¿Cómo construir nuestro
telescopio? De Newton al poliéster.
La idea de poder
fabricar nuestro propio material de observación astronómica puede hacerse
realidad si disponemos de materiales baratos,
sencillos, usuales o reciclados,
algún de conocimiento básico de
matemáticas y óptica, manejo de bricolaje y sobre todo mucha imaginación.
Los resultados son
sorprendentes y las ventajas de adaptar el telescopio a nuestras necesidades
nos evitan tomar decisiones sobre qué telescopio elegir, tendremos la
posibilidad de modificarlo incluso después de la fabricación, adaptarle nuevos
accesorios o modificar materiales.
Los astrónomos
aficionados podemos disfrutar, si
aceptamos el reto, doblemente mientras diseñamos y construimos y por su puesto cuando
observamos el firmamento.
Las ventajas a la hora
de la construcción son múltiples las reparaciones son baratas, sencillas,
previsibles, nos permite adecuarlo a nuestras necesidades en cuanto a tamaño,
tipo de observación, tiempo y lugar donde vamos a observar.
Ya en los siglos XVI y XVII los astrónomos de la
época con telescopios realmente sencillos, interpretaban el cielo, adaptando su
instrumental a sus necesidades con los elementos que disponían.
Así utilicé como punto
de partida unos bocetos del primer telescopio reflector fabricado por Newton. Con
dicho telescopio realizó investigaciones en 1672 sobre la teoría de los colores
de la luz. Las ventajas del nuevo modelo de telescopio eran claras, mucho más
corto, utiliza espejos en lugar de lentes con lo que evita la dispersión de los
colores y la aberración cromática. El telescopio de reflexión es el que le proporcionó a Newton
su primer reconocimiento internacional y su ingreso en la Royal Society.
La sencillez y estética
de ese telescopio me inspiró en el desarrollo de una montura en forma de bola, sin
embargo no existía demasiada información sobre su construcción. La decisión a
la hora de definir el concepto de telescopio y de óptica estaba tomada. Sería un telescopio reflector (mediante espejos)
y una montura donde los espejos se movieren mediante el giro de una esfera, semejante
al prototipo utilizado por Newton. A diferencia de ese modelo el espejo
primario estaría ubicado dentro de una esfera hueca. El movimiento sería
análogo a la bola de un ratón clásico de ordenador, deslizándose sobre 3
soporte rígidos.
Este diseño evitaba el
uso de rodamientos, elementos mecánicos,
no precisa motores, haciendo la observación
más intuitiva. El sistema sería muy compacto e ideal para observación visual.
Dimensionado.
Un aspecto primordial antes
de abordar la construcción de un telescopio es tratar de conocer los aspectos
teóricos del diseño, la distancia a la
que debemos colocar los espejos, el portaocular, obstrucción del secundario, el
diámetro del soporte del primario etc… Si bien Newton utilizó para estos
menesteres escuadra, cartabón y complicadas fórmulas matemáticas, hoy día no es
necesario. Basta disponer de programas
informáticos que nos ayuden a determinarlos. Entre ellos podemos destacar el NEWTWIN25.ZIP
de la ATM (Amateur Telescope Making), que puede consultarse en la web:
Después de descargar e
instalar el programa NEWTWIN25.ZIP nos aparece la pantalla de inicio del
programa que corresponde al esquema de un telescopio de reflector.
Al ser un telescopio de
reflexión debemos saber que los rayos de luz incidirán en el espejo primario desde el
infinito, sin atravesarlo, serán reflejados hasta espejo secundario que formará
un ángulo de 45º con el portaocular. La líneas de color marcan los rayos de luz
reflejados a diferentes distancias, deben salir por el portaocular en el punto
de enfoque del ocular.
Para introducir los datos de nuestro nuestro telescopio
elegiremos dentro de NEWTWIN25 pestaña “edit” seleccionamos “specifications”
introducimos los datos de diseño (diámetro del primario 250 mm, diagonal menor de espejo secundario (elíptico)
f:5.6 etc…) si nos vamos a la pestaña “view”
en “display dimensions” obtenemos
todos los datos del diseño. Puede ser útil imprimir a escala el esquema inicial,
nos informara también del viñeteo, que no es más que el efecto se produce en
aquellas ocasiones en las que el campo de visión del objetivo se ve afectado
por la interposición de elementos que afectan al ángulo de visión. Es decir que
los rayos incidentes una vez reflejados sobre el espejo secundario pueden
incidir sobre las paredes del portaocular produciendo bordes oscuros al
observar por el ocular.
