Telescopio
Un telescopio es un instrumento que recolecta luz u otra radiación de objetos distantes y los magnifica para que los astrónomos puedan estudiar estrellas, planetas y galaxias.
Definition
Un telescopio es un instrumento que hace que las cosas lejanas se vean más cercanas y brillantes al recolectar mucha más radiación electromagnética, incluida la luz visible, de la que el ojo jamás podría y llevarla a un foco, usando lentes en un telescopio refractor o espejos en uno reflector; casi todos los grandes telescopios de investigación son reflectores porque los espejos grandes son más fáciles de fabricar y soportar que las lentes grandes. Más allá de la luz visible, existen telescopios para ondas de radio, infrarrojo, ultravioleta, rayos X, y rayos gamma, y algunos se colocan en el espacio específicamente para evitar el desenfoque y la absorción causados por la atmósfera de la Tierra. El poder de recolección de luz escala con el cuadrado de la abertura $D$ de un telescopio, y su resolución angular limitada por difracción resulta ser de aproximadamente $\theta \approx 1.22\,\lambda/D$ radianes para la longitud de onda $\lambda$, aunque los telescopios ópticos terrestres están limitados por la turbulencia atmosférica a aproximadamente $1$ segundo de arco a menos que la óptica adaptativa corrija el frente de onda en tiempo real. La interferometría evita ese límite combinando telescopios separados para alcanzar la resolución de una sola abertura tan ancha como su separación, que es cómo el Telescopio del Horizonte de Sucesos formó la imagen de la sombra de un agujero negro, y los espectrógrafos conectados a los telescopios dispersan la luz para revelar composición, temperatura, y velocidad, ya que la mayor parte de lo que saben los astrónomos proviene de espectros más que de imágenes.
Example
Galileo apuntó un pequeño telescopio al cielo en 1609 y descubrió cuatro lunas girando alrededor de Júpiter, e incluso binoculares comunes mostrarán esas mismas lunas hoy. El Telescopio Espacial Hubble, lanzado en 1990, lleva un espejo de $2.4\ \text{m}$ y ha orbitado sobre la atmósfera durante décadas, mientras que el Telescopio Espacial James Webb, lanzado en diciembre de 2021, lleva un espejo de $6.5\ \text{m}$ y observa en luz infrarroja para ver las galaxias más antiguas. Para el JWST en $\lambda = 2\ \mu\text{m}$ y $D = 6.5\ \text{m}$, la fórmula de resolución da $\theta \approx 1.22 \times 2 \times 10^{-6} / 6.5 \approx 3.8 \times 10^{-7}$ radianes, unos $0.08$ segundos de arco, lo bastante nítido para separar dos objetos a solo unos pocos cientos de metros de distancia en la Luna.
Key Insight
El trabajo más importante de un telescopio no es magnificar sino recolectar luz, ya que uno más ancho reúne más de ella y puede ver objetos más tenues y distantes; duplicar el diámetro de un espejo cuadruplica su área de recolección de luz, razón por la cual el espejo de $6.5\ \text{m}$ del JWST recolecta más de $7$ veces más luz que el de $2.4\ \text{m}$ del Hubble. En un sentido más profundo, todo telescopio funciona como una máquina del tiempo y un laboratorio de química combinados: debido a que la luz viaja a una velocidad finita y lleva las huellas espectrales de los átomos que la emitieron, un telescopio revela de qué estaba hecho un objeto distante y qué estaba haciendo cuando su luz salió por primera vez, a veces hace miles de millones de años.