I telescopi
Prima dell’ invenzione dei telescopi l’ uomo osservava il cielo con i soli occhi e le stelle conosciute erano solo qualche migliaio. Noi sappiamo che sono molte di più ma la loro luce , specialmente di quelle più lontane, si perde nello spazio e arriva molto indebolita, ed è qui che entrano in gioco i telescopi.
L’ occhio umano è poco sensibile alla luce che arriva da così lontano e allora si ricorre a sistemi che abbiano una sensibilità più elevata, che riescano a raccogliere luce in misura maggiore rispetto al nostro occhio.
Chiariamo questo concetto. La pupilla dell’ occhio umano ha un certo diametro. Quante volte abbiamo visto che si dilata o si restringe al variare delle condizioni di luce? Quando scende la sera le nostre pupille si allargano, aumentano la loro sensibilità per catturare la luce che arriva dall’ ambiente. Allargandosi, la pupilla aumenta il suo diametro ed entra più luce.
La raccolta di luce consiste quindi nel catturare quanta più luce possibile e di concentrarla in un punto. Quindi più è grande l’ apertura più luce verrà raccolta, tanto più brillante ne è l’ immagine.
Altro punto da chiarire riguarda le proprietà degli elementi ottici come il fuoco, la lunghezza focale.
Il fuoco viene definito come il punto in cui convergono tutti i raggi luminosi
La lunghezza focale viene definita come la distanza che c’è fra l’elemento ottico e il fuoco.
Bisogna inoltre precisare che sia gli specchi che le lenti assorbono una certa quantità di luce (seppur minima).
Tutti i telescopi si basano su questo principio.
Possiamo distinguere due tipi di telescopi:
I telescopi rifrattori
Sono stati i primi telescopi ad essere inventati ad opera di Leonard Digges nella seconda metà del '500 e fu Galileo Galilei il primo ad utilizzarli in ambito astronomico.
I telescopi a rifrazione, sono dei sistemi ottici che usano due o più lenti per raccogliere la luce proveniente dallo spazio.
Essi sono composti da un obiettivo che raccoglie la luce, quindi più grande è più luce viene raccolta.
La luce che entra dall’ obiettivo passa attraverso i diaframmi di contrasto a lama di rasoio che aumentano il contrasto appunto. I raggi luminosi raggiungono l’ oculare, un dispositivo ottico intercambiabile a cui si avvicina l’ occhio per osservare l’ immagine.
Bisogna sapere però che l’ oculare non ha una posizione fissa perché ogni oculare differisce per ingrandimenti e per lunghezza focale.
Bisogna quindi sistemare ogni oculare a diversa distanza dalla lente secondaria. Quest’ operazione viene chiamata messa a fuoco. Per focheggiare viene utilizzato un dispositivo che viene chiamato focheggiatore. Questo viene posizionato alla fine del cammino ottico, nel punto in cui si ha il fuoco.
Questo ha una manopola che permette di far scorrere avanti e indietro l’ oculare finché non si ottiene l’ immagine più nitida possibile.
I primi telescopi rifrattori presentavano un grosso difetto. Il cromatismo (vedi le aberrazioni). Per correggerlo sono stati perfezionati gli elementi ottici e sono nate le due seguenti configurazioni:
- telescopi acromatici
- telescopi apocromatici
I rifrattori acromatici
Sono dei rifrattori costituiti da due lenti diverse per materiale e forma. Questi telescopi riescono ad abbattere il cromatismo ma solo in parte. Nei rifrattori a focale molto lunga queste imperfezioni spariscono del tutto. I telescopi focale molto lunga sono ottimi per avere alti ingrandimenti quindi si prestano bene all’ osservazione dei pianeti e nella separazione di stelle doppie.
Sul profondo cielo sono invece un po’ deficitari per via del piccolo diametro.
Questi telescopi inoltre sono molto lunghi causa della loro lunghezza focale e quindi ingombranti.
Tuttavia sono stati recentemente inseriti sul mercato dei rifrattori acromatici di una certa apertura e con focali meno lunghe che li rende più adatti per la fotografia di galassie, nebulose, ammassi nonché della loro osservazione. Tuttavia questi rifrattori a corta focale sono meno prestanti nell’ osservazione planetaria per via dell’ aberrazione cromatica troppo evidente.
I rifrattori apocromatici
Sono dei rifrattori in cui abbiamo più di 2 lenti (in genere ne abbiamo 3 o 4) che riducono praticamente a zero l’ aberrazione cromatica e offrono un campo perfettamente piano e stelle puntiformi. Questi telescopi infatti utilizzano anche uno spianatore di campo che permette di avere la messa a fuoco dei tre colori (rosso verde e blu) esattamente nello stesso punto. Inoltre alcuni rifrattori apocromatici hanno una correzione per l’ aberrazione sferica (vedi le aberrazioni).
Questi apocromatici hanno una grande versatilità adattandosi a tutti gli oggetti celesti. La loro inclinazione verso una categoria di oggetti o l’ altra dipende dal rapporto focale. Il rapporto di focale è un rapporto che si ha fra la lunghezza focale dello strumento e il suo diametro. Questo è importante nella fotografia per calcolare i tempi di posa e gli ingrandimenti che si avranno.
Quindi un rapporto focale minore renderà perfetti gli strumenti per la fotografia di galassie nebulose è ammassi (gli oggetti del profondo cielo). Mentre un rapporto focale maggiore offrirà la possibilità di avere più ingrandimenti per la fotografia e l’ osservazione dei pianeti e delle stelle doppie(alta risoluzione).
L’ unico problema degli apocromatici è il costo, questi telescopi sono molto costosi per via dell’ alta precisione di lavorazione che richiedono.