También comprobamos que la obstrucción del secundario no
sea significativa, así como la resolución y aumentos recomendados en la pestaña
“view” seleccionar “display perfomance info”
Estos valores serán utilizados
posteriormente para el diseño de la estructura del telescopio. El espesor del
tubo no es significativo ya que no usaremos tubo como soporte pero sí es
interesante el diámetro del frente de apertura que nos limita el diámetro
necesario para no tener pérdida de iluminación.
Construcción.
Los libros más completos que podemos encontrar
para la fabricación de telescopios son de mediados del siglo pasado escritos
por Texereau , donde se incluyen desde los procedimientos de pulido y plateado
de espejos , pasando por el diseño de la montura y accesorios. Es un libro muy
completo pero algo desfasado a nuestros tiempos, no se edita actualmente pero
pueden encontrase libros actuales de construcción de telescopios que incluyen
parte de su contenido. En concreto, para
la montura de telescopio en forma de bola, objetivo de nuestro proyecto no hay
demasiada información, alguna experiencias y prototipos de aficionados en EEUU
y algún otro modelo en España. Por ello, resulta interesante conocer su puesta a punto y fabricación.
Comentar que los
elementos ópticos, espejos primario y secundario se han comprado de segunda
mano, es fácil también encontrar kits
para fabricación de telescopios en empresas relacionadas con la astronomía. No
se detalla el proceso de pulido, plateado y/o aluminizado de los espejos ya que
precisarían un artículo específico.
Con objeto de
simplificar a la hora de explicar el
procedimiento de fabricación estableceremos las siguientes fases:
Construcción u
obtención de la esfera hueca, en cuyo interior se alojará el espejo primario.
Opción A:
Comprar o reciclar una la esfera hueca de
poliéster, metal u otro material (se usan en decoración, tulipas de lámparas de
jardín para exteriores ), siempre
que las podamos adaptar a nuestras
necesidades, que podamos introducir en el interior el espejo y podamos
sujetarlo correctamente, el peso no es esencial salvo la dificultad que pueda
resultar su transporte y manipulación.
Opción B:
Fabricación de la esfera hueca, aunque
el procedimiento es más laborioso y requiere cierta habilidad resulta
interesante ya que se realizará en poliéster , es laboriosos pero sencillo. Este
material posee una alta capacidad aislante, buena resistencia mecánica y química, poco
peso, dureza y adaptable a la
realización de piezas definidas previamente. La resina poliéster es la base para la fabricación de plástico
reforzado con fibra de vidrio, con el que se fabrican lanchas, tanques,
cañerías, piletas de natación, carrocerías y muebles.
Estratificado de la esfera. Realización del molde.
En ambos casos buscamos
una esfera hueca de 50-60 cm de diámetro
al que se le ha eliminado un casquete esférico de unos 40 cm de diámetro
suficiente para introducir el espejo y su soporte.
Materiales necesarios:
-Cera
desmoldeante. Paste Wiz.
-Alcohol
polivinílico. (evita que se adhiera la pelota al poliéster).
-Gel-coat
(color negro o blanco) + catalizador 2%.
-Resina
de poliéster + catalizador 2%.
-Fibra
de vidrio MAT 300. (1ª capa de estratificado)
-Tejido
de fibra de vidrio. (2ª a 4ª capa de estratificado)
-Masilla
epoxídica. (reparación de imperfecciones)
-Lija.
Todos ellos se obtienen fácilmente en almacenes y tiendas de
productos de aislamiento, prevención de humedades, tiendas de modelismo o navales
(la resina de poliéster se utiliza para
reparar barcos y tablas de surf).
Precisamos de un molde para realizar la esfera. Usé como molde una pelota de Pilates hinchable de 50 cm
de diámetro en la parte superior marqué con un rotulador una circunferencia de
unos 40 cm, que será por donde se introducirá el espejo primario.
A continuación colocamos la pelota sobre un soporte de forma que no gire
con la válvula de inflado/desinflado hacia arriba. Aplicamos sobre ella 3 manos
de cera esperamos a que seque y damos 2 capas de alcohol polivinílico con
objeto que no se pegue posteriormente al estratificado. Dejamos secar unas
horas.
Procedemos a aplicar 2 capas de 0.5 mm (300 gr/m2) a
brocha o mejor rodillo de gel-coat al que previamente se le ha añadido
catalizador al 2% , que es una resina tixotrópica y pigmentada que dará forma a
la superficie de la pelota y evitará que aparezcan las fibras de vidrio. La
capa de gel-coat debe tener una consistencia sólida pero la última capa debe
estar algo pegajosa al tacto para proceder con el estratificado de poliéster.
