slide - Euresis

Il cannocchiale di Galileo e
gli sviluppi delle tecnologie
ottiche nel XVII secolo
Giuseppe Molesini
CNR - Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Firenze
Sommario
1 Il “ritrovamento” del principio del
cannocchiale da parte di Galileo
2 Tecnologia di produzione delle lenti
2.1
2.2
2.3
2.4
Sgrossatura
Generazione della forma
Lucidatura
Collaudo
3 Caratteri delle lenti del XVII secolo
Cronologia
•
•
•
•
•
1592 Galileo si trasferisce a Padova
1600 Nasce la prima figlia (Virginia)
1601 Nasce la seconda figlia (Livia)
1606 Nasce il terzo figlio (Vincenzio)
1609 Arriva la notizia di un nuovo strumento
ottico che avvicina le cose lontane
… Dovete dunque sapere, come sono circa a 2 mesi che qua fu sparsa fama
che in Fiandra era stato presentato al Conte Mauritio un occhiale, fabbricato
con tale artifitio, che le cose molto lontane le faceva vedere come vicinissime,
sì che un huomo per la distantia di 2 miglia si poteva distintamente vedere.
Questo mi parve affetto tanto maraviglioso, che mi dette occasione di pensarvi
sopra; e parendomi che dovessi havere fondamento su la scientia di prospettiva,
mi messi a pensare sopra la sua fabbrica: la quale finalmente ritrovai, e così
perfettamente, che uno che ne ho fabbricato, supera di assai la fama di quello
di Fiandra. Et essendo arrivato a Venetia voce che ne havevo fabbricato uno,
sono 6 giorni che sono stato chiama[to] dalla Ser. ma Signioria, alla quale mi è
convenuto mostrarlo et [in]sieme a tutto il Senato, con infinito stupore di tutti; e
sono stati moltissimi i gentil'huomini e senatori, li quali, benchè vecchi, hanno
più d'una volta fatte le scale de' più alti campanili di Vene[tia] per scoprire
in mare vele e vasselli tanto lontani, che venendo a tutte vele verso il porto,
passavano 2 hore e più di tempo avanti che, senza il mio occhiale, potessero
essere veduti: perchè in somma l'effetto di questo strumento è il rappresentare
quell'oggetto che è, ver[bi] gratia, lontano 50 miglia, così grande e vicino come
se fussi lontano miglia 5.
(Lettera di Galileo a Benedetto Landucci, 29 agosto 1609)
21 Agosto1 . Andai io [Antonio q.m]2 Geronimo Priuli Procurator in Campanil
di S. Marco con l`Ecc.te Gallileo, et S. Zaccaria Contarini q.m Bertucci,
e S. Lodovico Falier q.m Marco Antonio, et Sebastiano Venier q.m Gasparo,
S. Zaccaria Sagredo de S. Nicolò, S. Piero Contarini de S. Marco, S. Lorenzo
Soranzo de S. Francesco, et l`Ecc.te D.r Cavalli, a veder le meraviglie et effetti
singolari del cannon di detto Gallileo, che era di banda, fodrato al di fuori di
rassa gottonada cremesina, di longhezza tre quarte 1/23 incirca et larghezza di
uno scudo4 , con due veri, uno ...5 cavo, l`altro no, per parte; con il quale, posto
a un ochio e serando l`altro, ciasched`uno di noi vide distintamente, oltre Liza
Fusina e Marghera, anco Chioza, Treviso et sino Conegliano, et il campaniel et
cubbe con la facciata della chiesa de Santa Giustina de Padoa: si discernivano
quelli che entravano et uscivano di chiesa di San Giacomo di Muran; si
vedevano le persone a montar et dismontar (le gondola al traghetto alla Collona
nel principio del Rio de` Veneri, con molti altri particolari nella laguna et nella
città veramente amirabili. E poi da lui presentato in Collegio li 24 del medesimo6
moltiplicando la vista con quello 9 volte più.
(CRONACA DI ANTONIO PRIULI, 21-25 agosto 1609)
Intendi, di braccio, e probabilmente del braccio da lana, che era 0,683396 m;
quello da seta era invece 0,638721 m.
