Se você pensar bem, era apenas uma questão de tempo até que o primeiro telescópio fosse inventado. As pessoas são fascinadas por cristais há milênios. Muitos cristais - quartzo por exemplo - são completamente transparentes. Outros - rubis - absorvem algumas frequências de luz e passam por outras. A formação de cristais em esferas pode ser feita por clivagem, queda e polimento - isso remove bordas afiadas e arredonda a superfície. Dissecar um cristal começa com a descoberta de uma falha. Criar uma meia esfera - ou segmento de cristal - cria duas superfícies diferentes. A luz é recolhida pela face frontal convexa e projetada em direção a um ponto de convergência pela face traseira plana. Como os segmentos de cristal têm curvas severas, o ponto de foco pode estar muito próximo do próprio cristal. Devido à curta distância focal, os segmentos de cristal produzem melhores microscópios que os telescópios.
Não foi o segmento de cristal - mas a lente de vidro - que possibilitou os telescópios modernos. As lentes convexas saíram do chão de vidro de maneira a corrigir a visão de longo alcance. Embora os segmentos dos óculos e dos cristais sejam convexos, as lentes míopes têm curvas menos severas. Raios de luz são apenas ligeiramente dobrados do paralelo. Por esse motivo, o ponto em que a imagem se forma é muito mais distante da lente. Isso cria uma escala de imagem grande o suficiente para inspeção humana detalhada.
O primeiro uso de lentes para aumentar a visão remonta ao Oriente Médio do século XI. Um texto em árabe (Opticae Thesaurus escrito pelo cientista-matemático Al-hazen) observa que segmentos de bolas de cristal poderiam ser usados para ampliar objetos pequenos. No final do século XIII, diz-se que um monge inglês (possivelmente referenciando a Perspectiva de Roger Bacon, de 1267) criou os primeiros óculos práticos de foco próximo para ajudar na leitura da Bíblia. Não foi até 1440 quando Nicolau de Cusa colocou a primeira lente para corrigir a miopia -1. E passariam outros quatro séculos antes que os defeitos no formato da lente (astigmatismo) fossem auxiliados por um conjunto de óculos. (Isso foi realizado pelo astrônomo britânico George Airy em 1827, cerca de 220 anos depois de outro - astrônomo mais famoso - Johann Kepler ter descrito pela primeira vez com precisão o efeito das lentes na luz.)
Os primeiros telescópios tomaram forma logo após a moagem dos óculos se estabelecer como um meio de corrigir a miopia e a presbiopia. Como as lentes míopes são convexas, elas produzem bons "coletores" de luz. Uma lente convexa retira feixes paralelos à distância e os inclina para um ponto de foco comum. Isso cria uma imagem virtual no espaço - uma que pode ser inspecionada mais de perto usando uma segunda lente. A virtude de uma lente coletora é dupla: combina luz (aumentando sua intensidade) - e amplia a escala da imagem - em um grau potencialmente muito maior do que o olho é capaz.
As lentes côncavas (usadas para corrigir a miopia) espalham a luz para fora e fazem as coisas parecerem menores aos olhos. Uma lente côncava pode aumentar a distância focal do olho sempre que o próprio sistema do olho (córnea fixa e lente morphing) não consegue focalizar uma imagem na retina. As lentes côncavas são boas oculares porque permitem que o olho inspecione mais de perto a imagem virtual criada por uma lente convexa. Isso é possível porque os raios convergentes de uma lente coletora são refratados em direção ao paralelo por uma lente côncava. O efeito é mostrar uma imagem virtual próxima, como se estivesse a uma grande distância. Uma única lente côncava permite que ela relaxe como se estivesse focada no infinito.
Combinar lentes convexas e côncavas era apenas uma questão de tempo. Podemos imaginar a primeira ocasião em que as crianças brincavam com a labuta do moedor de lentes do dia - ou possivelmente quando o oculista se sentia chamado a inspecionar uma lente usando outra. Tal experiência deve ter parecido quase mágica: uma torre distante aparece instantaneamente como se se aproximasse no final de um longo passeio; figuras irreconhecíveis são subitamente vistas como amigas íntimas; limites naturais - como canais ou rios - são saltados como se as próprias asas de Mercúrio estivessem presas às curas ...
Quando o telescópio surgiu, dois novos problemas ópticos se apresentaram. As lentes coletoras de luz criam imagens virtuais curvas. Essa curva é ligeiramente "em forma de tigela", com o fundo virado para o observador. É claro que isso é exatamente o oposto de como o próprio olho vê o mundo. Pois o olho vê as coisas como se estivessem dispostas em uma grande esfera cujo centro está na retina. Então, algo tinha que ser feito para atrair os raios do perímetro de volta para os olhos. Esse problema foi parcialmente resolvido pelo astrônomo Christiaan Huygens na década de 1650. Ele fez isso combinando várias lentes como uma unidade. O uso de duas lentes trouxe mais raios periféricos das lentes coletoras para o paralelo. A nova ocular da Huygen achatou efetivamente a imagem e permitiu que o olho atingisse o foco em um campo de visão mais amplo. Mas esse campo ainda induziria claustrofobia na maioria dos observadores de hoje!