Antes de que seque completamente la segunda capa empezamos el estratificado.
No conviene trabajar por debajo de 20º ni por encima de 35º (debido a que
la reacción sería muy rápida y sería complicado trabajar) ni con humedad
relativa alta, ya que impide el curado.
Es necesario trabajar en lugares
abiertos y ventilados, con guantes, mascarilla específica para vapores y partículas además de gafas de protección. Si no se tiene
experiencia convendría practicar sobre pequeñas superficies.
El estratificado consiste en ir colocando piezas de fibra de vidrio MAT-300
de unos 9 cm² sobre la esfera (pelota de pilates) empapada en resina de
poliéster a la que se le ha añadido previamente
el catalizador al 2%, es
conveniente golpear con un pincel las piezas para evitar que queden burbujas de
aire en su interior.
El curado o endurecimiento de las
resinas de poliéster tiene lugar mediante mecanismos de polimerización vinílica
por radicales libres que activan los dobles enlaces de las cadenas de poliéster
y de las moléculas de estireno. Los radicales son proporcionados por el sistema
endurecedor (catalizador + activador).
Debe controlarse la temperatura durante el curado, se produce una reacción
exotérmica, que calienta el aire de la pelota y tiende a deformarla por lo que
hay que abrir la válvula de la pelota para contrarrestar este efecto.
Durante el
proceso de curado se desarrolla una gran cantidad de calor y no hay desprendimiento de producto alguno.
Esta primera capa es conveniente que se realice con fibra MAT las 3
restantes son de tejido de fibra de
vidrio especial para estos trabajos. No debe prepararse mucha cantidad ya que
gelifica en muy poco tiempo en función de la humedad y temperatura. Las diferentes
capas deben realizarse sucesivamente sin necesidad de esperar al secado
completo.
Una vez acabado del estratificado del molde de la esfera dejamos secar dos
o tres semanas.
Pelota de Pilates estratificada con cera desmoldeante, alcohol
polivinílico, Gel-coat (2 capas) , 1
capa de fibra de vidrio MAT300 y 3 de tejido
de fibra de vidrio con resina de poliéster.
Molde de la esfera
seco, desinflado de la pelota.
A continuación desmoldeamos desinflando la pelota, ahora nos interesa
trabajar por el lado interior de la esfera (de color negro) que presenta una
estructura completamente lisa, si existen desperfectos pueden lijarse y si
existen huecos aplicar masilla epóxidica.
Molde terminado a falta de colocar anillo de 42 cm que servirá de
soporte.
Pegamos en la parte superior de la esfera un anillo de madera de 10 mm de
grosor, 42 cm de diámetro exterior y 35
de diámetro interior con objeto de crear una pequeña pestaña de poliéster sobre la esfera, al estratificar desde el
interior, donde irá atornillado el mecanismo del primario y le dará
consistencia al sistema.
Estratificado de la
esfera. Esfera definitiva.
Procedemos a estratificar la esfera
definitiva pero ahora desde la parte
interna del molde realizado, aplicamos 3 capas de cera esperamos a que
seque y 3 capas de alcohol polivinílico.
Una vez seco, estratificamos igual que en el procedimiento anterior,
aplicamos 2 capas de 0.5 mm (300 gr/m2) a brocha o mejor rodillo de
gel-coat (blanco en este caso) al que previamente se le ha añadido catalizador
al 2%, antes de que seque la segunda capa aplicamos una capa de fibra de vidrio
MAT-300 empapada en resina de poliéster con catalizador al 2%, seguidamente sin
dejar secar aplicamos otras 3 capas de tejido de vidrio recortando pequeños
trozos de unos 9 cm².
Una vez seca rompemos el molde rascando con una espátula, aplicamos resina si existen imperfecciones lijamos
la superficie con una lija muy fina.
Molde
con anillo de 42 cm que servirá de soporte al primario y " trusses" (triángulos
rígidos), comienzo del estratificarlo desde el interior de la esfera.
Desmoldeo de esfera definitiva (blanco), rascado del molde.
Esfera totalmente acabada. Aplicamos
una pintura especial para poliéster de color negro para el interior y azul para
el exterior.
Soporte del espejo primario.
