Física lII

Optica Geométrica Ojo humano

Dr. Victor H. Rios

2010

El ojo humano y sus defectos El ojo humano es un sistema óptico formado por una superficie refractora esférica y una lente, que reciben el nombre de córnea y cristalino, respectivamente, y son capaces de formar una imagen de los objetos sobre la superficie interna del ojo, en una zona denominada retina, que es sensible a la luz.

Componentes del Ojo Humano

El ojo tiene una forma aproximadamente esférica y está rodeado por una mem brana llamada esclerótica que por la parte anterior se hace transparente para formar la córnea.

Tras la córnea hay un diafragma, el iris, que posee una abertura, la pupila, por la que pasa la luz hacia el interior del ojo. El iris es el que define el color de nuestros ojos y el que controla automáticamente el diámetro de la pupila para regular la intensidad luminosa que recibe el ojo.

Componentes del Ojo Humano El cristalino está unido por ligamentos al músculo ciliar y de esta manera el ojo queda dividido en dos partes: la posterior que contiene humor vítreo y la anterior que contiene humor acuoso. El índice de refracción del cristalino es 1,437 y los del humor acuoso y vítreo son similares al del agua. El cristalino enfoca las imágenes sobre la envoltura interna del ojo, la retina. Esta envoltura contiene fibras nerviosas (prolongaciones del nervio óptico) que terminan en unas pequeñas estructuras denominadas conos y bastones muy sensibles a la luz.

Componentes del Ojo Humano Existe un punto en la retina, llamado fóvea, alrededor del cual hay una zona que sólo tiene conos ( para ver el color). Durante el día la fóvea es la parte más sensible de la retina y sobre ella se forma la imagen del objeto que miramos.

Componentes del Ojo Humano La córnea refracta los rayos luminosos y el cristalino actúa como ajuste para enfocar objetos situados a diferentes distancias. De esto se encargan los músculos ciliares que modifican a curvatura de la lente y cambian su potencia. Para enfocar un objeto que está próximo, es decir, para que la imagen se forme en la retina, los músculos ciliares se contraen, y el grosor del cristalino aumenta, acortando la distancia focal imagen. Por el contrario si el objeto está distante los músculos ciliares se relajan y la lente adelgaza. Este ajuste se denomina acomodación o adaptación.

OJO NORMAL

El ojo sano y normal ve los objetos situados en el infinito sin acomodación enfocados en la retina. Esto quiere decir que el foco está en la retina.

A medida que el objeto se acerca va acomodando ( engorda el cristalino) y acerca el foco al cristalino para ir acomodando la imagen sobre la retina. El punto más próximo que puede ver con nitidez se llama punto próximo y en él el ojo realiza el mayor esfuerzo de acomodación.

DEFECTOS DE LA VISIÓN Se llama punto remoto la distancia máxima para que una persona distinga claramente un objeto y punto próximo a la distancia mínima. Un ojo normal será el que tiene un punto próximo a una distancia "d“ de 25 cm, (para un niño puede ser de 10 cm) y un punto remoto situado en el infinito. Si no cumple estos requisitos es porque tiene algún defecto.

Miopía Es un exceso de convergencia del sistema óptico del ojo. El foco está delante de la retina cuando el ojo está sin efectuar acomodación y al final de la acomodación está más cerca del cristalino que en el ojo normal. La persona miope no ve bien de lejos. Al estar el punto focal del ojo más cerca de la córnea que en un ojo normal, los objetos situados en el infinito forman la imagen delante de la retina y se ven borrosos. Empiezan a verse bien cuando están cerca (en el punto remoto). Del punto remoto al punto próximo realiza acomodación como el ojo normal.

Miopía El punto remoto y el punto próximo están más cerca que en el ojo normal. Para corregir la miopía se necesitan lentes divergentes: divergen los rayos que llegan. El foco de las lentes divergentes empleadas para corregir la miopía debe estar en el punto remoto para que los rayos que salen de ellas se enfoquen en la retina

Hipermetropía Es un defecto de convergencia del sistema óptico del ojo. El foco imagen del ojo está detrás de la retina cuando el ojo está en actitud de descanso sin empezar la acomodación. El foco está fuera del globo ocular. El ojo miope cuando está en reposo tiene la lente del cristalino muy poco convergente. Para ver los objetos situados en el infinito tiene que realizar acomodación. Ve bien a lo lejos pero para hacerlo ya gasta recorrido de acomodación.

