Como diferentes tipos de telescópios funcionam?

2 meses ago
87 Views

A maior parte da física moderna não poderia existir se não fosse pela invenção do telescópio. Sem sua invenção, não poderíamos ter aprendido sobre a explosão cataclísmica que deu origem ao Universo, nem sobre como ele evoluiu ao longo de bilhões de anos passando por uma expansão incessante. Nós nunca saberíamos sobre a existência de objetos estelares que habitam a vasta expansão cuja aparência transcende nossas percepções de beleza e o significado da humanidade no grande esquema do cosmos.

Um dia, os telescópios podem nos permitir alcançar um dos maiores triunfos humanos: encontrar um mundo como o nosso, talvez habitado por uma espécie inteligente como nós. Então, como essa invenção essencial nos permite fazer tais descobertas?

Estrelas Twinkle

Um telescópio. Créditos: Noel Powell / Shutterstock

Os telescópios podem ser categorizados em três tipos de acordo com a maneira como eles interagem com a luz e o tipo de luz com a qual trabalham.

O que é um telescópio refrator?

Na raiz desta invenção estão a curiosidade e a obstinação – a curiosidade de perscrutar distâncias que não podemos naturalmente ver e a obstinação para encontrar uma maneira de contornar essa inadequação. Embora a maioria das pessoas acredite que a causa subjacente de nosso sucesso é nossa tremenda capacidade de comunicar idéias complexas via linguagem, alguns acreditam que é simplesmente nossa capacidade de automatizar – construir dispositivos que nos permitam superar nossas fraquezas.

Na entrada do nosso olho há um tipo de lente que converge a luz que entra em um único ponto na retina, a tela atrás da qual as imagens são formadas. O fenômeno da luz mudando de direção quando entra em outro meio é conhecido como refração, enquanto a lente que os inclina para dentro é chamada de lente convexa. No entanto, a lente do nosso olho é tão pequena que só pode absorver uma quantidade insuficiente de luz que incide sobre ela, o que contribui para uma visão deficiente.

A lente converge a luz do nosso entorno para a retina, a tela na qual as imagens são formadas.

A maioria das pessoas associa telescópios com ampliação, mas enquanto um telescópio consegue uma enorme ampliação, uma definição mais apropriada é que faz os objetos parecerem mais claros; isso simplesmente melhora nossa visão. Agora, ao contrário da sabedoria convencional, Galileu não foi quem inventou o primeiro telescópio de refração, mas ele era muito apaixonado e mais vocal sobre seu trabalho do que outros. Esse auto-marketing gravou seu nome nos livros de história como o inventor do primeiro telescópio. No entanto, mais tarde, foi esse entusiasmo que custou a prisão domiciliar por toda a vida, depois de defender a visão de Copérnico sobre o modelo do Sistema Solar, no centro do sol.

O princípio de Galileu era simples, mas altamente profundo: ele percebeu que a clareza era uma função da quantidade de luz que um dispositivo de visualização absorve. O dispositivo que ele construiu era um olho humano … apenas maior. Um telescópio de refração compreende uma grande lente convexa que absorve e converge um maior volume de luz, gerando uma imagem de maior qualidade. A área da lente é proporcional ao seu raio, então dobrar seu raio pode aumentar a clareza em quatro vezes.

Um telescópio refrator

Um telescópio refrator (Crédito da foto: MesserWoland / Wikimedia Commons)

Quando Galileu apontou seu telescópio para o céu pela primeira vez, ele não conseguia parar de se maravilhar com a lua que, pela primeira vez na história da humanidade, estava verdadeiramente exposta em toda a sua beleza craterosa. O telescópio era tão poderoso que ele finalmente descobriu quatro luas orbitando Júpiter e os lindos anéis de Saturno, o planeta então conhecido por ser o mais distante – residindo duas vezes mais longe que Júpiter!

Desenhos de Galileu e Saturno close-up

Desenhos de Saturno de Galileu. (Crédito da foto: NASA.gov)

No entanto, a observação de Saturno também revelou a limitação de seu telescópio. Devido à crueza ou má resolução de seu telescópio, os anéis pareciam estar juntos – ele percebeu Saturno como um grande planeta espremido entre duas luas. Resolução é a capacidade de um dispositivo que procura distinguir entre dois objetos. Enquanto não há limite para ampliação, há um limite para a resolução. O zoom pode tornar o objeto visível, mas sua imagem ficaria altamente embaçada e turva se exigíssemos que um telescópio resolvesse mais do que seu aparelho permite.

