Configurazione ottica del telescopio
Il telescopio riflettore
Grazie alla loro maggiore semplicità costruttiva, unita a una
indubbia efficacia rispetto ai cugini rifrattori, i telescopi a
riflessione sono attualmente i dominatori incontrastati
dell'astronomia ottica, sia a livello professionale sia,
soprattutto, amatoriale. Come abbiamo visto il telescopio
riflettore, abbreviato d'ora in poi in riflettore, utilizza un
grande specchio parabolico per raccogliere la debole luce stellare e
concentrarla nel punto fuocale della parabola stessa, dove un
piccolo specchio piano la devia verso l'oculare, la fotocamera o gli
strumenti di misura. Nei primi modelli lo specchio veniva costruito
partendo da un unico blocco di vetro di forma cilindrica e
asportando per abrasione progressiva il materiale fino ad arrivare
alla forma voluta. In seguito la superficie del vetro veniva
argentata per ottenere l'effetto specchio.
Con la tecnica di levigazione di blocchi di vetro appena vista,
superando ovviamente difficoltà tecniche enormi, si può però
raggiungere al massimo il diametro di 6 metri, come ad esempio per
lo strumento dell'osservatorio russo di Zelenciukskaja (Caucaso).
Oltre questa misura i problemi tecnici legati alla costruzione
diventano assolutamente insormontabili e ogni possibile accorgimento
porta ad un peggioramento della qualità dell'immagine anziché ad un
miglioramento: si tratta quindi di un limite fisico attualmente
invalicable. Per questa ragione i moderni telescopi a riflessione da
ricerca hanno specchi costruiti con una speciale tecnica di
assemblaggio di sezioni combinate una con l'altra per formare
superfici enormi, in maniera tale da superare la soglia tecnica dei
6 metri di diametro del monoblocco. Questi specchi compositi usano
vetri con una struttura interna a nido d'ape, che ha anche il pregio
di alleggerire il tutto.
Il motivo per cui si utilizza il vetro nella costruzione degli
specchi è assai semplice: questo materiale risponde infatti a due
requisiti basilari, ossia la duttilità di lavorazione e il
coefficiente di escursione termica davvero basso. Sono questi in
definitiva, e non altri, i motivi per cui la componente base degli
specchi dei telescopi a riflessione è il vetro. Una volta lavorato
fino a raggiungere il profilo esatto della figura geometrica
richiesta, che può essere una parabola o un'iperbole, il vetro serve
solo come superficie di supporto per la lamina specchiante.
Sulla superficie del vetro, accuratamente levigata, viene infatti
depositato un sottilissimo strato di alluminio. Il delicato
procedimento, che prende appunto il nome di “alluminatura” e viene
fatto in apposite camere sotto vuoto spinto, rende il vetro
perfettamente riflettente e adatto a raccogliere la radiazione
luminosa stellare, riflettendola amplificata. Fino a tutti gli anni
quaranta il vetro usato era il pyrex, ma negli anni sessanta e
settanta l'industria riusci a mettere in produzione vetri di qualità
ancora migliore, nei quali la componente silicea era mescolata a
materiali ceramici.
Le configurazioni ottiche del telescopio riflettore
Se è vero che il telescopio riflettore, il più diffuso in assoluto,
si basa sul principio dell specchio parabolico che concentra i raggi
sul punto di fuoco, è anche vero che il modo in cui esso e gli altri
elementi componenti il telescopio, come il piccolo specchio che
devia i raggi verso l'oculare, e l'oculare stesso, possono essere
collocati in maniera diversa.
Ecco nascere le configurazioni ottiche, ossia le diverse
sistemazioni dei vari componenti del telescopio riflettore, dalle
quali dipende il particolare tipo di percorso che i raggi luminosi
compiono in funzione delle superfici riflettenti (sferiche oppure
piane) e rifrangenti che incontrano sul loro cammino. Ciascuna delle
numerose configurazioni ottiche esistenti ha pregi e difetti, e
risponde a differenti esigenze operative.
Configurazione Newton
I riflettori della classe Newton usano per lo più uno specchio
principale di forma concava, al quale è demandato il compito di
concentrare il fascio ottico in avanti.
Poco prima del punto di fuoco viene posizionato un secondo specchio,
piano e di forma ellittica, inclinato a 45 gradi per deviare il
fascio luminoso verso il lato del tubo dove sono il sistema di messa
a fuoco e l'oculare. Per ridurre il rischio di aberrazione sferica è
necessario che lo specchio primario abbia una curvatura a sezione
parabolica anziché sferica. Lo specchio secondario viene tenuto in
posizione da una intelaiatura a raggi detta crociera (o spider in
inlgese), che deve essere il meno visibile possibile per non causare
luci riflesse.
