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Strumenti astronomici

Sin dai tempi antichi lo strumento principale di cui si è avvalso l'uomo per l'osservazione celeste è stato l'occhio, e sebbene ciò possa sembrare riduttivo ai giorni nostri, immersi come siamo in un mondo tecnologico, è proprio grazie ad esso se sono state poste le fondamenta dello studio del cielo e dei relativi fenomeni astronomici con le osservazioni operate dai grandi astronomi dell'antichità.

Strumenti ottici

E' indubbio comunque che un grande passo avanti è stato compiuto con l'ausilio di strumenti ottici come i telescopi. Ad introdurli nello studio dell'astronomia fù G. Galilei, che basandosi sulla scoperta di un ottico olandese costruì il primo modello, un rifrattore, con il quale scoprì i satelliti maggiori del pianeta Giove, il fenomeno delle macchie solari e si dedicò all'osservazione lunare e a quella del pianeta Venere, seguito poi da I. Newton che inventò l'altro tipo di telescopio più usato, il riflettore newtoniano.

Telescopio rifrattore

Quelli moderni a tutt'oggi si basano, anche se ulteriormente perfezionati ed accessoriati, sulle stesse caratteristiche. Sono infatti composti da un tubo annerito che funge da sostegno all'obiettivo, un sistema di lenti od uno specchio, che ha la funzione di catturare l'immagine del corpo celeste, la quale verrà poi osservata tramite l'oculare che si trova invece sistemato su un dispositivo a cremagliera per le opportune regolazioni di messa a fuoco.

Generalmente è allora possibile distinguere i telescopi in due grandi classi, i rifrattori ed i riflettori, che si rifanno ad altrettante proprietà della luce, ossia la rifrazione e la riflessione.

Rifrazione e riflessione

Altro strumento ottico abbastanza usato è il binocolo che praticamente si può collocare a metà strada fra l'osservazione ad occhio nudo e quella telescopica. Esso è principalmente formato, come i rifrattori, da un doppio sistema di lenti con una di esse, la principale, che funge da raccoglitore di luce e fa convergere i raggi luminosi su dei prismi raddrizzatori che deviano l'immagine verso gli oculari. A differenza dei telescopi sono caratterizzati da grande portabilità e basso costo, anche se naturalmente non offrono le stesse prestazioni.

Aberrazioni e distorsioni visive

Tutte le lenti o specchi, per quanto perfettamente lavorati, introduranno comunque delle distorsioni ed alterazioni visive delle immagini che vengono dette "aberrazioni ottiche" e che sono il risultato delle stesse proprietà fisiche della luce:

  • Aberrazione cromatica - tipica delle lenti è una distorsione visiva che fa apparire l'immagine di un corpo celeste con i contorni variamente colorati e che è causata dalla diversa misura di rifrazione cui sono sottoposte le componenti della luce in ragione della loro differente lunghezza d'onda. Ciò viene corretto mediante l'aggiunta di una ulteriore lente (doppietto acromatico) che scompone i raggi luminosi in maniera opposta;
  • Aberrazione sferica - alterazione dell'immagine, dovuta alla stessa forma della lente o dello specchio, che introducendo una differente deviazione dei raggi, a seconda della posizione con cui essi incidono sulla superficie riflettente, provoca un alone che viene corretto con l'uso di specchi parabolici.

Aberrazione cromatica e sferica

Questo però per quanto riguarda l'osservazione dalla superficie terrestre. E' infatti risaputo che la nostra atmosfera distorce i raggi luminosi comportandosi come un filtro fra noi ed il cielo e disturbando così le visioni dei corpi celesti. A questo si pone rimedio spostando il punto di osservazione il più alto possibile a volte anche nello spazio.

Tuttavia esistono anche altri particolari tipi di telescopio che indagano il cosmo nel campo dell'infrarosso, dei raggi x, dell'ultravioletto e nel campo delle onde radio. E' noto infatti come l'atmosfera terrestre lasci passare, oltre a parte della luce, anche le onde radio, così da quando si sono scoperte sorgenti stellari che emettono particolari impulsi sotto tale forma l'osservazione dell'universo avviene sfruttando anche i radiotelescopi, praticamente delle gigantesche antenne di forma paraboidale che ricevendo i segnali dallo spazio li amplificano per permetterne lo studio. Fra i più famosi quello di ARECIBO che viene impiegato nell'ambito del progetto SETI per la ricerca di civiltà extraterrestri.

Telescopi: rifrattori, riflettori . . .

La luce ha la caratteristica di essere deviata o riflessa dalla direzione originaria da cui proviene, quando attraversa dei mezzi di diversa densità o quando incontra una superficie riflettente. Ragion per cui, sfruttando tali proprietà, è possibile convogliare i raggi che attraversano una lente ottica (convergente o divergente) o incidono su uno specchio concavo, verso un punto detto fuoco. Da questo, che si trova sulla stessa retta passante per il centro della lente o dello specchio (asse ottico) e situato ad una certa distanza (focale) da essi, verrà successivamente estratta l'immagine.

