''Zenith'' on line

Periodico di Astronomia di base a cura del
Centro Astronomico "Neil Armstrong" - Salerno

Numero 24

Il telescopio ottico

di Andrea Mattei



Fino al XVI secolo gli astronomi, gli astrofili o chiunque altro avesse voluto osservare e studiare il cielo doveva farlo senza l'ausilio di un qualche strumento ottico
Poi, grazie a Galileo e Newton, iniziò una nuova era per l'astronomia; infatti questi illustri signori furono i primi a mettere a punto degli strumenti ottici per l'osservazione della volta celeste, strumenti sui cui principi fondamentali si basano anche i più moderni telescopi.

Fino a pochi decenni fa i telescopi erano a disposizione solo degli astronomi professionisti, ma al giorno d'oggi nell'era delle produzioni industriali si possono trovare sul mercato anche piccoli telescopi destinati a semplici appassionati di astronomia e ad un prezzo più o meno accessibile.
Vediamo allora un po' più dettagliatamente questo tipo di strumenti analizzandone il funzionamento e lo schema ottico, che, come abbiamo detto prima, è uguale sia per quelli amatoriali che per quelli professionali.

Prima di tutto facciamo una sostanziale distinzione tra tutti gli strumenti che esistono, che sono divisi in due principali categorie:
1- I telescopi a lente (detti rifrattori o galileliani);
2- I telescopi a specchio (detti riflettori o newtoniani).


I telescopi rifrattori.
Sono costituiti esclusivamente da lenti e si basano sul principio della rifrazione: la lente-obiettivo rivolta verso l'oggetto, che nel nostro caso un è astro, ne rifrange i raggi luminosi convergendoli in un piccolissimo punto posto all'altra estremità del tubo ottico; qui si forma dunque una minuscola immagine di ciò che si sta osservando, immagine che viene ingrandita e resa "leggibile" dall'occhio umano da una lente più piccola detta oculare che funge da vero e proprio microscopio alla quale appunto si accosta l'occhio.
Il telescopio rifrattore: schema ottico E' bene precisare che quanto più è grande l'obiettivo tanto migliori saranno le immagini risultanti. Come però è facilmente intuibile, aumentano di conseguenza anche i costi e la difficoltà di realizzazione, che deve minimizzare certi difetti delle lenti noti col nome di aberrazioni.
Quando infatti quando un fascio luminoso attraversa una lente, questa, nel rifrangerlo, lo scompone in tanti raggi di diverso colore che possono andare a convergere ("a fuoco") in punti differenti: questo difetto è detto aberrazione cromatica. Un altro problema è rappresentato dall'aberrazione sferica, cioè una differente deviazione dei raggi luminosi a seconda della distanza che essi hanno dal centro ottico: questo difetto dipende essenzialmente dalla qualità di lavorazione delle lenti, ed è quindi direttamente proporzionale alle dimensioni dell'obiettivo (in altre parole, più è grande l'obiettivo più sono marcati i difetti di aberrazione).Il telescopio rifrattore
Le aberrazioni vengono leggermente attenuate se la lente ha una lunghezza focale (cioè la distanza a cui il fascio luminoso va a fuoco) molto pronunciata. Ma il potere risolutivo di un obiettivo, cioè la sua capacità di separare due stelle che appaiono vicinissime tra loro, dipende dal suo diametro, e poiché ad un piccolo aumento di questo corrisponde un grande aumento della focale, in passato ciò ha portato alla costruzione di telescopi lunghissimi; obiettivi di soli 20 cm avevano una lunghezza focale di decine di metri con i conseguenti problemi tecnici che ne scaturivano, come manovrabilità e stabilità.
Attualmente però si usa eliminare queste aberrazioni, o per lo meno le si attenuano, ponendo dietro l'obiettivo un'altra lente che provoca esattamente lo stesso difetto però in maniera inversa, in modo che gli errori delle lenti si compensano. Questo nuovo obiettivo formato da due lenti prende il nome di doppietto acromatico. Con questo sistema si possono costruire telescopi con obiettivi di grande diametro senza ricorrere ad una eccessiva lunghezza focale.
I telescopi rifrattori rispetto ai riflettori offrono un'immagine un po' più nitida e contrastata a parità di diametro; il tubo chiuso poi consente di limitare le turbolenze dell'aria all'interno del tubo stesso con una conseguente immagine più calma.
Questo tipo di telescopi tendono ad essere sempre meno usati dagli astrofili a causa dei loro alti costi di produzione, a meno di accontentarsi di rifrattori di qualità spesso infima.

