De que depende la resolución teórica?

Hace tiempo, cuando visitamos con un grupo de alumnos de astronomía 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 astronómico) el diámetro aparente de la Luna.

Una de las antenas gemelas del IAR de 30 metros de diámetro.

¿No es que la resolución sólo depende de diámetro del telescopio?

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

Y estamos obviando el tema de la turbulencia atmosférica, que impone una resolución máxima practica, necesariamente menor o igual a la teórica. Puedes ver algo en detalle de esto en el articulo anterior seeing.

El asunto es que hay un detalle: también 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 / Diámetro del telescopio.

Por supuesto que en las mismas unidades. Este valor es conocido también 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 diámetro aparente de 30 minutos de arco….

A la izquierda, como se ve la Luna con un telescopio de 10 cm de diámetro. A la izquierda, simulación sobre como la “ve” el radiotelescopio de 30 metros. 

¿Cuan perfecto debe ser el telescopio?

Un espejo o antena debe tener una calidad mínima 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 óptico, que ve en promedio en color amarillo (λ = 0,56 milésimas de milímetro),  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 milímetro para que se vea bien!!!!.

Para que tengas una idea mejor de cuan pequeño es este valor, si un espejo de 10 cm. lo agrandas a 10 kilómetros de diámetro, las irregularidades se agrandarían a 7 mm…..

Un espejo astronómico de costado. La parte superior es la parábola 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 metálico, 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 metálico. 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?

Porque 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.

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

Fíjate 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. Uno de los principales telescopios del mundo en Chile, en VLT en Cerro Paranal, está compuesto por cuatro telescopios que pueden funcionar por separado o todos juntos, como interferómetro.

Los cuatro telescopios de Paranal están conectados subterraneamente, lo que permite combinar los haces de luz de los cuatro, alcanzando la máxima resolución.

Son cuatro telescopios de 8,2 metros de diámetro que pueden alcanzar, con otros telescopios auxiliares de 1,8 metros, la resolución de un solo telescopio de 200 metros, por lo que llegaría a la resolución teórica suficiente para ver a un astronauta en la Luna!!