Il Telescopio (parte I)

Il Telescopio (Parte I)
Un Giorno da Astrolo: Le giornate didattiche di Andrea Argoli
Quinto Incontro - 21/09/2013 - Palazzo Ducale di Tagliacozzo
www.progetto-comune.it/astro - [email protected]
Adolfo De Sanctis
Associazione Culturale Progetto Comune
www.progetto-comune.it
Sommario
In questo incontro impareremo a conoscere lo strumento fondamentale dell'Astronomia (sia Amatoriale che Professionale):
il Telescopio. Abbiamo già incontrato, nei precedenti incontri, alcuni dei concetti base degli strumenti ottici quali apertura
e ingrandimento. Il telescopio è lo strumento che permette di osservare tutti gli oggetti celesti, purché si usi lo strumento
adeguato.
La grande versatilità di questo strumento è dovuta all'esistenza di diversi tipi di telescopio; questi si distinguono per
costruzione ottica, per costruzione meccanica e per sistema di puntamento. La scelta del telescopio deve essere legata al
tipo di osservazione che si vuole compiere: benché esistano telescopi più o meno versatili, non esiste un telescopio per
uso generico.
Vedremo insieme quali sono le caratteristiche importanti di uno strumento e come utilizzarlo al meglio per godere
delle meraviglie dell'Universo.
Indice
1
La scelta del Telescopio
1.1
Struttura
1.2
Costruzione ottica
1.3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.2.1
Struttura del tubo
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.2.2
Magnitudine e Risoluzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.2.3
Ingrandimento
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2.4
Contrasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
Montature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3.1
Sistema di coordinate equatoriali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3.2
Montatura equatoriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1 La scelta del Telescopio
2
1 La scelta del Telescopio
La scelta del primo telescopio o dello strumento denitivo è sempre materia complessa. Ci sono da valutare
molti fattori, tra cui quelli economici, anché si possa godere al massimo del suo uso.
Esistono molte tipologie diverse di telescopio, più o meno sosticate, ma la cosa da tenere sempre a mente è
che il telescopio è prima di tutto uno strumento che serve a
raccogliere luce.
Si può essere tentati da pubblicità
che riportano le strabilianti capacità di ingrandimento di uno strumento, alcuni superano ingrandimenti di
500
volte, ma questi ingrandimenti sono di fatto inutilizzabili anche con strumenti professionali. Per questo motivo
prima di preoccuparci dell'ingrandimento andiamo a studiare come è fatto un telescopio per uso amatoriale.
1.1 Struttura
Un telescopio è caratterizzato da tre parti principali (gura 1):
il tubo ottico, la montatura e il treppie-
di/supporto. Il tubo ottico può essere di diverse tipologie ma esistono tre grandi famiglie: rifrattori, riettori e
compositi (o catadiottrici). La montatura può essere di due tipologie: altazimutale o equatoriale. Quest'ultima
può essere motorizzata, computerizzata oppure completamente manuale.
Il treppiedi/supporto svolge un ruolo fondamentale, sia per sostenere il tubo ottico e la montatura, sia per
smorzare le vibrazioni dello strumento: esso deve essere sempre di adeguate dimensioni e robustezza per poter
sorreggere il peso delle strumentazioni.
(a)
Telescopio riettore.
(b)
Telescopio rifrattore.
Fig. 1: Struttura del telescopio
1.2 Costruzione ottica
La parte ottica dei telescopi sarà analizzata in maggiore dettaglio nel prossimo incontro, per il momento ci
limitiamo a descrivere le caratteristiche principali dei diversi sistemi ottici. In gura 2 sono riportati gli schemi
dei più diusi sistemi ottici.
Tutti i sistemi ottici hanno in comune quattro parti principali: l'obiettivo (che denisce l'apertura), l'oculare,
il tubo di supporto e il sistema di messa a fuoco.
La prima grande distinzione è tra rifrattori e riettori. I primi (a in g.
2)
sono tubi ottici costruiti con
lenti, il tipo più semplice detto rifrattore acromatico è composto da un obiettivo principale di due lenti e da un
oculare (normalmente composto da gruppi di 3-6 lenti). L'uso di due lenti come obiettivo primario sarà chiaro
quando parleremo di aberrazioni cromatiche. Il cannocchiale di Galileo era di questo tipo.
I telescopi riettori sono composti da specchi (b e
c
in g.
2).
In questo caso il sistema di raccolta della
luce è adato ad uno o più specchi, concavi o convessi, che svolgono il ruolo delle lenti nei rifrattori. I riettori
semplici come i Newtoniani sono tra i telescopi più diusi tra gli astroli e permettono di raggiungere elevate
aperture (oltre
400 mm)
con spese relativamente contenute.
1.2 Costruzione ottica
3
Esiste poi la famiglia dei compositi o catadiottrici (d in g.
2) che usano una combinazione di lenti e specchi
come obiettivo, questi sono al giorno d'oggi tra i telescopi amatoriali di fascia alta più diusi.
