O telescópio refletor Hooker de 100 polegadas (2,54 m) no Observatório Mount Wilson, perto de Los Angeles, EUA, usado porEdwin Hubble para medir o desvio para o vermelho das galáxias e descobrir a expansão geral douniverso.
Umtelescópio é um dispositivo usado para observar objetos distantes por meio de sua emissão,absorção oureflexão deradiação eletromagnética.[1] Originalmente, era uminstrumento óptico que usavalentes,espelhos curvos ou uma combinação de ambos para observar objetos distantes - umtelescópio óptico. Hoje em dia, a palavra "telescópio" é definida como uma ampla gama de instrumentos capazes de detectar diferentes regiões doespectro eletromagnético e, em alguns casos, outros tipos de detectores.
Os primeiros telescópios práticos conhecidos eramtelescópios refratores com lentes de vidro e foram inventados nosPaíses Baixos no início do século XVII. Eles foram usados tanto para aplicações terrestres quanto paraastronomia.
Otelescópio refletor, que usa espelhos para coletar e focar a luz, foi inventado dentro de algumas décadas após o primeiro telescópio refrator.
O registro mais antigo existente de um telescópio é uma patente de 1608 submetida ao governo dosPaíses Baixos pelo fabricante de óculos de Middelburg,Hans Lipperhey, para umtelescópio refrator.[5] O inventor real é desconhecido, mas a notícia se espalhou pela Europa.Galileu ouviu falar disso e, em 1609, construiu sua própria versão e fez suas observações telescópicas de objetos celestes.[6][7]
A ideia de que oobjetivo, ou elemento de captação de luz, poderia ser um espelho em vez de uma lente estava sendo investigada logo após a invenção do telescópio refrator.[8] As potenciais vantagens de usarespelhos parabólicos—redução daaberração esférica e ausência deaberração cromática—levaram a muitos designs propostos e várias tentativas de construirtelescópios refletores.[9] Em 1668,Isaac Newton construiu o primeiro telescópio refletor prático, de um design que agora leva seu nome, orefletor newtoniano.[10]
A invenção dalente acromática em 1733 corrigiu parcialmente as aberrações cromáticas presentes na lente simples[11] e permitiu a construção de telescópios refratores mais curtos efuncionais. Os telescópios refletores, embora não limitados pelos problemas de cor vistos nos refratores, eram prejudicados pelo uso de espelhos demetal espéculo que se oxidavam rapidamente durante o século XVIII e início do século XIX—um problema atenuado pela introdução de espelhos de vidro revestidos de prata em 1857 e espelhos aluminizados em 1932.[12] O limite de tamanho físico máximo para telescópios refratores é de cerca de 1 meter (39 inches), ditando que a vasta maioria dos grandes telescópios ópticos de pesquisa construídos desde o início do século XX tenham sido refletores. Os maiores telescópios refletores atualmente têm objetivos maiores que 10 meters (33 feet), e trabalhos estão em andamento em vários designs de 30-40m.[13]
O século XX também viu o desenvolvimento de telescópios que funcionam em uma ampla gama decomprimentos de onda, desde orádio até osraios gama. O primeiro radiotelescópio construído especificamente entrou em operação em 1937. Desde então, uma grande variedade de instrumentos astronômicos complexos foi desenvolvida.
Como a atmosfera é opaca para a maior parte do espectro eletromagnético, apenas algumas faixas podem ser observadas da superfície da Terra. Essas faixas são visíveis – próximo ao infravermelho e uma parte do espectro de ondas de rádio.[14] Por essa razão, não existem telescópios terrestres de raios X ou infravermelhos distantes, pois esses precisam ser observados em órbita. Mesmo que um comprimento de onda seja observável do solo, ainda pode ser vantajoso colocar um telescópio em um satélite devido a questões como nuvens,seeing astronômico epoluição luminosa.[15]
As desvantagens de lançar um telescópio espacial incluem custo, tamanho, capacidade de manutenção e atualizações.[16]
Alguns exemplos de telescópios espaciais da NASA são o Telescópio Espacial Hubble, que detecta luz visível, ultravioleta e comprimentos de onda próximos ao infravermelho, o Telescópio Espacial Spitzer, que detecta radiação infravermelha, e o Telescópio Espacial Kepler, que descobriu milhares de exoplanetas.[17] O telescópio mais recente que foi lançado foi o Telescópio Espacial James Webb, em 25 de dezembro de 2021, em Kourou, Guiana Francesa. O telescópio Webb detecta luz infravermelha.[18]
O nome "telescópio" abrange uma ampla gama de instrumentos. A maioria detectaradiação eletromagnética, mas existem grandes diferenças em como os astrônomos devem coletar a luz (radiação eletromagnética) em diferentes faixas de frequência.
À medida que os comprimentos de onda se tornam mais longos, torna-se mais fácil usar a tecnologia de antenas para interagir com a radiação eletromagnética (embora seja possível fazer antenas muito pequenas). O infravermelho próximo pode ser coletado de maneira semelhante à luz visível; no entanto, no infravermelho distante e na faixa submilimétrica, os telescópios podem operar mais como um radiotelescópio. Por exemplo, oTelescópio James Clerk Maxwell observa comprimentos de onda de 3 μm (0,003 mm) a 2000 μm (2 mm), mas usa uma antena parabólica de alumínio.[19] Por outro lado, oTelescópio Espacial Spitzer, observando de cerca de 3 μm (0,003 mm) a 180 μm (0,18 mm), usa um espelho (ótica refletora). Também usando ótica refletora, oTelescópio Espacial Hubble com aWide Field Camera 3 pode observar na faixa de frequência de cerca de 0,2 μm (0,0002 mm) a 1,7 μm (0,0017 mm) (de luz ultravioleta a infravermelha).[20]
Com fótons de comprimentos de onda mais curtos e frequências mais altas, são usadas óticas de incidência oblíqua, em vez de óticas totalmente refletoras. Telescópios comoTRACE eSOHO usam espelhos especiais para refletirextremo ultravioleta, produzindo imagens de resolução mais alta e mais brilhantes do que seria possível de outra forma. Uma abertura maior não significa apenas que mais luz é coletada, mas também permite uma resolução angular mais fina.