Tiene el punto próximo más lejos que el ojo normal ( más de 25 cm ) porque gasta antes el recorrido de acomodación.

Hipermetropía El punto remoto es virtual y está detrás del ojo. La hipermetropía se corrige con lentes convergentes. También se puede corregir al crecer la persona y agrandarse el globo ocular.

Presbicia Vista cansada. Con el paso de los años se reduce la capacidad de adaptación del cristalino (pierde flexibilidad) y aumenta la distancia a la que se encuentra el punto próximo. Este defecto se llama presbicia y se corrige con lentes convergentes.

Astigmatismo Si el ojo tiene una córnea deformada ( como si la córnea fuese esférica con una superficie cilíndrica superpuesta ) los objetos puntuales dan como imágenes líneas cortas. Este defecto se llama astigmatismo y para corregirlo es necesario una lente cilíndrica compensadora.

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Lupa, Lentes de Fresnel

LUPA Microscopio Simple Cuanto más acercamos un objeto al ojo este los ve bajo un ángulo aparente mayor. Pero existe una distancia mínima llamada punto próximo (25 cm) por delante de la cual no se ven nítidamnete. En ese punto la imagen alcanza su máximo tamaño en la retina y aún la percibimos con nitidez.

Un objeto situado en el punto próximo del ojo, se ve del mayor tamaño que es posible verlo a simple vista y bajo el mayor ángulo.

Una lente convergente puede conseguir que la imagen de un objeto se vea ampliada y, por lo tanto, verla bajo un ángulo aparente mayor. Debemos poner el objeto entre la lente y el foco. La amplificación máxima se produce cuando está en el foco. El sistema así formado se llama lupa o microscopio simple.

Cuanto más convergente (más ancha en el centro ) sea la lente, más aumento dará . Una lente muy convergente tendrá una distancia focal pequeña.

Distancia focal de una lupa Para conocer la distancia focal de una lente convergente se coloca frente a un haz de luz y se mueve hasta que la luz que viene del infinito se concentre en un círculo mínimo.

Cuando eso se logra, subiéndola y bajanjándola (enfocando y desenfocando), sólo tenemos que medir la distancia desde ese punto a la lente. ¿Utilizó alguna vez una lupa para quemar un papel?

LUPA Esta es la construcción geométrica de la imagen para un objeto situado entre una lente convergente y su foco: El máximo aumento de la lupa se produce cuando el objeto se sitúa en el foco. Entonces los rayos que atraviesan la lente salen paralelos al que pasa por el centro óptico. La imagen se dice que se formaría en el infinito, pero el sistema óptico del ojo normal, sin esfuerzo de acomodación, concentra en la retina esos rayos que parecen venir del infinito.

Angulo máximo aparente El ojo observa un objeto situado a una distancia x bajo un ángulo aparenteΘi

Como para ángulos pequeños la tangente y el ángulo coinciden tg Θi = Θi = y / x En el ojo normal, esa distancia x con la que el ojo ve bajo un ángulo aparente máximo es 0,25 m.

Angulo aparente con lupa Cuando situamos la lupa delante del ojo, y el objeto casi en el punto focal de la lupa, la imagen se forma grande y hacia atrás y la vemos bajo un ángulo aparente mayor. Si el objeto se sitúa en el punto focal, la lente forma la imagen en el infinito, pero, para la córnea y el cristalino del ojo, esa imagen viene del infinito y concentran la luz en la retina sin esfuerzo de acomodación. La amplificación es máxima y el ángulo aparente con que se logra ver el objeto es: tg Θf = Θf = y / f

Por lo tanto la Amplificación angular = Θf / Θi = x / f





Cuanto más convergente ( más ancha en el medio ) sea una lente más aumento dará .

Conclusiones Muchas personas acercan el objeto demasiado a la lupa dentro de la distancia focal, entonces la imagen no se forma en el infinito y el observador debe acomodar el cristalino del ojo, con lo cual instintivamente modifican la posición del objeto de tal manera que su imagen se forma en el punto próximo y la nitidez es máxima.