As limitações não terminam aí – porque diferentes comprimentos de onda de luz convergem em diferentes ângulos, eles não convergem em um único ponto. Isso faz com que a imagem se distorça ou o telescópio gere resultados imprecisos. Isso é conhecido como uma aberração.

Diagrama de aberração cromática transversa lateral Aberração de cor

Aberração de cor

Além disso, as lentes maiores são mais finas nas bordas e, portanto, mais propensas à quebra. Construí-los não é tão fácil quanto alinhar as lentes também. E tudo isso só para olhar uma imagem invertida! As imagens que eles produzem estão de cabeça para baixo, o que é desconcertante e leva tempo para se ajustar.

Imagem invertida de lente de câmera em vidro A imagem invertida de um telescópio de refração

(Crédito da foto: Pixabay)

Essas limitações foram superadas por outro telescópio construído por uma mente de igual ou talvez maior (o maior?) Intelecto, ninguém menos que Sir Isaac Newton.

O que é um telescópio refletindo?

Newton simplesmente substituiu a lente convexa ou, como é chamado, o objetivo de um telescópio, com um espelho côncavo altamente refletivo. O uso de um espelho dissuadiu qualquer aberração. A forma deste espelho é parabólica, que foi determinada matematicamente com um incentivo para causar uma reflexão interna gritante.

No projeto original de Newton, quando a luz que emanava de uma estrela distante entrou no telescópio, foi refletida pelo espelho côncavo – o espelho primário – em direção a um pequeno espelho pendurado no meio – o espelho secundário – que foi habilmente instalado para refletir os raios para a ocular acima. O espelho côncavo reflete os raios de uma maneira convergente, de tal forma que os raios convergentes refletidos pelo espelho secundário são convergidos para formar uma imagem ampliada. A ocular compreende uma lente, mas como a aberração é uma função do raio da lente, a lente não é muito grande.

Diagrama de telescópio refletindo

O design é brilhante – é mais fácil de construir, o custo de fabricação não é alto e apenas um lado do espelho deve ser completamente polido. De fato, a maioria dos nossos telescópios modernos, altamente avançados e agudos, estão refletindo telescópios, incluindo o telescópio Hubble que paira sobre a atmosfera da Terra. A principal limitação dos refletores, no entanto, é o seu tamanho enorme. O telescópio de William Herschel tinha uma altura de altura, grande o suficiente para ele se sentar lá dentro. Além disso, grandes espelhos tendem a se deformar em suas bordas, embora isso possa ser corrigido com a ajuda de computadores.

No entanto, não importa o quão prolífico seja o telescópio, a luz incidente está fadada a ser distorcida ao passar pelas camadas da nossa atmosfera. É por isso que enviamos um telescópio para fora da atmosfera. Além disso, os telescópios refratores e refletores são inúteis quando desejamos observar fenômenos estelares que emitem luz de comprimentos de onda que estão fora do espectro visual.

Telescópio Hubble

O Telescópio Hubble orbitando a Terra. (Crédito da imagem: NASA)

As principais características de uma estrela, como suas chamas, podem emitir luz em ondas de rádio, que um telescópio refletor não é capaz de capturar. A imagem capturada é, portanto, incompleta, privada de não uma, mas talvez muitas de suas outras características-chave. Ondas de rádio de baixa freqüência caem ao redor do aparelho e raios gama de alta frequência passam direto como se nada estivesse lá. Para resolver isso, acabamos desenvolvendo telescópios dedicados a detectar um único espectro de todo o espectro eletromagnético.

Telescópios Espectrais

O Universo está repleto de uma miríade de diferentes comprimentos de onda, de modo que cada desenvolvimento de telescópios espectrais tem sido igualmente crucial. Por exemplo, sem a telescopia infravermelha, não poderíamos ter olhado através das enormes nuvens de poeira entre nós e o centro de nossa galáxia obstruindo nossa visão de um objeto massivo, especulado como um buraco negro, um milhão de vezes mais massivo que nosso Sol. , em torno do qual algumas estrelas parecem girar. Da mesma forma, sem a radiotelescopia, a radiação de fundo cósmica de microondas (CMBR) não poderia ter sido detectada. O CMBR representa uma das descobertas mais inovadoras da astronomia moderna, pois é uma prova indelével do Big Bang.

No final do cone é anexado o espelho secundário, que converge as ondas de rádio para o receptor abaixo do prato, no seu centro.

O design de um radiotelescópio não é diferente do de um telescópio refletor. O prato icônico imita o espelho primário, que reflete as ondas de rádio sobre uma pequena placa secundária acima, que por sua vez as converge para o receptor instalado sob o prato, no centro. A informação de rádio é convertida em informação de cor por um computador. Esses telescópios são particularmente lucrativos porque as ondas de rádio são as menos afetadas pela atmosfera, então os astrônomos podem observar suas estrelas favoritas da Terra sem qualquer dificuldade.

