Star test y defectos del espejo

Star test y defectos del espejo

Un newtoniano cuyos defectos eliges tú: su colimación (el foco del primario fuera del eje del enfocador, lo que da coma) y la figura de su espejo (astigmatismo, el trébol de un espejo pinzado, aberración esférica subcorregida o sobrecorregida, un borde caído). Cada defecto se da en nanómetros RMS del frente de onda, a 550 nm (el borde, en pico-valle): λ/14 RMS, 39 nm, es el criterio de Maréchal, el límite de un instrumento limitado por difracción (Strehl 0,8). El cuarto de onda pico-valle de Rayleigh, tan citado, viene a ser lo mismo: para la aberración esférica, 41 nm RMS.

De dónde viene la coma: de la colimación y del lugar de la estrella en el campo. Un paraboloide no tiene coma en su eje, y tiene cada vez más al alejarse de él. En un newtoniano colimado, el eje cae en el centro del ocular; descolimado, cae al lado, y una estrella en el centro del campo muestra la coma que tendría así de lejos del eje: el desplazamiento del foco dividido por la distancia focal. Una estrella lejos del centro tiene también la coma de su propio desplazamiento (el control deslizante bajo las vistas de la estrella), y las dos se suman como flechas. La coma tallada en el espejo equivale a lo mismo (un paraboloide visto un poco de lado) y colimar sobre la estrella la elimina, así que no tiene control propio.

La imagen de una estrella se calcula por difracción: la luz que pasa por el espejo (menos la sombra del secundario y la araña) con su frente de onda deformado, por transformada de Fourier, en luz blanca. Antes y después del foco, un espejo perfecto da dos imágenes idénticas (invertidas); un defecto las hace distintas: eso es el star test. La esférica ilumina el borde por un lado y el centro por el otro, el astigmatismo estira la imagen en dos direcciones cruzadas, la coma de colimación la desplaza hacia el mismo lado.

Júpiter: una fotografía del Hubble, emborronada como la mostraría este telescopio, color por color (rojo, verde y azul, cada uno en su longitud de onda): lo que le quitan los defectos y la colimación. Júpiter se muestra con 40″ de diámetro, más o menos su media (30″ cerca de la conjunción, 50″ en las oposiciones más próximas).

Un espejo medido con el test de Foucault: el enlace bajo su perfil lo trae aquí, con su esférica y su borde caído en sus controles y el resto añadido tal cual. Las cifras difieren un poco de las del test de Foucault: ese test, como Foucault2 y el método de Texereau, da a cada zona un solo valor, la media de sus dos bordes, e ignora lo que hace la superficie dentro de una zona; aquí el perfil se sigue de un punto medido al siguiente por todo el espejo. El RMS del test de Foucault es por tanto algo optimista, más cuantas menos zonas haya; con 10 a 15 zonas la diferencia es pequeña. Para comparar un espejo cuyo secundario oculta el centro, marca «Excluir el centro oculto por el secundario» en el test de Foucault.

La turbulencia, a petición: una capa de aire turbulento (Kolmogórov, escala externa de 20 m) que el viento lleva por delante del espejo a 3 m/s, con su frente de onda sumado al del espejo, para la estrella y para Júpiter. Su intensidad se da en segundos de arco, el ancho de una estrella en una exposición larga (el seeing de los astrónomos profesionales y de las previsiones); fija r₀, el tamaño de las celdas de aire (7,4 cm para 1,5″). Cada imagen suma lo que el ojo ve en 0,1 s; cuarenta imágenes forman un bucle de 4 s. Más pequeño que r₀, un espejo ve sobre todo bailar la imagen; más grande, la ve hervir.

Imagen: NASA, ESA, STScI.