Os telescópios também podem ser classificados por localização: telescópio terrestre,telescópio espacial. Eles também podem ser classificados por serem operados porastrônomos profissionais ouamadores. Um veículo ou campus permanente contendo um ou mais telescópios ou outros instrumentos é chamado deobservatório.
Os radiotelescópios sãoantenas direcionais que normalmente empregam um grande disco para coletar ondas de rádio. Os discos às vezes são construídos com uma malha de arame condutor cujas aberturas são menores do que ocomprimento de onda observado.
Ao contrário de um telescópio óptico, que produz uma imagem ampliada da porção do céu observada, um disco de radiotelescópio tradicional contém um único receptor e registra um sinal variável no tempo característico da região observada; este sinal pode ser amostrado em várias frequências. Em alguns projetos mais recentes de radiotelescópios, um único disco contém uma matriz de vários receptores; isso é conhecido como matriz de plano focal.
Ao coletar e correlacionar sinais recebidos simultaneamente por vários discos, imagens de alta resolução podem ser computadas. Essas matrizes de múltiplos discos são conhecidas comointerferômetro astronômico e a técnica é chamada desíntese de abertura. As 'aberturas virtuais' dessas matrizes são semelhantes em tamanho à distância entre os telescópios. A partir de 2005, o tamanho recorde da matriz é muitas vezes o diâmetro da Terra - usando telescópiosVLBI baseados no espaço, como o satélite japonêsHALCA (Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy) VSOP (VLBI Space Observatory Program).[21]
A síntese de abertura agora também está sendo aplicada a telescópios ópticos usando interferômetros ópticos (matrizes de telescópios ópticos) einterferometria de mascaramento de abertura em telescópios refletores únicos.
Os radiotelescópios também são usados para coletarradiação de micro-ondas, que tem a vantagem de poder passar pela atmosfera e pelas nuvens de gás e poeira interestelar.
Um telescópio óptico coleta efoca luz principalmente da parte visível do espectro eletromagnético.[25] Os telescópios ópticos aumentam otamanho angular aparente de objetos distantes, bem como seubrilho aparente. Para que a imagem seja observada, fotografada, estudada e enviada para um computador, os telescópios funcionam empregando um ou mais elementos ópticos curvos, geralmente feitos de lentes de vidro e/ou espelhos, para coletar luz e outras radiações eletromagnéticas para levar essa luz ou radiação a um ponto focal. Telescópios ópticos são usados paraastronomia e em muitos instrumentos não astronômicos, incluindo:teodolitos (incluindotrânsitos),luneta terrestre,monóculos,binóculos,lentes de câmera elunetas. Existem três tipos ópticos principais:
Ver artigo principal:TelescópioA maior parte da luz ultravioleta é absorvida pela atmosfera da Terra, portanto, as observações nesses comprimentos de onda devem ser realizadas na alta atmosfera ou no espaço.[33][34]
Espelho de focagem de raios X do telescópioHitomi, composto por mais de duzentas conchas de alumínioconcêntricas
Osraios X são muito mais difíceis de coletar e focar do que a radiação eletromagnética de comprimentos de onda mais longos. Telescópios de raios X podem usarótica de raios X, comotelescópios Wolter compostos por espelhos em forma de anel de 'incidência oblíqua' feitos demetais pesados que são capazes de refletir os raios apenas algunsgraus. Os espelhos são geralmente uma seção de umaparábola rotacionada e umahipérbole ouelipse. Em 1952,Hans Wolter delineou 3 maneiras de um telescópio ser construído usando apenas esse tipo de espelho.[35][36] Exemplos de observatórios espaciais usando esse tipo de telescópio são oEinstein Observatory,[37]ROSAT,[38] e oObservatório de Raios X Chandra.[39][40] Em 2012, o telescópio de raios XNuSTAR foi lançado, utilizando ótica de designtelescópio Wolter no final de um longo mastrodesdobrável para permitir energias de fótons de 79 keV.[41][42]
Telescópios de raios X e raios gama de energia mais alta se abstêm de focar completamente e usam máscaras decódigos de abertura: os padrões da sombra criada pela máscara podem ser reconstruídos para formar uma imagem.
Telescópios de raios X e raios gama geralmente são instalados em balões de grande altitude[43][44] ousatélites em órbita terrestre, pois aatmosfera da Terra é opaca para esta parte do espectro eletromagnético. Um exemplo desse tipo de telescópio é oFermi Gamma-ray Space Telescope, lançado em junho de 2008.[45][46]
A detecção de raios gama de energia muito alta, com comprimentos de onda mais curtos e frequências mais altas do que os raios gama regulares, requer uma especialização adicional. Essas detecções podem ser feitas comtelescópios de imagem Cherenkov atmosférica (IACTs) ou com detectores de Cherenkov de água (WCDs). Exemplos de IACTs sãoH.E.S.S.[47] eVERITAS[48][49] com o próximo telescópio de raios gama de próxima geração-CTA, atualmente em construção.HAWC eLHAASO são exemplos de detectores de raios gama baseados nos Detectores de Cherenkov de Água.
Uma descoberta em 2012 pode permitir o foco de telescópios de raios gama.[50] Em energias de fótons maiores que 700 keV, o índice de refração começa a aumentar novamente.[50]
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