En la práctica no suelen utilizarse lupas de más de 25 aumentos por la dificultad que supone corregir las aberraciones que producen. Para mayores aumentos se utiliza el microscopio compuesto.

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Microscopio

Microscopio Teoría El microscopio se utiliza para examinar objetos muy pequeños situados a muy corta distancia de la lente objetivo. Está formado por dos lentes convergentes lente objetivo, situada muy cerca del objeto Es muy convergente (f = 2 cm la de la siguiente figura) y el objeto debe colocarse más allá de su punto focal, pero cerca de él. lente ocular, al otro extremo del tubo, está más cerca del ojo y hace la función de lupa sobre la imagen que produce la lente objetivo. Se coloca de manera que la imagen formada por la lente objetivo (flecha amarilla) caiga sobre el punto focal de ella, F2 . En la figura está un poco más cerca de la lente.

Partes de un microscopio Debajo de la platina ( que en muchos microscopios es móvil) de los modelos buenos se sitúa un sistema de lentes condesadoras. En los modelos simples existe un disco con agujeros de distinto diámetros que constituye un diafragma. El diafragma regula el paso de la luz a la preparación. Se usa cuando la luz incide desde la parte inferior y atraviesa la muestra expuesta en el portaobjetos.

Partes de un microscopio Se montan varios objetivos sobre un soporte móvil llamado revólver Cuanto más pequeña sea la lente objetivo más aumentos tiene pero la muestra requiere más iluminación externa (ya que deben llegar más fotones a la pequeña zona ampliada para que nos den información de sus partes ) y la lente debe colocarse más cerca del objeto. Cuantos menos aumentos tenga menos luz necesita, cuantos más aumentos más luz.

Lente ocular Las distintas lentes oculares se insertan en la parte superior del tubo del microscopio Solo se usa cubreobjetos cuando se trabaja con seres vivos que pueden proyectar partículas a la lente. Con objetos inanimados no es necesario. El aumento tope de un microscopio es de 2000 que corresponden a 20x ocular y 100x objetivo Para mover los tornillos de aproximación deben usarse las dos manos para no desajustar la cremallera. El ocular puede ser sustituído por una cámara de vídeo. En este caso, al colocarlo en lugar de la lente ocular, perdemos el aumento que esta aportaba. La lente ocular máxima es de 20x.

Trazado de rayos Cuando una imagen se forma en el foco, F2 la luz emerge del ocular en forma de un haz de rayos paralelos y forma la imagen en el infinito, pero el ojo, sin esfuerzo de acomodación, la concentra en la retina.

Características del microscopio El ocular logra que veamos la imagen del objetivo con un ángulo aparente mayor que si el objeto estuviera en el punto próximo del ojo. La lente objetivo produce una imagen mayor, real e invertida, y la lente ocular, actuando sobre ella, la hace más grande pero la deja invertida y virtual. La imagen que da el microscopio es mayor, virtual e invertida. La imagen final después de pasar por el ojo se forma en la retina. La distancia entre el punto focal imagen del objetivo y el punto focal objeto del ocular se llama longitud del tubo, L. En los microscopios tiene un valor fijo: 16 cm.

Aumento de un microscopio El aumento lateral de la lente objetivo es:

tg Θi = y / f1 = - y' / L

β = y'/ y = - L / f1

El ocular actúa como lupa y da una amplificación angular de:

Aumento de un microscopio El ángulo máximo con que el ojo ve el objeto sin usar lentes es el que logra cuando el objeto está situado en el punto próximo del ojo. El punto próximo en un ojo normal está a 25 cm por lo que la expresión anterior queda: Mo= xp / f2 = 0,25 / f2 = Potencia del ocular / 4 El poder amplificador del microscopio es el producto de la amplificación lateral del objetivo por la amplificación angular del ocular: M = β · Mo = (L / f1 ) · (xp / f2 )

Aumento de un microscopio Las casas comerciales facilitan con los microscopios unas tablas en las que se indican los aumentos logrados con diferentes objetivos. Son del tipo siguiente: Aumento total

Objetivo (distancia focal en mm)

