6.E: Instrumentos astronómicos (Ejercicios)

Para una mayor exploración

Artículos

• Blades, J. C. “Fijando el Hubble Una Última Vez”. Sky & Telescope (Octubre 2008): 26. En la última misión de servicio Shuttle y lo que entonces era capaz de hacer el Hubble.
• Brown, A. “Cómo Gaia mapeará mil millones de estrellas”. Astronomía (Diciembre 2014): 32. Bonita revisión de la misión de hacer fotometría y espectroscopia de todas las estrellas por encima de un cierto brillo.
• Iron, R. “Prime Time”. Astronomía (febrero de 2001): 46. De cómo se asigna el tiempo en los principales telescopios de investigación.
• Jedicke, Peter & Robert. “Las patrullas del cielo gigante que vienen”. Sky & Telescope (Septiembre 2008): 30. Acerca de telescopios gigantes para vigilar el cielo continuamente.
• Lazio, José, et al. “Sintonización con el Universo: Radioastronomía del Siglo XXI”. Sky & Telescope (Julio 2008): 21. Acerca de ALMA y la matriz de kilómetros cuadrados.
• Lowe, Jonathan. “Espejo, Espejo”. Sky & Telescope (Diciembre 2007): 22. En el Telescopio Binocular Grande en Arizona.
• Lowe, Jonathan. “Siguiente Luz: Los telescopios monstruo del mañana”. Sky & Telescope (Abril 2008): 20. Acerca de los planes para telescopios extremadamente grandes en el suelo.
• Masón, Todd y Robin. “El Gran Ojo de Palomar”. Sky & Telescope (Diciembre 2008): 36. En el telescopio Hale de 200 pulgadas.
• Subinsky, Raymond. “Quién realmente inventó el telescopio”. Astronomía (agosto de 2008): 84. Breve introducción histórica, centrada en Hans Lippershey.

Sitios web

• Los sitios web de los telescopios principales se dan en [link], [link], [link] y [link].

Videos

• Astronomía desde la estratosfera: SOFIA: https://www.youtube.com/watch?v=NV98BcBBA9c. Una charla de la Dra. Dana Backman (1:15:32)
• Galaxias Vistas en Espectro Completo de Luz: https://www.youtube.com/watch?v=368K0iQv8nE. Científicos del Observatorio Spitzer muestran cómo una galaxia se ve diferente a diferentes longitudes de onda (6:22)
• Levantando el velo cósmico: Lo más destacado de una década del telescopio espacial Spitzer: https://www.youtube.com/watch?v=nkrNQcwkY78. Una charla del Dr. Michael Bicay (1:42:44)

Actividades de Grupo Colaborativo

1. La mayoría de los telescopios grandes obtienen muchas más propuestas para proyectos de observación que hay tiempo de observación nocturna disponible en un año. Supongamos que su grupo es el comité de asignación de tiempo del telescopio que informa a un director de ¿Qué criterios utilizarías para decidir cómo dar tiempo en el telescopio? ¿Qué pasos podrías tomar para asegurarte de que todos tus colegas pensaran que el proceso era justo y la gente aún te hablara en futuras reuniones de astronomía?
2. Su grupo es un comité de astrónomos nerviosos a punto de hacer una propuesta a los ministros de gobierno de su pequeño país europeo para que interrumpan con otros países para construir el telescopio más grande del mundo en el desierto alto y seco de la Cordillera de los Andes chilenos. Se espera que los ministros de gobierno sean muy escépticos sobre el apoyo a este proyecto. ¿Qué argumentos harías para convencerlos de participar?
3. Los mismos ministros de gobierno que conocimos en la actividad anterior te piden elaborar una lista de los pros y los contras de tener el telescopio más grande del mundo en las montañas de Chile (en lugar de una montaña en Europa). ¿Cuál sería su lista de grupos en cada columna?
4. Su grupo debe discutir y hacer una lista de todas las formas en que una sesión de observación en un gran telescopio de luz visible y un radiotelescopio grande podrían diferir. (Sugerencia: Tenga en cuenta que debido a que el Sol no es especialmente brillante en muchas longitudes de onda de radio, las observaciones con radiotelescopios a menudo se pueden hacer durante el día.)
5. Otra “amenaza ambiental” para la astronomía (además de la contaminación lumínica) proviene del derrame de las comunicaciones terrestres hacia los “canales” —longitudes de onda y frecuencias— previamente reservados para la radioastronomía. Por ejemplo, la demanda de teléfonos celulares significa que cada vez se utilizarán más canales de radio para este propósito. Las débiles señales de fuentes de radio cósmicas podrían ahogarse en un mar de conversación terrenal (traducidas y enviadas como ondas de radio). Suponga que su grupo es un comité del Congreso que está siendo presionado tanto por los radioastrónomos, que quieren guardar algunos canales claros para hacer astronomía, como por las empresas que están de pie para ganar mucho dinero con la expansión del uso del teléfono celular. ¿Qué argumentos te influirían a cada lado?
6. Cuando se dedicó el sitio para el nuevo Telescopio de Treinta Metros en Mauna Kea de Hawai, un grupo de nativos hawaianos anunció su oposición al proyecto porque los astrónomos estaban construyendo demasiados telescopios en una montaña que los hawaianos nativos consideran un sitio sagrado. Puedes leer más sobre esta polémica en http://www.nytimes.com/2015/12/04/sc...cope.html? _r=0 y en http://www.nature.com/news/the-mount...escope-1.18446. Una vez que su grupo tenga los hechos, discuta las afirmaciones de cada parte en la polémica. ¿Cómo crees que debería resolverse?
7. Si pudieras proponer usar un gran telescopio moderno, ¿qué te gustaría averiguar? ¿Qué telescopio usarías y por qué?
8. La contaminación lumínica (luz derramada en el cielo nocturno dificultando ver los planetas y las estrellas) solía ser un tema que preocupaba principalmente a los astrónomos. Ahora la luz derramada por la noche también es motivo de preocupación para los ecologistas y los que se preocupan por el calentamiento global. ¿Puede su grupo idear algunas razones no astronómicas para oponerse a la contaminación lumínica?

