Telescopios rápidos versus telescopios lentos en visual

Primero veamos que se entiende por telescopios rápidos (o luminosos) y lentos (u oscuros).

En realidad ese es un término que proviene de la fotografía y hace referencia a la relación focal del telescopio (F), que es el cociente entre apertura y distancia focal, ambos en las mismas unidades. Así pues, a los telescopios con pequeñas relaciones focales (típicamente F5 o menos) se los denomina rápidos o luminosos en referencia a los tiempos de exposición, en otras palabras se requiere un tiempo menor para captar la misma cantidad de luminosidad que uno lento u oscuro (típicamente F10 o más).

Entre F5 y F10 hay un terreno intermedio que podría ser considerado la tierra de los “multiuso” aunque, como veremos más adelante, la calidad del ocular se hace mucho más crítica a medida que nos acercamos a F5, reduciéndose en general también el contraste de la imagen a medida que se llega a dicho valor.

En base a lo anterior seria viable pensar que un telescopio rápido es lo más conveniente para visual, si embargo no es así, más aún es todo lo contrario. La única ventaja que posee un telescopio rápido en visual radica en el campo de visión, a menor relación focal es evidente que el campo alcanzado es mayor.

En efecto, el campo máximo (MFOV) que se puede alcanzar con un determinado ocular depende de la focal del telescopio y el diámetro del ocular y está acotado por:

MFOV (para 1.25') = K1 / ft [°] MFOV (para 2') = K2 / ft [°]

Mientras que para el ocular el campo (TFOV) estará dado por:

TFOV = AFOV / Magnificación [°] = AFOV × fo / ft [°] 

Donde:

K1 = 31.7 × (180 / π) = 31.7 × (180 / π) = 31.7 × 57.3 ~= 1816
K2 = 50.8 × (180 / π) = 50.8 × (180 / π) = 50.8 × 57.3 ~= 2915
fo : Focal del ocular [en mm]
F : Relación focal ( ft / A)
ft : Focal del telescopio [en mm]
A : Apertura (diámetro) del telescopio [en mm]
AFOV: Campo aparente del ocular

Si bien el AFOV de un ocular está especificado, dicho valor se puede calcular aproximadamente mediante:

AFOV ~= 2 x arctang (radio del field stop [en mm] / fo [en mm]) [°]

Considerando que en cualquier caso debería ser: TFOV <= MFOV, el AFOV Máximo del ocular estaría dado por:

[K1] o [K2] / fo  (dependiendo si se trata de un ocular de 1.25” o 2” respectivamente)

En realidad está es la única ventaja real de los telescopios más rápidos, la cual es muy relativa ya que para visual siempre es posible utilizar reductores focales.

¿Pero por qué la luminosidad no es importante en visual?

Esto se debe a que el ojo humano es muy superior a cualquier CCD o película en lo que a captación de luz se refiere, por lo que no es tan dependiente de la relación focal.

Con lo dicho hasta acá sería lo mismo un telescopio rápido que uno lento para visual, sin embargo no es así. Un telescopio con una relación focal alta es lo más conveniente en visual, ahora veremos el por qué de esto.

Un parámetro muy importante en la observación es el concepto de pupila de salida (PS) que vendría a ser el área efectiva a la salida del ocular en donde se forma la imagen que será capturada por la pupila del observador. En consecuencia, si la pupila de salida aumenta por encima de la pupila del observador produce cierta pérdida de luminosidad (equivale a observar en un telescopio de menor apertura).

Lo anterior es en la mejor de las situaciones (telescopios refractores), en el caso particular de telescopios con obstrucciones puede incluso haber una pérdida de imagen denominada blackout. En efecto, al tener una pupila de salida mayor a la del ojo del observador se puede estar observando la obstrucción lo que produce un oscurecimiento total o parcial de la imagen. Obviamente el blackout será más notorio en telescopios catadióptricos que en los reflectores newtonianos (ya que los primeros tienen una mayor obstrucción).

