Telescópios

Eu tenho falado bastante sobre observar o céu noturno com nossos olhos; só simplesmente sair e ver o que nós podemos ver.

É incrível o que você pode aprender apenas fazendo isso, e claro isso foi tudo o que nós humanos pudemos fazer durante anos.

Mas agora nós podemos fazer melhor. Nós podemos usar telescópios.

A primeira pessoa a inventar o telescópio está perdida na história; apesar do "conhecimento comum", Galileo não inventou-o.

Ele nem foi a primeira pessoa a apontar um para o céu ou a primeira pessoa a publicar resultados!

Mas ele foi uma alta e persistente voz durante os anos, e sua sequência incrível de descobertas usando esse rude instrumento fixou ele firmemente nos livros de história.

Marketing agressivo as vezes compensa.

Você pode pensar que o objetivo de um telescópio é aumentar pequenos objetos para que nós conseguirmos vê-los melhor.

É assim que muitos telescópios são anunciados, mas para ser sincero não é assim que eles funcionam.

Objetivo do telescópio

Se você quiser ser bem genérico, o objetivo de um telescópio é fazer as coisas mais fáceis de observar:

Transformar coisas invisíveis em visíveis, e fazer coisas já visíveis serem vistas mais claramente.

Como um telescópio funciona

Um telescópio funciona coletando luz.
Pense nele como um balde na chuva: Maior o balde, mais água você coleta.

Se o seu balde é grande o suficiente, você pegará muita água mesmo que só esteja garoando.

No caso de um telescópio, o "balde" é um dispositivo óptico como uma lente ou um espelho que coleta luz.

Nós chamamos esse dispositivo de objetiva, e quanto maior a objetiva, mais luz ela coleta.

Olhe para seus olhos... bem, isso é difícil, então vamos pensar nos nossos olhos por um momento.

Eles também funcionam como pequenos baldes, mas apenas coletam luz através das nossas pupilas, as quais até no melhor dos casos são menores que um centímetro de largura: Um balde realmente pequeno.

Mas nós conseguimos fazer melhor.

Para expandir a analogia, um telescópio é como um balde com um funil no fundo.

Toda luz que ele coleta é então concentrada, focada, e direcionada para o seu olho. Transforma uma gota de luz em uma enxurrada.

A quantidade de luz que ele coleta depende da área da objetiva.

O que significa que se você dobrar o tamanho do diâmetro do coletor, você coletaria quatro vezes mais luz, porque a área do coletor aumenta ao quadrado do raio.

Faça um balde 10 vezes mais largo e você coleta 100 vezes mais luz!

Claramente os telescópios aumentaram a capacidade de nos mostrar objetos mais fracos.

Na verdade, essa foi uma das primeiras e mais importantes descobertas de Galileo: Estrelas que eram invisíveis a olho nu eram facilmente vistas através de um telescópio, apesar de ele apenas ter uma lente de alguns centímetros de diâmetro.

Aquelas estrelas apagadas não emitia luz o suficiente para seus olhos captarem, mas quando ele aumentou sua área de coleta com um telescópio, eles começaram a ser visíveis.

A principal maneira que um telescópio funciona é mudando a direção que a luz de um objeto viaja.

Eu consigo ver uma estrela com meus olhos porque a luz daquela estrela é enviada na minha direção, para dentro do meu olho.

Mas a maioria da luz não entra no meu olho, indo parar nos lugares ao meu redor.

O telescópio coleta essa luz, desvia ela, e então a canaliza para o meu olho.

Quando os primeiros telescópios foram construídos, essa mudança da direção da luz era usada usando lentes.

Quando a luz vai de um meio para outro – digamos, ao invés de ir através do ar indo através da água ou vidro –  sua direção muda um pouco.

Você vê isso o tempo todo: Uma colher em um copo de água parece dobrado ou quebrado.

A colher está muito bem, mas a luz que você vê dela está sendo dobrada, distorcendo a imagem.

Esse  dobramento é chamado de refração.

A maneira que a luz se curva depende do que está dobrando ela (como a água ou o vidro) e o formato do objeto sendo dobrado.

Então acontece que se você cortar um pedaço de vidro em formato de lente, ele curva (ou refrata) a luz recebida em um cone, focalizando em um único lugar.

É um funil de luz!

A refração tem alguns resultados interessantes.

Por um lado, a luz vinda de cima de um objeto é curvada para baixo, e a luz de baixo é curvada para cima.

Quando essa luz focaliza, significa que você vê o objeto de cabeça pra baixo!

Ele também inverte esquerda e direita, o que pode ser um pouco desconcertante, e leva tempo para se acostumar a usar um telescópio refrator.

Por outro lado, a luz consegue ampliar a imagem.

Isso acontece novamente pelo dobramento da luz, e a imagem do objeto pode aparecer maior que o objeto aparecer a olho nu.