[4]
Lo scudo d`argento «della croce» aveva un diametro di mm. 42.
[3]
Schema ottico del cannocchiale di Galileo
occhio
obiettivo
oculare
12:52:43
200.00
Galileo's telescope I
MM
17-Sep-08
12:32:06
200.00
Galileo's telescope II
MM
17-Sep-08
12:45:41
200.00
Galileo's broken objective lens
MM
17-Sep-08
Cannocchiali di Galileo:
http://brunelleschi.imss.fi.it/museum/isim.asp?c=405001
http://brunelleschi.imss.fi.it/museum/isim.asp?c=405002
Lente “rotta” di Galileo:
http://brunelleschi.imss.fi.it/museum/isim.asp?c=404001
sclera
umor
acqueo
retina
cornea
pupilla
umor
vitreo
macula
cristallino
macchia
cieca
iride
nervo
ottico
coroide
occhio
occhio
occhio
“Il telescopio rappresenta gli oggetti maggiori, perché gli porta
sotto maggiore angolo che quando son veduti senza lo strumento.”
Galileo, Il Saggiatore (1623)
Consimili parato Instrumento, de ratione distantiarum dimetiendarum
inquirendum erit: quod tali artificio assequemur.
Sit enim, facilioris intelligentiæ gratia, tubus ABCD. Oculus inspicientis esto E. Radii, dum nulla
in tubo adessent Perspicilla, ad obiectum FG secundum lineas rectas ECF, EDG ferrentur; sed,
appositis Perspicillis, ferantur secundum lineas refractas ECH, EDI: coarctantur enim, et qui prius
liberi ad FG obiectum dirigebantur, partem tantummodo HI compræhendent. Accepta deinde ratione
distantiæ EH ad lineam HI, per tabulam sinuum reperietur quantitas anguli in oculo ex obiecto HI
constituti, quem minuta quædam tantum continere comperiemus. Quod si Specillo CD bracteas,
alias maioribus, alias vero minoribus perforatas foraminibus, aptaverimus, modo hanc, modo illam,
prout opus fuerit, superimponentes, angulos alios atque alios pluribus paucioribusque minutis
subtendentes, pro libito constituemus; quorum ope Stellarum intercapedines, per aliquot minuta
adinvicem dissitarum, citra unius aut alterius minuti peccatum, commode dimetiri poterimus. Hæc
tamen sic leviter tetigisse, et quasi primoribus libasse labiis, in præsentiarum sit satis; per aliam
enim occasionem absolutam huius Organi theoriam in medium proferemus. Nunc observationes
a nobis duobus proxime elapsis mensibus habitas recenseamus, ad magnarum profecto
contemplationum exordia omnes veræ philosophiæ cupidos convocantes.
(Galileo, SIDEREUS NUNCIUS, feb-mar 1610.)
Cannocchiale astronomico (o Kepleriano): analogo meccanico
Cannocchiale galileiano: analogo meccanico
San Girolamo, Domenico Ghirlandaio, Affresco, 1480.
Chiesa di Ognissanti, Firenze
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/54/Domenico_Ghirlandaio_-_St_Jerome_in_his_study.jpg
Giovanni Stradano, 1580-1590
http://photos1.blogger.com/blogger/1717/1584/1600/Spectacles%201.jpg
Occhiali a snodo con montatura di ferro 1400, Italia
Museo dell’occhiale, Tai di Pieve di Cadore (Belluno)
http://www.museodellocchiale.it/Museo_Dettaglio.php?oid=150
C.A. Manzini, L’occhiale all’occhio, Bologna 1660
http://fermi.imss.fi.it/rd/bdv?/bdviewer/bid=000000959424
(pagine 98 e 99)
Lenti per presbiopia
Età
R (once bol.)