Aumento Objetivo (para L=16 cm)

Ocular x5

Ocular x10

Ocular x15

Distancia de trabajo (mm)

50

3,2

16

32

48

30

25

6,4

32

64

96

14

16

10

50

100

150

8

8

20

100

200

300

2

4

40

200

400

600

0,5

2

80

400

800

1200

0,2

El aumento del objetivo se calcula dividiendo la distancia focal en cm. entre 16

Aumento de un microscopio El aumento total es el producto de los dos aumentos. La distancia de trabajo es la distancia existente entre la lente frontal del objetivo y el objeto enfocado. Es siempre menor que la distancia focal del objetivo. Cuanto mayor es el aumento del objetivo más cerca está del objeto y menor es la lente por lo que llega menos luz al ojo. A mayor aumento menos luminosidad.

Tomas de un microscopio conectado a una TV En estas tomas un papel papel publicitario en el que se ve un tres, a simple vista parece que tiene un color homogéneo, una zona amarilla y el número tres en granate, pero al someterlo al microscopio descubrimos que la textura está formada por puntos El color de las tomas está un poco alterado por haberlas realizado fotografiando la pantalla de una televisión (monitor) conectada al microscopio y quizá con una iluminación inadecuada.

Trozo de cartel en amarillo y granate visto a simple vista. En las fotos siguientes ampliamos la zona de contacto de los dos colores.

Con 10 aumentos apreciamos que en la parte de fondo amarillo hay puntos granate sobre amarillo y sobre el fondo granate hay puntos negros. (Los colores de esta foto deberían ser iguales a los de la foto de la derecha, pero están distorsianados por la TV).

En esta toma de x40 el color es más aproximado al que se ve al mirar directamente. Aquí el monitor distorsionó menos el color.

Poder separador. La luz visible tiene una longitud de onda comprendida entre los 400 y los 700 nanometros (nm). Esta característica supone una limitación al poder separador (distancia a la que dos puntos se ven separados). Cuando se ilumina un objeto, los puntos de su superficie reflejan las ondas luminosas. Dos puntos próximos de la superficie se verán como distintos si la distancia que los separa es grande comparada con la longitud de on-da que reciben. Si la distancia que los separa es inferior a la longitud de onda que los ilumina aparecerán a nuestra vista como dos puntos unidos. De nada sirve entonces aumentar el poder amplificador del microscopio. Lo que lograríamos es aumentar de tamaño aparente esa mancha difusa procedente de la unión de los dos puntos, pero sin conseguir verlos separados.

Poder separador La teoría de la difracción de la luz nos enseña que la imagen que da un punto luminoso no es un punto sino una mancha circular brillante rodeada de anillos concéntricos más apagados.

El diámetro de la mancha dependerá de la longitud de onda con que se ilumine. Si las manchas imagen de dos puntos próximos se producen superpuestas las veremos como un único punto. Sólo las distinguiremos como separadas cuando no se superpongan o se superpongan poco (menos de la mitad de su radio). Estos criterios fueron establecidos por Lord Raileigh.

Poder separador Se define el poder separador de una lente o en general de un instrumento óptico como su capacidad para separar nítidamente las imágenes de dos puntos próximos. Si "d“ es la distancia mínima a que pueden estar separados dos puntos para que sus imágenes se vean como separadas.



La claridad de la imagen crece con el ángulo "a" . Este ángulo es el de semiabertura del objetivo: Existen tres maneras de aumentar el poder separador de un objetivo (disminuir la distancia a la que dos puntos próximos aparecen separados) :

Poder separador Aumentando el índice de refracción del espacio objeto. Para el aire n = 1, pero en los microscopios de Inmersión, que introducen el objetivo en una gota de líquido que cubre el cubreobjetos puede lograrse, con aceite de cedro, un n= 1,515 y con monobromonaftaleno n= 1,66. Usando lentes frontales planas que dan un ángulo "a" mayor. Se pueden alcanzar valores de sen a = 0,95. El límite de la A.N es de 1,4. Disminuyendo la longitud de onda de la luz empleada. La luz ultravioleta l = 200 nm es invisible al ojo y es absorbida por el vidrio pero estas dificultades pueden resolverse. Se pueden usar lentes de fluorita o cuarzo fundido. La imagen debe recogerse sobre placa fotográfica o una pantalla sensible a esa luz. Se debe enfocar primero usando luz visible y luego iluminar con luz ultravioleta.

