En el taller de Galileo se debe haber construido alrededor de un centenar de telescopios; para uso personal en sus observaciones del cielo, para investigar los fundamentos ópticos del aparato, para obsequiar a sus amigos gobernantes y, desde luego, para vender.
Ya los egipcios, griegos y romanos, entre los siglos 3 y 2 a.C., conocían el vidrio, fabricaban objetos con él y vidriaban la cerámica. Por el año 1300 se fabricaban lentes en Venecia y se usaban como anteojos para la corrección de imperfecciones de la vista, o simplemente por moda. No es ilógico pensar que alguna vez un médico optometrista alineara dos lentes de su caja de muestras y encontrara empíricamente los principios del telescopio y el microscopio.
Encontré una cita donde se afirma que por 1590 se fabricaban lentes para microscopios y telescopios en Holanda (Netherlands). Posiblemente Galileo no haya sido la primera persona que construyó un telescopio, pero si lo perfeccionó y lo usó por primera vez para observar el cielo ( http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_telescope ).
Figura 1. Lente biconvexa (convergente) y lente bicóncava (divergente). http://micro.magnet.fsu.edu/optics/lightandcolor/lenses.html
En el taller de Galileo posiblemente se compraron lentes hechos por otros artesanos, algunas se pulieron en parte para corregirlas y adaptarlas a las exigencias del diseño y seguro que también se tallaron y pulieron a partir de pequeños discos de vidrio.
El diseño sin embargo consistía en un objetivo convergente de unos 1000 mm de distancia focal, constituido por una lente plano convexa y un ocular de unos -50 mm de distancia focal, constituido por una lente plano cóncava (divergente).
La longitud total del tubo para un telescopio afocado (en perfecto foco para ver objetos muy distantes), con los dos puntos focales de las lentes coincidiendo, es entonces de 950 mm (centro a centro de las dos lentes), lo que da un aumento lateral, A = f1/f2 = 1000 mm/-50 mm= -20X.
La imagen resultante producida por un telescopio galileano es entonces erecta, esto es, igualmente orientada que el objeto, como en los binoculares, pero sin el uso de prismas erectores, que disminuyen la intensidad luminosa que entrega el sistema.
Esto es un detalle de diseño conveniente, para facilidad de uso de observadores poco experimentados y especialmente para la observación terrestre, pues la imagen se mueve en el mismo sentido que se mueve el instrumento, no en sentido opuesto, como lo hace el telescopio kepleriano (ocular positivo), más usado ahora.
Figura 2. Telescopio galileano.
Observe que el objetivo es una lente plano convexa y el ocular es una plano cóncava. Además están diafragmadas, para utilizar solo las vecindades del eje óptico y así disminuir las aberraciones.
http://episteme.arstechnica.com/eve/forums/a/tpc/f/770002407831/m/309005140041
Figura 3. Telescopio refractor astronómico (kepleriano).
La diferencia fundamental con el modelo de Galileo, consite en que el ocular es positivo (lente convergente) y que la imagen final está invertida respecto al objeto. (Optics. Hecht-Zajac, página 152).
El galileoscopio ( http://cienteccrastro.blogspot.com/2009/11/galileoscopio-colaboracion-de-marie.html ) está construido de esta manera.
Últimamente se han hecho mediciones de las características de las lentes y el tubo del telescopio construido por Galileo y se han encontrado algunas divergencias con mediciones anteriores, con publicaciones y aún en las fichas museográficas (ver referencias al final).
Usaré los datos que proporciona el Istituto e Museo di Storia della Scienza (http://www.imss.fi.it/) en Florencia, Italia, donde están en exhibición dos telescopios.
En la página http://brunelleschi.imss.fi.it/museum/esim.asp?c=405002 hay una etiqueta que describe el objeto 2428 del inventario, denominado telescopio de Galileo; inventor y constructor: Galileo Galilei; fecha: 1609 – principios de 1610; materiales: madera y cuero; dimensiones: longitud 927 mm.
Sin embargo, lo interesante para la óptica y la construcción del telescopio está a continuación:
- Objetivo. Lente plano convexa, con lado convexo hacia fuera, de 37 mm de diámetro y una apertura de 15mm, distancia focal 980 mm, grueso en el centro 2,00 mm.
- Ocular. Original perdido. Reemplazo en el siglo XIX por una lente biconvexa; diámetro 22 mm; distancia focal: -47,5 mm; grueso en el centro 1,8 mm.
