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I telescopi estendono la nostra visione del cosmo in diversi modi. Raccolgono più luce dell'occhio umano, ingrandiscono oggetti distanti con un oculare e, soprattutto, risolvono oggetti ravvicinati. Questa capacità risolutiva è nota come potere risolutivo del telescopio.
Il potere risolutivo è direttamente collegato al diametro dell’obiettivo del telescopio, ovvero la sua apertura per raccogliere la luce. Nei rifrattori l'obiettivo è la lente frontale; nei riflettori è lo specchio primario; nelle costruzioni Schmidt‑Cassegrain lo specchio primario funge anche da obiettivo. Man mano che l'apertura aumenta, aumenta anche la capacità di distinguere i dettagli più fini.
La risoluzione è limitata dal limite di diffrazione, che rappresenta la più piccola separazione angolare tra due punti visibili. Il limite è espresso in secondi d’arco e diminuisce all’aumentare del diametro dell’apertura. I telescopi più grandi possono quindi separare gli oggetti che appaiono molto più vicini tra loro.
Poiché la diffrazione scala con la lunghezza d'onda, lunghezze d'onda maggiori producono un limite di diffrazione più elevato. Ad esempio, un telescopio da un metro raggiunge un limite di diffrazione di circa 2,5 secondi d’arco nel vicino infrarosso, mentre la stessa apertura raggiunge circa 0,1 secondi d’arco nella luce blu. Di conseguenza, lo stesso strumento fornisce immagini più nitide a lunghezze d'onda più corte.
L’atmosfera terrestre introduce una turbolenza rifrattiva, comunemente chiamata “seeing”, che offusca le immagini stellari. Per mitigare questo problema, i più grandi osservatori terrestri sono situati su vette alte e secche e le piattaforme spaziali, come il telescopio spaziale Hubble, eliminano completamente gli effetti atmosferici.
