Quando Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855) estudou os fundamentos da óptica geométrica ele definiu que na formação de imagens, os pontos do objeto correspondem aos pontos da imagem, retas correspondem a retas na imagem, e planos no objeto correspondem a planos na imagem. Para que isso ocorra, é necessário que a abertura dos sistemas ópticos assumam valores muito pequenos. No entanto, o próprio Gauss notou diferenças entre objetos e imagens nos sistemas ópticos experimentais, mesmo considerando pequenos intervalos de abertura. Estas diferenças são conhecidas como aberrações ópticas. Estas aberrações não ocorrem devido a erros de construção dos equipamentos, mas devido a forma geométrica e características dos meios que formam o sistema.
As aberrações ópticas podem ser classificadas como cromáticas ou monocromáticas.
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Aberrações monocromáticas
Também conhecidas como aberrações geométricas, as aberrações cromáticas provocam mudanças relacionadas a forma da imagem. Elas podem ser esféricas, coma, astigmatismo, curvatura de campo e distorção.
Aberrações esféricas
Considerando um feixe de raios de luz monocromática paralelas que atravessam uma lente convergente paralelamente ao seu eixo, os raios mais próximos ao eixo e os raios mais distantes serão refratados entre dois pontos A e B, conforme a figura:
Como podemos observar na figura, os raios que emergem da lente não passam todos pelo mesmo ponto, mas ficam distribuído entre os pontos A e B. Envolvendo os raios que emergem da lente até o ponto A, obtemos a forma de um funil, conhecido como cáustica de reflexão. O ponto A é conhecido como foco paraxial e o ponto B é chamado foco marginal. Se, entre estes pontos, posicionarmos um anteparo em um plano perpendicular ao eixo da lente, veremos círculos que ficam menores quanto mais o aproximarmos do ponto A. O ponto onde a imagem aparece com maior clareza é conhecido como ponto de mínima confusão.
As lentes convergentes e divergentes possuem aberrações de sentidos opostos, por isso uma das formas de corrigir as aberrações esféricas é combinar lentes convergentes e divergentes. Sistema aplanético é o nome dado a um sistema óptico com a aberração esférica corrigida.
Aberrações coma
Quando o ponto luminoso encontra-se fora do eixo da lente, surge a aberração coma. Ela possui esse nome porque se envolvermos os raios emergentes no trecho entre os focos paraxial e marginal, obtemos uma forma semelhante a um cometa. A coma aumenta conforme a abertura e a inclinação dos raios de luz, por isso esta aberração pode aparecer em qualquer sistema óptico. A correção é feita por métodos parecidos com os utilizados para corrigir aberrações esféricas.
A utilização do diafragma, aparelho que limita a abertura do sistema ótico, também ajuda a evitar o aparecimento do coma.
Astigmatismo
Se considerarmos um pequeno quadrado luminoso em um plano perpendicular ao eixo da lente, as imagens das linhas horizontais e verticais aparecem em planos diferentes. Isto impede a observação de maneira igualmente nítidas de imagens compostas por linhas verticais e horizontais.
Aberrações de curvatura de campo
O astigmatismo aumenta conforme a inclinação dos raios de luz em relação ao eixo da lente. Isto afasta as imagens de linhas verticais e horizontas. Unindo os pontos onde estas imagens podem ser projetadas, formamos duas curvas tangentes entre si. Este tipo de aberração e bastante comum em máquinas fotográficas.
Distorção
Os pontos de um objeto extenso, localizam-se a distâncias diferentes da lente. Devido a isso, as imagens podem surgir ligeiramente diferentes dos objetos. A distorção é particularmente grande para raios muito inclinados em relação ao eixo. Um sistema óptico com a distorção corrigida é chamado de ortoscópico.
Aberrações cromáticas
Este tipo de aberração é provocada pela diferença na refração de cores diversas. Raios de luz de cores compostas se dividem em diversas cores (como em um prisma) formando imagens com um halo iridescente.
A correção é feita acoplando-se lentes com índice de refração diferentes. Um sistema óptico livre de aberrações cromáticas é chamado apocromático.
Fontes:
http://astro.if.ufrgs.br/telesc/aberracao.htm
http://www.feiradeciencias.com.br/sala09/09_OG06.asp
Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisica/aberracoes-opticas/