Colimación de Newtonianos

Tomado de la guía: http://www.astro-baby.com/collimation/astro%20babys%20collimation%20guide.htm

Una de las tareas más difíciles para un principiante es el colimado. Necesita realizarse de forma relativamente frecuente para reflectores newtonianos y puede ser una experiencia intimidante o frustrante para un principiante.

El telescopio que se muestra en esta guia es un Skywatcher 200P (200/1000 f/5). Es un modelo muy común y el proceso de colimado es esencialmene el mismo para cualquier newtoniano. Cuando hubiere diferencias con respecto a telescopios de focal rápida o lenta, se explica en el texto e imágenes.

Los telescopios rápidos típicamente son de f/5, f/3 o aún más rápidos.

Para colimar apropiadamente con esta guía, necesitará un colimador Cheshire y una tapa de colimación (collimation cap). Mi propia tapa de colimación está hecha de una tapa de enfocador con un orificio hecho en el centro exacto. También pueden hacerse con un tubo de rollo fotográfico de 35mm, o puede comprarlas ya hechas.

No cubrí la colimación con laser, porque en mi experiencia, éstos parecen crear más problemas de los que resuelven, ya que el laser mismo debe estar colimado, y esto no es siempre posible con modelos baratos. Los lásers generalmente sólo funcionan bien en telescopios con enfocadores de muy buen calidad y mínimo juego.

Para colimar el telescopio, éste debe ser apuntado a una supericie brillante, pero no deslumbrante, como una pared o tela bien iluminada, y la ventana reflejante del cheshire debe recibir buena luz.

Detalles importantes antes de empezar:

• Regla 1: No asuma que todo estará descolimado, y revise cada elemento antes de ajustar nada. Un 90% de todos los problemas de colimación se corrigen tocando sólo el primario, así que no toque el secundario a menos que esté seguro que ese es el problema. En cada paso de la guía se explica como verificar cada elemento. Sólo si un elemento está fuera de alineación será necesario ajustarlo.
• Regla 2: Tenga todas las herramientas a mano antes de comenzar. No querrá estar buscando herramientas en la mitad de la colimación.
• Regla 3: reserve tiempo más que suficiente. El colimado puede ser un proceso muy largo para quien se inicia. Puede ir ajustándolo a lo largo de varias sesiones, pero no planifique colimar la misma noche que vaya a observar. Tómese su tiempo y será recompensado con una mejor colimación y mejores vistas con el telescopio.
• Regla 4: no apriete en exceso tornillos ni tuercas. Necesitan estar firmes, pero no apretadas hasta romper las roscas.
• Regla 5: Cuando esté trabajando en el telescopio, siempre tenga el tubo en posición horizontal. Si se le cae algo adentro del tubo, usted no quiere que eso golpee el espejo primario.Yo también uso guantes de algodón cuando trabajo con el telescopio, para asegurarme de no dañar nada con transpiración de mis manos.

Paso 1: Verificar que la araña esté centrada en el tubo

Midiendo con una regla, o haciendo una plantilla. No se puede chequear esto con el cheshire, porque en newtonianos rápidos (por ej, f/5), la araña parece desplazada del centro hacia un costado (en realidad es el espejo secundario el que está desplazado para poder captar el 100% del cono de luz que le llega del primario).

Nota: algunos telescopios requieren que la araña esté desplazada del centro. Esto en sí mismo plantea ciertas dudas. Algunos fabricantes eligen desplazar el secundario en su soporte, mientras que otros dejan el secundario en el centro del soporte y desplazan la araña del centro. Este desplazamiento, en la mayoría de los telescopios será de unos pocos mm y NO afectará mucho al colimado. Debería chequear con el fabricante o su proveedor si su telescopio requiere desplazar la araña del centro. Si no puede averiguarlo, asuma que debe estar centrada en el tubo del telescopio.

