Lentes e instrumentos ópticos

• REFRACCIÓN EN SUPERFICIES CURVAS:

Los lentes revolucionaron el conocimiento del Universo,  montadas en telescopios, en la época de Galileo, y hoy forman parte de un reproductor de CD. 

-Permiten corregir problemas de visión y explorar bacterias con un microscopio. Su funcionamiento se basa en la Ley de Refracción, aplicada a superficies curvas.

• LENTES CONVERGENTES Y DIVERGENTES

Los lentes tienen dos superficies, que las limitan y desvían los rayos. La trayectoria de estos depende de la forma de estas dos superficies y también del índice de refracción de la lente, relativo al medio que la rodea.

Tipos de lentes:

Lentes convergentes: concentran los rayos de luz.

Lentes divergentes: dispersan los rayos de luz.

La refracción de los rayos luminosos a través de una lente permite que se vean imágenes de objetos, amplificadas o disminuidas. Este cambio de tamaño se debe al cambio de ángulo de los rayos luminosos que llegan al ojo, ya que la percepción del tamaño de un objeto está relacionada con el ángulo de observación.

Cuando se observa un objeto lejano, el ángulo es pequeño.

 En cambio a un objeto cercano se lo observa con un ángulo grande, 

parece de mayor tamaño.

• FORMACIÓN DE IMÁGENES EN LOS LENTES

En una lente, los rayos de luz se refractan en la primera superficie, se cortan formando una imagen y siguen su camino, para volver a refractarse en la segunda superficie.

Lentes delgadas: el ancho de la lente es muy pequeño respecto de sus otras dimensiones.

Tienen dos focos, equivalentes y simétricamente ubicados a ambos lados de la lente: el foco objeto (f) y el foco imagen (f').

Los rayos que inciden en la lente pasando por el foco objeto, salen paralelos al eje óptico de la lente después de refractarse. Los rayos que inciden paralelos al eje óptico de la lente, pasan por el foco imagen después de refractarse. Esto vale también para las lentes divergentes si se tienen en cuenta las prolongaciones. Pero en estas, las posiciones de los focos están invertidas. Los focos objeto e imagen son equivalentes, y se considera uno u otro a cada lado de la lente según la posición en la que esté el objeto.

En una lente convergente, la coordenada de f es positiva y la de f' es negativa. Estos signos se invierten en una lente divergente. Las ecuaciones que se utilizan para obtener la posición y el tamaño de la imagen son parecidas a las utilizadas en los espejos esféricos:

El aumento de la lente está dado por:

Telescopios

• DENOMINACIÓN:

Se denomina telescopio (del griego τῆλε «lejos» y σκοπέω «ver») al instrumento óptico que permite ver objetos lejanos con mucho más detalle que a simple vista. Es una herramienta fundamental de la astronomía, y cada desarrollo o perfeccionamiento del telescopio ha sido seguido de avances en nuestra comprensión del Universo.

Gracias al telescopio —desde que Galileo en 1609 lo usó para ver a la Luna, el planeta Júpiter y las estrellas— el ser humano pudo, por fin, empezar a conocer la verdadera naturaleza de los objetos astronómicos que nos rodean y nuestra ubicación en el Universo.

Un poco de su Historia:

 Generalmente, se atribuye su invención a Hans Lippershey, un fabricante de lentes alemán, pero recientes investigaciones del informáticoNick Pelling divulgadas en la revista británica History Today, atribuyen la autoría a un gerundense llamado Juan Roget en 1590, cuyo invento habría sido copiado (según esta investigación) por Zacharias Janssen, quien el día 17 de octubre (dos semanas después de que lo patentara Lippershey) intentó patentarlo. Poco antes, el día 14, Jacob Metius también había intentado patentarlo. Fueron estos hechos los que despertaron las suspicacias de Nick Pelling quien, basándose en las pesquisas de José María Simón de Guilleuma (1886-1965), sugiere que el legítimo inventor fue Juan Roget.