Fig. 2: Costruzioni ottiche di base: a) Rifrattore, b) Riettore Newtoniano, c) Cassegrain Classico, d) Maksutov
Catadiottrico;
1.2.1
Struttura del tubo
In gura 3 è riportato lo schema esemplicativo della struttura di due tubi ottici: un rifrattore e un riettore.
(a)
Telescopio rifrattore.
(b)
Telescopio riettore.
Fig. 3: Struttura del telescopio
Il primo è costituito da un obiettivo, un oculare e un sistema di messa a fuoco (detto fuocheggiatore); il
secondo è composto da uno specchio primario (che è l'obiettivo, solitamente detto primario), uno specchio
secondario, un oculare e un fuocheggiatore.
1.2.2
Magnitudine e Risoluzione
Come abbiamo visto per il binocolo i parametri che distinguono uno strumento ottico sono l'apertura (diametro
dell'obiettivo) e l'ingrandimento. Questi due parametri hanno dirette conseguenze su cosa possiamo osservare
1 La scelta del Telescopio
4
in quanto deniscono la magnitudine limite e la risoluzione dello strumento. Riportiamo nelle tabelle 1a e 1b i
valori di magnitudine limite e risoluzione teorica secondo il criterio di Dawes (vedi precedenti lezioni).
Apertura
Magnitudine
Apertura
Magnitudine
Apertura
Risoluzione
Apertura
Risoluzione
60mm
80mm
100mm
150mm
10.5
11.0
12.0
13.4
200mm
250mm
320mm
400mm
13.9
14.2
14.7
15.5
60mm
80mm
100mm
150mm
2.2
1.5
1.2
0.8
200mm
250mm
320mm
400mm
0.6
0.5
0.4
0.3
Magnitudine visuale limite per diverse aperture.
(a)
(b)
Risoluzione (in secondi d'arco) per diverse aperture.
Tab. 1
Una nota merita la magnitudine limite.
Questa è riferita alla luminosità integrata dell'oggetto, ovvero
come se l'oggetto fosse compresso in un punto luminoso (sorgente). In realtà molti oggetti, come nebulose e
6 − 8 ma sono molto dicili da vedere con telescopi
200 mm mentre oggetti con magnitudine inferiore, ma più piccoli (in cui la luce è più concentrata) risultano
galassie, hanno magnitudini visuali (integrate) al di sopra di
da
visibili anche con aperture minori. Dipende cioè da quanto è diusa la luce dell'oggetto. Questa tabella è
adabile per quanto riguarda le stelle e i pianeti, che appaiono come sorgenti puntiformi.
1.2.3
Ingrandimento
L'ingrandimento di un tubo ottico è denito come il rapporto tra le dimensioni apparenti dell'immagine osservato nello strumento e le dimensioni apparenti dell'oggetto osservato ad occhio nudo.
Il telescopio permette
di cambiare l'ingrandimento cambiando l'oculare, ovvero l'oggetto che ci permette di vedere l'immagine formata dall'obiettivo. I due parametri di interesse sono la lunghezza focale dell'obiettivo e la lunghezza focale
dell'oculare. Entrambi i valori sono riportati sullo strumento e sui diversi oculari. Mentre la lunghezza focale dell'obiettivo è ssa, cambiando oculare possiamo variare le loro lunghezze focale e di conseguenza l'ingrandimento
secondo da relazione:
I=
×
ovvero l'ingrandimento (espresso in
quella dell'oculare
Locu
Lobj (mm)
Locu (mm)
(1)
per) è dato dal rapporto tra la lunghezza focale dell'obiettivo
Lobj
e
entrambe espresse in mm (o comunque in unità omogenee di lunghezza).
L'ingrandimento deve andare di pari passo con l'apertura, ovvero non è detto che ingrandire di più è meglio,
in quanto generalmente si perde in contrasto.
pratico
mf ,
Esiste una relazione che ci fornisce il minimo ingrandimento
ovvero quello per cui non si sore di vignettatura, ossia la perdita di denizione dell'immagine
ai bordi del campo visivo:
mf =
dove
Dobj
Dobj (mm)
8 mm
(2)
è l'apertura espressa in mm. Il massimo ingrandimento è dato in maniera empirica da circa cinque
volte quello minimo. I valori per diverse aperture sono riportati in tabella 2.
Apertura
Minimo
Ottimale
Massimo
Apertura
Minimo
Ottimale
Massimo
60mm
80mm
100mm
150mm
15×
20×
25×
40×
25×
30×
35×
50×
100×
150×
175×
180×
200mm
250mm
320mm
400mm
50×
60×
80×
100×
70×
85×
105×
135×
200×
250×
320×
400×
Tab. 2: Ingrandimento minimo, ottimale e massimo per diverse aperture
1.2.4
Contrasto
Il rapporto tra la lunghezza focale e l'apertura e prende il nome di
f/
rapporto focale
normalmente indicato con
seguita dal numero del rapporto:
f/ =
Lobj (mm)
Dobj (mm)
(3)
Questo numero è molto importante perché denisce quella che in gergo fotograco è la velocità di un obiettivo.
