miniatura|Telescopi de 68 cm en l'observatori de la universitat de Viena Un telescopi refractiu és un telescopi òptic que forma imatges d'objectes llunyans utilitzant un sistema de lents convergents en els quals la llum es refracta. La refracció de la llum en la lent de l'objectiu fa que els rajos paral·lels, procedents d'un objecte molt allunyat (en l'infinit), es concentren sobre un punt del plànol focal. La imatge formada per l'objectiu és la que observem a través de la lent ocular (que actua com una lupa). Això permet mostrar els objectes llunyans més grans i brillants.
El seu funcionament és molt similar al d'un microscopi. Un refractiu típic té dues lents, una és l'objectiu i l'altra és l'ocular. Les formes de les lents i el material utilitzat es dissenyen per a limitar al màxim el grau d'aberració esfèrica i aberració cromàtica de l'instrument.
Aquest tipus de telescopis són molt comuns en l'astronomia per a aficionats. No obstant això, hi ha importants dificultats tècniques que impedeixen fabricar telescopis refractius de gran grandària i de gran obertura, ja que resulta difícil fabricar lents útils de gran grandària i suficientment lleugeres per a l'objectiu. D'altra banda hi ha problemes de qualitat de la imatge a causa de petites bombolles d'aire atrapades en el vidre de la lent principal i a més el material de la lent resulta opac a determinades longituds d'ona, raó per la qual es perd sensibilitat en algunes parts de l'espectre lumínic. La majoria d'aquests problemes es resolen utilitzant un telescopi reflector.
El problema de les aberracions cromàtiques es corregeix parcialment amb lents apocromàtiques, però aquest tipus de telescopi té un preu molt elevat.
Ressenya històrica
El telescopi refractor va ser el primer tipus de telescopi òptic i la seva invenció no pot ser atribuïda amb precisió. Alguns escrits suggereixen que se n'havia desenvolupat un prototip en la dècada de 1550, però els primers exemples descrits explícitament vénen d'Itàlia (1590) i del nord d'Europa (Països Baixos, al voltant de 1608). Giambattista della Porta ho esmenta en el seu llibre La Magie naturelle (1589). Posteriorment, diverses persones van tractar d'obtenir-ne una patent: Hans Lippershey, que va ser el primer a fer una demostració concreta amb una magnificació de tres augments a finals de setembre de 1608; Zacharias Janssen, que va fabricar un instrument que hauria venut en la fira de tardor a Frankfurt al setembre de 1608; i Jacob Metius d'Alkmaar. Aquest últim és recolzat per René Descartes, que parla ek 1637 d'aquesta invenció al començament del seu Dioptrique:
miniatura|La primera representació coneguda d'un telescopi va aparèixer en aquesta obra de Jan Brueghel el Vell, Paysage sur le château de Mariemont miniatura|esquerra|Observatori de Cincinnati, G. & S. Merz. (il·lustració de l'obra 'Smith Illustrated Astronomy', de 1848). miniatura|Antic refractor de l'Observatori Astronòmic de Quito Una vegada que el telescopi va ser conegut i va començar a estendre's, diverses persones, entre elles Thomas Harriot i Christoph Scheiner, el van enfocar cap al cel a principis de 1609 per observar objectes celestes. Però va ser Galileo Galilei que, des d'agost de 1609,La primera vegada es va produir de forma oficial el 21 de maig des d'un campanar, davant del dux de Venècia Leonardo Donato i els membres del Senat de la República de Venècia va establir realment el telescopi com a instrument d'observació astronòmica per al conjunt dels seus descobriments celestes i, especialment, per la mirada nova que va portar al cel i als objectes que contemplava, meravellant-se dels fenòmens que veia i estudiava. Galileu, estant a Venècia aproximadament el mes de maig, se n'havia assabentat de la invenció i n'havia construït una versió pròpia. Va comunicar llavors els detalls de la seva invenció en públic i va presentar el seu propi instrument al dux de Venècia Leonardo Donato en una sessió davant del Senat de la República de Venècia. Va fabricar les seves pròpies lents i al principi els va donar un augment de sis en lloc de tres, per anar augmentant gradualment a 20 i després a 30.