Pregi
Il maggior pregio della configurazione Newton è la semplicità di
costruzione, che ha contribuito non poco alla sua enorme diffusione
presso il vasto pubblico degli astrofili, ma anche alla possibilità
di realizzare strumenti di diametro assai grande anche da parte di
autocostruttori. Astronomicamente parlando i telescopi Newton sono
adatti per ogni tipo di osservazione; la loro predilezione verso una
categoria di oggetti galattici piuttosto che un'altra nasce
dall'influenza che il rapporto di apertura ha sulle prestazioni: se
spinto a f/7 e oltre diventano eccellenti per osservare i pianeti
sistema solare, in quanto l'ostruzione causata dallo specchio
secondario diventa davvero bassa. Se il rapporto di apertura viene
forzato a f/4 essi diventano splendidi per la fotografia astronomica
di oggetti nel cielo profondo.
Difetti
Il difetto principale dei telescopi a configurazione Newton è la
presenza del cosiddetto “coma” cioè una aberrazione extra-assiale
che può arrivare a livelli molto fastidiosi, soprattutto nei modelli
a corto fuoco. In ogni caso è un difetto rimediabile in fase
progettuale con l'adozione di un gruppo di lenti correttrici
inserite lungo il cammino del fascio luminoso. Un'altro grosso
difetto sta nell'ingombro, che diventa notevole nei modelli di
grande apertura. Da non sottovalutare del tutto l'effetto disturbo
provocato dai moti convettivi che si creano per via del tubo aperto
alla sommità e che possono provocare un lieve ma visibile
decadimento della qualità dell'immagine osservata.
Configurazione Cassegrain
Il telescopio riflettore in configurazione Cassegrain è formato da due diversi specchi. Il primario ha curvatura sferica ed è parabolizzato; il secondario ha curvatura ellittica ed è iperbolizzato. Lo specchio primario viene forato centralmente e l'oculare per l'osservazione viene posizionato dietro ad esso, al termine del tubo dalla parte opposta all'apertura questo. Il percorso dei raggi luminosi in questo caso compie un doppio tragitto all'interno del tubo ottico e questo permette di ottenere lunghe focali pur mantenendo abbastanza compatta la lunghezza fisica dello strumento. Il principio è semplice: lo specchio primario raccoglie i raggi luminosi che entrano nel tubo e li fa convergere nel punto di fuoco dove si trova il secondario, che raccoglie a sua volta i raggi convergenti e li pilota verso il foro al centro del primario.
Configurazione Nasmyth
Il telescopio riflettore in configurazione Nasmyth è una variante della Cassegrain alla quale viene aggiunto un terzo specchio piano. È posizionato lungo l'asse di declinazione strumentale e serve ad “estrarre” il fuoco all'interno dell'asse; in tal modo l'osservazione avviene all'estremità dell'asse di declinazione dove sono montati gli strumenti di osservazione. Naturalmente in questa configurazione lo specchio primario non viene più forato.
Configurazione Ritchey-Chrétien
Quella di Ritchey-Chrétien è una configurazione che permette di realizzare telescopi di tipo “aplanatico”, esenti quindi da aberrazioni di tipo sferico e da coma. È formato da due specchi dotati di superfici particolari, non classiche dal punto di vista ottico, e possiede un campo ottico utile che va da 0,8 a 1,5 gradi. Per poter funzionare bene richiede una lente speciale detta “spianatrice di campo”. La tecnica della configurazione Ritchey-Chrétien è molto sofisticata ed è spesso utilizzata in strumenti professionali per aerofotogrammetria. Il vantaggio di questa configurazione ottica è la grande compattezza dello strumento che si riesce ad ottenere, dato che il tubo può arrivare ad essere lungo anche metà della lunghezza focale. Per poter accorciare ulteriormente la struttura portante è necessario ricorrere alla configurazione Maksutov.
Il telescopio Cassegrain e i suoi derivati
Il telescopio Cassegrain
La gran parte dei telescopi attualmente in uso è progettato secondo
la configurazione Newton o Cassegrain, con lunga focale e ridotto
campo di vista con notevole ingrandimento. Generalmente sono dotati
di uno specchio primario forato, un sistema di messa a fuoco
newtoniano, e un braccio meccanico che permette di montare diversi
specchi secondari. Una nuova era nella costruzione dei telescopi è
stata inaugurata dalla produzione del MMT; si tratta di un
telescopio “ad apertura multipla” formato da sei segmenti che
formano uno specchio virtuale del diametro di 4 metri e mezzo. È
stato seguito a breve dal Keck, un telescopio segmentato del
diametro virtuale di 10 metri.