En varios países se ha difundido la idea errónea de que el inventor fue el holandés Christian Huygens, quien nació mucho tiempo después.

Galileo Galilei, al recibir noticias de este invento, decidió diseñar y construir uno. En 1609 mostró el primer telescopio astronómico registrado. Gracias al telescopio, hizo grandes descubrimientos en astronomía, entre los que destaca la observación, el 7 de enero de 1610, de cuatro de las lunas de Júpiter girando en torno a ese planeta.

Conocido hasta entonces como la lente espía, el nombre «telescopio» fue propuesto por el matemático griego Giovanni Demisiani el 14 de abril de 1611, durante una cena en Roma en honor de Galileo, una reunión en la que los asistentes pudieron observar las lunas de Júpiter por medio del aparato que el célebre astrónomo había traído consigo.

• CARACTERÍSTICAS:

El parámetro más importante de un telescopio es el diámetro de su «lente objetivo». Un telescopio de aficionado generalmente tiene entre 76 y 150 mm de diámetro y permite observar algunos detalles planetarios y muchísimos objetos del cielo profundo (cúmulos, nebulosas y algunas galaxias). Los telescopios que superan los 200 mm de diámetro permiten ver detalles lunares finos, detalles planetarios importantes y una gran cantidad de cúmulos, nebulosas y galaxias brillantes.

Para caracterizar un telescopio y utilizarlo se emplean una serie de parámetros y accesorios:

Distancia focal: es la longitud focal del telescopio, que se define como la distancia desde el espejo o la lente principal hasta el foco o punto donde se sitúa el ocular.Diámetro del objetivo: diámetro del espejo o lente primaria del telescopio.Ocular: accesorio pequeño que colocado en el foco del telescopio permite magnificar la imagen de los objetos.Lente de Barlow: lente que generalmente duplica o triplica los aumentos del ocular cuando se observan los astros.Filtro: pequeño accesorio que generalmente opaca la imagen del astro pero que dependiendo de su color y material permite mejorar la observación. Se ubica delante del ocular, y los más usados son el lunar (verde-azulado, mejora el contraste en la observación de nuestro satélite), y el solar, con gran poder de absorción de la luz del Sol para no lesionar la retina del ojo.Razón Focal: es el cociente entre la distancia focal (mm) y el diámetro (mm). (f/ratio)Magnitud límite: es la magnitud máxima que teóricamente puede observarse con un telescopio dado, en condiciones de observación ideales. La fórmula para su cálculo es: m(límite) = 6,8 + 5log(D) (siendo D el diámetro en centímetros de la lente o el espejo del telescopio).Aumentos: la cantidad de veces que un instrumento multiplica el diámetro aparente de los objetos observados. Equivale a la relación entre la longitud focal del telescopio y la longitud focal del ocular (DF/df). Por ejemplo, un telescopio de 1000 mm de distancia focal, con un ocular de 10mm de df. proporcionará un aumento de 100 (se expresa también como 100X).Trípode: conjunto de tres patas generalmente metálicas que le dan soporte y estabilidad al telescopio.Porta ocular: orificio donde se colocan el ocular, reductores o multiplicadores de focal (p.ej lentes de Barlow) o fotográficas.

• TIPOS DE TELESCOPIOS: 

      Telescopios reflectores: se constituyen de un espejo principal (espejo primario u objetivo), el cual no es plano como los espejos convencionales , sino que fue provisto de cierta curvatura (idealmente parabólica) que le permite concentrar la luz en un punto.

      Telescopios refractores: poseen como objetivo una lente (o serie de lentes, la cantidad varía según el diseño y calidad) que de forma análoga al funcionamiento de una lupa, concentran la luz en el plano focal. En astronomía se utilizan ambos tipos de telescopios, cada uno con sus propias ventajas.

