uso de objetivas de diâmetros maiores e, hoje, são de longe as objetivas mais utilizadas em pesquisas astronômicas e astronômicas.
Sua história
Isaac Newton é frequentemente creditado com a invenção do telescópio refletor, mas, na verdade, a grande conquista de Newton foi que ele foi o primeiro a criar um telescópio refletor que rivalizava com os refratores de sua época. Alguma forma de telescópio usando espelhos côncavos e convexos havia sido considerada antes de Newton, Zucchi, Cavalieri, Mason, Descartes e Gregory, mas nenhum realmente o construiu.
Em uma séria tentativa de construção de Zucchi em 1616, o espelho primário côncavo do telescópio deveria ser inclinado em relação ao cano para que a imagem fosse formada lateralmente fora do cano para evitar interferência da cabeça do observador. No entanto, nunca foi construído devido à baixa qualidade dos espelhos produzidos.
Newton projetou seu telescópio refletor para resolver o problema da aberração cromática presente em todos os telescópios refratores (até a invenção da lente acromática). O telescópio de Newton usava um espelho primário côncavo e um espelho secundário plano inclinado 45 graus, de modo que a imagem era formada na lateral do tubo onde as oculares eram colocadas. Seu primeiro instrumento musical foi feito em 1668, mas permanece em grande parte desconhecido. Trata-se de um pequeno instrumento com diâmetro de espelho primário de 3,4 cm e distância focal de 16 cm, utilizando oculares plano-convexas com ampliação de 35x. O espelho era metálico, feito de uma liga de cobre e estanho, e apesar das falhas que causavam a aberração esférica, o próprio Newton afirmou que ele tinha um desempenho igual ou melhor que o refrator de distância focal de 120 cm da época, apesar de seu brilho menor.
A aberração esférica ocorre porque um espelho esférico não pode focalizar a luz de objetos distantes em um ponto focal comum, porque os raios que atingem o espelho perto de suas bordas não são refletidos perto do mesmo ponto que aqueles próximos de suas bordas (não convergem). O reflexo está mais próximo do centro do espelho. Por esta razão, os espelhos parabólicos são usados para focar toda a luz em um foco comum. Além disso, os espelhos parabólicos funcionam bem com objetos próximos ao centro da imagem que produzem. Isso acontece quando a luz viaja paralelamente ao eixo óptico do espelho. No entanto, nas bordas do mesmo campo de visão, eles sofrem de outras aberrações que alguns telescópios, como os telescópios Ritchie-Chretien e catadióptricos, que são variantes do telescópio Cassegrain, conseguiram corrigir.
No outono de 1671, Newton construiu um segundo telescópio com as mesmas características, mas de melhor qualidade, que foi apresentado à Royal Society de Londres em 11 de janeiro de 1672, com grande interesse.
Em 1723, o escocês James Short criou o primeiro telescópio com aberração cromática quase nula, um telescópio newtoniano com um espelho côncavo feito de um espéculo (uma mistura de estanho e cobre). Os telescópios acromáticos, ou seja, telescópios sem qualquer aberração cromática, foram feitos pelo matemático Chester Moore Hall em 1736 e consistiam em diferentes formas de vidro que desviavam os feixes de luz que passavam pelos espelhos em diferentes ângulos, no entanto, eles O ângulo de desvio de cor para cor também foi alterado de diferentes maneiras, tornando possível criar uma objetiva que combina duas lentes de materiais diferentes sem aberração cromática.
Hoje, os espelhos do telescópio são feitos de blocos de vidro e, ao polir um lado do vidro, obtém-se a forma desejada e uma fina camada de alumínio. Além disso, para reduzir ainda mais a aberração cromática, as objetivas foram construídas com três elementos, chamados de “apocromáticos”.
Existem várias razões pelas quais os telescópios refletores são mais usados na pesquisa astronômica. Esses incluem:
Os telescópios refletores funcionam em uma faixa espectral mais ampla porque certos comprimentos de onda são absorvidos ao passar por objetos feitos de vidro, como as lentes dos telescópios refratores ou catadióptricos.
Nas lentes utilizadas em outros tipos de telescópios, todo o volume do material precisa estar livre de defeitos e heterogeneidade, enquanto nos espelhos usados em telescópios refletores, apenas uma superfície precisa ser perfeitamente polida, facilitando a manutenção.
A imagem obtida pelo espelho não possui aberração cromática, e o tamanho e o preço do espelho são inferiores ao preço da lente, o que aumenta o custo-benefício desse tipo de telescópio.
Como a lente é suportada apenas por suas bordas, lentes de grande abertura têm problemas porque seu centro se dobra devido à gravidade, distorcendo a imagem final. Portanto, na prática, a maior lente de um telescópio refrator é de cerca de 1 metro. [10] Por outro lado, o espelho pode ser apoiado no lado oposto, evitando que ele se dobre e distorça a imagem. Atualmente, os maiores telescópios refletores têm espelhos com mais de 10 metros de diâmetro.
Tipos de telescópios refletores
Diagrama esquemático de um telescópio Newton ou Newtoniano.
Dependendo do tipo de objetiva, os telescópios refletores podem ser divididos em duas grandes categorias:
Telescópio Newtoniano (ou Newtoniano): Consiste em um espelho primário côncavo e um espelho secundário plano, inclinado 45o em relação ao eixo do tubo. A curvatura do primário corresponde a um parabolóide de revolução. Essa forma evita a aberração esférica, que ocorreria se sua curvatura fosse esférica. Espelhos secundários (planos) geralmente são cortados em ovais. Neste telescópio, a luz entra por um tubo, é refletida pelo espelho primário e converge para um espelho secundário que está localizado em frente ao ponto focal do espelho primário. A secundária, por sua vez, reflete a luz lateralmente através da abertura do tubo do telescópio onde está localizada a ocular.