focale
potere
40-50 anni
10 + 5/6
66 cm
1,5 D
50-60 anni
4 + 1/2
27 cm
3,6 D
60-70 anni
4
24 cm
4,1 D
70-80 anni
3 + 1/2
21 cm
4,7 D
“Mezza
cateratta”
3 + 1/6
19 cm
5,2 D
“Cateratta
intiera”
2 + 3/4
17 cm
6,0 D
Lenti per miopia
C.A. Manzini
-5
-30 cm
-3,3 D
…
…
…
…
Configurazione presunta
del primo cannocchiale di Galileo
esibito a Venezia nell'agosto 1609
1,5 diottrie
-4,5 diottrie
oculare
obiettivo
Lunghezza del tubo: 60 cm circa
occhio
Lenti piano-convesse
obiettivi da telescopio
0.0
10
0.5
1.0
2.0
1.0
lenti da occhiali
distanza focale (metri)
1.5
2.0
2.5
0.5
potere oftalmico (diottrie)
raggio di curvatura
0.5 m
(approssimato)
Lente da occhiali
lente
occhio
Una lente da occhiali richiede buona
qualità solo localmente, su dimensioni
dell'ordine della pupilla dell'occhio
Schema ottico del cannocchiale di Galileo
occhio
obiettivo
oculare
C.A. Manzini, L’occhiale all’occhio, Bologna 1660
http://fermi.imss.fi.it/rd/bdv?/bdviewer/bid=000000959424
(pagine 158 e 162)
Sommario
1 Il “ritrovamento” del principio del
cannocchiale da parte di Galileo
2 Tecnologia di produzione delle lenti
2.1
2.2
2.3
2.4
Sgrossatura
Generazione della forma
Lucidatura
Collaudo
3 Caratteri delle lenti del XVII secolo
lastra
di vetro
compasso
lastra di vetro
G. Sirtori, Telescopium, Francoforte 1618
http://fermi.imss.fi.it/rd/bdv?/bdviewer/bid=000000300928
(pagina 71)
Lente di Torricelli. Museo di Fisica, Napoli
http://jedlik.phy.bme.hu/~hartlein/Museum/Museum/torlen.html
C.A. Manzini, L’occhiale all’occhio, Bologna 1660
http://fermi.imss.fi.it/rd/bdv?/bdviewer/bid=000000959424
(pagina 120)
Sgrossatura di una lente
lente da sgrossare
polvere di smeriglio
centina di metallo
(Dalla descrizione di E. Torricelli, lettera a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
Sommario
1 Il “ritrovamento” del principio del
cannocchiale da parte di Galileo
2 Tecnologia di produzione delle lenti
2.1
2.2
2.3
2.4
Sgrossatura
Generazione della forma
Lucidatura
Collaudo
3 Caratteri delle lenti del XVII secolo
Arte precedente, usata per le lenti da occhiali
lente
colla (pece)
disco di supporto
manico
G. Sirtori, Telescopium, Francoforte 1618
http://brunelleschi.imss.fi.it/telescopiogalileo/itel.asp?c=50457
Arte precedente, usata per le lenti da occhiali
centina
centro
C.A. Manzini, L’occhiale all’occhio, Bologna 1660
http://fermi.imss.fi.it/rd/bdv?/bdviewer/bid=000000959424
(pagina 223)
G. Sirtori, Telescopium, Francoforte 1618
Lima ricurva per produrre una centina di lungo raggio di curvatura
http://fermi.imss.fi.it/rd/bdv?/bdviewer/bid=000000300928
(pagina 35)
Arte nuova
supporto
colla (pece)
polvere abrasiva
lente
centina
base
Arte nuova: la centina
dischetto di vetro
usato per incavare la centina
polvere di smeriglio
tagliente
centina di vetro
blocco di
piombo
(Dalla descrizione di E. Torricelli, lettera a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
Arte nuova: il supporto della lente (“macinello”)
pelle da guanti
panno morbido
piombo
(Dalla descrizione di E. Torricelli, lettera a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
spago
straterello di
cera rossa
lente
centina di vetro
piombo
“Quanto all’invenzione del macinello di piombo non è mia,
ma è buonissima; …”
(Disegno e testo dalla lettera di E. Torricelli a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
Vantaggi dell’arte nuova
• Guidato dal palmo della mano invece che dal
pugno, il supporto della lente subisce meno
tracollo
• La pressione è distribuita uniformemente,
grazie all’emisfero di piombo sovrastante
• Lo stesso peso del piombo è d’aiuto per
l’artigiano, che non ha bisogno di esercitare
una pressione sul supporto
Principio di lavorazione “Torricelliana”
“…Ma quando [il diametro della lente e quello della
centina] siano eguali, e che la mano del lavorante
farà moti irregolari, e stravaganti, cioè spire,
ghirigori, circoli, e sopratutto diametri molti e per
tutti i versi, allora sì che neanche un Angelo potrà
dare al vetro figura più perfettamente sferica.”