    

• MONTURAS:

Montura altazimutal

Una montura de telescopio sencilla es la montura altitud-azimut o altazimutal. Es similar a la de un teodolito. Una parte gira en azimut (en el plano horizontal), y otro eje sobre esta parte giratoria permite además variar la inclinación del telescopio para cambiar la altitud (en el plano vertical). Una montura Dobson es un tipo de montura altazimutal que es muy popular dado que resulta sencilla y barata de construir.

Montura ecuatorial

El principal problema de usar una montura altazimutal es que ambos ejes tienen que ajustarse continuamente para compensar la rotación de la Tierra. Incluso haciendo esto controlado por computadora, la imagen gira a una tasa que varía dependiendo del ángulo de la estrella con el polo celeste (declinación). Este efecto (conocido como rotación de campo) hace que una montura altazimutal resulte poco práctica para realizar fotografías de larga exposición con pequeños telescopios.

La mejor solución para telescopios astronómicos pequeños consiste en inclinar la montura altazimutal de forma que el eje de azimut resulte paralelo al eje de rotación de la Tierra; a esta se la denomina una montura ecuatorial.

Existen varios tipos de montura ecuatorial, entre los que se pueden destacar la alemana y la de horquilla.

Otras monturas

Los grandes telescopios modernos usan monturas altazimutales controladas por ordenador que, para exposiciones de larga duración, o bien hacen girar los instrumentos, o tienen rotadores de imagen de tasa variable en una imagen de la pupila del telescopio.

Hay monturas incluso más sencillas que la altazimutal, generalmente para instrumentos especializados. Algunos son: de tránsito meridiano (sólo altitud); fijo con un espejo plano móvil para la observación solar; de rótula (obsoleto e inútil para astronomía).

Observatorio Astronómico Ampimpa y Observatorio ''Pierre Auger''

• ASPECTOS INSTITUCIONALES DEL OBSERVATORIO ASTRONÓMICO AMPIMPA

Está emplazado en un balcón natural al valle de Santa María, enfrentando a las sierras de Quilmes o del Cajón, y mirando simultáneamente a las provincias de Tucumán, Catamarca y Salta. Las características geográficas brindan un cielo diáfano, en forma casi permanente, sin polución ambiental ni contaminación lumínica, lo que permite la realización de observaciones en condiciones óptimas. Es el único en su tipo en la región del Norte Argentino.

Se encuentra a 10 km de Amaicha del Valle, sobre la RP 307, a 2560 m de altura. 

Fue fundado en 1985 para estudiar el Cometa Halley en su último paso por la Tierra.

Director: Alberto Mansilla

 Actualmente se desarrollan actividades educativas, realizando campamentos científicos.

• INSTRUMENTAL QUE POSEEN

Telescopio principal: reflector Newtoniano de 250 mm de apertura F/10. Ubicado dentro de la cúpula.
A su vez disponen de otros dos telescopios: un Schmidt-Newtoniano de 200 mm (LXD-55), y un reflector Cassegrain de 200 mm F/14.

• PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN Y ACTIVIDADES QUE DESARROLLAN

Campamentos:

-Campamentos científicos para Contingentes Escolares.
-Campamentos Científicos Internacionales para docentes.

