Como Funciona O Telescopio 4k6140

Como os Telescópios Funcionam O telescópio é um equipamento incrível que tem a habilidade de aproximar objetos extremamente longínquos. Eles podem variar desde um brinquedo ate um poderoso Telescópio Hubble Space, que pesa varias toneladas. Os telescópios amadores estão entre estes e apesar de não ter a potencia de um Hubble, possibilitam a observação de vários objetos terrestres e celestiais, com muita precisão. A maioria dos telescópios que vemos hoje é dividida em dois tipos:  

O telescópio refrator que utiliza lentes de vidro O telescópio refletor que utiliza espelhos ao invés de vidro

Ambos alcançam o mesmo objetivo, mas de formas diferentes: Para entender como telescópios funcionam vamos fazer a seguinte pergunta: Por que não podemos ver objetos que estão muito longe? Por exemplo, por que não podemos ver o que esta escrito em uma moeda a 50 metros de distancia? A resposta é simples: o objeto não ocupa espaço suficiente na sua tela ocular (retina), se quisermos pensar em termos digitais, o objeto não ocupa pixels suficientes para que seja lido pelo sensor da câmera. Se tivéssemos um olho “muito maior” poderíamos coletar mais luz do objeto e criar uma imagem maior, e então poderíamos ampliar parte daquela imagem para estender mais na nossa retina. Para cumprir esta função existem duas peças do telescópio: A lente objetiva (nos refratores) ou espelho principal (nos refletores), que coletam muita luz de um objeto distante e traz aquela luz, ou imagem, para um ponto de foco. A lente ocular que “pega” a imagem do foco da objetiva ou do espelho principal e amplia para pegar uma parte maior da retina. Este principio é similar ao da lupa de ampliação. Quando se combina a lente objetiva ou espelho principal com a ocular, obtem-se um telescópio. Novamente reforçamos a idéia de que coleta-se grande quantidade de luz de uma imagem de luz dentro do telescópio, e adiciona-se a lente ocular para ampliar esta imagem ocupando grande espaço na retina.

Este é o modelo mais simples de telescópio que se pode ter. A lente grande coleta a luz e direciona para um ponto focal, e uma lente ocular traz a imagem para o seu olho O telescópio tem duas propriedades gerais:

A qualidade com que coleta a luz A capacidade de ampliação da imagem A habilidade de coletar a luz esta diretamente relacionada com o diâmetro da lente ou espelho – a abertura – que é usada para coletar luz. Geralmente quanto maior a abertura mais luz o telescópio coleta e traz para o foco, e conseqüentemente mais clara é a imagem final. A amplitude do telescópio depende da combinação das lentes utilizadas. A ocular é o elemento que executa a ampliação. Desde que qualquer amplitude pode ser alcançada por quase todo o telescópio, usando-se oculares combinadas, pode-se maximizar a ampliação de um simples telescópio, veremos, no entanto a seguir, as implicações de ampliações exageradas. Para entender como ele na realidade funciona vamos olhar aqui para um telescópio refrator, e como ele amplia a imagem de um objeto distante para fazê-lo parecer mais próximo.

Principais Tipos de Telescópios Refratores Os refratores basicamente são instrumentos ópticos compostos de lentes, e às vezes são chamados de lunetas. A luneta de Galileu era um típico refrator. Atualmente os refratores são mais sofisticados, sendo constituída de uma objetiva, parte da frente da luneta, onde se emprega lentes acromáticas, ou apocromáticas montada em um tubo. Usualmente a objetiva é formada por dois elementos de lentes de diferentes tipos de vidro, ou cristal, que podem ser espaçadas entre si em alguns milímetros. No fim do tubo nós empregamos as oculares, que podem ser fixas ou intercambiáveis, e que se ajustam em tubos deslizantes ou cremalheiras a fim de se obter o melhor foco. A Luneta utilizada por Galileu era um instrumento de pequenas dimensões e era constituído por uma objetiva cromática (objetiva formada por uma única lente convergente). Os telescópios refratores só começaram a atingir as dimensões atuais com a invenção da objetiva acromática. Esse tipo de objetiva foi proposta em 1733 por Chester More Hall, e a primeira objetiva desse tipo foi feita por John Dollond em 1759. A objetiva acromática é composta por duas lentes, a primeira é uma lente bi-convexa e a segunda uma lente plano-côncava. Essas duas lentes são confeccionadas utilizando-se dois diferentes tipos de vidro. A primeira lente é confeccionada com um vidro menos denso, sendo que a segunda lente é feita com um vidro de maior densidade. Devido à maior densidade da segunda lente, as diferentes cores sofrem um desvio interceptando o eixo óptico no mesmo ponto, corrigindo a aberração cromática. Veja as Figuras 1a e 1b, abaixo, de um refrator.