Con el metodo de la regla, se mide la distancia entre el punto central de la araña y el borde del tubo (la cruz en el tornillo central es ideal para esto). La distancia medida sobre cada soporte de la araña debería ser la misma. Si no es así, ajuste los tornillos que permiten regular la distancia de cada soporte.

El segundo método es hacer una plantilla de cartulina del mismo diametro que el tubo, y luego hacer un agujero exactamente en el centro. El centro se puede encontrar doblando la plantilla en 4. Usando la plantilla, verifique que el centro del tornillo esté exactamente en el centro del agujero en la plantilla.

Para ajustar la posición de la araña, deberá primero aflojar ligeramente los tornillos para luego apretarlos en el orden que le permita dejar la araña centrada.

Paso 2: Alineado del Secundario al Enfocador

La parte mas difícil de la colimación, es la del espejo secundario. Afortunadamente, es mucho menos proclive a descolimarse, siendo generalmente el primario el que debe ser ajustado. Por esto mismo, esté realmente seguro que el secundario está descolimado antes de tocarlo. Colimarlo consume generalmente mucho tiempo, pero una vez hecho no debería ser necesario repetirlo, a menos que el telescopio sea sacudido severamente, o se quite la araña y el secundario por algún motivo.

Usar una collimation cap o un sight tube. Yo prefiero la collimation cap, porque me da una vista más amplia y deja ver mejor los bordes del espejo secundario y enfocador. La vista idealizada de lo que se verá es como sigue:

(la leyenda superior dice “Tubo opuesto al enfocador y detrás del espejo secundario”, la leyenda del medio dice “espejo secundario” y la inferior “soporte del espejo secundario”. En mayúsculas abajo de todo dice “ALINEACIÓN DEL SECUNDARIO BAJO EL ENFOCADOR”)

Para evitar que los multiples reflejos nos confundan, recomiendo meter un papel blanco entre el secundario y el primario y de otro color en la parte del tubo detrás del secundario (detrás visto desde el enfocador). De la siguiente manera:

Tenga cuidado, porque los espejos se rayan al rozarlos prácticamente con lo que sea, y las manchas provocadas por el contacto con la piel también los dañan. Evite tocar la superficies reflectantes.

Usando la collimation cap, revisar que el secundario esté centrado en el campo de visión. Puede usar el tornillo de ajuste central detrás del secundario (hacia la boca del tubo), para acercar o alejar el secundario del primario, hasta que se encuentre centrado con respecto al borde del enfocador, como puede verse a través de la collimation cap. El paso del tornillo es grueso y una sola vuelta puede mover el espejo considerablemente, así que mejor haga pequeños cambios y no haga demasiada fuerza. Tenga cuidado de no aflojar tanto el tornillo central como para que este se desenganche del soporte del espejo secundario y el mismo caiga!

Para realizar el ajuste puede que tenga que aflojar también los 3 tornillos allen de ajuste de inclinación del secundario, que están alrededor del tornillo central.

También deberá rotar el secundario para que se vea como un círculo al mirar por la collimation cap, y probablemente también tenga que tocar la inclinación del espejo. Para poder rotarlo deberá aflojar los 3 tornillos allen de ajuste de inclinación, con cuidado para no desajustar demasiado la inclinación.

Puede ser necesario ajustar el enfoque para que el borde del enfocador nos sirva de circulo de referencia y para verificar que el secundario se vea como un circulo, como se ve en la siguiente imagen:

Una vez logrado, ajuste los tornillos de inclinación ligeramente.

Paso 3: Alineado del Secundario al Primario

Este es el paso mas difícil de todos.

Como primer medida, saque las hojas de papel que pusimos en el paso anterior.

Mueva los 3 tornillos allen del secundario hasta poder ver los 3 clips que sujetan el primario, y que los mismos estén equidistantes del borde del secundario. Tal vez no sea suficiente con eso y deba rotar ligeramente el secundario (podría pasar, si no quedó del todo bien en el paso anterior).

Ignore cualquier otra información visual!!

