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Los telescopios amplían nuestra visión del cosmos de varias maneras. Recogen más luz que el ojo humano, magnifican objetos distantes con un ocular y, lo que es más importante, resuelven objetos muy cercanos. Esa capacidad de resolución se conoce como poder de resolución de un telescopio.
El poder de resolución está directamente relacionado con el diámetro del objetivo del telescopio:su apertura de captación de luz. En los refractores el objetivo es la lente frontal; en los reflectores es el espejo primario; En los diseños de Schmidt‑Cassegrain, el espejo principal también sirve como objetivo. A medida que crece la apertura, también aumenta la capacidad de distinguir detalles finos.
La resolución está limitada por el límite de difracción, que representa la separación angular más pequeña entre dos puntos visibles. El límite se expresa en segundos de arco y disminuye a medida que aumenta el diámetro de la apertura. Por lo tanto, los telescopios más grandes pueden separar objetos que parecen mucho más cercanos entre sí.
Debido a que la difracción escala con la longitud de onda, las longitudes de onda más largas producen un límite de difracción más alto. Por ejemplo, un telescopio de un metro alcanza un límite de difracción de aproximadamente 2,5 segundos de arco en el infrarrojo cercano, mientras que la misma apertura alcanza aproximadamente 0,1 segundos de arco en luz azul. En consecuencia, el mismo instrumento ofrece imágenes más nítidas en longitudes de onda más cortas.
La atmósfera de la Tierra introduce turbulencias refractivas, comúnmente llamadas "visión", que desdibujan las imágenes estelares. Para mitigar esto, los observatorios terrestres más grandes están ubicados en picos montañosos altos y secos, y las plataformas espaciales, como el Telescopio Espacial Hubble, eliminan por completo los efectos atmosféricos.