Fig. 1a: Esquema típico de um Refrator (Imagem cedida por Sebastião S. Filho).

Fig. 1b: Esquema típico de um Refrator 102ED: quatro" f/9.

Refletores Os refletores basicamente são instrumentos ópticos compostos de espelhos, e às vezes são chamados de telescópios. Atualmente tanto os refratores como os refletores são ditos como sendo telescópios. O refletor usa como objetiva um espelho de forma côncava, este espelho na realidade é um vidro devidamente polido com uma camada refletora, que em geral pode ser a prata ou o mais empregado, o alumínio, daí o termo aluminização. No ano de 1672, o físico inglês Isaac Newton inventou um novo tipo de telescópio, que mais tarde ficou conhecido como telescópio Newtoniano. Como os refratores apresentavam o grave problema da aberração cromática, Newton sugeriu a utilização de um espelho côncavo no lugar de uma lente objetiva. Os raios luminosos refletidos pela superfície do espelho não são decompostos, pois não am por um meio mais denso como de uma lente, eliminando assim aberração cromática. Este telescópio possui um espelho primário que é o espelho côncavo e um secundário que é um pequeno espelho plano localizado dentro do tubo disposto em 45 graus em relação ao eixo óptico do sistema, refletindo os raios luminosos para a lateral do tubo. Nesta posição encontramos a lente ocular com o dispositivo de focalização. Veja nas Figuras 2a e 2b abaixo, o Refletor Newtoniano.

Fig. 2a: Esquema típico de um Refletor Newtoniano (Imagem cedida por Sebastião S. Filho).

Fig. 2b: Esquema típico de um Refletor Newtoniano (D = 102 mm, F = 900 mm, f/9).

Outro tipo bastante usado de refletor é o telescópio Cassegrain que possui um espelho secundário convexo paralelo ao primário desviando a luz para dentro do tubo em direção ao espelho primário. O espelho primário contém um furo bem no seu centro, onde a luz a, e atrás desse espelho é

colocado o porta ocular e o dispositivo de foco. Veja nas Figuras 3a e 3b, abaixo, o Refletor Cassegrain.

Fig. 3a: Esquema típico de um Refletor Cassegrain (Imagem cedida por Sebastião S. Filho). Portanto, no telescópio Cassegrain, a observação é feita de modo semelhante a uma luneta, e não perpendicular ao tubo como no Newtoniano. O telescópio Cassegrain foi inventado pelo francês Guillaume Cassegrain no ano de 1672, exatamente na mesma época em que Newton apresentava seu telescópio. Existem ainda outros tipos de refletores como os Gregorianos (Cassegrain Gregorianos). Por ser um telescópio muito utilizado tanto por astrônomos amadores como por profissionais, a óptica Cassegrain apresenta diversas variações. Algumas variações estão nas superfícies dos espelhos primário e secundário. Assim nós temos os Maksutov-Cassegrain, Schmidt-Cassegrain, Cassegrain Pressman-Camichel, Cassegrain Ritchey-Chrétien, Cassegrain Dall-Kirkham, etc. Os Maksutov-Cassegrain são telescópios muito bons opticamente, e um desses bem feito pode chegar à qualidade de um bom refrator apocromático. Porém, como os bons refratores esses também tem seu preço bastante elevado.