“…L’osservazione mi ha insegnato che nei vetri
la figura importa assaissimo, et il pulimento
pochissimo.”
(Dalla lettera di E. Torricelli a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
“Segreti” di Torricelli
confidati a Raffaello Magiotti, lettera 4 dicembre 1643
• “Non attaccare i vetri da lavorarsi con pece,
né con altro per via di fuoco, perché quelle
materie nel freddarsi si ritirano più da una
parte che dall’altra, et inarcano il vetro…”
• “Quanto alla piccolezza della centina di vetro
sopraddetta, cioè che sia eguale al vetro da
lavorarsi, la S.V. lo stimi un gran segreto.”
Si noti: La tecnica di lavorazione non aveva un
controllo preciso sul raggio di curvatura che veniva
generato.
Sarebbe stato molto difficile produrre due obiettivi
con la stessa distanza focale, a meno di usare la
stessa centina.
Sommario
1 Il “ritrovamento” del principio del
cannocchiale da parte di Galileo
2 Tecnologia di produzione delle lenti
2.1
2.2
2.3
2.4
Sgrossatura
Generazione della forma
Lucidatura
Collaudo
3 Caratteri delle lenti del XVII secolo
Tecnica:
Sfregamento del vetro contro un panno sottile,
in presenza di sabbia finissima (tripolo).
Il panno è teso su una centina quasi piana, ma…
“Quanto al pulire, mai si pulisce sulla centina
che l’ha lavorato, perché si polisce
dalle bande prima e poi tardissimo nel mezzo,
e non vengono bene. Bisogna dunque darvi
una centina più dolce.”
(E. Torricelli, lettera a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
pietra pomice
disco di lavagna
tavola di legno
(Dalla descrizione di E. Torricelli, lettera a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
panno sottile e teso
chiodo
(Dalla descrizione di E. Torricelli, lettera a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
sabbia finissima
(
)
(Dalla descrizione di E. Torricelli, lettera a R. Magiotti, 4 dicembre 1643)
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cannocchiale da parte di Galileo
2 Tecnologia di produzione delle lenti
2.1
2.2
2.3
2.4
Sgrossatura
Generazione della forma
Lucidatura
Collaudo
3 Caratteri delle lenti del XVII secolo
ISTITUTO NAZIONALE DI OTTICA APPLICATA (INOA), FIRENZE:
LABORATORIO MISURE E COLLAUDI OTTICI
CCD
Laser
Interferometer
Object
under test
Tecnica (presunta):
Prova della lente come obiettivo del telescopio
occhio
obiettivo
da provare
Efficienza di produzione
anno
metodo
Lenti della Prima
partita
selezione
Selezione
finale
Giorni di
lavoro
Galileo
1616*
Scelta
300
22
3
?
Torricelli
1644**
Processo
6
/
2
8
* Lettera di G. Sagredo a Galileo, 23 aprile 1616
** Lettera di E. Torricelli a R. Magiotti, 6 febbraio 1644
Possibili cause per cui una lente veniva
scartata
Difetti del vetro:
bolle di gas, impurità, torbidezza, tinta
Disomogeneità del vetro: corde (striature), noduli vetrosi
Cause accidentali:
rottura, scheggiatura, graffi…
Ragioni “nascoste”:
?