I telescopi possono essere allora distinti in due grandi classi, a seconda che l'obiettivo sia una lente od uno specchio, e perciò avremo i rifrattori ed i riflettori a cui è comunque possibile aggiungerne una terza, praticamente un misto delle precedenti, ossia i catadiottrici.

Fuoco, asse ottico, distanza focale, lente, specchio

Rifrattore

Riferito al principio della rifrazione della luce, è un sistema ottico formato da due lenti delle quali la primaria, l'obiettivo, spesso un doppietto di lenti acromatico, ha la funzione di raccogliere i raggi luminosi e di indirizzarli verso il fuoco. Da qui la luce divergerà verso l'oculare, la lente secondaria situata sullo stesso asse, la quale ingrandirà l'immagine del corpo celeste in modo da adattarla alla pupilla. E' indicato per l'osservazione planetaria, solare e lunare e soffre particolarmente dell'aberrazione cromatica. Da rilevare inoltre che a parità di prestazioni costa di più di un riflettore, anche se rispetto a questo necessita di poca manutenzione.

rifrattore

Riflettore

Sistema ottico basato sul principio della riflessione, composto da uno specchio principale, che raccoglie la luce proveniente da un oggetto celeste, e da un oculare verso cui vengono convogliati i raggi luminosi in maniera diversa a seconda del tipo di strumento. E' un telescopio particolarmente delicato, a causa della manutenzione e della cura che necessita durante l'uso ed il trasporto, affinchè ne venga evitato il decentramento delle parti ottiche. Generalmente i riflettori sono adottati nell'osservazione di galassie e nebulose e soffrono di difetti visivi come il coma.

  • Newtoniano - Introdotto da Newton, è formato da uno specchio parabolico (primario) che riceve la luce e la invia ad uno specchietto inclinato (secondario) situato poco prima del fuoco, che a sua volta la rifletterà lateralmente verso l'oculare.

newtoniano

  • Cassegrain - Si differenzia dal precedente per lo specchio secondario, di forma iperbolica, che a sua volta convoglia l'immagine verso l'oculare passando per una feritoia situata al centro dello specchio principale. In questa maniera l'osservatore viene a trovarsi come per i rifrattori dietro allo strumento, che risulta così molto più compatto e maneggevole.

cassegrain

Catadiottrico

Altro sistema di ottica telescopica costituito da una combinazione di lenti e specchi che, ai pregi dei sistemi precedenti, unisce una maggiore facilità nel trasporto e l'assenza di aberrazioni.

  • Schimdt/Cassegrain - Ha lo specchio secondario di forma sferica preceduto da una lastra che ha la funzione di correggere l'aberrazione sferica.
  • Maksutov - Dotato di una lente divergente, situata prima dello specchio principale, che è stata introdotta per correggere l'aberrazione sferica e quella residua cromatica.

Parametri valutativi

Un buon telescopio deve essere caratterizzato da alcune caratteristiche fondamentali che possano rendere agevole, ed il più possibile autentica, la visione dei corpi celesti che si vogliono osservare. Ad esempio con seeing buono, ossia con cielo privo di turbolenze atmosferiche, l'immagine di una stella osservata con uno strumento di qualità deve presentare il caratteristico dischetto di AIRY, un disco luminoso che va scemando di intensità verso l'esterno con anelli concentrici. Non devono inoltre essere presenti aberrazioni di nessun tipo, anche se è pressocchè impossibile a causa delle stesse proprietà dei raggi luminosi, che essendo composti da diverse lunghezze d'onda, verranno rifratti o riflessi, da una lente o da uno specchio, in maniera diversa. Ciò comunque viene corretto il più possibile adottando alcuni accorgimenti ottici.

Come parametri per il confronto e la valutazione di diversi strumenti si usano:

  • Potere risolutivo - uguale al rapporto fra 120 e d, il diametro dell'obiettivo in millimetri. Più alto è questo valore e meno lo strumento riesce a separare due stelle vicine;
  • Ingrandimento - dipendente dal rapporto fra la lunghezza focale dell'obiettivo e quella dell'oculare, deve essere rapportato all'oggetto da osservare, altrimenti se eccessivo disperderà la luce rendendo l'immagine poco contrastata. In genere la misura ottimale corrisponde a due volte il diametro dell'obiettivo;
  • Rapporto focale - rapporto fra la lunghezza focale f ed il diametro d dell'obiettivo, esprime il grado di luminosità dello strumento;
  • Apertura - il diametro dell'obiettivo, è quindi la capacità dello strumento di raccogliere quanta più luce possibile;
  • Lunghezza focale - distanza fra l'obiettivo ed il fuoco.