Fig. 3b : Refletor Schmidt Cassegrain, modelo LX200 de D = 30cm F = 3.000 mm f/10.

As

estruturas de montagem do telescópio

Montagem Alto-Azimutal Uma montagem alto-azimutal de telescópio é um sistema mecânico em forma de "U" que permite o telescópio se mover tanto para cima e para baixo (altitude) como da direita para a esquerda (azimute). Esta montagem é semelhante à montagem Dobsoniana.

A montagem alto-azimutal também é usada em telescópios profissionais de grande porte. A imagem ao lado mostra a montagem alto-azimutal do William Herschel Telescope, o maior telescópio de toda a Europa.

Montagem Equatorial Uma montagem equatorial de telescópio é um sistema mecânico complexo que está alinhado paralelo ao eixo da Terra e é pivotado em um angulo reto a fim de seguir o movimento aparente de objetos celestes (causado pela rotação da Terra). A montagem equatorial permite movimentos paralelos e perpendiculares em relação ao equador celeste. As montagens equatoriais podem ser ajustadas com um motor elétrico (um "drive clock") que automaticamente girará o telescópio, compensando a rotação da terra (isto também pode ser feito a mão).

Equatorial – tipo de telescópio que utiliza duas axiais (ascensão ou polar e declinação), alinhadas aos pólos a fim de rastrear a movimentação de um objeto no céu.

Diagrama dos tipos de telescópios e estruturas.

Diagrama de rota auto azimutal

Diagrama de rota equatorial

A movimentação de um alto azimutal em relação a uma estrela

.

Apesar de ser um telescópio de simples montagem e fácil de usar, o alto azimutal não rastreia propriamente a movimentação das estrelas.

Oculares, buscadores e filtros As oculares são um dos mais importantes componentes de um telescópio. Uma má ocular é bastante prejudicial para qualidade final da imagem independentemente da qualidade óptica do telescópio, por conseguinte é realmente importante conhecer as oculares que possuímos e quais as adquirirem futuramente de modo a poder aproveitar ao máximo o telescópio que possuímos. Costuma-se dizer que "As oculares são metade do telescópio".

Visão pela ocular.

É freqüente as oculares serem consideradas um ório secundário ou simplesmente não são tidas em conta na aquisição de um telescópio. Provavelmente a 2ª decisão mais complicada é a escolha das oculares certas para o telescópio ou mais idealmente para o presente telescópio como para futuros telescópios. É importante salientar que as oculares que geralmente são oferecidas com telescópios de baixo custo em muito contribuem para a sua péssima prestação, sendo nalguns casos totalmente inadequados.

As oculares existem desde que Galileu se lembrou de olhar para o céu com o seu telescópio, pois sem uma ocular, a luneta que utilizou de nada lhe servia. Ele utilizava apenas uma lente côncava simples, que lhe proporcionava uma imagem direita (sem qualquer inversão) embora com muito pouco campo de visão e cheia de aberrações. Kepler tentou arranjar um design melhor utilizando uma lente convexa, que dá uma imagem invertida, com um campo de visão um bocado maior (cerca de 20), mas igualmente infestada com aberrações.

3.1. A Identificação de uma ocular É usual as oculares terem letras e números impressos algures. Esses caracteres e números dizem qual o tipo de design e qual o comprimento focal que é expresso em milímetros. É fácil para os iniciados confundir marcas ou designações comerciais com designs ópticos e para complicar um bocado mais vida é vulgar designs estarem abreviados por uma ou duas letras. As abreviaturas estão sumariadas na seguinte tabela: H Ra ou R K ou AR ou MA RKE ou RK Or Er P ou Pl

