Una pinzellada d'òptica Imprimeix Correu electrònic

Per poder entendre el funcionament dels instruments utilitzats per a l'observació astronòmica és necessari aprendre una sèrie de conceptes bàsics d'òptica. Tot el que es descriu a continuació té caràcter introductori i manca de cert rigor, però és suficient per al nostre propòsit.

Quan veiem un objecte és gràcies a la llum que prové d'ell, que bé pot ser emesa pel propi objecte, o bé reflectida pel mateix quan és il·luminat amb una font de llum. Les estrelles són objectes que emeten llum, mentres que els planetes i altres astres menors del nostre Sistema Solar reflecteixen la llum que reben del Sol.

Un altre aspecte important a tenir en compte és a què ens referim quan diem "veure". El que ens arriba d'una font lluminosa és un feix de fotons, cadascun dels quals té associada una ona electromagnètica. Una ona electromagnètica és una pertorbació del camp electromagnètic que es propaga per l'espai a la velocitat de la llum (300000 Km/s), i té associada una freqüència. Podem imaginar aquesta pertorbació com la que es produeix sobre la superfície d'un llac quan hi llencem una pedra: es generen unes ones que es propaguen per la superfície. La relació entre la freqüència i la velocitat de propagació és la longitud d'ona de l'ona electromagnètica. La següent figura mostra els conceptes que s'acaben de comentar:




El període T quantifica "cada quan" l'ona presenta pics consecutius. La freqüència és l'invers del període: f = 1/TLa longitud d'ona quantifica "cada on" es produeixen pics consecutius i es relaciona amb la velocitat de propagació de l'ona, v, i de la freqüència f: λ = v/f
Com que la velocitat de la llum en el buit és sempre la mateixa (v = 300000 Km/s), parlar de freqüència i de longitud d'ona és intercanviable, ja que la relació entre elles és constant.

NOTA: la freqüència és sovint representada amb la lletra grega nu (ν) (semblant a la lletra ve). Per no confondre la nu amb la ve, la velocitat de la llum es denota per c. Utilitzant aquesta nomenclatura: λ = c/ν 


Els nostres ulls tenen nervis òptics que són sensibles a les ones electromagnètiques la longitud d'ona de les quals es troba en un rang determinat, anomenat rang visible i que identifiquem amb els colors. El rang visible va dels colors més vermells (longituds d'ona llargues, o de baixa freqüència) als més blaus (longituds d'ona curta, o d'alta freqüència). Aquest ventall de colors, però, s'extén per sota dels vermells (infrarojos) i per sobre dels blaus (ultraviolats), i s'anomena espectre.  La figura següent mostra una porció de l'espectre, que inclou la banda visible per l'ull humà:


Tot allò que emet una font d'ones electromagnètiques es coneix com a radiació. El Sol és una font de radiació i nosaltres només som capaços de detectar amb els ulls la part visible del seu espectre. El cos d'un animal de sang calenta emet radiació en la banda dels infrarojos: com que l'ull humà no pot percebre els infrarojos, no podem veure les persones a les fosques (sí que ho fan, però, les serps, que mitjançant sensors de la llengua bífida poden detectar aquesta banda de l'espectre). D'altra banda, com es pot veure en la figura, la freqüència d'una ona electromagnètica està relacionada amb la seva energia. Com més alta sigui la freqüència, més energètica és l'ona. És per aquest motiu que els raigs ultraviolats (UVA) que venen del Sol són tan perillosos per a la pell.

Finalment, definirem dos últims conceptes:

  • La intensitat: és la quantitat total d'energia que emet una font a una determinada freqüència. Està relacionada amb la quantitat de fotons d'una mateixa freqüència que arriben de la font. Com més fotons arriben, més intensitat. Els raigs X que es fan servir en medicina per a fer radiografies tenen poca intensitat; en cas contrari serien letals.
  • La densitat espectral: és la distribució d'intensitats per a totes les freqüències.


Ara que hem donat un cop d'ull a la naturalesa de la llum, podem introduir dos fenòmens relacionats amb les ones electromagnètiques, que, a partir d'ara, les imaginarem com feixos de llum que es propaguen per l'espai:

  • La reflexió: és el fenomen en què una ona electromagnètica incideix amb un cert angle sobre una superfície i es veu reflectida en sentit contrari. L'angle de reflexió és el mateix que l'angle d'incisió, tal i com podeu veure en la figura de sota. Gràcies a aquest fenomen podem veure les coses que tenim davant, les quals reflecteixen la llum amb què s'il·luminen. Els miralls són el cas més clar d'aquest fenomen.


  • La refracció:  és el fenomen en què la trajectòria d'una ona electromagnètica es desvia quan travessa un material de diferent naturalesa a la que s'hi propaga normalment. Un exemple clar de refracció el veiem quan introduïm un llapis dins d'un got d'aigua: sembla que el llapis quedi tort. Això és degut a que la llum que es reflecteix en la part del llapis que està dins de l'aigua segueix una trajectòria diferent a la llum reflectida en la part que queda fora de l'aigua. Els nostres ulls, la lent d'una lupa o les lents d'un telescopi refracten la llum (ho veurem amb més detall quan parlem dels instruments). La següent figura mostra l'efecte de refracció que pateix un feix de llum:


 

Els angles d'incisió i de refracció depenen de la naturalesa dels medis en què l'ona incideix in en què l'ona es refracta. Els medis tenen una característica o propietat anomenada índex de refracció. La llei d'Snell estableix la relació entre els angles α i β: