Cielo Profundo

TURBULENCIA ATMOSFÉRICA Y RENDIMIENTO ÓPTICO

Debido al fenómeno de difracción de la luz, la imagen producida por una estrella no es un punto luminoso sino una mancha difusa cuyo diámetro en segundos de arco es aproximadamente dang=140"/D. Donde D es el diámetro del telescopio en mm. Basándose en medidas interferométricas Danjon1 construyó una relación válida para diámetros inferiores a 500 mm entre la turbulencia atmosférica (t) y la imagen de difracción resultante, como se ve a continuación. Las imágenes de difracción están generadas con el programa freeware Aberrator v2.4 de Cor Berrevoets


t<dang/4: imágenes perfectas, sin deformación ni agitación	t=dang/4: anillos completos, recorridos por condensaciones móviles

t=dang/2: agitación media, anillos de difracción rotos y la mancha central con bordes ondulados	t=dang: agitación viva, anillos muy tenues o ausentes

t=3dang/2: imagen que tiende a aspecto planetario

Este método es una forma muy sencilla y fácil de cuantificar o más bien acotar la turbulencia atmosférica en función del diámetro del telescopio utilizado. En mi caso particular los diámetros de los telescopios utilizados son de 150 mm para el MK65 y de 80 y 102 mm para los refractores. Las turbulencias en segundos de arco corresponderían a las de la siguiente tabla:

	t<d_ang/4	t=d_ang/4	t=d_ang/2	t=d_ang	t=3d_ang/2
MK65	<0".2	0".2	0".5	0".9	>=1".4
Refractor 80 mm	<0".4	0".4	0".9	1".8	>=2".6
Refractor 102 mm	<0".3	0".3	0".7	1".4	>2".1

Uno de los problemas que presenta este método es que la cuantificación es muy sensible al diámetro del telescopio utilizado, sobre todo cuando aumenta el mismo. Para un 150 mm no es posible cuantificar toda turbulencia mayor a 1".4 y por lo tanto queda asignada a ese valor. De ello se deduce que las estimaciones usando este sistema son bastante conservadores en la mayoría de las veces, y representaran un límite inferior de la turbulencia. Aquí tampoco están incluidos los datos de muchas noches en las que ya a simple vista se veía que la turbulencia era enorme y que no tenía sentido sacar el telescopio para hacer astrofotografía. Esto todavía empeoraría más la estadística de la turbulencia, por lo que las estimaciones de la turbulencia de mis lugares de observación son realmente conservadoras.

Como comparativa he puesto los datos de la turbulencia de dos observatorios de la ESO en Chile, como representativos de los mejores lugares del mundo en cuanto a menor turbulencia y los datos del Observatorio de la Alta Provenza en Francia situado a unos 650 m y que se puede considerar como representativo de uno los sitios de observación de los aficionados

	Asturias	Alta Provenza	Cerro Paranal	La Silla
Percentil - 25%	1".5		0".63	0".69
Media	1".7	2"	0".93	0".93
Percentil - 75%	2".2		1".08	1".10

En mi caso concreto se obtiene que solamente en 3 noches de 82 registradas (3.6%) la turbulencia era inferior a 0".9 y por lo tanto el rendimiento del MK65 en cuanto a poder de resolución (separación de dobles y detalle planetario) era máximo. Es decir, en el 97% de las noches el rendimiento del telescopio estaba limitado por la turbulencia y no por la calidad del mismo. En el caso del refractor de 80 mm vemos que en aproximadamente el 50% de las noches trabajaba a pleno rendimiento y con el 102 mm esta situación se presenta en un valor cercano al 25% de las noches. A la vista de la anterior tabla todavía se pueden sacar conclusiones aún más sorprendentes; en uno de los mejores lugares del planeta para la observación, un telescopio de 150 mm trabajaría a pleno rendimiento en solamente la mitad de las noches aproximadamente. Con esto me estoy refiriendo al poder de resolución y NO de captación de luz. De esta forma vemos que la turbulencia afecta mucho más a telescopios de mayor diámetro en el sentido que reduce mucho más su rendimiento. Un telescopio de 200 mm en el observatorio de La Silla, sólo trabajaría a pleno rendimiento en cuanto a poder de resolución en el 25% de las noches. La utilización de la óptica adaptativa representa un gran paso adelante pues permite reducir la turbulencia a valores por debajo de 0".2.

En lugares de observación típicos de aficionados, como puede ser el mío, vemos que en el 93% de las noches daría igual hacer observación planetaria por un telescopio de 150 mm de diámetro con calidades de 1/10 y de 1/2 onda, por ejemplo. La distorsión del frente de onda ocasionada por la turbulencia es muy superior a las presentes en el telescopio, y al final pone a los dos al mismo nivel. Esto justifica los comentarios muchas veces oídos y leídos en el sentido que se han obtenido imágenes planetarias con una calidad de excelente a extraordinaria con ópticas que en principio no eran gran cosa, incluso no llegando a ser de difracción limitada.

De las cuatro posibles causas degradadoras de la calidad de la imagen producida por un telescopio, vemos que la turbulencia es una de las más importantes y curiosamente una a la que menos importancia se presta. Todos recordamos los famosos problemas del Telescopio Espacial Hubble y su gigantesta aberración esférica de 1.7 longitudes de onda. Aún en esas condiciones y con el tratamiento informático oportuno era capaz de suministrar imágenes con una resolución muy superior a las obtenidas en la superficie de la tierra por telescopios que le cuadriplicaban en tamaño y calidad óptica. ¿Cual era la razón?: muy sencilla, la falta de atmósfera y la consiguiente turbulencia.

Todo esto nos lleva a hacernos una pregunta muchas veces vista en los distintos foros de internet, ¿cual es el diámetro más idóneo?. De lo anterior se deduce que está limitado por la turbulencia de nuestro lugar de observación y en este sentido sería mucho más eficiente elegir diámetros pequeños (acorde a la turbulencia) y de la máxima calidad posible. De esta forma sacaremos el máximo rendimiento a nuestro telescopio, en el sentido que observaremos durante muchas más noches con la máxima calidad óptica.

¹How to Make a Telescope, second edition by Jean Texereau. Wilmann-Bell, Inc.