Huygens Ramsden Kellner Rank-modified Kellner Eyepiece Ortoscópica Erfle Plossl

A maior parte destes designs tem o nome do seu inventor com exceção da Ortoscópica. O número representa a sua distância focal em milímetros, por exemplo, 20 mm, nove mm etc. Diferentes distâncias focais equivalem sempre a diferentes amplificações no mesmo telescópio, e a mesma ocular pode ter diferentes amplificações em diferentes telescópios. Existem muitos designs que têm nomes comerciais tais como Nagler, Radian, Superwide, Panoptic, Ultrawide, MA (modified Acromat), Ultima, Axiom etc.. Que podem ser designs exclusivos, ou, apenas designs correntes com algumas alterações. Na figura seguinte estão representadas todos os componentes e termos relativos a uma ocular genérica:

1.3.2 Campo de visão aparente

Esta característica pode ser entendida como o tamanho da circunferência da imagem observada pelo o nosso olho ao espreitarmos por uma ocular, sendo medida em graus. As oculares podem ter um campo que poder ir de 30 a 90 graus. O nosso olho tem um campo de visão inferior a 80 graus, o que em oculares de 40 graus, por exemplo, dá a sensação que se está a observar por um tubo, a partir dos 65 graus já proporciona uma imagem que "enche" o olho, Nos campos superiores a 80 graus, torna-se necessário ter que rodar o olho para poder ver a totalidade da imagem. Não se deve confundir o campo aparente com o campo real, porque este sim é dependente do telescópio utilizado e é o valor em graus da área de céu realmente observada. As oculares de 65 graus para cima costumam-se designar por grandes-angulares.

Distância do olho à lente (Afastamento da pupila de saída) Este parâmetro diz-nos qual a distância do olho em milímetros à lente mínima necessária para se poder ver a imagem focada e/ou ver a totalidade do campo aparente. Esta distância tem especial relevância para quem usa óculos, devido ao fato que distâncias inferiores a 12 mm milímetros não permitem ver a totalidade de imagem. Infelizmente muitas oculares especialmente as de designs mais simples tornam-se muito desconfortáveis de utilizar e no caso das de distância focal curta (nove mm e a baixo) algumas delas completamente impossível utilizar. Para quem não use óculos o mínimo dos mínimos é cerca de 10 mm, ainda sob pena de ser freqüente "bater" com o olho na lente e de "lavar" a ocular com o óleo das pestanas. O meio termo será de 14 mm a 20 mm que são distâncias já muito confortáveis e utilizáveis por quem use óculos. Para distâncias maiores que 20 mm somos freqüentes ter-se dificuldade em posicionar o olho, sendo preciso posteriormente mantêlo bem firme de modo a evitar "blackouts". Um pormenor em ter atenção é que a imagem não é formada na superfície da lente, mas sim no olho, e existem fabricantes que especificam um afastamento que na prática se torna menor (afastamento efetivo).

Barrilete É a medida da ocular. Existem três medidas standard correntemente: 24,5mm (“0, 965”) 31,7mm (“1,25”) e 50,8mm (2"). As de diâmetro menor (24,5mm) estão geralmente associadas a telescópios de muito baixo custo, sendo preferível evitar a todo o custo (com a exceção de terem em escrito Zeiss ou Pentax algures). A medida standard mais vulgar é o de 31,7mm (1,25"), para a qual estão disponíveis centenas de modelos de dezenas de marcas, e finalmente para telescópios de maiores dimensões existem as de 50,8mm (2") que geralmente são utilizadas em oculares grandeangulares com grande distância focal. Na extremidade do barrilete é importante que tenha rosca para utilização de filtros coloridos (não solares), para por exemplo observar a Lua (cheia) ou realçar detalhes nos planetas, ou ainda para filtros anti-poluição luminosa.

Diafragma Geralmente é um anel aplicado depois da lente de campo que delimita a imagem aparente. Tem (ou deveria de ter) a função de esconder aberrações ópticas próprias de cada um dos designs, que nas extremidades se tornam bastante evidentes. O diâmetro do Field-stop é importante para determinar exatamente qual a sua distância focal. É também aconselhável que a ocular tenha qualquer espécie de "guarda-olho" de modo a evitar reflexões da luzes próximas e, por conseguinte o contraste. Estas guardas também dão uma ajuda a posicionar o olho.