Apertura numérica El producto, n sen α, que aparece en la expresión del poder separador, se llama apertura numérica (A.N.) de un objetivo y constituye una las características más importantes de la lente. Los fabricantes marcan el número de la apertura numérica en la montura del objetivo junto con el aumento

La calidad de un objetivo es tanto mayor cuanto más elevada es su apertura numérica. El aumento total más idóneo debe estar comprendido entre 500 (A.N.) y 1000 (A.N.) veces la apertura numérica del objetivo.

Apertura numérica Oculares de gran potencia favorecen el aumento pero disminuyen la luminosidad, nitidez y las dimensiones del campo visual. Por eso es aconsejable situar el aumento total entre 500 y 1000 veces el valor de A.N. Esta regla está basada en las relaciones entre los poderes separadores del ojo y del microscopio Ejemplo Según la regla anterior, para un objetivo de aumento x 40  y A.N. 0,65  debemos usar un ocular que logre valores comprendidos entre los siguientes aumentos  500· 0,65 = 325 aumentos 1000·0,65 = 650 aumentos Para lograr valores comprendidos entre 325 y 650 aumentos con un objetivo de x40 debemos emplear oculares de x10 y x15

Así empleando del de x10 el aumento total será 10x40 = 400 aumentos Empleando el de x15 el aumento será de 600. Un ocular x20 producirá imágenes de mayor aumento (800) pero serán poco nítidas Profundidad de foco o Poder penetrante Existen dos poderes de resolución del microscopio uno en el plano horizontal del enfoque que se estudia como Poder separador y otro en el plano vertical que se estudia como Profundidad de foco o Poder penetrante. El poder penetrante expresa la cualidad de un objetivo de poder presentar perfectamente detalladas los diversos planos de una preparación sin variar la posición de enfoque. Depende del diseño del objetivo.

Profundidad de foco o Poder penetrante El Poder penetrante (Profundidad de foco) es inversamente proporcional al cuadrado de la apertura numérica (A.N.) Cuanta mayor sea la Profundidad de foco, tanto menor será el Poder separador.

Física lII

Telescopios

Anteojo astronómico Se utiliza para observar objetos lejanos. Con él se ven más grandes e invertidos. Galileo, al enterarse de que los holandeses habían costruído unas lentes con las que observaban objetos, construyó también unas, las pulió, les dio la curvatura adecuada, e hizo un telescopio. Teoría Está compuesto de dos lentes convergentes y tiene como finalidad que la imagen del objeto esté más próxima al ojo que el objeto de modo que al verla con un ángulo mayor, parece mayor

Características del Anteojo Lente objeto La lente convergente objeto (la más próxima al objeto, a la izquierda) tiene la distancia focal más grande F1 y, para rayos que vienen del infinito forma la imagen en el foco de la segunda lente, F2 La lente objeto, poco convergente, pone la imagen en el foco de la lente ocular Lente ocular La es más convergente que la del objetivo (tiene una distancia focal pequeña). Para esta lente los objetos que están entre el foco y la lente dan imágenes más grandes y virtuales (haz su imagen a la izquierda, de la parte de de donde viene la luz). La lente ocular actúa como lupa

Lente ocular Si el objeto para esta lente está en el foco, la imagen que da la segunda lente se forma en el infinito ( en realidad no se forma, los rayos salen paralelos). Si no se forma ¿cómo la vemos? Ahora es cuando entra en juego el sistema óptico del ojo. Esta imagen que la segunda lente forma en el infinito, para los ojos de la persona que mira por el aparato parece venir del infinito, y el ojo concentra los rayos en la retina sin esfuerzo de acomodación. Por lo tanto la persona ve la imagen mayor e invertida. El ojo se sitúa en el foco de la lente ocular y en el eje óptico del sistema.

Formación de imágenes en el anteojo astronómico Observamos que la imagen 2 que forma la lente ocular, es virtual, porque para la lente ocular el objeto (imagen 1) está entre el foco y la lente. Cuando la imagen 1 (objeto para la segunda lente) se forma en el foco F2, la imagen 2 se forma en el infinito.

