Astronomo amateur baten memoriak: II. atala

Teleskopio baten funtzionamendua ulertzea ez da lan makala, askotan ez baita argia hartu eta beste alde batera mugitzea soilik. Izan ere, gaur egungo teleskopioak ez dira Galileo Galileik 1609an moduan erabiltzen. Beno, funtsean bai: objektu astronomiko bati apuntatzen zaio, eta bertatik iristen zaigun argia neurtzen dugu. Hala ere, gaur egun, astronomia profesionala behaketa gau erromantizatu horietatik aldendu da, ez baita zerura mira batetik begira egon behar uneoro, eta lortu nahi dena ez baita argazki soil bat, oro har. Teleskopioek ez dute soilik ikusten duguna anplifikatzen: argia jakinduria bihurtzen dute. Argiaren ulerkerari eta analisiari esker lortu da izar baten konposizioa finkatzea, unibertsoaren hedapena neurtzea, exoplaneten atmosferak aztertzea edota zulo beltz baten argazkia ateratzea. Orduan, galde zenezake: nola funtzionatzen du teleskopio batek?

Teleskopioaren funtzionamendua

Teleskopiez hitz egitean, aurretik, zein argi mota ikusi nahi dugun finkatu behar dugu ezinbestean. Izan ere, ez baita berdina begi-bistaz ikus dezakegun argia neurtzea, argi ikusgai, edota gure begiarentzat ikusezinak diren argiak neurtzea (irrati-uhinak, argi infragorria nahiz energia altuko uhin elektromagnetikoak). Artikulu honetan argi ikusgaiko teleskopioen inguruan mintzatuko naiz, begi-bistaz antzeman ditzakegun koloreak jasotzen dituzten tekeleskopioez, alegia.

Teleskopio moten inguruan zerbait irakurri baduzu, oso ohikoak diren diseinuak irakurriko zenituen: Ritchey-Cretien, Coudé, Nasmyth, Cassegrain edota Newton diseinuak. Eta behatoki handienetan dauden teleskopioek diseinu horiek erabiltzen dituzte, baina, funtsean, hiru teleskopio motaren aldaerak dira, eta ezinbestekoak dira teleskopio handien (eta ez hain handien) funtzionamendua ulertzeko. Goazen, bada, funtsezko diseinuak ezagutzera!

1. irudia. Teleskopio errefraktore baten barne-sistema eta argiaren ibilbidea.

Lehenengo diseinua teleskopio errefraktoreak dira eta, oinarrian, teleskopio horiek argia lente baten bidez biltzen dute. Lente hori teleskopioaren irekieran kokatzen da, eta bertatik igarotzen den argia puntu fokalean konbergitzen du, hau da, argia begia jarriko dugun puntu zehatzean biltzen du (ikus 1. irudia). 

Nahiz eta historiako lehenengo teleskopioak mota horretakoak izan, eta horien bidez aurkikuntza historikoak egin, arazo handi bat dute: kolore bakoitzak desberdin jokatzen du lentea igarotzean eta ez dira puntu berean enfokatzen (ikus 2. irudia). 

2. Irudia. Lente batek eragiten duen aberrazio kromatikoa. Argiaren kolore bakoitza puntu desberdin batean enfokatzen da.

Ulertzeko, pentsatu argiak euri tanta bat igarotzen duenean sortzen den ostadarrean. Argi-izpiek tanta igarotzean, kolore bakoitzak norabide zehatz desberdin bat hartzen du, ez dira puntu bakar batean biltzen, eta hori dela eta, koloreak bananduta agertzen dira. Ondorioz, ostadar koloretsu bat sortzen da. Gainera, zenbat eta tanta lodiagoa eta kurbatuagoa izan, koloreen desbideraketa orduan eta nabariagoa da.

Lente bat igaro ostean gauza bera gertatzen da: kolore batzuk gehiago kurbatzen dira eta beste batzuk gutxiago, eta ez dira puntu berean enfokatzen. Horrenbestez, tresna horrek aberrazio kromatiko akatsa duela esaten da.

Horren ondorioz, lenteen tamaina handitzea zailtzen zen, geroz eta aberrazio handiagoa sartzen baizitzaion sistemari, eta, horrela, ezin ziren teleskopio handiagoak egin. Hori dela eta, teleskopio batek jaso zezakeen argi-kantitatea mugatua zegoen lentearen tamainaren arabera. Hala ere, erabilera sinplea eta mantenimendu erraza direla medio, astronomia amateurrean oso ohikoak dira, planeten argazkiak ateratzeko batez ere, xehetasun maila ona lortzen baita.

Haatik, salto handiena beste teleskopio-diseinu batek ekarri zuen: teleskopio islatzaileak. Lenteak erabili ordez, ispiluak erabiltzen dituzte argia begira bideratzeko. Teleskopio mota hori Isaac Newtonek asmatu zuen, teleskopio errefraktoreek eragiten zuten aberrazio kromatikoa saihesteko. Diseinu klasiko batean, ispilu primario konkabo bat dago (ikus 3. irudia, parentesi ‘’(’’ formako ispilu horia), eta horrek jasotzen du zerutik datorren argia, eta ispilu horren tamainak zenbateko azalera beha daitekeen baldintzatzen du. Hau da, ispiluak zenbat eta zabalera handiagoa izan, orduan eta zeru gehiago beha daiteke, toki zabalago baten argi-izpiak jaso ditzakegulako.