Depende de vários fatores incluindo o formato das lentes, distância até o objeto, e quão longe então as lentes, mas no final o resultado é uma imagem que parece maior.

Isso tem suas vantagens: um planeta como Júpiter está muito longe para nós conseguirmos ver alguma coisa diferente de um ponto, mas um telescópio o faz aparecer maior, e detalhes então podem ser vistos.

Quando Galileo e outros astrônomos antigos apontaram seus telescópios para o céu, multidões foram reveladas: Cratera na lua, as fases de Vênus, as luas de Júpiter, os anéis de Saturno, e muito mais.

O Universo em si entrou em foco.

Quando astrônomos falam sobre usar telescópios para deixar os detalhes mais claros, eles usam um termo chamado resolução.

Resolução de um telescópio

Baixa e Alta resolução
Essa é a capacidade de separar dois objetos que estão muito perto um do outro.

Você está familiarizado com isso; quando você está dirigindo em uma estrada à noite  um carro distante vindo em sua direção aparece como um único ponto de luz.

Quando ele chega perto, a luz se separa (resolve) em dois faróis.

Um telescópio aumenta a resolução, fazendo ela ser mais fácil de ver, por exemplo, divide duas estrelas que estão próximas ou ver detalhes da superfície da Lua.

A resolução depende em parte do tamanho da objetiva; em geral quanto maior o tamanho da objetiva do telescópio melhor é a resolução.

Resolução é mais útil que ampliação quando falamos de telescópios.

Fundamentalmente, há um limite de de quão bem ele resolve dois objetos, mas não há um limite de quanto você pode ampliar a imagem.

Se você ampliar a imagem além do que o telescópio pode resolver, você só consegue um borrão.

Telescópios refratores são ótimos, mas eles sofrem de um grande problema.

Grandes lentes são difíceis de fazer.

Elas ficam finas nas pontas e quebram com facilidade.

Também, diferentes cores de luz curvam de maneira diferente conforme elas passam através das lentes, então você pode focar uma estrela vermelha, por exemplo, e uma azul ainda estará difusa.

Nada menos que um gênio, Isaac Newton descobriu um jeito de contornar isso: Use espelhos.

Espelho também mudam a direção que a luz viaja, e se você usasse um espelho curvo você também consegue fazer raios de luz focalizar.

Telescópios que usam espelho são chamados de refletores.

As vantagem dos refletores são gigantescas: Você tem que apenas polir um lado do espelho, enquanto uma lente possui dois lados.

Um espelho também pode ser apoiado ao longo de sua parte de trás, então eles podem ser fabricados muito mais largos, mais facilmente e por menos dinheiro.

Embora houve várias melhorias através dos séculos, os maiores e mais modernos telescópios são baseados no design Newtoniano, e na verdade nenhum telescópio grande e profissional criado hoje possui lentes como suas objetivas.

Hoje em dia, é tudo feito com espelhos.

A pergunta mais frequente que me fazem "que tipo de telescópio eu devo comprar?"

Que tipo de telescópio eu devo comprar?

É uma pergunta legítima, mas é muito difícil de responder.

Imagine que alguém se aproximou de você e perguntou, "Que tipo de carro eu devo comprar?"

Isso é impossível de responder sem muito mais informação. O mesmo vale para telescópios.

Pergunte-se:
  • Você deseja olhar a Lua e os planetas, ou galáxias mais fracas e mais difíceis de encontrar? 
  • Você está realmente dedicado a isso, ou é mais um passatempo? 
  • É para uma criança ou um adulto?
Essas questões são críticas.

A maioria dos telescópios pequenos são refratores, que são bons para observar detalhes da Lua e planetas (eles tendem a ampliar mais a imagem do que refletores).

Mas eles são complicados de usar porque eles invertem a imagem de cima pra baixo e de um lado para o outro.

Telescópios maiores são bons para objetos mais apagados, mas são mais caros, e podem ser difíceis de montar e usar.

Eu odeio ouvir sobre telescópios que só coletam poeira por terem sido comprados com pressa.

Então aqui vai o que eu recomendo:

Encontre um observatório, planetário, ou um clube de astronomia local.

Eles provavelmente terão observação de estrelas, eventos de observação publica, onde você pode olhar através de diferentes tipos de telescópios.

Seus donos são quase universalmente empolgados para falar sobre eles - como um astrônomo, posso te garantir que o problema com astrônomos não é fazer eles falarem, é faze-los se calarem - então você terá vários bons conselhos em primeira mão e experiência.

Eu geralmente recomendo comprar binóculos antes de um telescópio.
Eles são fáceis de usar, divertidos, fáceis de carregar por aí, e você pode comprar bons binóculos por menos dinheiro e ainda ver algumas coisa legais.

Ainda que você decida não ir mais a fundo na astronomia como hobby, eles podem ser usados durante o dia em caminhadas ou observar pássaros.

Eu tenho um par de binóculos e eu os uso o tempo todo.