La nuova generazione di telescopi attualmente in fase di costruzione
prevede specchi primari con un diametro che oscilla tra 8 e 10
metri. Si tratta di specchi molto sottili e deformabili che vengono
tenuti in posizione ottimale grazie al lavoro di una serie di
attuatori meccanici controllati da computer. Con questa tecnologia
sono in via di progettazione telescopi del diametro di 30, 50 e
addirittura 100 metri.
Il telescopio Schmidt Cassegrain
Meglio definito come “catadiottrico Schmidt-Cassegrain”, nasce da una variante della configurazione Cassegrain tradizionale. La sezione di entrambi gli specchi è sferica, ma all'inizio del percorso del fascio luminoso viene collocata una lastra correttrice dalla superficie asferica, che serve a introdurre un'aberrazione sferica uguale a quella che verrà prodotta dall'ottica a riflessione, ma naturalmente di segno opposto, in maniera che esse si annullino a vicenda. Nei modelli commerciali con questo tipo di configurazione la messa a fuoco si ha spostando lo specchio primario lungo l'asse. I vantaggi offerti da questa configurazione sono la compattezza, con tutto giovamento della ridotta montatura e della facilità di trasporto, il tubo chiuso che mantiene basse le turbolenze e la praticità d'uso dell'ottica che lo rende versatile per ogni genere di osservazioni. Il difetto maggiore viene dalla notevole ostruzione visiva prodotta dalla presenza dello specchio secondario e dal suo paraluce; essa provoca una visibile perdita di contrasto nei dettagli più fini di quel che si osserva. Per giunta la correzione dell'aberrazione sferica, pur se efficace grazie all'artificio della lastra di correzione, difficilmente raggiunge l'annullamento totale.
Il telescopio Maksutov Cassegrain
Anche questo viene ben definito come un catadiottrico
Maksutov-Cassegrain ed è una ennesima variante della configurazione
Cassegrain classica. Entrambi gli specchi hanno sezione sferica e
all'inizio del percorso del fascio luminoso viene montato un
“correttore a menisco”. Esso ha entrambe le superfici sferiche e la
sua funzione è quelal di introdurre nel sistema ottico
un'aberrazione sferica di valore uguale a quella prodotta
dall'ottica a riflessione del telescopio, ma di segno opposto, in
maniera da annullarla. Lo stesso principio usato nel precedente
telescopio per l'aberrazione cromatica. La configurazione
Maksutov-Cassegrain classica secondo Gregory prevede che lo specchio
secondario sia ottenuto “alluminando” la parte centrale interna del
menisco correttore. Questo trucco costruttivo riduce notevolmente
l'ostruzione centrale e rende molto più semplice sia la struttura
ottica ma soprattutto quella meccanica, dato che non serve la
presenza dello specchio secondario né del suo supporto. Questo
permette di migliorare notevolmente il contrasto. Come tutte le
medaglie anche questa ha il suo rovescio, che consiste dell'esigenza
di avere una lunga focale sul piano ottico.
Nella variante di configurazione detta Ru-Mak introduce invece uno
specchio secondario (purtroppo con relativo supporto come negli
Schmidt-Cassegrain) e consente di raggiungere rapporti di apertura
più versatili. I vantaggi di questa configurazione sono la
compattezza, il tubo chiuso con ridotta turbolenza e l'aplanaticità,
che abbatte il rischio di aberrazione sferica. Un problema operativo
nasce invece dal fatto che questi strumenti necessitano di un lungo
periodo di acclimatamento termico, imposto dallo spessore del
menisco. Spesso i produttori istallano appositi ventilatori per
agevolare l'equilibrio della temperatura interno/esterno. Sono
telescopi sono molto validi per osservare i pianeti del sistema
solare, le stelle doppie e oggetti del fondo cielo; purtroppo il
loro campo corretto è assai piccolo e ciò li penalizza nell'uso
fotografico.Questo articolo si compone dei seguenti capitoli:
Guida al telescopio
Telescopio riflettore
Montatura del telescopio
Telescopi da record
Come comprare il telescopio
giusto
Cosa valutare prima di
acquistare il telescopio
Link utili per conoscere e acquistare il
telescopio