Estructura circular formada por 2
círculos de madera contrachapada de 350 mm de diámetro y 20 mm de grosor
atravesados por 6 varillas roscadas de 8
mm, dejando un hueco de unos 150 mm debajo del espejo para alojar una pesa de 10
kg. Las varillas roscadas disponen de unos muelles que facilitan la colimación
del espejo primario.
Todo el conjunto
va sujeto con tornillos a la pestaña de poliéster existente en la parte superior de la esfera.
Las 6 palometas servirán para la colimación.
Los “trusses” se refieren a los
elementos que soportan la estructura del espejo secundario al primario, deben
ser rígidos y ligeros, presentando una conformación de triángulos que impiden el desplazamiento en uno u otro
sentido.
Los elementos utilizados son tubos de 20
mm de diámetro de aluminio anodizado, conectados a la esfera mediante
cantoneras de latón utilizadas para proteger baúles y al soporte del secundario
mediante escuadras metálicas.
Las 4 cantoneras están fijadas con
tornillos pasantes a la esfera mediante al aro de madera de 50 cm de diámetro y 3.5 cm de grosor.
Cuerpo del telescopio. Estructura en triángulos rígidos “trusses”.
La longitud de los tubos es de 830 mm para cumplir las condiciones de diseño,
la distancia entre el centro de espejo primario y el centro del secundario es
de 1152 mm y desde el centro del espejo
secundario al punto de enfoque es de 248 mm, estas medidas se obtuvieron a
través del programa Newtwin25. La distancia focal es de 1152 mm+ 248 mm = 1400
mm.
Soporte del secundario.
Está constituido por 2
aros de madera contrachapada de 40 cm de diámetro y 1 cm de espesor, atravesados por 4 varillas roscadas de 8 mm de diámetro a las que se ajustan 4
ángulos de metal que constituirán la araña del secundario, sujetando al espejo
secundario con varillas de 4 mm de diámetro, permitiendo su desplazamiento
longitudinal a la hora de realizar el colimado del secundario.
Portaocular
El portaocular puede
realizarse mediante un tubo de PVC de 50 mm de diámetro, barato y utilizado en
fontanería. Puede sustituirse también comprando uno helicoidal. El sistema
permite mediante una reducción a 3 ¼ de pulgada, también de PVC introducir
oculares de esas dimensiones.
Superficie de rodamiento de la esfera.
Está formada por una tabla de madera
circular de 50 cm de diámetro y 3 cm de grosor, utilizadas en encimeras de
cocina, una vez cortada se colocan 3 calzos para soporte de giro de la esfera, colocados a 120°. La superficie
de los calzos de 15 cm de altura está recubierta de material de goma que
facilita el deslizamiento de la esfera. Los calzos están fabricados a través de
rectángulos de madera maciza con la parte superior conformada a la esfera.
Construcción de oculares.
Para concluir nuestro telescopio podemos
realizar unos oculares mediante objetivos rotos mecánicamente de cámaras
fotográficas antiguas adquiridas a un fotógrafo local, adaptándoles tubos de 50
mm de diámetro de PVC. Son oculares de gran campo, con resultado es
espectacular.
Soporte de buscador.
Realizado mediante una varilla de 8 mm de diámetro a
la que se sujetan 2 soporte de madera contrachapada con huecos semicirculares,
donde introducimos el buscador, sujeto por 2 gomas elásticas
Colimación.
Colimar por definición es la acción de obtener un
haz de rayos paralelos a partir de un foco luminoso. En nuestro caso es el
proceso por el que obtendremos una imagen nítida en el ocular. El telescopio
estará colimado cuando el espejo primario, el secundario y el ocular estén
alineados de tal forma que los haces de luz incidan en el mismo punto del
ocular. El proceso de colimación se realiza extrayendo el ocular y mirando a
través del portaocular.
La colimación no es otra cosa que la alineación correcta y precisa de las
lentes y espejos que conforman la estructura óptica de este tipo de
telescopios.
Es conveniente usar
funda o protectores de cartón y tela impermeable para evitar los reflejos de
luz y de la humedad. El coste del conjunto aproximadamente unos 200 euros.
Finalizado el proyecto
sólo quedaría probarlo bajo el cielo estrellado, observar los resultados y
sentarnos a pensar que Newton seguro se habría sentido satisfecho de su
contribución, vigente todavía casi sin saberlo en cada observación astronómica.
Bibliografía.
-El
telescopio del aficionado. Jean Texereau.
Willman Bell Inch.
-Construya
su telescopio y algunos accesorios. Colección manuales. Editado por Jorge Ruiz
Morales. 3ª Ed. Mayo 2002
Resultado final.
