La fabulosa historia del telescopio

El telescopio es uno de los instrumentos científicos que más ha revolucionado la ciencia y el concepto que tenemos del mundo. Fue una ventana abierta a la ubicación del ser humano en el Universo y abrió la visión más allá de la Tierra y de las estrellas.

El primer instrumento óptico que se conoce se fabricó en la antigua Grecia  y es citado por Aristófanes en su obra “Las nubes” en el año 424 a.c, no se trataba en sí de un telescopio sino más bien una lente para concentrar la luz que se utilizaba para producir fuego. Esta primera lente consistía en un pequeño globo de vidrio soplado y lleno de agua que concentraba la luz. Se estaba empezando a utilizar el fenómeno de la refracción de la luz aunque sin fundamentos físicos. No fue hasta el año 1200 en el que el fraile franciscano inglés Roger Bacon talló las primeras lentes, en su libro “Opus Maius” describe como el tallado de una lente puede ayudar a la amplificación de la letra escrita, fue el primer paso para la invención de las gafas.

La historia del telescopio empieza en el siglo XVI cuando se construye un aparato consiente en un tubo y dos lentes (una convergente y otra divergente) para amplificar imágenes. Hay varios candidatos a inventores de este instrumento y en la actualidad no está claro quién fue el verdadero descubridor. El primero de ellos es Giambattista Della Porta (Italia), quien en 1589 en su libro  “De magiae naturalis” describe un instrumento parecido a un telescopio pero que no llegó a construir.

En 1590 Zacharias Janssen (Holanda) también habla de un instrumento para amplificar imágenes que según él es invento suyo, pero como veremos fue copiado del diseñado en 1590 por un óptico español, el gerundense Joan Roget.   Sobre el telescopio de Roget se tienen varios documentos, entre ellos destacan dos el primero, fechado en abril de 1593, en el que Pedro de Carolona lega a su esposa una “ullera de larga guarnida de llautó” (gafas de largo aumento de latón), el segundo, fechado el 5 de septiembre de 1608, pertenece a una subasta de los bienes de Jaime Galvany, entre los cuales se cuenta una “ullera de llauna per mirar de lluny” (telescopio para mirar de lejos).

Todo hace pensar en que estamos ante el primer diseño de un telescopio, pero como una novela de suspense entra en la historia Zacharias Janssen.

Un personaje desconocido compra el telescopio de Galvany en Barcelona y pone rumbo a Frankfurt donde anualmente se presentaban  los libros y las novedades científicas de la época. Allí conoce a Janssen y le ofrece ir a medias a cambio de que éste le venda elobjeto a sus clientes. Pero Janssen se queda con el instrumento pues ve que el negocio puede ser mayor convencido de que será capaz de fabricar algo parecido, pero  no es óptico y necesita muchas herramientas y lentes. Contacta con los ópticos holandeses Lipperhey y Metius para pedirles ayuda sin darse cuenta de que a la vez está propagando la utilidad del instrumento. Cuando logra construir su propio telescopio y va a la oficina de patentes, se da cuenta de que Lipperhey se le había adelantado. Dejando de paso al óptico catalán Joan Roget sin el honor de ser el inventor oficial del Telescopio.

Este instrumento tan fascinante comenzó siendo un divertimento para los nobles de la época, se hicieron tan populares que en 1609 ya podían comprarse en las tiendas de fabricantes de lentes de París.

Ese mismo año el astrónomo y matemático italiano Galileo Galilei (1564-1642) se enteró de la invención de este instrumento y enseguida diseño el suyo propio, este consistía en dos lentes simples una plana convexa y otra bicóncava  colocadas en los extremos de un tubo de plomo  consiguiendo una ampliación de la imagen de tres aumentos. Fue variando diseños hasta conseguir 30 aumentos. A diferencia de los anteriores diseñadores de telescopios Galileo empezó a comprender el mecanismo físico del instrumento y a comenzar a realizar ciencia.

Galileo se dio cuenta de la importancia de la calidad de las lentes y de cómo éstas se pulían, esforzándose en obtener buenas lentes para sus telescopios. También advirtió que la reducción del tamaño de la abertura (Objetivo o extremo del telescopio por donde entra la luz) aumentaba la definición de la imagen. Pero un campo de visión tan pequeño (casi sin abarcar la luna) hace que este instrumento sea muy difícil de manejar pues el campo de visión es muy estrecho.