O problema final era mais intratável - as lentes refratárias dobram a luz com base no comprimento de onda ou na frequência. Quanto maior a frequência, mais uma cor específica da luz é dobrada. Por esse motivo, objetos exibindo luz de várias cores (luz policromática) não são vistos no mesmo ponto de foco no espectro eletromagnético. Basicamente, as lentes agem de maneira semelhante aos prismas - criando uma variedade de cores, cada uma com seu próprio ponto focal exclusivo.
O primeiro telescópio do Galileo resolveu apenas o problema de aproximar o olho o suficiente para ampliar a imagem virtual. Seu instrumento era composto de duas lentes separáveis por uma distância controlada para definir o foco. A lente objetiva tinha uma curva menos severa para coletar luz e trazê-la para vários pontos de foco, dependendo da frequência da cor. A lente menor - possuidora de uma curva mais severa de menor distância focal - permitiu que o olho observador de Galileu se aproximasse o suficiente da imagem para ver detalhes ampliados.
Mas o escopo do Galileo só pôde ser focado perto do meio do campo de visão da ocular. E o foco só podia ser definido com base na cor dominante emitida ou refletida pelo que o Galileo estava vendo na época. Galileu geralmente observava estudos brilhantes - como a Lua, Vênus e Júpiter - usando uma parada de abertura e se orgulhava de ter tido a ideia!
Christiaan Huygens criou a primeira ocular Huigeniana após o tempo de Galileu. Essa ocular consiste em duas lentes plano-convexas voltadas para a lente coletora - e não uma única lente côncava. O plano focal das duas lentes fica entre os elementos das lentes objetiva e ocular. O uso de duas lentes achatou a curva da imagem - mas apenas em alguns pontos do campo de visão aparente. Desde a época de Huygen, as oculares se tornaram muito mais sofisticadas. Começando com esse conceito original de multiplicidade, as oculares de hoje podem adicionar outra meia dúzia de elementos ópticos reorganizados em forma e posição. Astrônomos amadores agora podem comprar oculares na prateleira, fornecendo campos razoavelmente planos com mais de 80 graus de diâmetro aparente-2.
O terceiro problema - o de imagens multicoloridas de cores cromadas - não foi resolvido em telescopia até que um telescópio refletor de trabalho fosse projetado e construído por Sir Isaac Newton na década de 1670. Esse telescópio eliminou completamente as lentes coletoras - embora ainda exigisse o uso de uma ocular refratária (o que contribui muito menos para "cores falsas" do que o objetivo).
Enquanto isso, as primeiras tentativas de consertar o refrator eram simplesmente prolongá-lo. Escopos de 140 pés de comprimento foram criados. Nenhum tinha diâmetros de lente especialmente exorbitantes. Esses dinossauros finos exigiam um observador verdadeiramente aventureiro para usar - mas "amenizaram" o problema de cores.
Apesar de eliminar o erro de cor, os refletores iniciais também tiveram problemas. A luneta de Newton usava um espelho de espéculo esfericamente retificado. Comparado ao revestimento de alumínio dos espelhos refletores modernos, o espéculo é um fraco desempenho. Em aproximadamente três quartos da capacidade de captação de luz do alumínio, o espéculo perde cerca de uma magnitude no alcance da luz. Assim, o instrumento de seis polegadas desenvolvido por Newton se comportou mais como um modelo contemporâneo de 4 polegadas. Mas não foi isso que tornou difícil vender o instrumento de Newton, ele simplesmente forneceu uma qualidade de imagem muito baixa. E isso foi devido ao uso desse espelho primário esfericamente retificado.
O espelho de Newton não trouxe todos os raios de luz para o foco comum. A falha não estava no espéculo - estava na forma do espelho que, se estendido em 360 graus, faria um círculo completo. Esse espelho é incapaz de trazer os feixes de luz central para o mesmo ponto de foco dos que estão mais próximos da borda. Não foi até 1740 quando John Short da Escócia corrigiu esse problema (para luz no eixo) parabolizando o espelho. Curto conseguiu isso de uma maneira muito prática: Como os raios paralelos mais próximos do centro de um espelho esférico ultrapassam os raios marginais, por que não aprofundar o centro e controlá-los?
Não foi até a década de 1850 que a prata substituiu o espéculo como a superfície do espelho de sua escolha. É claro que os mais de 1000 refletores parabólicos fabricados por John Short tinham espelhos para espécimes. E a prata, como o espéculo, perde a refletividade rapidamente com a oxidação. Em 1930, os primeiros telescópios profissionais estavam sendo revestidos com alumínio mais durável e refletivo. Apesar dessa melhoria, os pequenos refletores trazem menos luz para o foco do que os refratores de abertura comparável.
