il Telescopio

Che cosa è il telescopio - Il telescopio è uno strumento ottico che, attraverso specchi o lenti, raccogli la luce proveniente da soggetti lontani e presenta all'occhio dell'osservatore una loro immagine ingrandita. Esso presenta due caratteristiche principali:

 1.   può raccogliere più luce di quanto non possa fare l'occhio umano, quindi rende agevole l'osservazione di oggetti poco luminosi, o estremamente distanti;

2.   rileva particolari più minuti grazie ad un maggiore potere risolutivo. Questo cresce con l'aumentare dell' apertura (diametro dell'obiettivo).

Conseguentemente più è grande il telescopio, più si vede. E' per questo che si sono costruiti telescopi sempre più grandi, fino a raggiungere aperture di svariati metri. Questa affermazione è vera se paragoniamo telescopi con uno stesso schema ottico e di eguale qualità, quindi può verificarsi che piccoli telescopi ma ben corretti, si comportino meglio di altri più grandi. Ma come è fatta la carta di identità di un telescopio? Le caratteristiche salienti di uno strumento sono il diametro, la focale, lo schema e la correzione ottica.

Il diametro - E' forse la caratteristica più importante di uno strumento perché più è grande l'obiettivo e più si vede, sia sotto il profilo degli oggetti deboli sia sotto quello dei minimi particolari. Così un telescopio di 80 mm permette di far apprezzare stelle 100 volte più deboli di quelle visibili ad occhio nudo, mentre telescopi di 40 o più centimetri ci mostrano stelle di magnitudine 15. Determinante per la magnitudine limite è la qualità del cielo e l'inquinamento luminoso.

Un telescopio da 10 cm sotto un cielo terso e scuro di alta montagna è sensibilmente migliore di un 30 cm in città. Infatti l'inquinamento luminoso dei centri abitati ci nasconde la fievole luce che gi giunge dal cosmo. La risoluzione si esprime in secondi d'arco che si trova con la formula

potere risolutivo = 120 / D

dove D è il diametro del telescopio espresso in millimetri. C'è da considerare però che l'atmosfera limita questo potere a circa 1" e quindi raramente si potranno utilizzare aperture maggiori 120mm (120/120= 1").

La focale - La focale è la distanza che serve all'obiettivo per focalizzare l'immagine. Così quando leggeremo F 1200 mm significa che luce dall'obiettivo al fuoco, percorre 1200 mm. Il rapporto focale o  d'apertura è invece la relazione che si ha tra la focale e il diametro dell'obiettivo. Si trova con la formula

rapporto focale = F telescopio / D obiettivo

Conoscerne il valore è di fondamentale importanza per finalizzare le nostre osservazioni. Infatti rapporti d'apertura molto piccoli (f/3; f/4) sono sconsigliati per l'osservazione planetaria ed ad risoluzione. Strumenti così aperti sono otticamente più difficili da lavorare e quindi meno corretti. Hanno però il pregio di essere molti luminosi in fotografia, il ciò significa tempi d'esposizione relativamente brevi. Si sono ampiamente diffusi telescopi con rapporto focale intermedio, come gli Shmild - Cassegrain a f/10, che si propongono come strumenti tuttofare, sia per luna e pianeti, sia per profondo cielo.

Gli schemi ottici - Un'altra importante caratteristica del telescopio è lo schema ottico; il sistema di specchi o lenti che serve converge la luce nel punto focale. Distinguiamo il rifrattore, che usa delle lenti; il riflettore, composto da specchi opportunamente lavorati,  ed il cadriottico, un ibrido tra i due.