La primera representació coneguda d'un telescopi és una obra de Jan Brueghel el Vell, Paysage sur le château de Mariemont, en la qual l'arxiduc Albert d'Habsburg té l'instrument.
Segons alguns investigadors, qui suposadament hauria inventat el telescopi seria l'òptic català Joan Roget el 1590, l'invent del qual hauria estat copiat per Zacharias Janssen.
Després dels dissenys pioners de Galileu, a mesura que es van construir telescopis cada vegada més potents, el problema de l'aberració cromàtica va suposar un greu factor limitant de la seva qualitat d'imatge. Per evitar aquest problema es van desenvolupar els telescopis keplerians dissenyats amb enormes distàncies focals, factor que els feia molt poc manejables. Aquestes limitacions dels telescopis refractors van portar al primer desenvolupament dels telescopis de mirall, que a finals del havien aconseguit un considerable avanç gràcies a William Herschel.
No obstant això, el progrés del disseny de lents acromàtiques gràcies a John Dollond durant el , va posar les bases de l'època dels grans refractors, que es va iniciar el 1820 amb el primer telescopi refractor acromàtic de 9 polzades construït per Joseph von Fraunhofer per l'Observatori de Dorpat, a Estònia. Els problemes de manteniment dels miralls metàl·lics de l'època van fer que els instruments refractors passessin a ser de nou els favorits dels astrònoms.
Al llarg del es va produir la fundació de nombrosos observatoris arreu del món (tant estatals com a privats), que competien per posseir el millor telescopi, la qual cosa es va traduir en una "cursa" per fabricar lents de major diàmetre cada vegada. Així, els 80 anys transcorreguts entre 1820 i 1900, es va passar dels 22,8 cm de diàmetre del telescopi de Fraunhofer, als 125 cm del Telescopi de la Gran Exposició Universal de París (1900), amb el qual es va aconseguir el límit tècnic dels refractors, condicionats per dificultats de fabricació i pel problema del fletxat de les lents.
Durant aquest període, un grapat de destacats fabricants van cimentar el seu prestigi amb ambicioses realitzacions, com G. & S. Merz (empresa continuadora de l'obra de Fraunhofer); John Brashear; Carl Zeiss; els germans Henry; o Alvan Clark & Sons (fabricant en 1897 de la major lent encara en servei, la del telescopi de l'Observatori Yerkes, amb 102 cm de diàmetre).
Malgrat l'auge dels telescopis reflectors durant el segle XX (gràcies primer a la millora de les tècniques del platejat de miralls a finals del , i posteriorment al desenvolupament de les tècniques de miralls segmentats recolzades en l'avanç dels ordinadors), realitzacions com el telescopi refractor de 98 cm de diàmetre de l'Observatori del Roque de los Muchachos inaugurat l'any 2002, confirmen que aquest tipus d'instruments segueixen mantenint la seva vigència en determinades tasques astronòmiques, com l'observació solar.
Dissenys de telescopis refractors miniatura|x200px|center|Galileu demostrant el seu telescopi davant el dux de Venèciaminiatura|x200px|center|Xilografia d'un telescopi refractor keplerià de 46 m de distància focal construït per Johannes Hevelius. Tots els telescopis refractors usen els mateixos principis. La combinació de lents de l'objectiu i d'algun tipus d'ocular s'empra per reunir més llum del qual l'ull humà és capaç de recollir per si mateix, per presentar a l'observador una imatge virtual augmentada i amb major lluentor i claredat.