3. Irudia. Teleskopio islatzaile baten barne-sistema eta argiaren ibilbidea.

3. irudia hartuko dugu kontuan argiaren ibilbidea zein den ikusteko: argia izar batetik iritsi  eta teleskopioaren tututik igarotzen da lehenengo ispiluarekin talka egiten duen arte. Ispilu hori kurbatua dago “(“ formarekin, eta kurbadura esferiko horrek bideratuko du argi guztia bigarren ispilura. Bigarren ispilu horren betebehar bakarra argia 90º desbideratzea da, ondoren begia (edo detektagailua) jartzen dugun tokira hel dadin.

Diseinu sinplea izanagatik ere, iraultza handia ekarri zuen astronomiara: ispiluek kolore guztiak toki berean biltzea lortu zuten, eta horrela aberrazio kromatikoarekin amaitzea; teleskopio handiagoak eraikitzea lortu zen, ispilu handiak fabrikatzea lente handiak egitea baino errazagoa baitzen; teleskopio islatzaileak errefraktoreak baino merkeago eta arinagoak ziren; eta irekiera handiko teleskopioei esker objektu ahulago eta urrunagoak behatzea egingarri bilakatu zen.

Hala ere, gaur egungo superteleskopioek ez dute ispilu soil bat erabiltzen, dozenaka edo ehunka ispilu txiki elkartu baizik. Puzzle erraldoi baten moduan, ispilu horiek modu sinkronizatuan funtzionatzen dute, eta horrela osatzen dute ispilu bakar baten tamaina. Horrela lana errazten da ispilua eraikitzeko, garraiatzeko eta konpontzeko garaian, eta posible da ispilu txiki hauek doitzea ispiluaren forma uneoro perfektu mantentzeko.

4.IRUDIA. JWST espazio-teleskopioaren ispilu nagusia, 18 segmentuz osatuta.

Eraikitzen ari den TMT teleskopioa, 492 ispilu txikiz osatuta.

Baina, kontuz! Diseinu hori ez da astronomoen panazea; izan ere, ispilu primarioak, esferikoa izanagatik, beste akats batzuk eransten dizkio sistemari: ispilu ertzetatik heltzen den argia eta ispilu-zentroko argia ez dira toki berean enfokatzen (ikusi 5. irudia).  Aberrazio esferiko deritzo akats horri, eta horren soluziorik errazena (baina ez merkeena) ispilu paraboliko perfektu bat sortzea litzateke, etxe guztietan dauden antena paraboliko gisako ispilu bat.

5. Irudia. Goian: aberrazio esferikoaren irudikapen grafiko bat, non argia ez den puntu batean soilik batzen; ispiluaren ertzetatik eta zentrotik islatzen diren izpiak ez baitira puntu berdinera joaten. Behean: aberrazio esferikoa konpontzeko aukeretako bat ispilu paraboliko bat erabiltzea da.

Eta aurreko bi diseinuen nahasketa bat eginez gero? Hona hemen Teleskopio katadioptrikoak. Teleskopio katadioptrikoak “the best of both worlds” dira,  teleskopio errefraktore eta islatzaileen  arteko nahasketa (ikus 6. irudia): funtsean, teleskopio islatzaile bati betaurreko batzuk jartzen zaizkio; hau da, teleskopioaren irekieran lente bat jartzen da (Schmidt plaka deitua) eta horrek ispiluak gehituko dituen akatsak zuzenduko ditu, aberrazio esferikoak, alegia.

6. Irudia. Teleskopio katadioptriko baten barne-sistema eta argiaren ibilbidea.

Baina, galde zenezake: “Lente bat jartzen badiogu… aberrazio kromatikoa sartzen da berriz jokoan, ezta?”. Eta badu bere tranpa, baina erantzunaren mamia goian azaldu dudan euri tantaren eta Eguzki-argiaren arteko ostadarren adibidean dago; izan ere, gure buruari galdetu behar dioguna da, “Zenbaterainoko eragina du lenteak argia desbideratzerako orduan?”

Lentearen lodieran eta kurbaduran dago koxka; zenbat eta lente lodi eta kurbatuago izan, orduan eta nabariagoa izango da argiaren desplazamendua, eta bide berean aberrazio kromatikoa. Adibide bisualago batekin hobeto irudika daiteke: arrainontzi batean zehar begiratzen duzunean, ikus daiteke optika kurbatu eta lodi batek argia zenbat desbideratzen duen. Aldiz, betaurreko ez hain kurbatu eta ez hain lodiek ez dute argia hainbeste aldatzen, eta nabaritzen ez ditugun aldaketak egiten dituzte. Arrainontziaren kasua teleskopio errefraktoreen kasua da, eta betaurrekoena, bestetik, katadioptrikoena.

Katadioptrikoetan, erabiltzen den lentea fina izan ohi da, eta eragin txikia du argiaren gainean. Ondorioz, aberrazio kromatikoa ez da nabaritzen eta heltzen den argia aberrazio esferikoz zuzenduta heltzen da. 

7. irudia. Ezkerretik eskuinera: teleskopio errefraktorearekin, Orion nebulosaren argazkia; teleskopio islatzaile batekin, Andromeda galaxiaren argazkia; eta, katadioptriko batekin, katu-oin nebulosaren argazkia.

Eta orain… zer?

Ados, orain badakizu zerbait teleskopioen funtzionamenduari buruz! Baina oraindik ez dakizu nola erabil daitekeen argia izar baten konposizioa ezagutzeko, nola neurtzen den unibertsoaren hedapena edo nola identifikatzen diren exoplaneten atmosferak. Argian bertan gordetzen dira sekretu horiek guztiak. Ea hurrengo artikuluan argiak gurekin partekatzen dituen altxor horiek!