Designs de oculares Nesta secção vão ser descritos os designs mais vulgares, que podem ser encontrados a acompanhar telescópios ou em venda em separado.

Huygens Esta foi a primeira ocular composta por duas lentes, foi inventada por Christian Huygens nos fins de 1660 e é constituída por duas lentes plano-convexas. O seu campo aparente é pequeno em comparação com outras oculares de design mais moderno, e pode-se dizer que funciona marginalmente bem quando em distâncias focais grandes (15 mm e acima) em telescópios "lentos" de F/10 a F/15. Estas oculares em telescópios rápidos (F/4 a F/6) apresentam todo o tipo de aberrações, desde aberração cromática e esférica, curvatura de campo e uma grande falta de nitidez. Se ler numa ocular uma coisa do gênero H20mm, significa que é um ocular tipo Huygens com 20 mm de comprimento focal. É muito provável que este tipo de oculares venha fornecido com telescópios de muito baixo custo. A evitar ou substituir especialmente no caso de se tratar de um telescópio inferior a F/10. Ramsden Esta ocular também chamada "positiva", foi inventada por Jesse Ramsden em 1782 e tal como a Huygens é constituída por duas lentes plano-convexas, mas com a parte convexa virada uma para a outra. Este tipo de oculares geralmente têm menos aberração esférica e menos curvatura de campo que a Huygens, sendo também dada a reflexões internas e aberrações cromáticas, e é igualmente desaconselhada para telescópios rápidos. Tal como o design acima estas oculares são de evitar. Kellner Inventada por Carl Kellner em 1849, são também chamadas Ramsden acromáticas (AR) ou Acromáticas Modificadas (MA). A lente do olho simples é substituída por uma lente cimentada dupla que reduz grandemente as aberrações dos designs anteriores. Têm a cor bem corrigida e são bastante corrigidas até a extremidade. O seu campo de visão aparente vai de 40 graus a 45 graus, e à partida já é uma ocular decente para os diversos tipos de observação. O afastamento do olho é bom para distâncias focais grandes (14 e acima), diminuindo bastante nas oculares inferiores a 10 mm. Se não tiverem tratamentos adequados é freqüente ver "fantasmas" nas imagens, especialmente de objetos brilhantes como os planetas. Esta ocular é um bom compromisso para o preço (o mais barato) especialmente nas distâncias focais entre 10 mm e 20 mm. RKE Este design é uma variação moderna da Kellner, efetuada por David RAM, que inverteu a posição das lentes e aperfeiçoou a lente cimentada de modo a melhorar a Kellner em quase todos os aspectos. As suas características são comparáveis ao próximo design. Têm um campo aparente de 45 graus e apresentam um bom contraste e definição. Boa ocular para todos os telescópios. Ortoscópica

A ocular Ortoscópica foi introduzida em 1880 por Ernst Abbe, e desde então foram já feitas dezenas de variações. É constituída por um tripleto de lentes e uma lente de olho plano-convexa. Esta combinação resulta na ocular perfeita sem qualquer aberração cromática ou esférica, embora possa ter "fantasmas" em objetos brilhantes e alguma curvatura de campo. Devido ao fato de serem apenas quatro lentes a

transmissão de luz é muito boa e a imagem é muito contrastada (fundo escuro), especialmente se for um "orto" com tratamentos. O seu campo aparente varia entre os 40 e 50 graus, e o afastamento de pupila é generoso nas distâncias focais médias (12,5mm e acima). Esta é uma ocular "especialista" sendo muito utilizada atualmente para observação de planetas e chega até o ser preferido às oculares de luxo com mais elementos ópticos, devido ao seu preço (relativamente baixo) e ao contraste e transmissão muito alto devido à sua simplicidade. Esta ocular é excelente para todos os telescópios. Erfle