Preguntas de revisión

1. ¿Cuáles son los tres componentes básicos de un instrumento astronómico moderno? Describa cada uno en una o dos oraciones.
2. Nombra las dos ventanas espectrales a través de las cuales la radiación electromagnética llega fácilmente a la superficie de la Tierra y describe el telescopio de mayor apertura actualmente en uso para cada ventana.
3. Enumere el telescopio único de mayor apertura actualmente en uso en cada una de las siguientes bandas del espectro electromagnético: radio, rayos X, rayos gamma.
4. Cuando los astrónomos discuten las aperturas de sus telescopios, dicen que más grande es mejor. Explique por qué.
5. El telescopio Hooker del Observatorio Palomar tiene un diámetro de 5 m, y el telescopio Keck I tiene un diámetro de 10 m. ¿Cuánta más luz puede recoger el telescopio Keck que el telescopio Hooker en la misma cantidad de tiempo?
6. ¿Qué se entiende por telescopios “reflectantes” y “refractantes”?
7. ¿Por qué los telescopios de luz visible más grandes del mundo están hechos con espejos en lugar de lentes?
8. Compara el ojo, la película fotográfica y los CCD como detectores de luz. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de cada uno?
9. ¿Qué es un dispositivo de carga acoplada (CCD) y cómo se usa en astronomía?
10. ¿Por qué es difícil observar en longitudes de onda infrarrojas? ¿Qué hacen los astrónomos para abordar esta dificultad?
11. Las observaciones de radio y radar a menudo se hacen con la misma antena, pero por lo demás son técnicas muy diferentes. Comparar y contrastar la astronomía por radio y radar en términos de los equipos necesarios, los métodos utilizados y el tipo de resultados obtenidos.
12. Mira hacia atrás en la Figura\(6.4.2\) de Cygnus A y vuelve a leer su leyenda. El material en los lóbulos gigantes en los bordes de la imagen tuvo que haber sido expulsado del centro al menos hace cuántos años?
13. ¿Por qué los astrónomos colocan telescopios en la órbita terrestre? ¿Cuáles son las ventajas para las diferentes regiones del espectro?
14. ¿Cuál era el problema con el Telescopio Espacial Hubble y cómo se resolvió?
15. Describir las técnicas que utilizan los radioastrónomos para obtener una resolución comparable a lo que pueden lograr los astrónomos que trabajan con luz visible.
16. ¿Qué tipo de telescopios de luz visible e infrarrojos sobre el terreno planean los astrónomos para el futuro? ¿Por qué los están construyendo en el suelo y no en el espacio?
17. Describa un telescopio de luz visible o infrarrojo que los astrónomos planean lanzar al espacio en el futuro.