Il Rifrattore - Il rifrattore utilizzana una o più lenti che distorcono la luce e la convergono verso il fuoco. Offrono immagini contrastate, hanno un fattore di otturazione pari a zero ma, a parità di diametro, sono anche i più costosi. Vennero utilizzati per la prima volta da Galileo. Egli con uno strumento da appena 2,5 cm di diametro affetto da enormi aberrazioni riuscì a osservare i satelliti di Giove (detti anche galileiani in suo onore), i crateri lunari e la strana forma ovalizzata di Saturno (che poi si scoprì fosse un anello). Con lo sviluppo della tecnologia oggi possiamo distinguerne diversi modelli.

Il rifrattore cromatico è sicuramente il più antico e semplice, ma anche quello con qualità più bassa, presentando una sola lente biconvessa. Non  viene più utilizzato da molto e trova spazio solo ai primordi della storia del telescopio. Veniva costruito con rapporti focali molto chiusi, al fine di ridurre il cromatismo altrimenti inaccettabile. Clicca sulla parola per vederne lo schema.

Il rifrattore acromatico ha due lenti con diverso indice di rifrazione essendo una di vetro crown e una di flint: Rispetto al cromatico, ha una  correzione ottica maggiore, soprattutto sul cromatismo. Oggi è  il più diffuso e ha prezzi ragionevoli sotto il diametro dei 10cm. Clicca sulla parola per vederne lo schema.

Il rifrattore apocromatico rappresenta il non plus ulta del rifrattore, possiede tre o più lenti costruite con vetro a bassa dispersione. Offre immagini ad alta risoluzione e con un contrasto eccezionale.  Ha un campo corretto ampio che lo rende molto utile nella fotografia a lunga esposizione, il cromatismo è praticamente assente. Clicca sulla parola per vederne lo schema.

Riflettore - Il riflettore utilizza anziché lenti due specchi. Venne inventato da Isaac Newton e descritto nelle sue Lectiones Opticae del 1669. Questo telescopio è formato da uno specchio parabolico che converge la luce verso uno specchietto, detto secondario, che devia il fascio ottico verso il fuoco.  Ha il vantaggio di essere, a parità di diametro, più economico del rifrattore ma, avendo l'ostruzione del secondario e dei sui sostegni, offre a parità di diametro immagini meno contrastate e risolute.  A seconda dello schema ottico il riflettore assume determinati nomi, spesso dettati dai loro inventori

Il Newton, progettato da Isaac Newton, ha il secondario inclinato di 45° rispetto all'asse ottico, deviandolo di 90° verso l'esterno del tubo. Quindi il fuoco si trova ad un lato del tubo e non ad un'estremità come nel rifrattore. 

ll Cassegrain  ha il secondario di forma sferica, esso devia il fascio ottico di 180° verso il primario che ha un foro nel suo centro. Il fuoco si trova dietro di esso. Generalmente questa configurazione ha una rapporto focale molto chiuso pèrché il secondario moltiplica la focale originale di circa cinque volte.Oltre al Newton e al Cassegrain esistono altri riflettori come il Ritchey - Chrétien, il Gregoriano, l'Herscheliano, il Dall - Kirkham, il Pressmann - Camichel e altri ancor più complessi che hanno un sistema che esclude il secondario.

Catadiottrico - Il catadiottrico utilizza sia specchi che lenti. Generalmente sono riflettori che hanno un menisco anteriore di potere disvergente. Esso serve per avere una maggiore correzione delle aberrazioni. Distinguiamo due diversi modelli di catadiottrici, ma qui evidenzieremo il Maksutov e Shmild - Cassegrain.

Lo Schmild - Cassegrain lo Ideò Berhard Schmid alla fine degli anni Venti unendo un riflettore con primario asferico e secondario sferico con una lastra correttrice che avendo potere convergente al centro e divergente ai lati,corregge buona parte delle aberrazioni. Compattezza e potenza lo hanno fatto best seller dell'astrofilo che vuole il massimo da uno strumento, che non sia però troppo ingombrante. Il rapporto focale è intorno ad f/10, quindi non molto luminoso, ma con appositi riduttori di focale è possibile portarlo a f/6,3. Per i ccd esistono riduttori di focale a f/3,3 che si adattano bene alla piccola dimensione del sensore. Infatti in fotografia sono sconsigliati perchè il campo corretto è molto esiguo.