- Aumento: 21X
- Campo de visión: 15' (!un cuarto de grado!)
El ocular del telescopio examina la imagen real intermedia, más o menos como se hace con una lupa y en el caso de observación directa (no fotográfica), produce la imagen final para que sea percibida por el ojo.
Aunque le parezca curioso el ocular produce una imagen virtual (como su propia imagen en un espejo plano) y cuando el telescopio está afocado (coincide la posición del foco objetivo y el foco ocular), está imagen está infinitamente alejada, para que el ojo casi no tenga que acomodar y los músculo oculares queden en una posición más relajada, lo cual facilita una observación prolongada.
El objetivo es fijo, el ocular puede intercambiarse y debe ser de excelente calidad ya que es responsable de producir el aumento del telescopio, enderezando los rayos luminosos para que llenen una buena porción de la retina.
Figura 4. Telescopio galileano.
Los rayos paralelos de un objeto distante se lleva a foco en el plano focal de
l objetivo, digamos que a 980 mm del centro óptico de dicha lente. Pero son interceptados por el ocular, a 47,5 mm antes de este plano y entonces se vuelven paralelos de nuevo para entrar por la pupila y formar una imagen en la retina. La imagen final producida por el telescopio está localizada a infinito, es virtual, erecta (igualmente orientada que el objeto) y aumentada (A =980/-47,5 =-20,6).( http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=229181 )
Bueno tallar y pulir las lentes a partir de una chapa de vidrio, con las distancias focales requeridas y a partir de un disco grueso de vidrio es un trabajo de paciencia y cuidado. Hace unos años, junto con dos amigos; Víctor Fung y Carlos Leiva pulimos un espejo de 203 mm (8") de diámetro, con 1220 mm de distancia focal (f/6). Comenzamos con una chapa de vidrio Pírex de 2,54 cm de grueso. Pulir una lente es un trabajo más costoso y detallado, porque se debe ajustar dos superficies. Para una lente plano convexa y otra plano cóncava, se debe alisar la superficie inferior del disco (base), pues proviene de un vaciado de vidrio fundido en un molde (como una tapa de dulce) y no es ni plana ni regular. Producir una superficie geométricamente plana es aún ahora una tarea nada simple.
Sujetar una chapa de vidrio de 37 mm (objetivo) y 22 mm (ocular) de diámetro y restregarla contra un molde no debió ser tarea fácil en tiempos de Galileo.
Quizás no había los abrasivos de carborundo, óxidos de hierro y de cerio de diferente gradación que hay ahora, para ir tallando y puliendo poco a poco la superficie curva con el radio de curvatura requerido, de acuerdo con la ecuación del fabricante lentes.
Pero mejor le dejo este comentario para otra oportunidad.
Referencias adicionales:
- http://www.scitechantiques.com/galileo-telerscope-lenght-measurement/
- http://www.ehow.com/about_4696526_history-of-eyeglasses.html
- http://www.scitechantiques.com/Galileo-Telescope-Anomalies-optics-3-23-06/#A_visit_to_the__home_of_one_of_the_Original_Galileo_Telescopes
- http://www.scitechantiques.com/Galileotelescope/
- file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/telescope_design.html
- http://www.pacifier.com/~tpope/Galilean_Optics_Page.htm#Galilean_Telescope
- http://www.pacifier.com/~tpope/index.htm
- http://www.pacifier.com/~tpope/Additional_Info.htm#Additional_Info
- http://www.pacifier.com/~tpope/Galilean_Optics_Page.htm#Positive_Eyepiece_Diagram
- http://www.pacifier.com/~tpope/Building_A_Galilean_Telescope.htm
- http://www.pacifier.com/~tpope/Building_A_Galilean_Telescope.htm#Galileos_Glass
- http://www.pacifier.com/~tpope/Scope_Details.htm
- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/geoopt/teles.html
- http://en.wikipedia.org/wiki/Refracting_telescope
- http://www.tivas.org.uk/old-site/socsite/scopes.html
- http://www.howdotelescopeswork.com/Timeline-of-Telescopes.php
- http://www.howdotelescopeswork.com/First-Telescope-by-Galileo.php
Figura 5. Telescopio galileano.( http://www.scitechantiques.com/Galileo-Telescope-Anomalies-optics/ )
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