(las leyendas dicen, de arriba para abajo: “Espejo secundario”, “soporte del espejo secundario”, “clips del espejo primario”, y “ALINEANDO EL ESPEJO SECUNDARIO AL ESPEJO PRIMARIO”)

Una vez logrado este objetivo, esta parte de la colimación se ha completado. Ahora puede apretar los 3 tornillos allen de inclinación del secundario, y vuelva a revisar el paso 2 para verificar que todo está ok. Si nota que el espejo rotó, no se vé circular, no está centrado, etc, vuelva a hacer el paso 2 y 3.

Nóte como los 3 clips están a igual distancia del borde del secundario, y cómo el mismo se vé como un círculo y centrado con respecto al borde del enfocador (el círculo negro externo).

Podría necesitar cambiar el enfoque para lograr una buena vista, pero debería verse como en la imagen.

Ahora revise con un pequeño espejo que los tornillos de inclinación del secundario lo mantienen bastante derecho y que ninguno esté inclinando el secundario en exceso. Si esto ultimo ocurre, será necesario corregirlo para que el secundario quede lo mas recto posible y volver a realizar del paso 2 en adelante (o incluso del 1, si nos quedó mal centrada la araña).

Paso 4: alinear el espejo Primario

Este paso es relativamente simple y es el que generalmente es necesario hacer en el campo.

Detrás del telescopio (o sea: detrás del primario) encontrará tres pares de tornillos. Estos son los ajustes de inclinación del primario y sus correspondientes tornillos de bloqueo.

En este caso, el tornillo grande de la derecha es el ajuste, mientras que el pequeño de la izquierda es el de bloqueo, aunque esto varía de telescopio en telescopio.

Usando un colimador Cheshire, revise que el anillo que marca el centro del espejo primario esté centrado en la cruz del cheshire.

Si es necesario ajustar el primario, en primer lugar afloje los tornillos de bloqueo y luego mueva los tornillos de inclinación del primario hasta lograrlo.

Aquí podemos ver como se ve un primario desajustado (la imagen de la derecha es una ampliación de la parte central de la imagen izquierda):
 

Tenga cuidado en no adelantar tanto el espejo primario que los tornillos se salgan de sus orificios.

No apriete tanto los tornillos como para que se distorsione el espejo primario (es una distorsión ínfima, pero las tolerancias permitidas son mínimas).

Recuerde que en los newtonianos rápidos (de relación focal f/5 o menor) la araña no se verá centrada con el cheshire ni con el primario. La araña sólo nos interesa en el paso 1, luego ignórela.

Izquierda: telescopio de relación focal lenta. Derecha: telescopio de relación focal rápida.

Aquí se muestra lo mismo, pero en imágenes:

Izquierda: telescopio de relación focal lenta. Derecha: telescopio de relación focal rápida.

Nota: la imagen de la izquierda no es una foto directamente en un telescopio lento, sino que se modificó la foto que se obtuvo de un telescopio rápido para simular como se vería.

Tenga en cuenta que incluso un newtoniano rápido, que es poco tolerante a la descolimación, admite cierto margen, y pequeños errores de colimado no serán visibles ni siquiera para el observador más exigente.

Cuando ajuste el telescopio, no se obsesione con dejar todo perfectamente en cada paso. Hay muchas cosas que alterarán un colimado perfecto, como juego en el enfocador, pequeñas imperfecciones en la forma del espejo secundario, variaciones de temperatura, e incluso la posición física del telescopio (el primario es bastante pesado, y el tubo bastante ligero, por lo que suelen flexionarse ligeramente).

Así que déjelo tan bien como pueda, pero no se preocupe demasiado si hay algún pequeño elemento que no quedó perfecto. Mi propia colimación con cheshire está siempre un poquito errada, pero al probarlo con una estrella no puede detectarse ningún inconveniente, así que téngalo en cuenta.

