MAGGIO 2004

I TELESCOPI

Un telescopio è un sistema ottico che ha il compito di raccogliere più luce rispetto a quanta ne possa raccogliere l'occhio umano.
Fondamentalmente, è costituito da una parte ottica (l'obiettivo che può essere a specchi o a lenti lenti) e da una parte meccanica (la montatura).

Le ottiche hanno il compito di raccogliere la luce proveniente da un oggetto distante e di formare un'immagine, mentre la montatura ha il compito di mantenere le ottiche allineate e di permettere il puntamento delle ottiche in una zona qualsiasi del cielo: più grande è il diametro dell'obiettivo del telescopio e più luce si riesce a raccogliere (e quindi più oggetti deboli si riescono a vedere).
Un telescopio può avere due diversi tipi di ottiche, gli specchi e le lenti: se utilizza come obiettivo delle lenti, allora si ha a che fare con un telescopio rifrattore, mentre se utilizza come obiettivo degli specchi, allora si ha a che fare con un telescopio riflettore.

IL RIFRATTORE I telescopi rifrattori utilizzano degli elementi ottici rifrangenti (le lenti) che hanno il compito di generare l'immagine. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice: l'obiettivo forma un'immagine reale (rimpicciolita e capovolta), che è ingrandita tramite un oculare, il quale ne consente un esame confortevole all'occhio (figura 2). Storicamente i rifrattori sono stati i primi telescopi ad essere costruiti, ed hanno avuto il loro periodo d'oro durante il secolo scorso quando furono costruiti obiettivi fino ad un metro di diametro: - il 101 cm dell'osservatorio di Yerkes (Williams Bay, USA) entrato in funzione nel 1897; - il 91.6 cm dell'osservatorio Lick (Monte Hamilton, USA) operativo dal 1888; - l'85 cm dell'osservatorio Meudon (Francia) in funzione dal 1889.

Figura 1 - Il telescopio Yerks

Il vantaggio principale di un rifrattore risiede nel fatto che si ha un obiettivo privo di ostruzione centrale (e quindi una più elevata nitidezza di immagine rispetto ad un riflettore) ed un tubo chiuso che rende lo strumento insensibile alla turbolenza dell'aria dentro l'osservatorio.

Gli svantaggi principali risiedono nel fatto che gli obiettivi a lenti risentono delle aberrazioni cromatiche ed hanno dei costi più elevati rispetto ai riflettori: i rifrattori sono strumenti a lunga focale (per ovviare all'aberrazione cromatica) e questo si traduce in una notevole lunghezza del tubo che comporta un sovradimensionamento della montatura; inoltre per costruire una lente si devono lavorare due superfici ottiche (i 2 lati della lente) e questo accresce ulteriormente i costi, visto che l'obiettivo di un rifrattore è formato da due o tre lenti accoppiate.

IL RIFLETTORE
I telescopi riflettori utilizzano come obiettivo degli elementi ottici riflettenti che hanno il compito di generare l'immagine.
Lo specchio principale (il primario) è uno specchio concavo o sferico, o parabolico, o iperbolico che riflette la luce proveniente da una sorgente posta all'infinito verso uno specchio secondario, il quale ha il compito di deviare l'immagine verso l'osservatore.
In funzione di come di come sono fatti gli specchi primario (S1) e secondario (S2) e da dove si forma l'immagine, si hanno diverse configurazioni di telescopi (figura 3):
- se l'immagine viene formata su un lato del tubo del telescopio attraverso uno specchio secondario piano (inclinato di 45°), allora si ha un telescopio Newton;
- se, invece, attraverso l'utilizzo di uno specchio secondario iperbolico l'immagine viene formata dietro lo specchio primario (che deve essere forato), si ottiene un telescopio Cassegrain;
- se si inserisce uno specchio piano (S3) tra il primario ed il secondario di un telescopio Cassegrain in modo da deviare l'immagine lateralmente facendola uscire attraverso l'asse di altezza, allora si ha un telescopio Nasmyth. Questo tipo di telescopio ha il vantaggio di permettere all'osservatore di rimanere sempre nella stessa posizione qualsiasi sia la zona di cielo puntata dallo strumento (ma è valido solo per montature altazimutali);
- se introduciamo un ulteriore specchio (S4) sul fuoco Nasmyth in modo da allungare la focale e quindi portare la luce lontana dal telescopio, otteniamo una configurazione Coudé, che ha il vantaggio di portare la luce a strumenti di grosse dimensioni che non possono essere montati sul telescopio.

Sia Galileo che Newton avevano ipotizzato l'utilizzo di specchi per costruire strumenti astronomici, però l'impossibilità di realizzare specchi sufficientemente riflettenti ritardò lo sviluppo e l'impiego dei telescopi riflettori.
Prima dello sviluppo dell'argentatura e dell'alluminatura, per creare degli specchi riflettenti si utilizzava una lega di rame e stagno (lo speculum, composto da 68% di rame e 32% di stagno) con cui si costruirono dei telescopi riflettori anche di notevoli dimensioni (per esempio, il 122 cm costruito da William Herschel nel 1789), ma che ad ogni riflessione perdevano il 40% della luce incidente, rendendo preferibile l'impiego dei rifrattori (si sa, in astronomia la luce è tutto…).
Nel 1856 sia Karl August Von Steinheil che Léon Foucault applicarono indipendentemente l'argentatura ai vetri per specchi astronomici e questo permise di costruire obiettivi per telescopi di notevoli dimensioni a prezzi contenuti.
Ormai i telescopi riflettori hanno soppiantato completamente i telescopi rifrattori e negli ultimi novanta anni sono stati costruiti telescopi riflettori sempre più grandi: a partire dal telescopio Hooke di Monte Wilson (USA) da 2.5 metri di diametro (in funzione dal 1907), si è passati per telescopio Hale da 5 metri di Monte Palomar (USA, operativo dal 1948) e per il telescopio sovietico da 6 metri BTA (operativo dal 1976), fino ad arrivare ai giganteschi telescopi di questi ultimi anni, quali il Keck Telescope (specchio segmentato da 10 metri, costruito sulla vetta del Mauna Kea (Hawaii, USA) ed entrato in funzione nel 1992), il Subaru Telescope (specchio monolitico da 8 metri, in costruzione sul Mauna Kea) ed il VLT (quattro telescopi da 8 metri equivalenti ad un telescopio da 16 metri, in costruzione sul Cerro Parnal (Deserto dell'Atacama, Cile)).

Figura 4 - Il telescopio Hale di Monte Palomar (USA)

Il vantaggio principale dei telescopi riflettori risiede nella loro "economicità" rispetto ai telescopi rifrattori.
Questa economicità si spiega con il fatto che:
- uno specchio si deve lavorare solo su una superficie, mentre una lente deve essere lavorata su due superfici);
- uno specchio può essere costruito facilmente con una corta focale in modo da contenere le dimensioni del tubo e della montatura;
- uno specchio è privo di aberrazione cromatica (presente invece nei rifrattori).

Gli svantaggi principali risiedono nel fatto che la presenza dello specchio secondario (e dei suoi sostegni) creano un'ostruzione, la quale fa diminuire il contrasto e la nitidezza dell'immagine, e che il tubo che regge le ottiche non è chiuso, per cui è sensibile alla turbolenza locale che può degradare l'immagine.