O espectro de Luz

Há um terceiro aspecto sobre telescópios que é muito importante, além da resolução e fazer coisas escuras mais fácil de ver.

Eles podem literalmente nos mostrar objetos fora da faixa de cores que nossos olhos podem ver.

No ano de 1800, Willian Herschel descobriu a luz infravermelha, um tipo de luz invisível a nossos olhos.

Desde lá nós descobrimos outras formas de luz invisível: rádio, microondas, ultravioleta, raio-X, e raios gama.

Objetos astronômicos podem ser observados em todos esses tipos de luz, se nós tivermos um telescópio que são desenhados para detectar esses tipos de luz.

Ondas de rádio passam através telescópios "normais", os que nós usamos para observar a luz visível.

Raios-X e raios gama passam através deles como se eles nem estivesse lá.

Mas nós somos espertos, nós humanos.

Nós aprendemos que grandes pratos de metal podem e vão curvar a onda de rádio, e pode ser construído igual a um telescópio Newtoniano espelhado gigante.

Na verdade, diferentes formas de luz precisam de diferentes tipos de telescópios, e uma vez que a gente descobriu como, nós os construímos.

Nós podemos agora detectar fenômenos cósmicos em todos espectro de luz, desde ondas de rádio a raios gama, e nós construímos até telescópios não convencionais que detectam partículas subatômicas vindas do espaço também, como neutrinos e raios cósmicos.

Por causa disso, nós aprendemos muitos mais sobre o Universo do que Galileo poderia imaginar.

E nós estamos no seio de outra revolução, também.

Registro de imagens

A biofísica em si é complicada, mas de certo modo nossos olhos agem como câmeras de um filme, tirando fotos a uma taxa de 14 imagens por segundo. Isso é um período muito curto de tempo.

Fotografias, no entanto, podem tirar exposições bem mais longas, permitindo que a luz acumule, permitindo nós vermos objetos bem mais escuros.

As primeiras fotografias tiradas através de um telescópio foram feitas em 1800.

Isso levou a inúmeras descobertas; por exemplo, no século 20 telescópios gigantes com câmeras gigantes revelaram detalhes em galáxias distantes que levaram ao entendimento que o Universo está se expandindo, um conceito criticamente importante que iremos nos aprofundar mais tarde.

E agora nós temos detectores digitais, parecidos com aqueles em seu celular, mas bem maiores e mais sensíveis.

Eles podem ser dúzias de vezes mais sensíveis a luz que o filme, capaz de detectar in minutos objetos que levaria horas ou mais para ser visto usando filme.

Essas câmeras digitais podem também ser desenhadas para detectar luz ultravioleta, infravermelho, e mais.

Nós conseguimos guardar grandes quantidades de dados facilmente em computadores, e usar esses computadores para analisar esse enorme oceano de informação, executando tarefas muito tediosas para humanos.

A maioria dos asteroides e cometas são descobertos usando softwares autônomos, por exemplo, procurando por objetos em movimento entre dezenas ou centenas de  milhares de estrelas fixas em imagens digitais.

Isso também conduziu a era da astronomia remota; um telescópio pode estar em uma montanha distante e programada para varrer o céu automaticamente.

Isso também significa que podemos enviar telescópios para o espaço, acima do mar de ar no nossa atmosfera que borra e distorce objetos distantes e escuros.

Nós podemos visitar outros mundos e mandar as fotos e dados de volta, ou colocar observatórios como o telescópio espacial Hubble em orbita ao redor da Terra e ter ele espiando as vastas profundezas do Universo.
Eu argumentaria que o último século tem visto uma revolução em astronomia tão importante como foi a invenção do telescópio.

No começo do século 17 o céu inteiro era novo, e qualquer lugar que você apontava um telescópio havia algum tesouro para observar.

Mas com nossos enormes telescópios e câmeras incrivelmente sensíveis agora, isso ainda é verdade.

Nós aprendemos mais sobre o Universo todo dia, assim como aprendemos que há mais para aprender todo dia, também.

Essa é uma das melhores partes de ser um astrônomo; o Universo é como um quebra-cabeça com um número infinito de peças. A diversão nunca acaba.

E lembre-se: Mesmo com todas as maravilhas reveladas pelos telescópios, seus olhos ainda são ótimos instrumentos, também.

Você não precisa de instrumentos grandes e chiques para observar o céu.

O importante é ir para fora de casa. Olhe para cima! Isso é bacana também.

Resumindo

Hoje você aprendeu que telescópios fazem duas coisas: aumentam nossa capacidade de resolver detalhes e coletar luz para que possamos ver objetos mais fracos.

Há dois tipos principais de telescópios:
  • Refratores que usam lentes e 
  • Refletores que usam um espelho. 
Há também telescópios que são usados para observar a luz que nossos olhos não enxergam, e com a invenção do filme, e depois detectores eletrônicos, nós fomos capazes de sondar o Universo em profundezes incríveis.

Continuação:

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