La pupila de salida (PS) está dada por la expresión:

PS = fo / F
Donde:
PS : Pupila de salida [en mm]
fo : Focal del ocular [en mm]
F : Relación focal ( ft / A)
ft : Focal del telescopio [en mm]
A : Apertura (diámetro) del telescopio [en mm]

En condiciones normales de observación, sin presencia de luces externas (pupila dilatada), la pupila del observador (PO) estará dada por:

PO = 8.1 – (0.04 × Edad) [con la edad en años y PO en mm]

Para óptimas condiciones de observación debería ser PO > PS

Es evidente que al aumentar la relación focal, para el mismo ocular se reduce la pupila de salida. Si bien esto puede no parecer muy importante es crítico en observación ya que permite una mayor tolerancia frente a los defectos de los oculares ya que se toma una menor porción del mismo. Hay que tener en cuenta que la capacidad del ojo (al igual que la de nuestro cerebro) para integrar imágenes depende que las mismas estén lo más libre de posibles aberraciones.

De aquí que los primeros refractores con relaciones grandes (incluso superiores al F15 de algunos Maksutov-Cassegrain actuales) pudieran brindar imágenes aceptables aún con oculares Huygens o Kellner, que hoy en día son considerados como “entry level”. En otras palabras, no es necesario recurrir a oculares costosos para una buena calidad de imagen, lo que si es mandatario en telescopios rápidos.

Si bien esta es la única ventaja  formal de los telescopios lentos ya que se relaciona directamente con la relación focal, hay otras dos que se relacionan con una particularidad obvia de los telescopios lentos, que es poseer una focal larga. A continuación veremos dos de esas ventajas, aunque en rigor sólo la primera es relevante.

Mejor contraste

Una de las características del ojo es que puede apreciar más detalles si la imagen está bien contrastada, es decir, los bordes se aprecian más definidos. Es evidente entonces que si mantenemos la apertura, a mayor focal la luz capturada se distribuye en una mayor área del punto en el que se forma la imagen brindando así mucho mayor contraste. De allí que sean más recomendados para observación de objetos puntuales (planetaria, galaxias, cúmulos cerrados, etc.) que los telescopios más rápidos.

Esto mismo se puede ver de otra forma, supongamos dos telescopios de 200mm de apertura, uno F4 (800 mm de focal) y el otro F10 (2000 mm de focal) y supongamos que buscamos una magnificación de 100x. Es evidente que en el primer caso necesitaríamos un ocular de 8 mm, mientras que en el segundo uno de 20 mm, si bien en ambas situaciones la pupila de salida es idéntica (2 mm), el fiel stop del ocular de 20 mm es muy superior al del otro ocular, lo que brinda una imagen más “cómoda” y más contrastada.

Sin embargo es importante destacar que en algunos casos con ópticas muy bien tratadas es posible lograr altos grados de contraste (aún con telescopios de focal muy corta), o lo que es equivalente, utilizar oculares muy corregidos para aumentar el contraste. Por lo general esto se realiza agregando elementos en el tren óptico, logrando así diseños más complejos que reducen drásticamente varias de las posibles aberraciones y maximizan el contraste.

Pero acá hay que tener algo en cuenta, desde el punto de vista óptico influye la cantidad de elementos de un ocular, así como también ocurre con los refractores apocromáticos (doblete, triplete, etc.). En efecto, al agregar elementos en un ocular hay reflexiones internas por diferencias de impedancia óptica (parte de la luz se refleja al pasar entre medios con diferente índice de refracción). Para evitar este tipo de aberraciones es necesario recurrir a recubrimientos muy optimizados para sopesar esos defectos y lograr así  una mayor corrección y contraste. Por lo que resulta evidente que esto nos lleva a una situación similar a la del punto anterior cuando analizábamos la pupila de salida, para obtener un contraste aceptable se requieren muy buenos oculares con excelentes recubrimientos (que por lo general no son baratos).

Eye relief más adecuado (aunque solo aplicaría a observadores sin anteojos)

Otra ventaja un tanto menor de las focales largas es que no se aumenta demasiado el eye relief por sobre los valores especificados por el ocular. El eye relief es un parámetro que indica la distancia entre el plano del ocular y el punto en el que se forma la pupila de salida, en otras palabras la distancia entre el ocular y el ojo del observador. Este parámetro posee una importancia muy relativa para los observadores sin anteojos y depende de cada uno cual es el valor más confortable.