Son proyectos reconocidos ampliamente a nivel local y  nacional, que cuenta con el Auspicio del Ministerio de Educación de la Nación, cuyos objetivos principales son:
- Estimular la comprensión y el uso del método científico, como una valiosa herramienta de la cual se puede apropiar para entender y adaptarse mejor al mundo actual.
- Ayudar  a descubrir, aprender  y  aplicar  nuevas ESTRATEGIAS DE  COLONIZACIÓN DEL CONOCIMIENTO para abordar racional, eficaz  y  eficientemente otros tipos de aprendizajes, en forma autónoma.
- Participar  en actividades y  talleres interdisciplinarios diseñados con los recursos didácticos, científicos y tecnológicos apropiados para “aprender” a “aprender”.
-Comprender y usar el método científico, entendiéndolo como una valiosa herramienta de la cual se puede apropiar para entender y adaptarse mejor al mundo actual.
-Descubrirse a sí mismos como individuos capaces de intervenir en la realidad que los rodea y modificarla positivamente.-Comprender que la adquisición de conocimiento siempre va a exigir un esfuerzo personal, una predisposición interior, que nos preparare para la "conquista" intelectual.
-Disfrutar de la tarea en equipo, acepar la crítica constructiva y responsable, rectificar los errores, aprendiendo de ellos y valorar los éxitos como fruto del esfuerzo y el trabajo.
-Valorar la tarea científica, donde el trabajo, el orden, la paciencia, la perseverancia y la honestidad intelectual son los pilares sobre los cuales se apoya la creatividad, el ingenio y la originalidad.
-Reconocer la importancia del cuidado y preservación del Medio Ambiente y de las complejas relaciones de los ecosistemas, a partir del estudio "in situ" de Selvas, Bosques, Praderas y Montes que conforman las Yungas y el Monte Serrano.-Disfrutar de una vivencia y convivencia sana, en contacto con la Naturaleza, en un ambiente propicio para el desarrollo intelectual, social y afectivo.-Conocer y disfrutar de formas de alimentación sanas y variadas de acuerdo a las recomendaciones de la O.M.S. para niños y jóvenes.

Durante los campamentos realizan diferentes talleres de ciencia relacionados con Arqueología, Geología, Astronomía, Energía Solar, etc. También diseñan y construyen un modelo de cohete que es lanzado el último día de campamento.
Caminatas en senderos temáticos.

*Programas de visitas cortas para contingentes escolares:

-Observaciones solares-  desde las 09:00 hasta las 17:00 hs.

-Programa educativo - Observaciones nocturnas.

          





 

-Programa educativo- Noche en observatorio.

-Programa educativo- Día completo en el observatorio.

-Programa educativo- Día libre en observatorio.  

-Programa educativo- Dos días en observatorio.

-Micro campamento científico.
-Programa educativo- Visita diurna.

• ASPECTOS INSTITUCIONALES DEL OBSERVATORIO ASTRONÓMICO "PIERRE AUGER"

UBICACIÓN DEL OBSERVATORIO

El Proyecto Pierre Auger comenzó como un taller de seis meses el 30 de enero de 1995. Durante el taller, un grupo central de alrededor 10 científicos trabajaron en el Fermilab.

El Observatorio Pierre Auger está emplazado en el hemisferio sur, en los departamentos de Malargüe y San Rafael, provincia de Mendoza, República Argentina.

El Observatorio consiste en un arreglo de 1600 detectores de superficie, distanciados a 1,5 km entre sí y cubriendo una superficie total de 3000 km2. Éstos se complementan con un conjunto de 24 telescopios de fluorescencia de alta sensibilidad, que en las noches despejadas y sin luna observan la atmósfera para detectar la tenue luz ultravioleta que producen las cascadas de rayos cósmicos al atravesar el aire.

Alrededor de 500 científicos de casi 100 instituciones de 18 países participan en este desafío científico.

Los países participantes son: Alemania, Argentina, Australia, Brasil, Croacia, Eslovenia, España, Estados Unidos, Francia, Italia, México, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rumania y Vietnam.

DATOS TÉCNICOS

Objetivo: determinar la naturaleza, energía y lugar de origen de los rayos cósmicos con energías superiores a los 1018eV, para comprender mejor el universo que nos rodea.

Tipo de observatorio: “híbrido”, consiste en un arreglo de detectores de superficie y un sistema de telescopios de fluorescencia atmosférica para la observación de cascadas de partículas secundarias.

Estadística: Unos 30 eventos por año con energías a 1020 eV; determinar su valor es uno de los principales objetivos de este observatorio.

Sitio de emplazamiento: Malargüe y San Rafael, Mendoza, Argentina.

Detectores de superficie: 
Área cubierta: 3000 km2.
Cantidad de detectores: 1600.
Distancia entre detectores: 1,5 km.
Tipo de detectores: Cherenkov, con 12000 litros de agua purificada y 3 tubos fotomultiplicadores cada uno.