Enfoque al infinito Cuando se enfocan con el telescopio objetos situados en el infinito la imagen 1 se forma en el foco de la primera lente y el foco de la segunda también tiene que estar en ese punto. Por lo tanto en un telescopio que enfoque al infinito la separación de las lentes es la suma de las distancias focales: d = f1 + f2

Poder amplificador El poder amplificador del telescopio es la amplificación angular. Si a simple vista observamos el objeto bajo el ángulo Θi y observamos la imagen con el aparato bajo el ángulo Θf el aumento angular es : M = Θf / Θi

Poder amplificador El ángulo con que vemos el objeto y el que se ve desde la lente objeto es el mismo. Como los ángulos opuestos por el vértice son iguales, podemos establecer la proporción que sacamos de esta figura: tg Θi = Θi En la figura vemos que el ángulo con que el ojo ve la imagen de la primera lente, justo antes de situarla en el foco es Θf . Si se situara en el foco la imagen iría al infinito. El ángulo será: tg Θf = Θf = y' / f2

= y' / f1

Poder amplificador Por los criterios DIN de signos y' es negativo y Θf también, por lo tanto: M = Θf / Θi = - f1 / f2 El telescopio consigue un gran poder amplificador con un objetivo de gran distancia focal y un ocular de distancia focal pequeña.

Telescopios reales

Telescopios ópticos y técnicas de observación Cúpula del 2.12m y el MEADE en OAGH, Sierra Mariquita,Canaea, Sonora

Fotometría

Astrofotografía

Espectroscopía

I ntro duc c ión La única forma que podem os o btener inform a c ión de los objeto s a s tronóm ic o s es a pa rtir de la luz que nos lleg a de ellos . NECESITAMOS 

1

Sistema que colecte luz

2

Sistema que tome la información de la forma que queramos  dispositivo para medir la “luz” (flujo).

OJO TELESCOPIO

INSTRUMENTO + DETECTOR  PLACA FOTOGRÁFICA FILTRO FOTÓMETRO CÁMARA CCD ESPECTRÓGRAFO

Telescopio + instrumento + detector = SISTEMA ÓPTICO

La ELECCIÓN de un INSTRUMENTO depende del tipo de observación y de ciencia que queramos hacer  TÉCNICAS DE OBSERVACIÓN : 4 tipos

Fotometría



las más importantes

Espectroscopía

Polarimetría y espectropolarimetría  Sirve para medir componentes polarizadas de los objetos, en un rango de λ (polarimetría) o en una λ determinada (espectropolarimetría) Interferometría  Sirve para mejorar la resolución angular de los objetos

Telescopios :

Reflector,1m Tonantzintla

Funciones: 1.

Captar la luz  A mayor diámetro (D), más luz captan y podemos ver objetos más débiles (va con D2)

2.

Aumentar la resolución angular.

3.

Medir la posición de los objetos celestes Refractor, 102 cm, Yerkes, Chicago

Tipos: 

Refractores. Utilizan lentes y funcionan bajo el principio de refracción de la luz.



Reflectores. Utilizan espejos y funcionan bajo el principio de reflexión de la luz.



Catadióptricos . Utilizan lentes y espejos

Atmósfera

Refractores:

i

 Basan su funcionamiento en el principio de refracción de la luz. lente

i’

Utilizan dos lentes para formar la imagen de los objetos celestes: lente objetivo y ocular. Se denomina apertura (D) al diámetro del objetivo.

Lente objetivo Lente ocular Punto focal: F



Eje óptico

Distancia focal : f

VENTAJAS  No necesita mantenimiento

Hay lentes de cualquier focal pero aumenta mucho el tamaño del telescopio

Buena respuesta térmica

Refractor, 1m , Yerkes, Chicago

DESVENTAJAS 25 m 1.

La luz que pasa por las lentes sufre dispersión  hay pérdidas adicionales de luz.

2.

Los vidrios ordinarios no transmiten la luz Ultravioleta, limitando las observaciones en longitudes de onda cortas.

3.