I telescopi riflettori.
Nel 1672 Isaac Newton, per aggirare l'ostacolo, o meglio i difetti provocati dalle lenti, pensò che invece di progettare un obiettivo acromatico forse era meglio fare a meno delle lenti stesse.
Il telescopio riflettore Newton: schema ottico Ma come fare? Egli provò dunque a sostituire l'obiettivo a lente con uno specchio concavo che convogliava i raggi luminosi tutti in un punto, proprio come faceva una qualsiasi lente. I risultati furono più che soddisfacenti: Il telescopio riflettore Newtoninfatti lo specchio non rifrangeva i raggi luminosi ma li rifletteva, per cui non scomponeva la luce nei suoi colori fondamentali rischiando l'aberrazione cromatica, tipica conseguenza della rifrazione, ottenendo cosi un'immagine decisamente migliore. Dal momento però che le immagini si formavano davanti allo specchio, Newton dovette porre uno specchietto secondario, stavolta piano ed inclinato a 45 gradi rispetto al primario in modo da deviare i raggi luminosi di lato per facilitare l'osservazione senza così ostruire l'ingresso della luce nel telescopio.
Per i gli amanti della geometria solida si può accennare al fatto che lo specchio concavo nei telescopi newtoniani (così sono detti i telescopi a specchio, dal nome del loro inventore) non è esattamente a sezione sferica. Uno specchio concavo la cui curvatura è esattamente un arco di circonferenza produce infatti delle aberrazioni sferiche; per ovviare a tutto ciò, allo specchio viene dunque data una curvatura particolare, precisamente parabolica.
Il telescopio riflettore Cassegrain: schema ottico Nel telescopio di Newton, come nei rifrattori, il potere risolutivo dipende dal diametro dell'obiettivo, che qui, lo ripetiamo, è uno specchio e non una lente. Ma la lavorazione di uno specchio non è assolutamente uguale a quella di una lente dello stesso diametro: la lente richiede molta più cura e lavorazione, e più aumenta il diametro più aumentano le difficoltà. Ciò è empiricamente dimostrato dal fatto che la più grande lente esistente è di circa un metro mentre il più grande specchio misura circa sei metri.
Il telescopio riflettore Schmidt-CassegrainAnche se una lente finemente lavorata offre immagini leggermente migliori come qualità rispetto a quelle ottenute da uno specchio, però quest'ultimo risulta essere meno costoso a parità di diametro. Per questa ragione, nel mercato di telescopi amatoriali, si è avuta una vera e propria invasione da parte di piccoli telescopi riflettori.
Una delle differenze più evidenti del telescopio riflettore rispetto al rifrattore sta nel fatto che esso è aperto, cioè il tubo che contiene le ottiche non è chiuso. Per tal motivo nel tubo possono avvenire fenomeni di turbolenza, provocata dalla diversa temperatura che c'è tra l'interno del tubo e l'esterno.
In seguito il telescopio di Newton subì delle modifiche. Altri studiosi utilizzarono Il telescopio riflettore Schmidt-Cassegrain: schema otticocome obiettivo uno specchio forato al centro e posero lo specchietto secondario parallelamente al primario in modo che deviasse i raggi da esso riflessi all'indietro e proprio in questo foro dove all'estremità veniva posto l'oculare. Il primo a ideare questa soluzione fu il fisico francese N. Cassegrain che nel 1672 realizzò questo strumento, la cui configurazione ottica prese appunto il nome dal suo ideatore. Per vederne una ulteriore evoluzione bisognerà aspettare fino al 1930 quando l'ottico B.V. Schmidt modificò ancora il telescopio di Cassegrain ponendo davanti al tubo una sottile lastra di vetro lavorata Il telescopio riflettore Maksutov-Cassegrain: schema otticoin modo tale da eliminare l'aberrazione sferica provocata da uno specchio a sezione sferica (di più facile realizzazione e meno costoso), ottenendo nel contempo uno strumento a tubo chiuso come i rifrattori. I telescopi di Schmidt racchiudono in sé più o meno il meglio per prestazioni, costo, ingombro e robustezza. Una tale configurazione ottica, detta Schmidt-Cassegrain, fornisce la soluzione ideale per strumenti portatili di un discreto diametro: dato infatti che i raggi luminosi vengono riflessi varie volte non è necessario avere un tubo lungo quanto la lunghezza focale dell'obiettivo a lente di pari diametro. Sulle basi di Cassegrain e Schmidt sono state realizzate una serie di altre configurazioni ottiche. Una di queste è la Maksutov-Cassegrain, che prevede una lastra correttrice simile a quella di Schmidt; questa configurazione è molto usata in fotografia nella costruzione di teleobiettivi a specchio, in cui il secondario risulta essere una sottile pellicola riflettente incollata alla lente correttrice, a tutto vantaggio della leggerezza del sistema.