I telescopi riflettori
I telescopi a riflessione (o a specchi) sono degli strumenti che utilizzano la proprietà di riflettere la luce degli specchi. Questi specchi sono curvi, in modo tale da convergere la luce in un punto chiamato fuoco. Questi specchi possono avere forma sferica, parabolica o iperbolica.
I telescopi a riflessione ‘’canonici’’ sono di due tipi:
- telescopio newtoniano
- telescopio cassegrain
Il telescopio newtoniano
Venne inventato nel cinquecento da Leonard Digges che non ebbe successo nell' uso pratico fin quando non venne reinventato da Newton 150 anni dopo.
Il telescopio in questione è molto diffuso fra gli astrofili, specialmente nei meno esperti, per via della sua semplicità costruttiva. Il telescopio newtoniano infatti si compone di uno specchio curvo che converge i raggi luminosi verso uno specchio secondario piano sorretto da una croce in gergo chiamata ‘‘spider’’ o ‘‘crociera’’, che devia i raggi luminosi di 90° verso il focheggiatore.
Lo specchio dei telescopi newton di diametro superiore a 13cm è di forma parabolica per eliminare l’ aberrazione sferica.
Il suddetto telescopio è un ‘‘tuttofare’’, nel senso che è adatto per l’ osservazione di tutti i tipi di oggetti celesti.
Anche qui la sua inclinazione verso una categoria o un' altra è data dal rapporto focale.
Grande vantaggio di questi telescopi è la velocità di acclimatamento (che consiste nel portare la temperatura dello strumento a quella ambiente) grazie al tubo aperto.
Difetto di questa configurazione è la lunghezza, e quindi il peso, del tubo e la presenza di coma (vedi le aberrazioni).
Ecco uno schema newton
Il telescopio cassegrain
E’ uno strumento simile al newton ma lo specchio secondario ha forma sferica(cassegrain classico) che aumenta la lunghezza focale pur mantenendo dimensioni contenute.
Questi telescopi hanno un rapporto di focale alto (f/15) e sono perfetti per l’ osservazione e per la fotografia degli oggetti della categoria hi-res. Mentre sono meno indicati per la fotografia degli oggetti del profondo cielo, un rapporto così elevato crea ingrandimenti troppo alti e gli oggetti del profondo cielo non ne necessitano.
Inoltre i cassegran soffrono di coma.
Per ovviare a questi problemi sono state create delle varianti come il Dall-Kirkham e il Rithey Chrétien.
Il dall Kirkham ha lo specchio primario parabolico ed il secondario sferico. Si ottengono lunghezze focali minori più adatte al profondo cielo.
Il Rithey Chrétien invece ha entrambi gli specchi iperbolici. Sfoggia un campo piano, grande e corretto fino ai bordi. Questa configurazione è molto conosciuta dagli astroimagers. Il Ritchey Chrétien è un telescopio compatto, corretto ed è quindi adatto alla fotografia al fuoco diretto. Ideale per esempio, per l’ uso con i CCD.
Ecco lo schema di un telescopio cassegrain. Notate la curvatura dello specchio secondario.
I catadiottrici
I catadiottrici sono dei telescopi ‘’ibridi’’ che utilizzano sia specchi che lenti. Esistono molte varianti:
- Lo schmidt cassegrain
- Il Maksutov cassegrain
- Lo schmidt newton
- Il maksutov newton
Lo schmidt cassegrain
E’ composto da una lastra correttrice che introduce un’ aberrazione ottica di segno opposto rispetto a quella prodotta dal sistema a riflessione, in cui lo specchio primario è sferico.
Questi telescopi sono diffusi fra gli astrofili medio-avanzati. Caratterizzati da grande versatilità e dimensioni contenute che li rendono adatti anche alla fotografia. Questo telescopio tuttavia non eccelle in nessuno dei campi.
Unici difetti di questo strumento sono la correzione del come che spesso non raggiunge la perfezione e dall’ ostruzione(grossomodo assimilabile come l’ ombra del secondario che si proietta sul primario) che causa una perdita di contrasto e nell’ acclimatamento. Il tubo essendo chiuso non permette l’ entrata spontanea dell’ aria e servono circa 2 ore circa per avere un acclimatamento decente.
Ecco lo schema del telescopio più diffuso fra gli astrofili medio- avanzati.
Il maksutov cassegrain
Funziona con lo stesso principio dello schmidt cassegrain. L’ unica differenza sta nel fatto che questo strumento ha un menisco correttore e che lo specchio secondario è ottenuto alluminando la porzione centrale interna del menisco.
Questo telescopio ha un rapporto focale molto alto ed è quindi un ottimo candidato per l’ osservazione e la fotografia planetaria.
Esistono anche altre varianti come il ru-mak che presenta il supporto per lo specchio secondario. Si ottengono rapporti meno alti ma si va incontro ad una lieve perdita di contrasto cusata dal supporto e dal paraluce.
Schema dei telescopi Maksutov cassegrain classici
Lo schmidt newton
E’ un telescopio che funziona con lo stesso principio dei precedenti. Questo strumento è molto versatile. In base al rapporto focale lo strumento eccelle in una categoria o nell’ altra. La correzione dell’ aberrazione sferica è soddisfacente.
Ecco lo schema di un telescopio Schmidt newton
Il maksutov newton
E’ uno strumento a bassa ostruzione. Il contrasto è alto, tanto che il suddetto telescopio rivaleggia con i costosissimi apocromatici.
Esso utilizza un menisco che introduce una quota di aberrazione sferica uguale a quella prodotta dagli elementi di riflessione ma di segno opposto.Questi telescopi sono ideali per l’ osservazione planetaria tuttavia il loro piccolo campo corretto ne preclude l’ utilizzo fotografico. Altro difetto è l’ ingombro di questi strumenti a cui si va incontro al crescere del diametro.