Montatura

Altra importante caratteristica dei telescopi è il tipo di montatura adottata che dev'essere di pregevole fattura: leggera da trasportare, robusta per impedire anche la minima oscillazione dello strumento e fluida nella meccanica per rendere agevole la visione e l'inseguimento di un corpo celeste lungo il suo tragitto.

Generalmente i diversi tipi di montature ricalcano su apposite manopole le suddivisioni in gradi ed ore delle coordinate astronomiche, mantenendo così i propri assi paralleli a quelli del rispettivo sistema di riferimento:

  • Altazimutale - Basata sui due assi, orizzontale e verticale del sistema omonimo, è molto scomoda da usare perchè per centrare e seguire un astro bisogna continuamente agire sulle due regolazioni, quelle dell'altezza e dell'azimut, onde fronteggiare il moto della sfera celeste, problema che si evidenzia particolarmente nell'uso di ingrandimenti eccessivi.
  • Equatoriale - Riferita al sistema omonimo, si basa su un asse parallelo all'asse terrestre (asse polare) e su di un altro perpendicolare ad esso e parallelo all'equatore celeste. Da notare come l'asse polare descriva rispetto all'orizzonte, un angolo pari alla latitudine del luogo d'osservazione. E' spesso equipaggiata con motori e cerchi graduati che permettono di seguire agevolmente l'astro desiderato nel suo movimento.

Montatura dei telescopi

Accessori per telescopio

Fra gli accessori che accompagnano la strumentazione principale di ogni astrofilo vi sono gli oculari, praticamente delle lenti d'ingrandimento che hanno il compito di adattare l'immagine di un corpo celeste all'occhio umano. I principali tipi sono: gli Huygens, i Ramsden, i Kellner, i Plossl, gli Erfle e gli ortoscopici.

Altro componente fondamentale è il cercatore, un piccolo cannocchiale a largo campo, che montato parallelamente all'asse dello strumento principale permette di inquadrare agevolmente il corpo celeste desiderato grazie al suo piccolo ingrandimento. E' dotato infatti di un crocicchio nella lente primaria, negli strumenti più sofisticati spesso illuminato, per facilitare il puntamento di qualsiasi oggetto celeste, cosa quasi impossibile con l'ingrandimento usuale.

Cercatore, focalizzatore, oculare

Quasi indispensabile nelle montature equatoriali è invece il puntatore polare, che come dice il nome serve a puntare il polo Nord celeste, utile quindi a rendere in asse lo strumento affinchè i suoi movimenti risultino paralleli a quelli della sfera celeste.

Diffusa anche la lente di Barlow, un particolare lente divergente che allungando la focale dell'obiettivo fa aumentare il rapporto fra quest'ultima e quella dell'oculare, e quindi il potere d'ingrandimento del telescopio.

Lente di barlow

Di contro per ridurre la focale, e quindi l'ingrandimento, nei casi in cui si necessiti di una visione ad ampio campo e a grande luminosità, si usano i riduttori di focale che analogamente alla lente di Barlow, ma in maniera opposta, e quindi con una lente convergente, variano il rapporto d'ingrandimento.

Per le osservazioni di corpi celesti dalle alte declinazioni, qualora si usino strumenti con fuoco posteriore come i rifrattori, si usano invece i prismi, particolari solidi di vetro che deviano i raggi luminosi, ruotandoli di 180 gradi, così da agevolare l'osservazione rendendola simile alla visuale ad occhio nudo. Fra i più usati quelli zenitali che deviano l'immagine di 90 gradi.

Prisma zenitale

Utili per particolari tipi di osservazione sono anche i filtri come quelli usati nell'osservazione solare, che oltre a fornire protezione all'occhio dalla intensa luce, servono a far risaltare i particolari della superficie. Un pò come avviene per quelli lunari e nebulari, nei quali attraverso l'assorbimento di determinati colori, se ne favorisce il risaltare di altri aumentando così il contrasto dell'immagine. Generalmente vengono posti prima dell'obiettivo.

Altri accessori sono i motori elettrici, dei dispositivi che muovendosi in maniera sincrona con il moto celeste permettono di seguire automaticamente il movimento di un corpo. Sono particolarmente utili nella fotografia astronomica ed a volte si accompagnano a sistemi computerizzati che ricercano, a partire dalle coordinate astronomiche, ogni oggetto conosciuto.

Fermo restando la loro destinazione per l'osservazione celeste alcuni telescopi come i rifrattori, possono benissimo essere impiegati nell'osservazione terrestre. Un accessorio indispensabile in questo caso sarà allora il "raddrizzatore d'immagine", la cui finalità è appunto quella di ruotare di 180° la visione telescopica in modo da renderla uguale a quella effettuata ad occhio nudo.

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