Cum funcționează un telescop?

Telescoapele au parcurs un drum lung de pe vremea lui Galileo. Acum tind să fie dispozitive uriașe; cel mai scump costă sute de milioane până la miliarde de dolari. (Totuși, pentru a oferi un punct de referință, rețineți că doar renovarea stadioanelor de fotbal universitare costă de obicei sute de milioane de dolari, iar cea mai scumpă renovare recentă, la Kyle Field de la Universitatea Texas A&M, costă 450 de milioane de dolari.) Motivul pentru care astronomii continuă să construiască telescoapele din ce în ce mai mari este că obiectele cerești – cum ar fi planetele, stelele și galaxiile – trimit mult mai multă lumină pe Pământ decât poate prinde orice ochi uman (cu minuscula sa deschidere), iar telescoapele mai mari pot detecta obiecte mai slabe. Dacă ați urmărit vreodată stelele cu un grup de prieteni, știți că există multă lumină stelară; fiecare dintre voi poate vedea fiecare dintre stele. Dacă încă o mie de oameni ar fi privit, fiecare dintre ei ar prinde și un pic din lumina fiecărei stele. Cu toate acestea, lumina care nu este văzută de ochi este irosită. Ar fi grozav dacă o parte din această lumină „irosită” ar putea fi, de asemenea, capturată și făcută vizibil. Exact asta face un telescop.

Cele mai importante funcții ale unui telescop sunt (1) să colecteze lumina slabă dintr-o sursă astronomică și (2) să focalizeze toată lumina într-un punct sau într-o imagine. Majoritatea obiectelor de interes pentru astronomi sunt extrem de slabe: cu cât putem colecta mai multă lumină, cu atât mai bine putem studia astfel de obiecte. (Și amintiți-vă, deși ne concentrăm mai întâi pe lumina vizibilă, există multe telescoape care colectează alte tipuri de radiații electromagnetice.)

Telescoapele care colectează radiația vizibilă folosesc o lentilă sau o oglindă pentru a colecta lumina. Alte tipuri de telescoape pot folosi dispozitive de colectare care arată foarte diferit de lentilele și oglinzile cu care suntem familiarizați, dar au aceeași funcție. La toate tipurile de telescoape, capacitatea de colectare a luminii este determinată de zona dispozitivului care acționează ca o „găleată” de colectare a luminii. Deoarece majoritatea telescoapelor au oglinzi sau lentile, putem compara puterea lor de colectare a luminii comparând aperturile sau diametrele deschiderii prin care se deplasează sau se reflectă lumina.

Cantitatea de lumină pe care o poate colecta un telescop crește odată cu dimensiunea diafragmei. Un telescop cu o oglindă care are 4 metri în diametru poate colecta de 16 ori mai multă lumină decât un telescop care are 1 metru în diametru. (Diametrul este la pătrat deoarece aria unui cerc este egală cu πd²/4, unde d este diametrul cercului.)

Exemplul 6.1

Calcularea zonei de colectare a luminii

Care este aria unui telescop cu diametrul de 1 m? Dar a unui cu diametrul de 4 m?

Soluţie

Folosind ecuația pentru aria unui cerc,

A = πd²/4

aria unui telescop de 1 m este

πd²/4 = π(1 m)²/4 = 0,79 m²

iar aria unui telescop de 4 m este

πd²/4 = π(4 m)²/4 = 12,6 m²

Exercițiu

Arătați că raportul dintre cele două arii este de 16:1.

Răspuns:

12,6m²/0,79m² = 16. Prin urmare, cu o suprafață de 16 ori mai mare, un telescop de 4 m colectează de 16 ori mai multă lumină decât unui telescop de 1 m.

După ce telescopul formează o imagine, avem nevoie de o modalitate de a o detecta și de a o înregistra, astfel încât să putem măsura, reproduce și analiza imaginea în diferite moduri. Înainte de secolul al XIX-lea, astronomii vedeau pur și simplu imaginile cu ochii și scriau descrieri a ceea ce vedeau. Acest lucru a fost foarte ineficient și nu a condus la o înregistrare foarte fiabilă pe termen lung; știm din emisiunile despre criminali de la televizor că relatările martorilor oculari sunt adesea inexacte.

În secolul al XIX-lea, utilizarea fotografiei a devenit larg răspândită. În acele zile, fotografiile erau o înregistrare chimică a unei imagini pe o placă de sticlă tratată special. Astăzi, imaginea este în general detectată cu senzori similari celor din camerele digitale, înregistrate electronic și stocate în computere. Această înregistrare permanentă poate fi apoi utilizată pentru studii detaliate și cantitative. Astronomii profesioniști se uită rar prin telescoapele mari pe care le folosesc pentru cercetarea lor.