 Pero con él obtuvo resultados tan espectaculares que harían cambiar el concepto del Sistema Solar que se tenía en la época. En su obra de 1610 “Sidereus nuncios” (Mensajero o mensaje sideral) describe todas sus observaciones astronómicas con gran detalle, siendo este el primer tratado sobre astronomía y además sentó las bases para el final de la teoría geocéntrica que creía en la Tierra como el centro del Universo. Galileo observó la Luna, estrellas y varios planetas.

Observando la Luna comprobó que tenía formas irregulares, aparecían cráteres y no era homogénea, al mirar a las estrellas observó que podía ver estrellas que no se veían a simple vista y además solo las veía como puntos, con lo que descubrió que el Universo era mucho más grande y que las estrellas estaban muy lejos. Observando Júpiter vio lo que parecían cuatro estrellas que cambiaban día tras día de posición alrededor del planeta y en el mismo plano, dedujo entonces que se trataban de lunas, acababa de descubrir cuatro lunas de Júpiter: Io, Europa, Calisto y Ganimedes.

También observó el Sol y pudo estudiar las manchas solares, así como Saturno aunque no llegó a apreciar los conocidos anillos. Galileo consiguió gran prestigio, pero su defensa de la teoría copernicana (en la que la Tierra no es el centro del Universo) le llevó a varios conflictos y juicios con la Iglesia, siendo finalmente condenado a prisión, pero cumpliendo condena en su villa de Arcetri en Florencia, muriendo en 1642 casi ciego posiblemente por sus continuas observaciones del Sol sin protección.  Tras el primer telescopio de Galileo se fueron sucediendo numerosos avances en el desarrollo de este instrumento así en 1611 el astrónomo y matemático alemán Johannes Kepler descubrió el funcionamiento físico del telescopio y construyó uno utilizando lentes convexas. En este principio se basan los telescopios refractores modernos.

Pero la nitidez de imagen en un telescopio refractor kepleriano estaba limitada por defectos en las imágenes, lo que denominamos aberraciones, en el caso del telescopio de Kepler aparecía la aberración cromática (bordes coloreados alrededor del objeto).

Para poder superar esta limitación se tenían que construir telescopios muy grandes. Astrónomos como el Polaco Johannes Hevelius construyeron telescopios con tubos de hasta 45m (gran tamaño focal). Además de tener tubos enormemente largos estos telescopios necesitaban el uso de mástiles y  grúas para poder sostenerse:

 En 1668 el físico y matemático inglés Isaac Newton diseña el primer telescopio reflector (espejos curvos en vez de lentes), presentándolo oficialmente en 1672 en la Royal Society de Londres:

Con este telescopio basado en la reflexión de la luz en espejos se alcanza mayor luminosidad y se corrigen muchas más aberraciones.

 Los telescopios refractores también avanzaron ya que en 1757 el óptico británico John Dollond diseña el primer objetivo acromático con el que se consigue que se transmita la luz sin su descomposición en colores, consiguiendo eliminar la aberración cromática y que los telescopios disminuyeran su tamaño focal. También en 1754 se perfeccionó el cristal de roca óptico (Vidrio Flint) obteniendo lentes de mucha mejor calidad.En el año 1781 el astrónomo inglés William Herschel perfeccionó el telescopio reflector inclinando el espejo de su telescopio y colocando  el ocular de forma que no bloqueaba los rayos incidentes. Con ese método construyó un gran telescopio de 12 m de longitud y un espejo de 1.2 m de diámetro:

 En el siglo XIX empezaron a construirse los grandes observatorios, así en 1845 el británico Willian Parsons construyó el telescopio reflector metálico más grande hasta el momento, el telescopio de Leviatán, de 185 cm de diámetro, 13 metros de longitud y colocado entre dos muros para protegerlo del viento y ganar en estabilidad. Con este telescopio descubrió la estructura en espiral de muchas galaxias, entre ellas M51:

A mediados del siglo XIX la óptica avanzó considerablemente y con ello la calidad de las observaciones, en 1858 el astrónomo inglés Willian Lassel perfeccionó el telescopio diseñado por Herschel y construyó el primer reflector instalado sobre una montura ecuatorial (montura que permite el seguimiento de los astros. Con este telescopio descubrió varios satélites en los planetas Saturno, Urano y Neptuno:

Aunque su instrumento era de excelente calidad, su montura perfectamente capaz de efectuar un seguimiento de los astros durante horas, no estaba satisfecho con los resultados, ya que la climatología de Inglaterra perjudicaba mucho para las observaciones con lo que trasladó el observatorio a la isla de Malta, realizando allí grandes observaciones de nebulosas. Lassel fue uno de los primeros astrónomos en darse cuenta de lo importante que es para una observación astronómica la estabilidad atmosférica y la lejanía de fuentes luminosas como ciudades o zonas industriales que generan una gran contaminación lumínica. Pronto llegarían los grandes observatorios, en 1879 se construyó el Observatorio de Yerkes (Universidad de Chicago)  con uno de los telescopios refractores más grandes del mundo gracias a la iniciativa del astrónomo estadounidense George ElleryHale, este telescopio con una lente de 101 cm sería el más grande de su época.

Hale construyó otros telescopios de grandes dimensiones como por ejemplo el del observatorio de Monte Wilson en 1908  con un telescopio de 1.5 m de apertura y seguidamente en 1917, en el mismo lugar, otro telescopio de 2.5 m de apertura (llamado telescopio de Hooker).

Así, el telescopio de 1.5 m fue utilizado por Harlow Shapley para medir por vez primera el tamaño de nuestra galaxia y determinar la posición del Sol en ella, mientras que el de 2,5 m lo usó Edwin Hubble para determinar las distancias y velocidades de las galaxias cercanas, demostrando que son universos islasseparados y no nebulosas dentro de la Vía Láctea. Descubriendo también las primeras indicaciones de que el Universo se encuentra en expansión y a establecer las primeras teorías de esta expansión.

En 1948 el telescopio de Hale se diseña con un espejo de cinco metros y se ubica en el observatorio de Monte Palomar (EEUU), con este se descubrieron primeros cuásares y fue el primero en medir la expansión del Universo. Así como localizar el famoso cometa Halley.

El diseño de los telescopios siguió avanzando hasta que en 1979 se diseñó el primer telescopio de espejos múltiples combinando seis espejos cóncavos de 1.8 m de diámetro cada uno. Empezaba una nueva época para la observación de los objetos astronómicos. En 1996 el telescopio Keck es el primero con espejos hexagonales y gracias a esta tecnología se alcanzan a observar galaxias muy remotas y supernovas.

A partir de esta nueva tecnología los espejos están muy bien pulidos, tienen una gran reflectividad, colectan muy bien la luz y se pueden mover de forma individual, con lo que el conjunto de espejos se puede adaptar a las condiciones atmosféricas, es lo que se denomina óptica activa, obteniendo un gran calidad de imagen. Sistema que utilizan los grandes telescopios actuales como el GTC de La Palma (Gran telescopio de Canarias). Está ubicado a 2.400m de altitud en la isla de la Palma, tiene un sistema similar al telescopio Heck pero con un espejo primario de 36 segmentos hexagonales, que hacen un diámetro total de espejo de 10.4 m, lo soporta una montura altazimutal y es actualmente el  telescopio más grande del mundo. (Fig.12) También se pueden combinar telescopios para obtener grandes diámetros por lentes combinadas, como es el caso del VLT (Very Large Telescope) de Monte Paranal . Este es un sistema de cuatro telescopio de 8.2 m que usados en conjunto  equivalen al área colectora de un telescopio de 16m.

Para el futuro se van a construir telescopios enormes, como es el caso del OWL de 100 m de diámetro de la ESO (European Southern Observatory) que observará en el rango óptico e infrarrojo.

Otro tipo diferente de telescopios para observación desde la Tierra, los radiotelescopios. Un radiotelescopio capta ondas de radio emitidas por fuentes emisoras de alta energía (púlsares, galaxias activas, etc.), capta estas señales a través de una gran antena parabólica o un conjunto de ellas, a diferencia de un telescopio ordinario, que produce imágenes en luz visible.  Para observar sin las perturbaciones atmosféricas y en longitudes de onda no absorbidas por la atmósfera se utilizan telescopios espaciales, como es el caso del telescopio espacial Hubble o del telescopio espacial Spitzer.