L'objectiu en un telescopi refractor serveix perquè rajos de llum paral·lels a l'eix de l'instrument sotmesos al fenomen físic de la refracció convergeixin en un punt focal; mentre que els no paral·lels convergeixen en un pla focal. El telescopi converteix un feix de rajos paral·lels que formen un angle ? amb el seu eix òptic en un segon feix paral·lel amb un angle β. La relació β/α es denomina ampliació angular. És igual a la relació entre les grandàries d'imatge en la retina obtinguts amb i sense el telescopi.Stephen G. Lipson, Ariel Lipson, Henry Lipson, Optical Physics 4th Edition, Cambridge University Press,
Els telescopis refractors poden adoptar moltes configuracions diferents per corregir l'orientació de la imatge i els tipus d'aberració. A causa que la imatge es forma mitjançant la flexió de la llum o refracció, aquests instruments òptics es denominen "telescopis refractors" o simplement "refractors".
Telescopi galileà miniatura|400px| Diagrama òptic d'un telescopi galileà: y – Objecte distant; y′ – Imatge real en l'objectiu; y″ – Imatge virtual ampliada en l'ocular; D – Diàmetre d'entrada de la pupil·la; d – Diàmetre virtual de sortida de la pupil·la; L1 – Lent de l'objectiu; L2 – Lent de l'ocular e – Pupil·la virtual de sortida – Relacions del telescopi
El disseny de Galileo Galilei utilitzat en 1609 és comunament anomenat telescopi galileà. Va utilitzar una lent convergent en l'objectiu (pla-convexa) i una lent divergent (pla-còncava) en l'ocular (Galileu, 1610).Sidereus Nuncius or The Sidereal Messenger, 1610, Galileo Galilei et al., 1989, pg. 37, The University of Chicago Press, Albert van Helden tr., (History Dept. Rice University, Houston, TX), . Un telescopi galileà, atès que el disseny no té focus intermedi, dona lloc a una imatge no invertida i vertical.
El millor telescopi de Galileu aconseguia una magnificació de 30 vegades. A causa dels defectes en el seu disseny, com la forma de la lent i l'estret camp de visió, les imatges estaven borroses i distorsionades. Malgrat aquests defectes, el telescopi encara era prou bo com perquè Galileu explorés el cel. El telescopi galileà podia detectar les fases de Venus, i va ser capaç de veure cràters a la Lluna i quatre llunes orbitant Júpiter.
Els rajos paral·lels de llum procedents d'un objecte distant (y) són portats a un punt en el plànol focal de l'objectiu (F' L1 / y'). La lent (divergent) de l'ocular (L2) intercepta aquests rajos i els fa paral·lels una vegada més. Els rajos de llum no paral·lels procedents de l'objecte que es desplaça en un angle α1 pel que fa a l'eix òptic es desplacen a un angle major (α2>α1) després de passar a través de l'ocular. Això condueix a un augment en la grandària angular aparent i és responsable de l'ampliació percebuda.
La imatge final (y') és una imatge virtual, situada en l'infinit i amb la mateixa forma que l'objecte.
Telescopi keplerià miniatura|400px|Diagrama òptic d'un telescopi keplerià:La fletxa en (4) és una representació esquemàtica de la imatge original; la fletxa en (5) és la imatge invertida en el plànol focal; la fletxa en (6) és la imatge virtual que es forma en l'esfera visual de l'espectador. Els rajos vermells produeixen el punt mitjà de la fletxa; altres dos conjunts de rajos (en negre) produeixen el cap i la cua.
El telescopi keplerià, inventat per Johannes Kepler en 1611, és una millora del disseny de Galileu. Utilitza una lent convexa en l'ocular en lloc de la còncava del model de Galileu. L'avantatge d'aquesta disposició és que els rajos de llum que emergeixen de l'ocular són convergents. Això permet un camp de visió molt més ampli i un major detall, però la imatge per a l'espectador s'inverteix. Amb aquest disseny es poden aconseguir augments considerablement més alts, però per superar les aberracions, la lent simple de l'objectiu necessita tenir un relació focal f molt alta (Johannes Hevelius va construir instruments amb una distància focal de 46 m, i fins i tot es van construir "telescopis aeris" sense tub amb majors distàncies). El disseny també permet l'ús d'un micròmetre en el plànol focal (utilitzat per determinar la grandària angular i/o la distància fins als objectes observats).
Refractors acromàtics