Las dimensiones de los refractores están limitadas por el peso de las lentes, las cuales pueden provocar grandes distorsiones en las imágenes.

Telescopios Reflectores Espejo parabólico

 Se basan en el principio de reflexión de la luz Utilizan espejos, recubiertos delgada capa de aluminio

por

una

Normalmente los espejos son parabólicos cualquier rayo que llega a la superficie del espejo se refleja al mismo punto (F). Defectos en su superficie causan aberración esférica (Hubble)

Con problemas

Imagen se forma en un circulo: circulo de mínima confusión

 Hoy en día todos los telescopios son de este tipo. Principal ventaja: disminuyen el tamaño del telescopio

Sin problemas

Imagen se forma en un punto = Foco

TIPOS DE TELESCOPIOS REFLECTORES: Foco primario

E s p e j o

Foco Primario. El foco se encuentra encima del telescopio y es allí donde se coloca el instrumento (caja del primario) . Problemas mecánicos y que el instrumento oculta luz

F

Foco Newton. Utiliza un espejo plano para sacar el haz de luz del telescopio. Problemas: el telescopio no se puede mover mucho porque se desbalancea.

Foco Cassegrain. Se utiliza un espejo secundario parabólico para desviar el haz de luz hacia la parte posterior el espejo primario (F). Debido al hoyo central se pierde el 15%. Ventajas: Ventajas como se corta el haz de luz el tamaño del telescopio disminuye, el telescopio esta balanceado, tienen alta resolución.

Foco Newton Espejo plano

F Foco Cassegrain Espejo secundario

F primario

Foco Coude

Foco Coudé. Usa espejos planos para

desviar la  luz hacia un foco lejano y fijo donde se ponen Hoyinstrumentos en día todos los telescopios pesados para son hacer espectroscopia de alta precisión tipo Cassegrain

F

p a r a b ó l i c o

Monturas ECUATORIAL. Un eje apunta hacia el PN (eje polar). El segundo es perpendicular al primero (eje de declinación). VENTAJA: el movimiento aparente de la esfera celeste se puede compensar con un movimiento constante del telescopio alrededor del eje polar. DESVENTAJA: Son poco estables si aumenta el peso (sólo telescopios viejos)

PN

HORIZONTAL O AZIMUTAL o de Horquilla. Un eje es horizontal (DEC) y el segundo es vertical (AR). VENTAJA: fácil de construir y más estable (telescopios grandes). DESVENTAJA:Para compensar el movimiento aparente de la esfera celeste el telescopio debe moverse con velocidad variable alrededor de los dos ejes. 2.12m de Cananea

Declinación

Polar

horquilla

Nuevas Tecnologías: Tecnologías Al aumentar el diámetro de los espejos aumenta mucho el peso de los mismo y aparecen problemas mecánicos y técnicos; posibles soluciones han sido:  Dividir el área del espejo: Un telescopio grande se puede dividir en telescopios más pequeños ( es más barato y sencillo), xEj MMT (Multi Mirror Telescope) Telescopio formado por 6 espejos pequeños de foco común.  Espejos sementados en paneles, como el GTC (10.4m) y con óptica Activa.  Óptica ADAPTATIVA: Se hace un único espejo delgado (menisco delgado) con un sistema que mantiene la curvatura con un error mínimo. Se debe ir checando la curvatura y corrigiendo la forma para que el error sea < 0.05mm. SUBARU, 8m  Óptica ACTIVA: Se consigue mejorar la imagen del telescopio midiendo a tiempo real el frente de onda y corrigiendo la forma del espejo con suspensores automatizados.

Diseño del espejo primario del GTC

Telescopios en México : tres grandes observatorios

Tonantzintla: 1m de Tonantzintla (OAN) Montura de horquilla Foco Cassegrain Apertura de 1 m Instrumentos: espectrógrafo, CCD-mil, fotómetro Cámara Schmidt (INAOE) 1m de apertura (efectivo, 80 cm) Montura ecuatorial Espejo primario esférico Campos de 5grados Placas fotográficas ( ver el acerbo de Tonantzintla) Carta del cielo (OAN) Refractor de 33 cm

Cámara CCD en el foco Cassegrain, 1m de Tonantzintla

OAGH, Cananea, Sonora (INAOE)