• INSTRUMENTAL QUE POSEEN

Detectores de Fluorescencia: En lugar de detectar las partículas de la lluvia cósmica al llegar a la superficie terrestre, el observatorio de fluorescencia registra el paso de la cascada por la atmósfera.
Para detectar la fluorescencia hay cuatro edificios de telescopios en la periferia del arreglo de superficie llamados: Los Leones, Coihueco, Los Morados y Loma Amarilla, abarcando cada uno un ángulo de 180º con seis telescopios que observan un ángulo de 30º cada uno.

Detectores de Superficie: El detector de superficie, llamado también el “arreglo de superficie” consiste en un conjunto de 1600 detectores individuales. La distancia entre estos detectores es de 1500 metros, con lo que abarcan una superficie de 3000 km2. la distancia entre los detectores fue escogida de forma tal que un chubasco atmosférico de energía superior a los 5x1018 eV, que al llegar a la superficie de la Tierra tiene una extensión de unos 5-10 Km. y llegue activar al menos 4 o 5 detectores
.

Telescopio Lidar: Junto a cada uno de los edificios de fluorescencia (Los Leones, Coihueco, Los Morados y Loma Amarilla) se encuentra instalado el Telescopio LIDAR (Light Detection and Ranging). La finalidad de este instrumento es medir la opacidad de la atmósfera debido a la presencia de aerosoles (partículas como hielo, polvo, humo, etc.) o cobertura de delgadas capas de nubes en los estratos superiores de la atmósfera.

      

• PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN:

Los proyectos tienen como objetivo identificar la fuente desconocida de los rayos cósmicos de más alta energía que llegan a la atmósfera. El grupo de diseño recibió apoyo del Fermilab, la Asociación para la Investigación en las Universidades y la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, UNESCO y la Fundación Grainger.

Lista de proyectos:

-El proyecto HEAT permite detectar rayos cósmicos con energías diez veces más bajas (1017 eV), utilizando telescopios de fluorescencia similares a los de Auger, pero que observan la atmósfera a mayores alturas.Se trata de tres telescopios de fluorescencia instalados en Cerro Coihueco.

-AERA es un novedoso sistema de antenas para medir las tenues y breves señales de radio (en el rango de frecuencias de decenas de MHz) que se producen en las cascadas atmosféricas producidas por rayos cósmicos de ultra alta energía. Para ello, utiliza un arreglo de decenas de antenas convencionales, con una electrónica de procesamiento de señales desarrollada para este fin.

-El proyecto AMIGA "Auger Muons and Infill for the Ground Array" tiene como objetivo ampliar el rango de detección de Auger, para observar rayos cósmicos de energías menores, hasta 1017 eV, para  estudiar la transición de rayos cósmicos galácticos (de más baja energía) a extragalácticos (de más alta energía).

 -El detector subterráneo BATATA permitirá estudiar rayos cósmicos de energías entre 1017 y 1018 eV. Estas energías son un orden de magnitud menor que las energías para las cuales fue diseñado el Observatorio Pierre Auger.

-AMBER (Air-Shower Mi-crowave Bremsstrahlung Radiometer) es un experimento que intentará detectar ondas electromagnéticas, en el rango de las microondas, producidas por las cascadas de partículas generadas por rayos cósmicos de muy alta energía. Consiste en una antena de 2,5 m de diámetro, instalada en el cerro Coihueco, en el mes de mayo de 2011. Se encuentra en las cercanías de uno de los edificios de fluorescencia del Observatorio Auger y del proyecto HEAT.

• ACTIVIDADES QUE DESARROLLAN:

Este observatorio además de realizar las observaciones e investigaciones ya mencionadas, cuenta con visitas generales (estas duran una hora y la misma consiste en contar el trabajo, funcionamiento y actualidad del observatorio a través de presentaciones y videos) y visitas escolares (fuera del horario normal del turista, son gratuitas y tienen presentaciones desde niveles iniciales hasta universidades).