No texto anterior sobre telescópio (esse aqui), foram apresentados os principais tipos de telescópios, também foi feita uma comparação entre os modelos para que fosse selecionado um equipamento adequado para uma possível fabricação caseira.

O modelo escolhido foi o refletor newtoniano, um tipo de telescópio muito comum entre os ATM’s, ele é capaz de apresentar um bom desempenho, é relativamente compacto e tem uma construção simples, já que funciona basicamente com três elementos ópticos.

Figura 1 – Telescópio newtoniano

Vamos ver um pouco da história e entender a funcionalidade de cada componente ótico.

Um pouco de história

A invenção do telescópio é atribuída a Hans Lippershey, em 1608, um fabricante de lentes alemão erradicado na Holanda que teve a ideia de colocar as lentes em um tubo. Brincando com a distância focal, conseguiu o aumento de 3 vezes! E dessa forma nasceu um equipamento refrator, recebeu o nome de “kijker” (“Observador”).

Existem algumas controvérsias. É provável que a invenção de Lippershey já houvesse sido construída antes, porém, a primeira patente registrada foi a de Hans.

Obviamente, o rei da Holanda viu uma grande utilidade para a invenção em suas batalhas navais. Como toda invenção boa, essa também teve que ter uma aplicação voltada para o pior lado da humanidade.

Mas, a ciência tinha Galileu! Ou Galileu tinha a ciência?

Em 1609, o “pai da ciência”, resolveu construir seus “observadores”, mesmo sem ver o equipamento de Hans, e conseguiu construir equipamentos com poder de ampliação de cerca de 20 vezes. Isso não era o bastante, Galilei, curioso que só ele… encontrou outra grande utilidade para suas lunetas, resolveu apontá-las para o céu.

Galileu fez algumas descobertas importantes, como as manchas solares, as fases de vênus, os quatro maiores satélites de Júpiter, os anéis de Saturno e estudou a superfície da Lua.

A partir daí houve algumas contribuições no desenvolvimento do telescópio, mas vamos focar no refletor, Isaac Newton fez sua contribuição. Desde que o telescópio começou a ser desenvolvido, o próprio Galilei e outros discutiram a possibilidade de substituir as lentes por espelhos côncavos.

Mas, como o próprio nome diz, a invenção do refletor Newtoniano é atribuída a Isaac Newton, que deu seguimento aos estudos de telescópios refletores e sugeriu que essa configuração poderia acabar com o problema da aberra acromática, comum nos refratores.

Os componentes ópticos

Na figura a seguir, pode-se entender a construção básica de um refletor newtoniano, localizar os 3 componentes ópticos (I, II e III), respectivamente, espelho primário, espelho secundário e ocular.

Na imagem também é possível visualizar o caminho da luz pelo tubo até a ocular. Para melhor entendimento do conceito da distância focal, a imagem mostra o caminho natural da luz sem o espelho secundário e o caminho da luz desviada pelo espelho secundário. (Para uma imagem maior, clique na imagem)

Figura 2 – Diagrama telescópio newtoniano

I – O espelho primário, também é chamado de objetiva. A sua função é refletir e convergir a luz de um determinado campo redirecionando os raios para um único ponto, localizado no espelho secundário. (TEXEREAU, 1984)

II – O espelho secundário (II), também é chamado de diagonal. Este fica posicionado a 45° do eixo do telescópio, tem a função de desviar a luz refletida pela objetiva em direção à ocular. (TEXEREAU, 1984)

III – A ocular (III) tem a função de aumentar a imagem formada pela objetiva. A construção das oculares é relativamente simples, bastando uma lente que faça o aumento da imagem, mas com o desenvolvimento da óptica e prática na construção de telescópios, foram desenvolvidos diversos modelos de oculares. (MOURA, 2003)

O tubo, não é um componente ótico, mas suas dimensões afetam diretamente na construção de um telescópio. O tubo tem a função de proteger os espelhos de luzes parasitas do ambiente e pode ser fabricado de diversos materiais, como polímeros, papeis, chapas calandradas, madeiras ou fibras de vidro, por exemplo (MOURA, 2003).