Este design foi o que deu origem às grande-angulares modernas (+65 graus), e foi desenvolvida em 1917 para binóculos de observação militares. São constituídas por cinco ou seis elementos: duas acromáticas e uma convexa (como na figura) ou três acromáticas e proporcionam um campo aparente de 60 a 75 graus. Nas baixas amplificações mostram imagens impressivas. Este design apresenta algum astigmatismo nas extremidades da imagem, não sendo aconselhada para observar a Lua ou planetas. São oculares raras de encontrar. Plossl Inventada em 1860 por G.S. Plossl e é constituída por um par de doublets sendo também chamada de assimétrica. Esta ocular pode-se considerar um Ortoscópica com mais campo aparente que pode ir de 45 a 60 graus, mais afastamento da pupila de saída, sendo igualmente corrigida para aberração cromática. É uma ocular para todo o serviço, é adequada a todo o tipo de telescópios e tem uma excelente relação custo/qualidade. Todos os fabricantes neste momento oferecem plossl e por vezes até em vários gamas. A qualidade é dependente do fato de ter ou não multi-tratamento, rosca para filtros, guarda para os olhos, caixa de armazenamento entre outros aspectos, geralmente a mais cara é melhor. Indispensável e inevitável em qualquer caixinha de órios. Geralmente é fornecida um ou duas destas oculares em telescópios de custo mediano (+80 contos). Barlow A barlow não é uma ocular, mas sim antes um ório de ocular. Foi inventada por Peter Barlow em 1834 que descobriu que colocar uma lente negativa entre uma ocular e o foco primário resulta no aumento da distância focal e conseqüentemente da amplificação. O coeficiente de amplificação pode ir 1.8x até as 3x. (Existem várias vantagens em ter uma barlow de qualidade: As oculares duplicam:), pois permite uma ocular ser utilizada com duas magnificações diferentes com pouca perca de características; o afastamento do olho mantém-se o que é bom para os designs que o têm bastante pequeno nas distâncias focais mais curtas, e podem tornar utilizável algumas oculares em telescópios muito rápidos (f/4 a f/6), reduzindo defeitos nas extremidades do campo de visão. É um ório importante para todo o astrônomo.

Veja abaixo a tabela de calculo de amplitude máxima e ideal completa de todos os telescópios Greika

Características Técnicas e de Amplitude dos Telescópios Greika DISTANCIA

OBJETIVA

OBJETIVA

FOCAL

(MM)

(polegadas)

360 600 900 900 900 1000 1500

50 50 60 70 114 114 140

1.96 1.96 2.36 2.75 4.48 4.48 5.51

36050 60050 90060 90070 900114 1000114 1500140

ABERTURA

7.2 12 15 12.85 7.89 8.77 10.71

legenda ABERTURA DISTANCIA FOCAL DIVIDIDA PELA OBJETIVA EM MM AMPLITUDE IDEAL OBJETIVA EM POLEGADAS VEZES 50 AMPLITUDE MAXIMA DISTANCIA FICAL DIVIDIDA PELA OCULAR COM ERETORA AMPLITUDE MAXIMA VEZES 1.5X COM BARLOW AMPLITUDE MAXIMA VEZES POTENCIA DA BARLOW (3x)

AMPLITUDE

AMPLITUDE MAX

ADICIONADO

ADICIONANDO

IDEAL

C/ OCULAR 4 mm

ERETORA 1.5X

BARLOW 3X

98X 98X 118X 138X 224X 224X 276X

90X 150X 225X 225X 225X 250X 375X

135X 225X 338X 338X 338X 375X 563X

270X 450X 675X 675X 675X 750X 1125X

A tabela acima mostra a capacidade de visualização de objetos, por tipo de telescópio, de acordo com a sua abertura, por exemplo, com um telescópio com abertura de 2 polegadas pode-se observar a Lua, o Sol, os Planetas, o Céu profundo de campo aberto e objetos terrestres durante o dia como pássaros