lunes, 21 de marzo de 2011

De que depende la resolución teórica?

Hace tiempo, cuando visitamos con un grupo de alumnos de astronomia el IAR (Instituto Argentino de Radioastronomia), muchos se sorprendieron de que con el radiotelescopio principal de 30 metros de diámetro apenas se llegaba a definir (resolver en idioma astronomico) el diámetro aparente de la Luna.

Una de las antenas gemelas del IAR de 30 metros de diametro.
No es que la resolución sólo depende de diámetro del telescopio?

Como puede ser que semejante monstruosa antena sólo pueda ver eso?

El asunto es que hay un detalle: tambien depende del "color" (longitud de onda o lambda -λ-) que estas observando.

Normalmente cuando preguntas que resolución tiene un telescopio, es en el visual, y por eso se usa una fórmula simplificada:

Resolución en segundos de arco (") = 11,4/ diámetro (cm),

Pero la fórmula real es:

Resolución en " = 206.205 * λ / Diametro del telescopio.

Por supuesto que en las mismas unidades. Este valor es conocido tambien como limite de Dawes.

Como ves, si reemplazamos por valores del radiotelescopio (es sensible a λ = 21 cm.):

Resolución = 206.265 * 0,21 m. / 30 m. = 1443 " = 24 minutos de arco.

Como la Luna tiene un diametro aparente de 30 minutos de arco....

A la izquierda, como se ve la Luna con un telescopio de 10 cm de diametro. A la izquierda, simulacion sobre como la "ve" el radiotelescopio de 30 metros. 
Cuan perfecto debe ser el telescopio?

Un espejo o antena debe tener una calidad minima como para que el telescopio alcance su máxima capacidad de definir detalles.

Esto sucede cuando las máximas irregularidades con referencia a la curva perfecta son menores a

λ/ 8

En un telescopio optico, que ve en promedio en color amarillo (λ = 0,56 milesimas de milimetro),  se alcanza la máxima resolución cuando las irregularidades del espejo son menores a

0,56 micrones / 8 =   0,07 micrones.

El telescopio que usas tiene que tener indefectiblemente una calidad superior a 7 cienmilesimas de milimetro para que se vea bien!!!!.

Para que tengas una idea mejor de cuan poco es este valor, si un espejo de 10 cm. lo agrandas a 10 kilómetros de diámetro, las irregularidades se agrandarian a 7 mm.....
Un espejo astronómico de costado. La parte superior es la parabola donde se refleja la luz. Ampliada las irregularidades de la superficie. Si estas son menores de 0,07 micrones, el espejo se considera perfecto.
Cuando pienso en esto, me saco el sombrero ante los constructores de telescopios!

En el radiotelescopio que detecta en λ = 21 cm, la parábola debe ser mejor que unos 3 cm. Por ese motivo estos equipos a veces pueden usar un tejido metalico, que para las ondas de radio son como un espejo perfecto.

La parte central de la antena es solida, en cambio hacia los bordes es de tejido metalico. Para las ondas de radio de 21 cm. es tan solida como la parte central.
Los radiotelescopios muchas veces tienen la parte interna de la antena con cobertura completa, porque se usa para longitudes de onda mas cortas, donde el tejido ya no es efectivo.

Como se sacan imagenes tan buenas entonces con radiotelescopios?

Poque los radioastrónomos usan una "trampa": se llama interferometro.

Colocando dos antenas mirando al mismo objeto al mismo tiempo, puede analizarse la señal y reconstruir la imagen con la definición de la separación de las antenas.

Existen los Very Large Interferometer (VLI), como el VLA en Nuevo Mexico. Son 27 antenas que se extienden por 30 km.

VLA.
Tambien existen los VLBI (Very Large Base Interferometer) que son dos o mas radiotelescopios, cada uno en un pais o continente diferente.

Fijate lo que puede hacerse con interferómetros....

La galaxia M51, donde se ve la estructura espiral y la resolución es de unos pocos segundos de arco....
No puede usarse en visual?

Si y de hecho se está utilizando. El principal telescopio del mundo en Chile, Cerro Paranal, son cuatro telescopios que pueden funcionan por separado o todos juntos, como interferómetro.

Los cuatro telescopios de Paranal estan conectados subterraneamente, lo que permite combinar los haces de luz de los cuatro, alcanzando la maxima resolución.
Son cuatro telescopios de 8,2 metros de diametro que pueden separarse a 200 metros, por lo que alcanza la resolución teórica suficiente para ver a un astronauta en la Luna!!

2 comentarios:

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