Enquanto isso, os refratores também evoluíram. Durante o tempo de John Short, os oculistas descobriram algo que Newton não tinha - como obter a luz vermelha e verde para mesclar em um ponto comum de foco por refração. Isso foi realizado pela primeira vez por Chester Moor Hall em 1725 e redescoberto um quarto de século depois por John Dolland. Hall e Dolland combinaram duas lentes diferentes - uma convexa e outra côncava. Cada um consistia em um tipo de vidro diferente (coroa e pederneira) refratando a luz de maneira diferente (com base nos índices de refração). As lentes convexas do vidro da coroa fizeram a tarefa imediata de coletar luz de todas as cores. Isso curvou os fótons para dentro. A lente negativa espalhou o feixe convergente ligeiramente para fora. Onde a lente positiva fez com que a luz vermelha ultrapassasse o foco, a lente negativa causou a ultrapassagem do vermelho. Vermelho e verde se misturaram e o olho viu amarelo. O resultado foi o telescópio refrator acromático - um tipo hoje preferido por muitos astrônomos amadores por abertura pequena e barata, campo amplo, mas - em proporções focais mais curtas - menos do que o uso ideal da qualidade de imagem.
Somente em meados do século XIX, os oculistas conseguiram que o violeta azul se juntasse ao vermelho e ao verde em foco. Esse desenvolvimento surgiu inicialmente do uso de materiais exóticos (flourite) como um elemento dos objetivos do dupleto de microscópios ópticos de alta potência - não telescópios. Projetos de telescópios de três elementos usando tipos de vidro padrão - trigêmeos - também resolveram o problema quarenta anos depois (pouco antes do século XX).
Os astrônomos amadores de hoje podem escolher entre uma ampla variedade de tipos de escopos e fabricantes. Não existe um único escopo para todos os céus, olhos e estudos celestes. Questões de planicidade de campo (particularmente com telescópios newtonianos rápidos) e pesados tubos ópticos (associados a grandes refratores) foram abordados por novas configurações ópticas desenvolvidas na década de 1930. Tipos de instrumentos - como o SCT (telescópio Schmidt-Cassegrain) e o MCT (telescópio Maksutov-Cassegrain), além das variantes Schmidt e Maksutov e refletores oblíquos de estilo newton - agora são fabricados nos EUA e em todo o mundo. Cada tipo de escopo desenvolvido para solucionar uma preocupação válida ou outra relacionada ao tamanho do escopo, volume, nivelamento do campo, qualidade da imagem, contraste, custo e portabilidade.
Enquanto isso, os refratores ocupam o centro do palco entre os optophiles - pessoas que desejam a mais alta qualidade de imagem possível, independentemente de outras restrições. Os refratores totalmente apocromáticos (com correção de cor) fornecem algumas das imagens mais impressionantes disponíveis para uso em imagens ópticas, fotográficas e CCD. Mas, infelizmente, esses modelos são limitados a aberturas menores devido a custos significativamente mais altos de materiais (cristais exóticos de baixa dispersão e vidro), fabricação (até seis superfícies ópticas devem ser modeladas) e requisitos de suporte de carga maiores (devido a discos pesados de vidro )
Toda a variedade de tipos de escopo de hoje começou com a descoberta de que duas lentes de curvatura desigual poderiam ser erguidas até o olho para transportar a percepção humana por grandes distâncias. Como muitos grandes avanços tecnológicos, o telescópio astronômico moderno emergiu de três ingredientes fundamentais: necessidade, imaginação e uma crescente compreensão da maneira como a energia e a matéria interagem.
Então, de onde veio o telescópio astronômico moderno? Certamente o telescópio passou por um longo período de constante aprimoramento. Mas talvez, apenas talvez, o telescópio seja, essencialmente, um presente do próprio Universo, exultando em profunda admiração através dos olhos, corações e mentes humanos ...
-1 Existem perguntas sobre quem criou os óculos corrigindo a visão de longe e míope. É improvável que Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham ou Roger Bacon tenham usado uma lente dessa maneira. Confundir a questão da proveniência é a questão de como os óculos foram realmente usados. É provável que o primeiro auxílio visual tenha sido simplesmente colocado no olho como um monóculo - a necessidade assumindo a partir daí. Mas um método tão primitivo seria historicamente recontado como "a origem do espetáculo"?
-2 A capacidade de uma ocular em particular de compensar uma imagem virtual necessariamente curvada é limitada fundamentalmente pela relação focal efetiva e pela arquitetura do escopo. Assim, telescópios cuja distância focal são muitas vezes sua abertura apresentam menos de uma curva instantânea no "plano da imagem". Enquanto isso, os escopos que refratam a luz inicialmente (tanto catadiópicos quanto refratores) têm a vantagem de lidar melhor com a luz fora do eixo. Ambos os fatores aumentam o raio de curvatura da imagem projetada e simplificam a tarefa da ocular de apresentar um campo plano ao olho.
Sobre o autor:
Inspirado na obra-prima do início de 1900: "O céu através de telescópios de três, quatro e cinco polegadas", Jeff Barbour começou na astronomia e na ciência espacial aos sete anos de idade. Atualmente, Jeff dedica grande parte de seu tempo observando os céus e mantendo o site Astro.Geekjoy.
