Aberración esférica

Qué es la aberración esférica

Toda lente esférica —es decir, cuyas superficies forman parte de una esfera— desvía la luz de forma distinta según la zona por la que entra el rayo. Los rayos que cruzan cerca del eje óptico, llamados rayos paraxiales, se comportan como predice la óptica geométrica elemental y convergen en el foco. Pero los que atraviesan zonas más alejadas del centro se refractan con un ángulo algo diferente y acaban convergiendo antes o después de ese foco. La imagen resultante no es un punto nítido, sino una mancha difusa. Ese desfase entre el foco de los rayos centrales y el de los periféricos es la aberración esférica.

Aberración procede del latín aberratio, -ōnis ("desviación"), y esférica del griego σφαιρικός (sphairikós), "relativo a la esfera", derivado de σφαῖρα (sphaîra), "bola, globo". El adjetivo señala la causa: la curvatura esférica de la lente. Ludwig von Seidel formalizó matemáticamente este defecto en 1856 al clasificar las cinco aberraciones monocromáticas de tercer orden que hoy llevan su nombre —esférica, coma, astigmatismo, curvatura de campo y distorsión—, un esquema que sigue vigente en la óptica instrumental y en la oftalmología.

Aberración esférica positiva y negativa

Se habla de aberración esférica positiva cuando los rayos periféricos convergen por delante del foco paraxial —se refractan de más— y de aberración negativa cuando convergen por detrás —se refractan de menos—. La distinción importa porque ambas pueden compensarse entre sí: si un elemento óptico con aberración positiva se combina con otro de aberración negativa, el defecto global se reduce. Ese es el mecanismo que utiliza el propio ojo, como se explica más adelante.

El grado de aberración depende mucho del diámetro de la apertura. A menor apertura, solo entran rayos próximos al eje y el defecto es inapreciable. A medida que la apertura aumenta, la contribución de los rayos periféricos crece de forma desproporcionada —proporcionalmente a la cuarta potencia del radio de apertura— y la mancha focal se ensancha con rapidez. En la práctica, esto significa que la aberración esférica se acentúa cuando la pupila se dilata.

Aberración esférica en el ojo

La córnea humana es una superficie convexa que introduce aberración esférica positiva: los rayos que cruzan su periferia se refractan ligeramente de más respecto a los que pasan por la zona central. El cristalino joven, sin embargo, posee una estructura con gradiente de índice de refracción que le confiere aberración esférica negativa. Ambos componentes tienden a cancelarse, de manera que el ojo joven y sano presenta una aberración esférica total próxima a cero.

Ese equilibrio se altera con la edad. A medida que el cristalino envejece, su estructura interna se vuelve más homogénea, pierde el gradiente de índice y su aberración negativa disminuye. La córnea, en cambio, apenas varía. El balance neto se desplaza hacia valores positivos, lo que contribuye a la pérdida de calidad óptica que acompaña al envejecimiento del sistema visual —una degradación que se suma a los efectos de la presbicia y de la opacificación progresiva del cristalino—.

El diámetro pupilar modula todo el fenómeno. Con luz abundante la pupila se contrae y deja pasar casi exclusivamente rayos paraxiales; la aberración esférica apenas influye. En penumbra la pupila se dilata, entran rayos periféricos y la imagen retiniana pierde contraste. Eso explica, en parte, que la visión nocturna sea menos nítida que la diurna, incluso en un ojo sin ningún defecto refractivo convencional.

Diferenciación con la aberración cromática

Las dos aberraciones más citadas del ojo son la esférica y la cromática, pero su mecanismo no tiene nada en común. La esférica es monocromática: aparece con cualquier luz de un solo color y se debe a la geometría curva de la lente. La cromática, en cambio, aparece porque el índice de refracción varía con la longitud de onda y cada color converge en un punto diferente. Puede haber aberración esférica sin cromática (usando luz monocromática) y cromática sin esférica (en una lente perfectamente parabólica iluminada con luz blanca). En el ojo real, ambas coexisten.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama esférica esta aberración?

Porque se origina en la curvatura esférica de la lente. Una superficie perfectamente esférica no puede reunir todos los rayos paralelos en un solo foco. Del griego σφαῖρα (sphaîra), "bola" o "globo", y del latín aberratio, "desviación".

¿Es lo mismo aberración esférica que astigmatismo?

No. El astigmatismo se debe a que la córnea o el cristalino tienen una curvatura desigual en sus meridianos —más curvados en un eje que en el perpendicular—, y se corrige con lentes cilíndricas. La aberración esférica afecta a lentes con curvatura uniforme y depende de la distancia al eje, no de la orientación. Dentro de la clasificación de Seidel, ambas son aberraciones monocromáticas de tercer orden, pero sus consecuencias ópticas y su forma de descripción matemática difieren.

¿Afecta la aberración esférica a la visión nocturna?

Sí. Con poca luz la pupila se dilata, entran más rayos periféricos y la imagen retiniana pierde definición. Por eso la percepción de detalles empeora en condiciones de baja luminosidad, aun en personas sin miopía ni otros defectos refractivos.

¿Puede medirse la aberración esférica del ojo?

Sí, mediante un dispositivo llamado aberrómetro, que analiza el frente de onda de la luz que sale del ojo y lo descompone en coeficientes de Zernike. La aberración esférica corresponde al término Z₄⁰ de esa descomposición. El dato se expresa en micras y permite cuantificar tanto la contribución corneal como la del cristalino por separado.

Referencias

1. Instituto Nacional del Ojo (NEI/NIH). Errores de refracción. Información sobre la salud ocular.
2. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Errores de refracción. MedlinePlus en español.
3. Puntí Badosa A et al. Influencia de la aberración esférica en la función visual tras cirugía de catarata. Archivos de la Sociedad Española de Oftalmología.
4. Real Academia Española. Aberración. Diccionario de la lengua española.