Un valor de eye relief muy pequeño obliga pegar el ojo al ocular, dificultando la observación en personas con anteojos, en contrapartida un valor demasiado grande implica que se debe separar mucho el ojo permitiendo que las luces parásitas del entorno molesten en la observación. En general se consideran más que aceptables valores entre 15mm y 25mm.

El problema es que este valor no es fijo, el eye relief especificado para un ocular es en rigor es un valor de mínima, ya que siempre aumenta dependiendo de la focal del telescopio y la del propio ocular, ese aumento (growth) está dado por:

Growth = ( (ft × fo) / (ft - fo) ) – fo [en mm]

Donde:

fo : Focal del ocular [en mm]
ft : Focal del telescopio [en mm]

Por lo que el eye relief real estará dado por: Eye relief especificado + Growth

De esto se deduce que al aumentar la focal del telescopio (ft) la variación en el eye relief tiende a ser menos marcada, lo mismo que al disminuir la focal del ocular (fo). En el límite, cuando ft tiende a infinito, el valor del eye relief es directamente el especificado por el ocular.

Antes se mencionó que era una ventaja muy relativa ya que en por ejemplo en un telescopio con una focal de 800 mm con un ocular de 32 mm ese crecimiento (growth) sería de 1.33mm, mientras que el mismo ocular en un telescopio de 2000 mm de focal aportaría un crecimiento de sólo 0.52mm. En otras palabras, si bien impacta menos cuanto mayor es la focal, en general  las variaciones resultan en cualquier caso despreciables.

Tal como se mencionó más arriba, en los dos casos anteriores solo se habla de focal del telescopio, por lo que no serían en realidad una ventaja de los telescopios lentos sino sólo de los de focales largas (si bien es algo que está implícito en los telescopios lentos).

En conclusión

Si lo que se busca es visual con una buena calidad de imagen sin recurrir a oculares de alto costo, bien contrastada y con un eye relief más adecuado para un observador sin anteojos, la respuesta es una alta relación focal (cuanto mayor mejor).

Si bien es cierto que se tiene menor campo de visión eso no sería un problema demasiado grave si el MFOV del telescopio no es muy reducido (mayor un grado por ejemplo). Para ello se dispone en el mercado de reductores focales para visual, los que combinados a un ocular de focal adecuada permitirán aprovechar todo el MFOV que puede entregar el telescopio. Sin embargo se debe tener en cuenta que aún con un reductor focal nunca se podrá obtener más campo que el máximo que puede entregar el telescopio (MFOV), si se exagera con el reductor focal o la focal del ocular se tendrá viñeteo. En general estos reductores focales para visual poseen un costo relativamente bajo en comparación de los utilizados en fotografía.

Aunque como ya se dijo, al reducir la relación focal se hace necesario invertir en oculares de mejor calidad. Por lo que nunca esta de más en la valija del observador un buen reductor focal para visual junto con algunos buenos oculares de 2” de focales altas, pero siempre teniendo en cuenta que:

(  fo /( F×R) ) < 8.1 – (0.04 × Edad)

Donde:

fo : Focal del ocular [en mm]
F : Relación focal ( ft / A)
ft : Focal del telescopio [en mm]
A : Apertura (diámetro) del telescopio [en mm]
R : Reducción de la focal [adimensional entre cero y uno, por ejemplo 0.5]
Edad : En años

Mucha de la información vertida en este artículo fue recabada con la ayuda de varios usuarios del Foro de Espacio Profundo, entre los que se destaca la colaboración de: Eduardo Juliá (Chuli) y Néstor Díaz (Néstor D. Díaz), así como también a Ramiro Torres (ramirotorres), quien nos abrió la cabeza al mundo de los oculares Premium y nos obligo a leer más acerca de ese tema (lo que a su vez me llevo a echar mano de esos oculares y acceder a otra forma de ver las cosas). Tampoco puedo dejar de mencionar al amigo Marcos Rodríguez (Borges), con quien discutimos varios de estos temas y me ayudó a hacer varias de las pruebas que nos permitieron verificar en forma práctica algunos de los resultados que son presentados en este artículo.