•Telescopio de 2.12 m: •Montura Horizontal •Foco R-C ~ Cassegrain • Diámetro 2.12m •Instrumentos: Espectrógrafo,

Secundario

Buscador

Cámara CCD, LFOSC (objetos débiles), cámara infrarroja, CANICA, y en proyecto , espectrógrafo de multifibras y espectrógrafo de alta resolución

• MEADE: Medidor de la extinción de la atmósfera (16 pulgadas)

Primario

OAN de San Pedro Mártir, Baja California (UNAM) El observatorio óptico más importante de México

•2.12

m: Casi gemelo del 2.12m de

Cananea

•Montura

de Horquilla pero con

tope

•Foco R-Ch ~ Cassegrain •Instrumentos: Echelle,

FabryPerot, Espectrógrafos de alta y resolución intermedia y varias cámaras CCD. Infrarrojo: Camila, y Camaleón (Espectrógrafo)

•1.5 m •Instrumentos:

Espectrógrafo, cámara CCD y fotómetro

•84 cm •Instrumentos:

Espectrógrafo, cámara CCD y fotómetro

PROYECTOS

GTC, hoy

• OPTICO: •GTC (Observatorio del Roque de los Muchachos, Canarias, España): mayor telescopio óptico del mundo, 10.4m •GTB (La Negra, México), 2 de 8m •INFRAROJO: •TIM, (OAN, México): 6.4 m •MILIMETRICO: •GTM (La Negra, México): Mayor telescopio milimétrico del mundo : 50 m

GTM,Junio

CONDICIONES DE UN SITIO PARA SER UN BUEN OBSERVATORIO:  Sin nubes  Latitud entre 10-300 N y 0-400S  Sin humedad (sobre todo en IR y mm) Zonas altas y desérticas  Lejos de ciudades (evitar contaminación lumínica)  Buen seeing (turbulencia atmosférica, tiene el efecto de aumentar el tamaño imagen y de diluir la energía Buen seeing ~ 1”. El seeing mejora con la altura  sobre 2 Km.)

α (ϑ) Estrella sin atmósfera

Disco de seeing (estrella con atmósfera)

Zona sin montañas cercanas que produzcan turbulencias Sin árboles cercanos Sin viento Dentro de la cúpula cuidar que este bien ventilado y que no haya maquinas que produzcan calor.

Los mejores seeing : ●

Hawai (EE.UU.) ~ 0.1” ESO (Chile) ~ 0.2” ● La Palma (España) ~ 0.5” ●SPM y Cananea (México) ~ 0.8” ●

* FOTOMETRÍA La utilizamos cuando nos interesa medir los flujos (energías ) de objetos puntuales (estrellas) o el brillo superficial de objetos extendidos (xEj. galaxias). Otra posible aplicación es calcular posiciones de astros. Instrumentos: Fotómetros, filtros + CCD y placas fotográficas Técnicas Fotometría de apertura  para objetos puntuales Ajuste a PSF (Point Spread Function)  para objetos extendidos o en campos con muchos objetos y/o muy cercanos

UGC 5605

5'

Posiciones

Estrella = apertura - cielo

M22

* ESPECTROSCOPIA. Mediante el uso de prismas o rejillas de difracción conseguimos descomponer la luz que recibimos en las distintas λ que la componen = Espectro = distribución de intensidad en λ oν

Espectro de una A0

Hα

La utilizamos cuando nos interesa ver la energía

que se emite o se absorbe en cada λ. Esta distribución se relaciona con diferentes procesos. Quiero determinar composición, abundancias químicas, condiciones físicas de las regiones que emiten, tipo de objeto, corrimiento al rojo, velocidades (anchuras de líneas)...

Instrumentos : Espectrógrafos y cámara CCD o placa fotográfica

Proceso de reducción: Imagen sin corregir

Imagen reducida

Una vez tomamos la imagen en una cámara CCD y antes de empezar a trabajar con ella, debe limpiarse de todos los efectos que introducen los detectores  REDUCCIÓN

Corregir de: BIAS DARK FLAT-FIELD Rayos Cósmicos

 IRAF 

Proceso de Análisis : Tratamiento de los datos de forma científica