Una vez que haya terminado, ajuste nuevamente los tornillos de bloqueo y revise que todo haya quedado ok. Los tornillos deben quedar firmes, pero no excesivamente apretados. Yo sólo aplico una pequeña cantidad de presión luego que el tornillo llegó a hacer contacto con la celda del espejo.

Prueba con una estrella

Para hacer esta prueba, necesita una estrella brillante y buen seeing. Su telescopio debe haberse enfriado primero a la temp ambiente (aclimatado), y estar lejos de obstrucciones como casas que pueden causar corrientes termales de aire.

Centre la estrella en un ocular de focal larga, luego ponga uno de focal corta, y desenfoque muy ligeramente la estrella. Debería ver el patrón del disco de airy, como se vé en las imagenes de mas abajo. Idealmente el anillo de airy debería estar perfectamente formado tanto en intra-foco como en extra-foco, pero en realidad la mayoría de los telescopios no van a lograrlo, ya sea por juego en el mecanismo de enfoque, o turbulencia atmosférica, pero debería poder ver el disco de airy en alguna de las 2 posiciones de enfoque (intra o extra).

El aumento óptimo para comenzar es igual al diametro en mm del espejo, y luego hacer un ajuste fino a 2 veces el diametro del espejo, si el seeing lo permite.

Ahora puede ajustar los tornillos de inclinación del primario de ser necesario para obtener un patrón ideal. Tenga en cuenta que al tocarlos probablemente la estrella saldrá del campo de visión, porque estamos modificando el lugar hacia donde apunta el espejo. Si esto ocurre, vuelva a centrar la estrella en el ocular y continúe. Recuerde que la mayoría de los newtonianos distorsionarán las estrellas cerca del borde, por lo que la estrella debe estar centrada, donde la visión es perfecta.

En las siguientes imágenes, se presentan distintos tipos de patrones. Focused = patrón con el telescopio bien enfocado. Defocused = telescopio ligeramente desenfocado. Intrafocus/Extrafocus = es cuando se ha enfocado ligeramente corto o largo con respecto al punto de foco exacto.

                                                  Colimado Perfecto. Los discos de airy se ven como circulos concéntricos perfectos.
Los centrales son oscuros por la obstrucción central provocada por el espejo secundario.                                                                  Fuera de colimación. Resultados como este sugieren que el espejo primario no está bien alineado. Esto es fácil de corregir en el campo, ajustando los tornillos de alineación del primario. Sólo se necesitan pequeños ajustes.

                                                 Turbulencia atmosférica. El aire alrededor, y en la linea de visión del telescopio está siendo agitado por aire caliente que se eleva o por turbulencias a altitudes mayores. No se puede hacer la prueba contra una estrella en estas condiciones.

                                                   Corrientes del tubo. El telescopio no se ha enfriado lo suficiente para alcanzar la temperatura ambiente exterior. Dele más tiempo para que se enfríe.

                                                 Espejo apretado. Esta es la clásica forma de corazón que indica que el espejo primario está bajo estrés. Como primer medida, verifique que los tornillos de colimado no estén demasiado apretados.

Si el problema persiste, deberá remover la celda del espejo primario y asegurarse de que los clips que sostienen el espejo a la celda no hayan sido apretados en exceso.

Otra causa común de este problema, es debido a anillos del tubo demasiado apretados.

El astigmatismo puede ser provocado por una pobre colimación, pero también por opticas pobres. Los espejos secundarios que no están planos o bien por mal colimado o mal pulido son causas típicas.

                                                 Usualmente causado por por una forma incorrecta del espejo primario. Esto no puede ser corregido por el usuario. Indica una falla en el diseño o manufactura de los espejos.

                                                 Estas imagenes muestras patrones típicos para espejos con superficies opticas pobres. Puede ser causado por asperezas del espejo por un pulido pobre, o daños causados por una limpieza incorrecta. Esto no puede corregirse.

Acá también hay un “video” hecho en flash que muestra el proceso de colimación (en inglés): http://www.andysshotglass.com/Collimating.html