frac{12,6{{{text{m}}^{2}}{0,79{{{text{m}^{2}}=16. Quindi, con 16 volte l’area, un telescopio da 4 m raccoglie 16 volte la luce di un telescopio da 1 m.
Dopo che il telescopio forma un’immagine, abbiamo bisogno di un modo per rilevarla e registrarla in modo da poter misurare, riprodurre e analizzare l’immagine in vari modi. Prima del diciannovesimo secolo, gli astronomi osservavano semplicemente le immagini con i loro occhi e scrivevano descrizioni di ciò che vedevano. Questo era molto inefficiente e non portava a una registrazione a lungo termine molto affidabile; si sa dai programmi di criminalità in televisione che i resoconti dei testimoni oculari sono spesso imprecisi.
Nel diciannovesimo secolo, l’uso della fotografia si è diffuso. A quei tempi, le fotografie erano una registrazione chimica di un’immagine su una lastra di vetro appositamente trattata. Oggi, l’immagine viene generalmente rilevata con sensori simili a quelli delle fotocamere digitali, registrata elettronicamente e immagazzinata nei computer. Questa registrazione permanente può essere utilizzata per studi dettagliati e quantitativi. Gli astronomi professionisti guardano raramente attraverso i grandi telescopi che usano per le loro ricerche.
Formazione di un’immagine tramite una lente o uno specchio
Figura 3: Formazione di un’immagine con una lente semplice. I raggi paralleli provenienti da una sorgente lontana vengono piegati dalla lente convessa in modo che si riuniscano tutti in un unico punto (il fuoco) per formare un’immagine.
Che si indossino o meno gli occhiali, si vede il mondo attraverso le lenti; esse sono elementi chiave dei nostri occhi. Una lente è un pezzo di materiale trasparente che piega i raggi di luce che la attraversano. Se i raggi di luce sono paralleli quando entrano, la lente li riunisce in un punto per formare un’immagine (Figura 3). Se le curvature delle superfici della lente sono giuste, tutti i raggi di luce paralleli (per esempio, da una stella) sono piegati, o rifratti, in modo tale che convergono verso un punto, chiamato il fuoco della lente. Al fuoco, appare un’immagine della sorgente luminosa. Nel caso di raggi di luce paralleli, la distanza dalla lente al punto in cui i raggi di luce si concentrano, o immagine, dietro la lente si chiama lunghezza focale della lente.
Guardando la figura 3 ci si può chiedere perché due raggi di luce dalla stessa stella dovrebbero essere paralleli tra loro. Dopo tutto, se disegnate una stella che brilla in tutte le direzioni, i raggi di luce provenienti dalla stella non sembrano affatto paralleli. Ma ricorda che le stelle (e altri oggetti astronomici) sono tutte estremamente lontane. Quando i pochi raggi di luce puntati verso di noi arrivano effettivamente sulla Terra, sono, per tutti gli scopi pratici, paralleli tra loro. In altre parole, tutti i raggi che non erano paralleli a quelli puntati verso la Terra sono ora diretti in qualche direzione molto diversa nell’universo.
Per vedere l’immagine formata dalla lente di un telescopio, usiamo una lente aggiuntiva chiamata oculare. L’oculare mette a fuoco l’immagine a una distanza che è direttamente visualizzabile da un uomo o in un posto conveniente per un rivelatore. Usando diversi oculari, possiamo cambiare l’ingrandimento (o dimensione) dell’immagine e anche reindirizzare la luce in un luogo più accessibile. Le stelle sembrano punti di luce, e ingrandirle non fa molta differenza, ma l’immagine di un pianeta o di una galassia, che ha una struttura, può spesso beneficiare di un ingrandimento.
Molte persone, quando pensano a un telescopio, immaginano un lungo tubo con una grande lente di vetro a un’estremità. Questo design, che usa una lente come elemento ottico principale per formare un’immagine, come abbiamo discusso, è noto come rifrattore (Figura 4) e un telescopio basato su questo design è chiamato telescopio rifrattore. I telescopi di Galileo erano rifrattori, come i binocoli e gli occhiali da campo di oggi. Tuttavia, c’è un limite alle dimensioni di un telescopio rifrattore. Il più grande mai costruito fu un rifrattore da 49 pollici costruito per l’Esposizione di Parigi del 1900, e fu smantellato dopo l’Esposizione. Attualmente, il più grande telescopio rifrattore è il rifrattore da 40 pollici dell’Osservatorio Yerkes nel Wisconsin.
Figura 4: telescopi rifrangenti e riflettenti. La luce entra in un telescopio rifrattore attraverso una lente all’estremità superiore, che mette a fuoco la luce vicino alla parte inferiore del telescopio. Un oculare poi ingrandisce l’immagine in modo che possa essere vista dall’occhio, o un rivelatore come una lastra fotografica può essere posto al fuoco. L’estremità superiore di un telescopio a riflessione è aperta, e la luce passa attraverso lo specchio situato nella parte inferiore del telescopio. Lo specchio poi mette a fuoco la luce all’estremità superiore, dove può essere rilevata. In alternativa, come in questo disegno, un secondo specchio può riflettere la luce in una posizione esterna alla struttura del telescopio, dove un osservatore può avere un accesso più facile ad essa. I telescopi professionali degli astronomi sono più complicati di questo, ma seguono gli stessi principi di riflessione e rifrazione.
Un problema con un telescopio rifrattore è che la luce deve passare attraverso la lente di un rifrattore. Questo significa che il vetro deve essere perfetto fino in fondo, e si è dimostrato molto difficile fare grandi pezzi di vetro senza difetti e bolle. Inoltre, le proprietà ottiche dei materiali trasparenti cambiano un po’ con le lunghezze d’onda (o colori) della luce, quindi c’è qualche distorsione aggiuntiva, nota come aberrazione cromatica. Ogni lunghezza d’onda si concentra in un punto leggermente diverso, facendo apparire l’immagine sfocata.
Inoltre, poiché la luce deve passare attraverso la lente, la lente può essere sostenuta solo intorno ai suoi bordi (proprio come le montature dei nostri occhiali). La forza di gravità farà sì che una grande lente si afflosci e distorca il percorso dei raggi di luce mentre la attraversano. Infine, poiché la luce passa attraverso di essa, entrambi i lati della lente devono essere fabbricati esattamente nella forma giusta per produrre un’immagine nitida.
Un diverso tipo di telescopio utilizza uno specchio primario concavo come elemento ottico principale. Lo specchio è curvo come la superficie interna di una sfera, e riflette la luce per formare un’immagine (Figura 4). Gli specchi dei telescopi sono rivestiti con un metallo lucido, di solito argento, alluminio o, occasionalmente, oro, per renderli altamente riflettenti. Se lo specchio ha la forma corretta, tutti i raggi paralleli vengono riflessi nello stesso punto, il fuoco dello specchio. Così, le immagini sono prodotte da uno specchio esattamente come da una lente.
Figura 5. Disposizioni di messa a fuoco per telescopi a riflessione: Telescopi a riflessione hanno diverse opzioni per dove la luce viene portata a fuoco. Con la messa a fuoco primaria, la luce viene rilevata dove arriva a fuoco dopo la riflessione dallo specchio primario. Con la messa a fuoco newtoniana, la luce viene riflessa da un piccolo specchio secondario fuori da un lato, dove può essere rilevato (vedi anche ). La maggior parte dei grandi telescopi professionali hanno un fuoco Cassegrain in cui la luce viene riflessa dallo specchio secondario verso il basso attraverso un foro nello specchio primario ad una stazione di osservazione sotto il telescopio.
Telescopi progettati con specchi evitare i problemi di telescopi rifrangenti. Poiché la luce viene riflessa solo dalla superficie frontale, difetti e bolle nel vetro non influenzano il percorso della luce. In un telescopio progettato con specchi, solo la superficie frontale deve essere fabbricata in una forma precisa, e lo specchio può essere sostenuto dal retro. Per queste ragioni, la maggior parte dei telescopi astronomici di oggi (sia amatoriali che professionali) usano uno specchio piuttosto che una lente per formare un’immagine; questo tipo di telescopio è chiamato telescopio riflettente. Il primo telescopio riflettente di successo fu costruito da Isaac Newton nel 1668.
In un telescopio riflettente, lo specchio concavo è posto sul fondo di un tubo o di una struttura aperta. Lo specchio riflette la luce su per il tubo per formare un’immagine vicino all’estremità anteriore in una posizione chiamata fuoco principale. L’immagine può essere osservata al fuoco principale, oppure specchi aggiuntivi possono intercettare la luce e reindirizzarla in una posizione dove l’osservatore può vederla più facilmente (Figura 5). Dal momento che un astronomo al primo fuoco può bloccare gran parte della luce che arriva allo specchio principale, l’uso di un piccolo specchio secondario permette a più luce di passare attraverso il sistema.
Scegliere il proprio telescopio
Se il corso di astronomia che stai seguendo ti fa venire voglia di esplorare ulteriormente il cielo, potresti pensare di comprare un telescopio personale. Molti eccellenti telescopi amatoriali sono disponibili, e qualche ricerca è necessaria per trovare il modello migliore per le tue esigenze. Alcune buone fonti di informazione sui telescopi personali sono le due popolari riviste statunitensi rivolte agli astronomi dilettanti: Sky & Telescope e Astronomy. Entrambe riportano regolarmente articoli con consigli, recensioni e pubblicità di rispettabili rivenditori di telescopi.
Alcuni dei fattori che determinano quale telescopio è giusto per te dipendono dalle tue preferenze:
- Vuoi installare il telescopio in un posto e lasciarlo lì, o vuoi uno strumento che sia portatile e possa venire con te in escursioni all’aperto? Quanto dovrebbe essere portatile, in termini di dimensioni e peso?
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- Vuoi osservare il cielo solo con gli occhi, o vuoi scattare fotografie? (La fotografia a lunga esposizione, per esempio, richiede un buon orologio che faccia girare il telescopio per compensare la rotazione terrestre)
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- Quali tipi di oggetti vuoi osservare? Sei interessato principalmente a comete, pianeti, ammassi di stelle o galassie, o vuoi osservare tutti i tipi di oggetti celesti? Per questo motivo, potresti voler “provare” prima alcuni telescopi. La maggior parte delle comunità hanno club di astronomia amatoriale che sponsorizzano star party aperti al pubblico. I membri di questi club spesso sanno molto sui telescopi e possono condividere le loro idee con te. Il tuo istruttore potrebbe sapere dove si riunisce il club di astronomia amatoriale più vicino; oppure, per trovare un club vicino a te, usa i siti web suggeriti nell’Appendice B.
Inoltre, potresti già avere uno strumento come un telescopio a casa (o averne accesso tramite un parente o un amico). Molti astronomi dilettanti raccomandano di iniziare l’osservazione del cielo con un buon binocolo. Quando sei pronto ad acquistare un telescopio, potresti trovare utili le seguenti idee:
- La caratteristica chiave di un telescopio è l’apertura dello specchio principale o della lente; quando qualcuno dice di avere un telescopio da 6 o 8 pollici, intende il diametro della superficie di raccolta. Più grande è l’apertura, più luce si può raccogliere, e più deboli sono gli oggetti che si possono vedere o fotografare.
- Telescopi di una data apertura che utilizzano lenti (rifrattori) sono tipicamente più costosi di quelli che utilizzano specchi (riflettori) perché entrambi i lati di una lente devono essere lucidati con grande precisione. E, poiché la luce passa attraverso di essa, la lente deve essere fatta interamente di vetro di alta qualità. Al contrario, solo la superficie frontale di uno specchio deve essere accuratamente lucidata.
- L’ingrandimento non è uno dei criteri su cui basare la scelta di un telescopio. Come abbiamo discusso, l’ingrandimento dell’immagine è fatto da un oculare più piccolo, quindi l’ingrandimento può essere regolato cambiando gli oculari. Tuttavia, un telescopio ingrandirà non solo l’oggetto astronomico che state osservando, ma anche la turbolenza dell’atmosfera terrestre. Se l’ingrandimento è troppo alto, la tua immagine brillerà e tremolerà e sarà difficile da vedere. Un buon telescopio viene fornito con una varietà di oculari che rimangono entro la gamma di ingrandimento utile.
- La montatura di un telescopio (la struttura su cui poggia) è uno dei suoi elementi più critici. Poiché un telescopio mostra un piccolo campo visivo, che viene ingrandito in modo significativo, anche la più piccola vibrazione o scossone del telescopio può spostare l’oggetto che si sta guardando intorno o fuori dal campo visivo. Una montatura robusta e stabile è essenziale per una seria osservazione o fotografia (anche se chiaramente influisce su quanto portatile possa essere il vostro telescopio).
- Un telescopio richiede un po’ di pratica per impostare e utilizzare in modo efficace. Non aspettatevi che tutto vada alla perfezione al primo tentativo. Prendetevi del tempo per leggere le istruzioni. Se nelle vicinanze c’è un club di astronomia amatoriale, usalo come risorsa.
Un telescopio raccoglie la debole luce dalle fonti astronomiche e la porta a fuoco, dove uno strumento può ordinare la luce in base alla lunghezza d’onda. La luce viene poi indirizzata a un rilevatore, dove viene fatta una registrazione permanente. Il potere di raccolta della luce di un telescopio è determinato dal diametro della sua apertura, o apertura, cioè dall’area della sua lente o specchio più grande o primario. L’elemento ottico primario in un telescopio è una lente convessa (in un telescopio rifrattore) o uno specchio concavo (in un riflettore) che porta la luce a fuoco. La maggior parte dei grandi telescopi sono riflettori; è più facile produrre e sostenere grandi specchi perché la luce non deve passare attraverso il vetro.
Glossario
apertura: diametro della lente primaria o dello specchio di un telescopio
Aberrazione cromatica: distorsione che fa apparire un’immagine sfocata quando ogni lunghezza d’onda che entra in un materiale trasparente si focalizza in un punto diverso
detector: dispositivo sensibile alla radiazione elettromagnetica che registra le osservazioni astronomiche
oculare: lente d’ingrandimento usata per visualizzare l’immagine prodotta dall’obiettivo o dallo specchio primario di un telescopio
focus: (di un telescopio) punto in cui i raggi di luce convergenti da uno specchio o da una lente si incontrano
primo fuoco: punto di un telescopio in cui l’obiettivo o lo specchio primario focalizza la luce
telescopio a riflessione: telescopio in cui il principale collettore di luce è uno specchio concavo
telescopio rifrattore: telescopio in cui il principale collettore di luce è una lente o un sistema di lenti
telescopio: strumento per raccogliere la luce visibile o altra radiazione elettromagnetica