Lente di Torricelli a Firenze (IMSS, inventario n. 2571)
http://brunelleschi.imss.fi.it/telescopiogalileo/itel.asp?c=50435
Confronto tra la lente di Torricelli a Napoli e quella a Firenze
Napoli
Firenze
Diametro della lente
11.1 cm
11.5 cm
Diametro utile
9.2 cm
8.3 cm
Spessore assiale
5.0 mm
3.4 mm
f/65
f/72
Superficie anteriore
convessa, R = 306 cm
convessa*
Superficie posteriore
piana
piana
Indice di rifrazione
1.52
*
Distanza focale
6.0 m
6.0 m
F-numero
* Da misurare
Interferogramma in doppio passaggio della “lente rotta” di Galileo
custodita dall’Istituto e Museo di Storia della Scienza, Firenze
Sommario
1 Il “ritrovamento” del principio del
cannocchiale da parte di Galileo
2 Tecnologia di produzione delle lenti
2.1
2.2
2.3
2.4
Sgrossatura
Generazione della forma
Lucidatura
Collaudo
3 Caratteri delle lenti del XVII secolo
Esempio tipico di microtopografia superficiale osservata
nelle lenti di Giuseppe Campani
Area rappresentata: 0.2 mm x 0.1 mm
pressione
lente
supporto
deformazione
elastica
centina
pressione
rimossa
lente
supporto
Attuale programma di ricerca
La ricerca in corso si propone di stabilire la
composizione chimica del vetro di cui sono
costituite le lenti.
Le tecniche di indagine sono:
- analisi spettrofotometrica
Evidenzia la presenza di alcuni composti chimici
nella massa vetrosa.
- Fluorescenza ai raggi X
Rivela direttamente la presenza di alcune specie
atomiche nel vetro.
Schema di principio di uno spettrofotometro
NOTE CONCLUSIVE
• Le lenti dei cannocchiali italiani del XVII
secolo mostrano che la tecnologia di
produzione era stata pienamente compresa
e portata a perfezione.
• Si spera che le ricerche in corso possano
fornire nuove indicazioni, in particolare sulla
composizione chimica dei vetri, per una più
esatta collocazione degli strumenti ottici nel
proprio quadro storico.
RINGRAZIAMENTI
Fabrizio Bònoli
Giorgio Dragoni
Albert van Helden
Paolo Galluzzi
Vincenzo Greco
Pier Andrea Mandò
Luca Mercatelli
Mara Miniati
Alfredo Pecchioli
Franca Principe
Franco Quercioli
Edvige Schettino
Giorgio Strano
Maurizio Vannoni
Marco Verità
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
S. A. Bedini, “Lens making for scientific instrumentation in seventeenth century”,
Applied Optics Vol. 5, 687-694 (1966).
Van Helden, “Catalogue of early telescopes”, Istituto e Museo di Storia della Scienza,
Firenze (1999).
E. Baiada, F. Bònoli e A. Braccesi, “Catalogo”, Museo della Specola, Bologna
University Press, Bologna 1995.
V. Greco, G. Molesini and F. Quercioli, “Optical tests of Galileo’s lenses”, Nature
Vol. 358, 101 (1992).
M. Miniati, A. Van Helden, V. Greco and G. Molesini, “Seventeenth century
telescope optics of Torricelli, Divini, and Campani”, Applied Optics Vol. 41, pp. 644647 (2002).
F. Bònoli, M. Miniati, V. Greco and G. Molesini, “Telescope optics of Montanari,
Cellio, Campani and Bruni at the Museo della Specola in Bologna”, Nuncius Vol.
XVII (2), pp. 467-474 (2002).
G. Molesini, “Testing the lenses of Campani, lens maker for Cassini”, Proceedings of
the International Conference Titan – from Discovery to Encounter, Noordwijk, the
Nederlands (ESA SP-1278) 133-143 (2004).
G. Molesini, “The optical quality of seventeenth-century lenses”, in W. Lefèvre, ed.,
Proceedings of the Intenational Workshop Inside the Camera Obscura, Berlin 2006.
Max Planck Institut für Wissenschaftgeschichte, Preprint 333, pp. 117-127.
G. Strano, ed., Galileo’s Telescope, Istituto e Museo di Storia della Scienza, Firenze,
2008.