Il Maksutow è molto simile allo shmildt - cassegrain, l'unica differenza è che invece di una lastra correttrice, monta un menisco. Spesso il secondario è sostituito da un'alluminatura sul menisco stesso, che ha la stessa curvatura dello specchio primario.

la Storia

La storia del telescopio inizia nel XIII secolo, quando esperti vetrai costruiscono le prime lenti. Solo nel Cinquecento si diffonde l'idea di metterle insieme per far apparire gli oggetti lontani, vicini ma senza una teoria ottica.  Keplero, astronomo e filosofo tedesco, fu un attento lettore dei manuali dell'epoca che approfondivano le conoscenze dell'ottica, con le quali costruì il  suo primo telescopio, costituito da lenti convesse sia come obiettivo sia come oculare.

Velocemente il telescopio si diffonde e ne vengono costruiti di diversi modelli, con differenti schemi ottici, uno di questi sarà il  "galileiano" (oculare biconvesso e oculare concavo, a immagine raddrizzata): Galileo si dimostrò un buon artigiano nella fabbricazione dei cannocchiali: il migliore aveva un ingrandimento di trenta volte e, anche se con l'obiettivo rotto in più pezzi, disponeva di un potere risolutivo di circa 10 secondi d'arco, sufficienti per distinguere Giove dai suoi satelliti. 

Gli obiettivi di questi primordiali telescopi, avendo una sola lente, erano affetti da un forte cromatismo, l'unica soluzione era costruirli con focali lunghissime in modo da attenuare il difetto. Così si ebbero rifrattori con focali di anche 50 metri (!). In seguito, con il telescopio acromatico che accoppiava due lenti con indice di rifrazione diverso, venne attenuato il difetto.

Il più grande dei rifrattori fu quello di Yerkes,  ultimato alla fine del XIX secolo. Ha un obiettivo da ben 102 cm, ma non verranno più costruiti rifrattori così grandi: le superfici da lavorare sono quattro e non due come quelle degli specchi, inoltre aumentando il diametro della lente aumenta anche lo spessore e la luce viene in gran parte assorbita dall'obiettivo. Così si aprì la strada per i riflettori, strumenti che riflettono la luce senza assorbirla eliminando il difetto di cromatismo. Il primo a costruire uno fu Newton. Herschel alla fine del Settecento apportò grandi perfezionamenti, costruendone uno da 122 cm. Cento anni dopo, Lord Rosse arriverà ad 1,8 metri, aprendo la strada ai grandi telescopi moderni. Uno dei più importanti è stato quello di Monte Palomar, avendo uno specchio da ben 5 metri di diametro. Fu ardua impresa costruire uno specchio monolitico di quelle dimensioni: il progetto iniziò nel 1928 che vide sua fine il 3 giugno 1948, data della sua inaugurazione.  Recentemente  si è diffusa l'ottica adattiva. Essa ha lo specchi primario formato da tanti tasseli che convergono in un fuoco comune, sotto dei quali dei pistoni muovo lo specchio compensando la turbolenza atmosferica.  Nel 1990 venne mandato in orbita il Telescopio Spaziale Hubble: stando fuori l'atmosfera non è influenzato da essa e offre immagini ad alta risoluzione sebbene disponendo di uno specchio di 2,4 m.

Il futuro del telescopio

In futuro, con le nuove tecnologie, verranno costruiti telescopi sempre più potenti. E' in progettazione un telescopio da ben 100 metri di diametro, che dovrebbe essere terminato intorno al 2016. Ma la priorità massima dell'astronomia americana per i prossimi 10 anni per quanto riguarda la costruzione di nuovi strumenti sarà la realizzazione del successore del telescopio Hubble, battezzato Next Generation Space Telescope.