Telescópio Cassegrain: Inventado em 1672 pelo francês Cassegrain, pouco conhecido por ser conhecido como Guillaume Cassegrain ou Jacques Cassegrain,[11] também conhecido como Jean Cassegrain, físicos e astrônomos. [1] Alguns dizem que ele é professor no Chartres College, [2] outros dizem que ele é um astrônomo.
Esquema do Cassegrain com foco Coudé.
Esquema do telescópio gregoriano ou gregoriano.
Neste telescópio, o espelho primário é um parabolóide côncavo e o espelho secundário é um hiperbolóide convexo. Após a reflexão do primário, a luz é concentrada no secundário e depois refletida de volta ao primário, através de um orifício em seu centro, até a ocular localizada na parte de trás do tubo. Embora tenha sido inventado no mesmo ano do telescópio newtoniano, só se tornou realidade muito mais tarde devido à complexidade de sua estrutura espelhada. A maioria dos grandes telescópios modernos são do tipo Cassegrain.
Atualmente, existem diversas variantes do Cassegrain que diferem do original de acordo com o tipo de curvatura de seus espelhos, como Dall-Kirkham, que possui um espelho primário elipsóide e espelho secundário esférico, e Ritchey-Chrétien, que possui um espelho hiperbolóide e uma cor primária do espelho secundário. Hiperbolóides, como o Telescópio Espacial Hubble.
Outras variantes referem-se à localização do plano focal, telescópios montados equatorialmente podem usar um foco coudé (francês “cotovelo”), no qual uma série de espelhos planos passam a luz através de um orifício no eixo polar do telescópio. As montagens altazimutais podem usar um foco Nasmyth (inventado por James Nasmyth), onde um espelho plano direciona a luz através do eixo de altura na lateral do telescópio.
Telescópio gregoriano (ou gregoriano): Em 1663 (9 anos antes de Newton), o matemático e astrônomo escocês James Gregory propôs um telescópio composto por dois espelhos, um espelho primário parabólico côncavo e um espelho secundário elipticamente côncavo. No entanto, também devido à dificuldade de fazer espelhos, o telescópio nunca foi construído na época.
Esquema de um telescópio schiefspiegler ou kutter.
Neste instrumento, a luz é refletida a partir de um espelho côncavo (espelho primário), convergindo para um espelho secundário localizado atrás de seu ponto focal. O espelho secundário não é plano (Newtoniano) ou convexo (Cassegrain), mas côncavo, convergindo a luz – através de um orifício no espelho primário – para um ponto focal na ocular. Ao contrário de todos os telescópios atuais, a imagem é reta (não de cabeça para baixo) porque o espelho secundário faz com que o segundo seja invertido.
Telescópio Schiefspiegler: Este telescópio possui um espelho primário côncavo inclinado em relação ao tubo, com um espelho secundário convexo montado fora do tubo, evitando assim que parte da luz incidente seja bloqueada no espelho primário, como no caso do Cassegrain.
Foi desenvolvido pelo alemão Anto Kutter, que construiu vários desses instrumentos entre 1950 e 1960 e os nomeou shiefspieglers (alemão para “espelho inclinado”).
O catadióptrico
O segundo tipo de telescópio refletor é o telescópio catadióptrico, no qual uma lente de correção é usada na frente de um espelho primário côncavo. O objetivo desta lente é eliminar a aberração esférica causada pelo espelho primário. Desta forma, podem ser utilizados espelhos esféricos, que além de serem mais fáceis de fabricar que os espelhos parabólicos, possuem uma área de visão maior. Sistemas que usam apenas lentes são chamados de espelhos dióptricos, e sistemas que usam apenas espelhos são chamados de espelhos, daí o nome espelhos para esses instrumentos híbridos.
Esquema do telescópio Schmidt-Cassegrain.
Nesta categoria podem ser mencionados:
Telescópio Schmidt-Cassegrain: Este é um telescópio Cassegrain que usa um espelho primário esférico e uma lente de correção de formato especial, colocada na frente dele. Inventada pelo oculista russo-alemão Bernhard Voldemar Schmidt em 1930, essa lente possui uma região central convergente e uma região divergente nas regiões externas, projetadas para corrigir a aberração esférica do espelho primário.
Telescópio Schmidt-Newtoniano: Este é essencialmente um telescópio newtoniano com um espelho primário esférico e uma lente Schmidt (descrito acima) na entrada do tubo para corrigir aberrações esféricas. Normalmente, a lente de correção é perfurada no centro, onde o espelho plano de 45º é apoiado.
Diagrama esquemático do telescópio Maksutov-Cassegrin.
Telescópio Maksutov-Cassegrain: Este instrumento é muito semelhante ao Schmidt-Cassegrain, por isso possui um espelho primário esférico côncavo. No entanto, ele usa uma lente de menisco na frente do espelho para corrigir a aberração esférica. É uma lente côncava-convexa (menisco) mais simples de fabricar do que uma lente Schmidt. Foi inventado independentemente em 1941 pelo oculista russo Dmitrii Dmitrievich Maksutov e o oculista holandês Albert Bouwers, mas mais tarde ficou conhecido pelo nome do primeiro.
Telescópio Maksutov-Newton: Este é um telescópio newtoniano com um espelho primário esférico e uma lente de menisco do tipo Maksutov (descrito acima) na entrada do tubo para corrigir a aberração esférica.