Além disso, eles produzem imagens ridiculamente de alta resolução quando um grupo deles está alinhado de uma certa maneira. Você encontrará uma família de pratos gigantescos isolados em desertos livres de poluição. Isso é conhecido como interferometria. Quando alinhados de uma determinada maneira, cada telescópio produz a imagem com sua própria perspectiva, de tal forma que uma imagem colorida de alta resolução e sem distorção é criada quando todas as perspectivas são combinadas.

Very Large Array - Novo México, EUA - 2009-08 Interferometria

(Crédito da foto: CGP Gray / Wikimedia Commons)

Da mesma forma, há intrincados telescópios que detectam todos os tipos de radiação, como os raios gama, emitidos por supernovas – as mortes tremendamente explosivas de estrelas e raios-X, sem os quais não poderíamos ter confirmado a existência de buracos negros , que foram previstos pela primeira vez matematicamente.

O campo profundo do Hubble

Os seres humanos são programados para observar, mas nós sempre, pois é lógico, apontamos nosso olhar para um alvo. No entanto, em 1995, o telescópio Hubble pairando acima de nós foi contratado para voltar seu olhar para …. nada. O telescópio foi apontado para uma pequena região no espaço na Ursa Maior que era análogo ao espaço entre as folhas que permite que um raio de luz solar penetre na floresta. A região foi escolhida propositalmente porque estava vazia e, portanto, permitiria a passagem de luz de galáxias distantes. Tinha que ser garantido que nada brilhante estava no caminho. O telescópio então olharia para as estrelas muito além da nossa galáxia, sem obstáculos.

Pilares da criação 2014 HST WFC3 medium res

Além do campo profundo, os Pilares da Criação devem ser uma das imagens mais icônicas que o telescópio Hubble já fotografou. Enquanto os gigantescos “pilares” são visíveis, a palavra criação foi atribuída porque a imagem mostra uma nebulosa, nuvens de gás e poeira onde ocorre a criação de estrelas (Crédito da Foto: NASA / Wikimedia Commons).

O ângulo que um telescópio desenha para observar a Lua a partir da Terra é em torno de meio grau ou 30 minutos de arco (1 grau = 60 minutos de arco). No entanto, o telescópio Hubble estava espiando através de uma região que isolaria um cone de apenas 2,6 minutos de arco , o que é comparável à região fina que a cabeça de um pino ocupa quando esticada no comprimento do braço contra o céu!

A NASA observou a região por 10 dias e o que eles descobriram impressionou. As 3.000 galáxias capturadas no Campo Profundo do Hubble estavam a anos-luz de distância de nós, portanto, a luz que nos alcançou não os representou como eram naquela época, mas como surgiram alguns bilhões de anos atrás. O telescópio espiara o passado, descobrindo “fósseis” e camadas de imagens, cada uma registrando a evolução progressiva de nosso Universo ao longo de alguns bilhões de anos. Era como se o telescópio tivesse apontado para a Terra e fotografado os primeiros Homo sapiens deixando suas cavernas ao fundo, depois os egípcios construindo as pirâmides e finalmente Galileu observando Saturno.

Estrelas do espaço Hubble Ultra Deep Field

(Crédito da foto: NASA / Wikimedia Commons)

O Hubble já havia fotografado estrelas formadas há 12,2 bilhões de anos, a apenas um bilhão de anos do Big Bang. Um ano depois, para testar se esse local não era particularmente especial, eles apontaram para o sul e produziram o Hubble Deep Field South, uma imagem similar que capturou a evolução das galáxias mais jovens. Depois de quase 15 anos, a NASA instalou uma câmera infravermelha e fotografou estrelas que nasceram logo após a “Idade das Trevas”, o tempo que se seguiu ao Big Bang quando as temperaturas despencaram e a matéria começou a coalescer. O Hubble Ultra Deep Field é o retrato mais profundo do Universo que a humanidade já capturou. A invenção do telescópio nos permitiu viajar no tempo, quase até o seu início.

Referências:

  1. SpaceTelescope
  2. Universidade do Oregon
  3. Universidade de Nova Gales do Sul
  4. Observatório Nacional de Radioastronomia
Como diferentes tipos de telescópios funcionam?
Avalie este Post...
Like
Like Love Haha Wow Sad Angry
Loading...

Comments

Leave a Comment

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

error: Conteúdo Protegido!!