¿Pueden los telescopios grandes (como Gran Telescopio Canarias) acercarse y alejarse como una cámara de zoom normal?

TL; DR: No.

Oh, no tienes idea de cuántos temas toca esta simple pregunta. Bien, primero lo primero, ¿qué es el zoom? El zoom es el acto de ver un objeto como si estuvieras X veces más cerca de él de lo que realmente estás. Antes y después del zoom, su sensor (un ojo, o un chip CCD / CMOS) tendrá la misma resolución y, por lo tanto, podrá detectar más detalles después de que realmente haga el zoom.

Bien, ahora entramos en una discusión sobre la resolución. Si su sensor tiene una resolución infinita (y no hay límite de resolución impuesto por otros factores externos), entonces nunca necesitará hacer zoom óptico. Esto se debe a que su sensor simplemente puede resolver absolutamente todos los detalles visibles del objeto que está mirando, independientemente de la cantidad de zoom que se le aplique (en efecto, significa que el zoom digital no degrada la resolución de la imagen, ya que lo haría en una cámara digital normal, con su número limitado de píxeles y, por lo tanto, su resolución).

¿Cómo se logra el zoom en un telescopio? Bueno, si está utilizando un telescopio para un propósito visual (como muchos telescopios caseros), porque su sensor (su ojo) tiene una lente, para ver una imagen necesita una lente adicional en el tren de imágenes (el ocular). El ocular tiene una distancia focal (Fep) y el telescopio en sí también tiene una distancia focal (Ftel), así como una apertura (Ap – diámetro claro del dispositivo de recolección de luz, generalmente un espejo o un sistema de lentes). La distancia focal del telescopio es la misma que la distancia focal de la lente de una cámara (y, de hecho, el telescopio se puede usar como lente de la cámara, una técnica que llamamos fotografía con enfoque principal), pero volveré sobre esto más tarde. De todos modos, el zoom de su telescopio está determinado por Ftel / Fep. Entonces, si tiene un Ftel de 2000 mm y un Fep de 20 mm, tiene un factor de zoom de 100 veces. Debido a que puede cambiar entre oculares de diferentes distancias focales, e incluso hay algunos oculares con zoom que pueden cambiar su distancia focal (de manera similar a las lentes de cámara con zoom), puede acercar y alejar de esa manera. ¿Eso significa que puede alcanzar un nivel de zoom extremo al tener oculares con un Fep muy pequeño (suponiendo que realmente pueda construirlos)? Si pero no. Debido a que su resolución es limitada, la imagen se volverá borrosa. Al igual que si tomaste una foto de una cámara, tomaste el área central de 100 × 100 píxeles y la volteaste hasta 3000 × 3000 píxeles: habrás hecho zoom, pero será un desastre porque no has elevado tu resolución . Por lo tanto, su telescopio tiene una resolución limitada por muchos factores, incluida su apertura, su obstrucción central y las condiciones atmosféricas (este último es el factor más frustrante porque no se puede controlar, pero se puede mitigar con lo que se llama óptica adaptativa ) – y así puede hacer mucho zoom, pero aún no ve nada mejor porque su resolución máxima ha sido alcanzada. Con mi telescopio de apertura de 11 pulgadas, rara vez tengo cielos lo suficientemente buenos que me permiten ir a un zoom de más de 300x.

Bien, ahora hablemos sobre cuando tiene un sensor CMOS / CCD. La resolución de su imagen está determinada por su distancia focal y su tamaño de píxel. Utilizando esos, puede calcular el ángulo de arco por píxel (la cantidad de cielo que cubre cada píxel, medido como un ángulo, porque cuanto más lejos esté el objeto, mayor será el área del objeto que cubrirá un solo píxel. Por supuesto , si un píxel cubre un área cuadrada de 100 km x 100 km de su objeto, el mayor detalle que verá serán detalles que excedan esas dimensiones (esta es la razón por la cual nuestros telescopios no pueden simplemente ver los lugares de alunizaje desde la Tierra). , su resolución, como se discutió, está limitada por las características de su telescopio y por las condiciones atmosféricas. Esto significa que incluso si obtiene algo como 1 ángulo de segundo de arco por resolución de píxel, las condiciones atmosféricas solo le permitirán capturar a un ángulo de 2 segundos de arco máximo (por lo que sus píxeles son, en efecto, demasiado pequeños, está sobremuestreando. Desea píxeles que sean lo más grandes posible porque un píxel grande reúne más fotones que uno pequeño en la misma cantidad de tiempo). Así que ahora tenemos un problema de sobremuestreo (píxeles dando más resolución que el límite de resolución actual) y submuestreo (píxeles que dan menos resolución que el límite de resolución). En realidad, existen técnicas para mejorar la resolución de las imágenes submuestreadas (lloviznando por una), pero no voy a entrar en eso ahora.

Su zoom está determinado simplemente por su tamaño CMOS / CCD y su distancia focal. Cuanto más pequeño sea el chip CMOS / CCD, más pequeño será el área del objetivo que cubre, y más grande / más ampliado aparecerá cuando esté mirando su imagen en un monitor. Pero a estas alturas ya debe haber tenido la sensación de que la resolución es simplemente más importante. Puedo tener un sensor muy pequeño que hace mucho zoom, y uno grande que no, pero si ambos tienen la misma resolución por píxel, puedo tomar la imagen del sensor grande y recortarla para lograr el mismo resultado exacto que el pequeño sensor Entonces, en ese caso, el sensor grande es más deseable, por supuesto, al igual que las lentes de cámara, las características de su telescopio determinan qué tan grande puede ser un sensor (usando el círculo de iluminación y su nivel de viñeteado aceptable).

Por lo tanto, los telescopios tienen un conendrum: quieren la mejor resolución posible pero al mismo tiempo los píxeles más grandes posibles (para reunir más luz por píxel y los píxeles grandes también tienden a reducir la cantidad de calor y el ruido de lectura en su sensor).

Pero para responder a su pregunta (TL; DR v2): la cantidad de zoom de un telescopio que se usa para tomar una imagen está determinada por el tamaño del sensor y la distancia focal del telescopio. Por lo general, los sensores no cambian, por lo que realmente no puede cambiar tanto. Pero lo realmente importante es la resolución, que está determinada por su tamaño de píxel y sus distancias focales, y está limitada por otros factores, como su telescopio y la atmósfera.

Otra pregunta que es posible que desee hacer: ¿incluso desea hacer zoom? Muchos objetos en el cielo nocturno son muy, muy anchos. Para tomar la famosa imagen de los Pilares de la Creación, el Hubble tuvo que tomar muchas fotos de la misma área para crear un mosaico, porque el Hubble se enfoca mucho (y no tiene una resolución limitada por la atmósfera, por lo que puede permitirse el lujo de hacerlo).

Los telescopios, en general, no se acercan ni alejan.

Si está utilizando un ocular para su telescopio, puede cambiar a un ocular con una distancia focal diferente para cambiar el tamaño de su campo de visión (zoom efectivo).

Si, en lugar de un ocular, está recolectando fotones con un CCD (el caso de los telescopios profesionales grandes), entonces no puede acercar y alejar. El telescopio tendrá un campo de visión fijo (el tamaño del parche de cielo que está observando) que depende de la longitud focal y el tamaño de apertura del telescopio.