Parâmetros

Está na hora de esquentar os miolos, afinal, um projeto precisa de números, vamos ver alguns parâmetros que são considerados para a especificação de um telescópio.

Na figura 1 também é possível identificar a distância “ f ”, que se refere à distância focal do espelho, basicamente, as principais dimensões básicas e mandatórias do telescópio serão o diâmetro a distância focal da objetiva.

O diâmetro do espelho, ou abertura da objetiva, está diretamente relacionada com um parâmetro chamado de poder separador, poderia ser comparado com a densidade de pixels, quanto melhor seu poder separador, mais detalhes é possível enxergar. Acho que isso já vale um texto específico.

Então, é comum ver no mercado duas formas de especificar o telescópio, por exemplo: 114mm / 900 mm. Que seria uma abertura focal com 114mm de diâmetro e uma  distância focal de 900mm de comprimento. Porém, pode-se encontrar o mesmo equipamento descrito como 114 f/7,9.

Neste caso está se usando a razão focal para especificar, é a razão entre a distância focal e o diâmetro do espelho:

R=f/D

Neste caso:

R = 900/114 = 7,9

Esta relação, além de ser muito usada para identificar um equipamento, é fundamental para algumas propriedades. Com esse valor é possível saber a quantidade de luz que vai entrar no telescópio, quanto menor – ou, quanto mais curta for a razão focal – mais luz o equipamento vai captar e quanto mais longa for a razão focal (maior), menos luz vai entrar. Isso significa, que com equipamentos mais curtos a tendencia é ver objetos menos brilhantes, de menor magnitude, até que não podem ser vistos a olho nu.

Ora! Mas então por que os telescópios tem aqueles tubos compridos?

Todo telescópio aumenta a imagem, e essa capacidade de aumento real é um resultado da relação entre distância focal da ocular e a distância focal da objetiva.

Sim, a ocular também tem uma distância focal, e as oculares também rendem mais um texto inteiro. O importante no momento é aceitar que essa distância focal da ocular existe e saber que o mesmo telescópio pode usar diversas oculares diferentes e assim obter aumentos diferentes e resultados muito distintos.

O cálculo dessa capacidade de aumento é uma divisão direta:

A = distância focal da objetiva / distância focal da ocular

Como se pode observar, a razão focal deve ser bem ajustada, nem muito curta nem muito longa, dependendo do objetivo do equipamento.

Por último, para definir a razão focal, é importante considerar um tipo de aberração chamado de aberração esférica. Ao captar a luz do foco infinito e convergir em apenas um ponto, este ponto deve estar no eixo longitudinal do telescópio. Em algumas situações, alguns raios podem passar fora do eixo, causando essa aberração.

Figura 3 – Aberração esférica

Para evitar esse problema, o ideal é que o espelho tenha formato paraboloide e não esférico, mas nem sempre se consegue esse formato em espelhos artesanais ou em espelhos comerciais mais baratos. Quanto menor a distância focal da objetiva, maior é a incidência da aberração esférica, e como a diferença entre a altura da borda de um espelho esférico e um espelho paraboloide é na casa de milésimos de milímetros, é possível averiguar as configurações em que a utilização de espelhos esféricos é menos prejudicial, quase anulando as aberrações.

Texereau definiu em seu livro, como construir um telescópio, uma tabela com a razão mínima para cada diâmetro de objetiva. (Para aumentar a tabela, clique na imagem)

Seguindo a tabela de Texereau, pode se limitar o projeto para evitar aberrações na imagem, nesse caso, a razão não poderá ser muito curta, o que irá limitar capacidade do telescópio de captar luz. Lembrando que ao se utilizar um espelho parabolóide de qualidade, essa limitação não é necessária.

Aprendemos um pouco sobre a história, vimos as características básicas da parte óptica, as dimensões básicas para especificar um telescópio e alguns dos principais parâmetros. Como se pode ver, existem muitos assuntos à serem aprofundados e outros que nem se quer foram tocados ainda.