Preguntas de Pensamiento

1. ¿Qué sucede con la imagen producida por una lente si la lente se “detiene” (la apertura se reduce, reduciendo así la cantidad de luz que pasa a través de la lente) con un diafragma de iris, un dispositivo que cubre su periferia?
2. ¿Cuáles serían las propiedades de un detector astronómico ideal? ¿Qué tan cerca se acercan las propiedades reales de un CCD a este ideal?
3. Hace muchas décadas, los astrónomos del personal de los Observatorios Mount Wilson y Palomar recibían cada uno unas 60 noches al año por sus programas de observación. Hoy en día, un astrónomo se siente afortunado de obtener 10 noches al año en un telescopio grande. ¿Puedes sugerir algunas razones para este cambio?
4. El complejo observatorio más grande del mundo se encuentra en Mauna Kea, la montaña más alta de la Tierra. ¿Cuáles son algunos factores que los astrónomos consideran al seleccionar un sitio de observatorio? No te olvides de las prácticas. ¿Deberían los astrónomos, por ejemplo, considerar construir un observatorio en Denali (Monte McKinley) o en el Monte Everest?
5. Supongamos que está buscando sitios para un observatorio de luz visible, un observatorio de infrarrojos y un radioobservatorio. ¿Cuáles son los principales criterios de excelencia para cada uno? ¿Qué sitios se consideran realmente los mejores hoy en día?
6. La radioastronomía involucra longitudes de onda mucho más largas que las de la luz visible, y muchos observatorios orbitantes han sondeado el universo en busca de radiación de longitudes de onda muy cortas. ¿Qué tipo de objetos y condiciones físicas esperaría que se asociaran con la emisión de radiación a longitudes de onda muy largas y muy cortas?
7. El decano de una universidad ubicada cerca del océano (que no era un especialista en ciencias en la universidad) propone construir un telescopio infrarrojo justo en el campus y operarlo en una bonita cúpula climatizada para que los astrónomos se sientan cómodos en las frías noches de invierno. Criticar esta propuesta, dando su razonamiento.

Calcular por ti mismo

1. ¿Cuál es el área, en metros cuadrados, de un telescopio de 10 m?
2. Aproximadamente 9000 estrellas son visibles a simple vista en todo el cielo (imagina que podrías ver alrededor de todo el globo y tanto los hemisferios norte como sur), y hay alrededor de 41.200 grados cuadrados en el cielo. ¿Cuántas estrellas son visibles por grado cuadrado? ¿Por segundo de arco cuadrado?
3. Teóricamente (es decir, si ver no fuera un problema), la resolución de un telescopio es inversamente proporcional a su diámetro. ¿Cuánto mejor es la resolución del ALMA cuando opera en su línea de base más larga que la resolución del telescopio Arecibo?
4. A plena luz del día, el tamaño de tu pupila suele ser de 3 mm. En situaciones oscuras, se expande a unos 7 mm. ¿Cuánta más luz puede reunir?
5. ¿Cuánta más luz puede reunir un telescopio de 8 m de diámetro que por su ojo totalmente adaptado a la oscuridad con 7 mm?
6. ¿Cuánta más luz puede reunir el telescopio Keck (con su espejo de 10 m de diámetro) que un telescopio amateur cuyo espejo tiene 25 cm (0.25 m) de ancho?
7. A menudo se molesta a las personas cuando descubren que los telescopios reflectantes tienen un segundo espejo en el medio para llevar la luz a un foco accesible donde se pueden montar grandes instrumentos. “¿No pierdes la luz?” la gente pregunta. Bueno, sí, lo haces, pero no hay mejor alternativa. Se puede estimar cuánta luz se pierde por tal arreglo. El espejo primario (el que está en la parte inferior de la Figura\(6.1.5\)) del telescopio Gemini North tiene 8 m de diámetro. El espejo secundario en la parte superior tiene aproximadamente 1 m de diámetro. Usa la fórmula para el área de un círculo para estimar qué fracción de la luz está bloqueada por el espejo secundario.
8. Los telescopios ahora se pueden operar de forma remota desde una habitación cálida, pero hasta hace unos 25 años, los astrónomos trabajaban en el telescopio para guiarlo de manera que permaneciera apuntado exactamente en el lugar correcto. En un telescopio grande, como el telescopio Palomar de 200 pulgadas, los astrónomos se sentaron en una jaula en la parte superior del telescopio, donde se encuentra el espejo secundario, como se muestra en la Figura\(6.1.5\). Suponga a los efectos de su cálculo que el diámetro de esta jaula era de 40 pulgadas. ¿Qué fracción de la luz está bloqueada?
9. El HST costó alrededor de 1.700 millones de dólares para la construcción y 300 millones de dólares para el lanzamiento de su lanzadera, y su operación cuesta 250 millones de dólares al año. Si el telescopio dura 20 años, ¿cuál es el costo total por año? ¿Por día? Si el telescopio se puede utilizar solo el 30% del tiempo para observaciones reales, ¿cuál es el costo por hora y por minuto para el tiempo de observación del astrónomo en este instrumento? ¿Cuál es el costo por persona en Estados Unidos? ¿Valió la pena su inversión en el telescopio Hubble Space?
10. ¿Cuánta más luz puede reunir el Telescopio Espacial James Webb (con su espejo de 6 m de diámetro) que el Telescopio Espacial Hubble (con un diámetro de 2.4 m)?
11. El espejo de 5 metros del telescopio Palomar pesa 14.5 toneladas. Si se construyera un espejo de 10 m del mismo grosor que el de Palomar (solo más grande), ¿cuánto pesaría?