Muchas veces, cuando estamos mirando a través de un telescopio, si éste está desenfocado, podemos percibir las estrellas como pequeños círculos en vez de puntos de luz. Sin embargo, si examinamos cuidadosamente, podremos percibir que estos círculos de luz son en realidad una serie de anillos concéntricos. ¿Alguna vez se ha preguntado por qué sucede esto? ¿De dónde salen estos anillos? La respuesta envuelve física, las propiedades onda de la luz, y las características del telescopio.
Los anillos de difracción son causados por la interacción que tienen las ondas de luz cuando atraviesan la apertura del telescopio. Según las leyes de la física, las ondas de luz, al igual que las ondas de agua o de sonido, cuando pasan a través de una abertura, ocurre una interferencia o difracción de las ondas al cruzar al otro lado, causando una serie de interferecias constructivas y destructivas de las ondas, como se puede ver en la imagen de abajo:
Donde existe una intereferencia destructiva (esto es que las ondas se cancelan unas con otras) no se ven ondas, crando un vacío como las zonas oscuras (sin ondas) en la imagen. Donde hay una inteterferencia contructiva, las ondas se apilan unas encima de otras y se aprecian en la derecha como las zonas a rayas que se dispersan en todas direcciones. Es importante notar la diferencia en intensidad de la cada serie de ondas que se ve a la derecha de la apertura: la franja central de ondas es la más brillante, y según nos alejamos de ésta, las ondas se ven cada vez menos intensas. Es fácil llevar este ejemplo al caso que nos interesa, que es la difracción de las estrellas. Veamos la siguiente imagen:
Al pasar la luz estelar a través de la apertura del telescopio, las ondas de luz sufren de interferencia constructiva y destructiva. La interferencia destructiva (cancelación de las ondas) causa los vacíos entre los anillos (regiones donde la intensidad de luz es «cero» en la gráfica de la derecha), y la interferencia contructiva genera los anillos concéntricos que van disminuyendo en intensidad según se alejan del centro. Esta serie de intereferencias en las ondas de luz causa que sólo el 85% de la intensidad de la luz de la estrella esté concentrada en el centro luminoso, presumiendo que no hayan otras aberraciones. Este disco central de luz es conocido como el disco de Airy. Este fenómeno óptico es el que determina la resolución de un telescopio; en otras palabras, la resolución de un telescopio es igual al tamaño del disco de Airy.
En los casos de los telescopios que tienen una obstrucción central, como los reflectores newtonianos y los catadióptricos, el efecto sobre los anillos de difracción es que parte de la intensidad de la luz del disco de Airy es transferida a los anillos, a la vez que reduce el tamaño del disco de Airy. Uno pensaría que con un disco de Airy más pequeño la resolución del telescopio aumentaría, pero como la luz está siendo esparcida a través de más anillos (menos concentrada en el disco de Airy), la calidad de la imagen se deteriora.
La forma y aspecto de los anillos de difracción es muy importante para conocer el estado de alineamiento o colimación de un telescopio. Según se perciban los anillos de difracción causados por la luz de una estrella, se pueden detectar diferentes defectos de óptica. Esto se conoce como una «prueba estelar» o mejor conocido como «star test»:
La siguiente imagen muestra el efecto de una obstrucción central sobre los anillos de difracción y el disco de Airy. Nótese cómo según se aumenta el tamaño de la obstrucción más luz se transfiere del disco de Airy a los anillos:
Vídeo de los anillos de diffración de un C8 Schmidt-Cassegrain a través de una atmósfera turbulenta:
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