Ovvero denisce la capacità di raccolta di luce di un obiettivo ma anche il suo contrasto. Valori elevati come
o
f /5
f /3
sono normalmente utilizzati per l'osservazione di oggetti di cielo profondo in quanto danno una elevata
luminosità ma non permettono elevati ingrandimenti pratici e non forniscono elevati contrasti per oggetti troppo
1.3 Montature
luminosi.
5
Valori bassi come
f /12
permettono elevati ingrandimenti e elevato contrasto per oggetti luminosi,
sono perciò usati per l'osservazione ad alta risoluzione dei pianeti.
1.3 Montature
Il tubo ottico è supportato dalla montatura. Questa è un sistema che permette il puntamento del tubo verso
gli oggetti celesti e ne permette di seguire il moto apparente sulla volta celeste nel corso del tempo.
La
montatura altazimutale è stata già arontata quando si è parlato dell'uso del binocolo. Adesso ci occuperemo
della montatura
1.3.1
equatoriale.
Sistema di coordinate equatoriali
In gura 4a è riportato lo schema che illustra il sistema di coordinate equatoriali. Questo sistema permette di
individuare un oggetto celeste per mezzo di due coordinate: l'ascensione
δ ).
retta
(AR o
α) e la declinazione
(DEC o
La volta celeste viene suddivisa in un reticolato ortogonale (come per le coordinate terrestri) in cui l'asse della
Terra individua i poli Nord (stella polare) e Sud celesti e il piano ad esso ortogonale (prolungamento immaginario
dell'equatore terrestre) è l'equatore celeste. La griglia è poi divisa in meridiani e paralleli individuati da AR e
DEC.
(a)
Sistema di coordinate equatoriali
(b)
Posizione del Sole alle 12 del 21 Marzo 2011, denizione del primo
punto di Ariete (punto γ )
Fig. 4
L'ascensione retta è misurata lungo l'equatore celeste in unità di tempo (ore, minuti e secondi) a partire
da un punto, detto punto Gamma (γ ) o primo punto di Ariete che corrisponde al punto in cui si trova il sole
γ
0h 0m 0s e da qui si individua il primo meridiano. Il punto opposto è detto punto Omega
h m s
alla AR 12 0 0 . Attualmente (epoca 2000) il punto γ si trova nella costellazione dei Pesci
all'equinozio di primavera (21 Marzo), ovvero al punto in cui l'eclittica interseca l'equatore celeste. Il punto
corrisponde alla AR
(Ω) e corrisponde
come riportato in gura 4b.
La declinazione si misura a partire dall'equatore celeste lungo il meridiano corrispondente alla AR in unità
di angolo in gradi sessagesimali (da
1.3.2
+90◦ a −90◦ ).
Montatura equatoriale
La montatura che permette di usare il sistema di coordinate equatoriali è la montatura equatoriale. Il tipo più
semplice, e più diuso, è la cosiddetta
montatura equatoriale alla tedesca.
In gura 5 riportiamo lo schema e la
foto di una montatura di questo tipo.
La montatura è composta da un sistema di due assi:
l'asse di declinazione e l'asse di ascensione retta.
Quest'ultimo è importante poiché deve essere allineato con l'asse polare, ovvero deve puntare la Stella Polare.
In questo modo ruotando attorno a questo asse si seguirà il moto apparente delle stelle mantenendole sse
nell'immagine.
Questa procedura, detta allineamento polare, è molto importante e si eettua di solito con
l'ausilio di una bussola e di un piccolo cannocchiale posto all'interno della montatura.
Riferimenti bibliograci
6
(a)
Schema di allineamento
(b)
Una montatura di grandi dimensioni computerizzata
Fig. 5: Montatura equatoriale alla tedesca
L'asse di declinazione è invece sso, ovvero una volta impostata la declinazione di un oggetto questa non
cambierà durante la notte in quanto l'unico asse attorno a cui ruoteremo sarà quello di ascensione retta. Le
montature possono essere motorizzate o computerizzate per inseguire automaticamente gli oggetti celesti.
Altra componente importante sono i contrappesi, in quanto un telescopio è prima di tutto una bilancia. Un
sistema di contrappesi serve a bilanciare il tubo ottico posto sulla montatura e permette movimenti uidi e
precisi.
Alcuni tipi di montature permettono di usare i cerchi metrici. Questi sono dei dischi graduati posti in asse
con AR e DEC e permettono, attraverso un indice, di impostare le coordinate di un oggetto e individuarlo così
più facilmente. L'uso dei cerchi metrici è piuttosto laborioso in quanto prevede una fase di messa a punto e
azzeramento.
Parleremo più approfonditamente di allineamento polare e uso delle coordinate in un successivo incontro.
Riferimenti bibliograci
[1] Practical Astronomy, Storm Dunlop, PHILIP'S
[2] A complete manual of Amateur Astronomy - Tools and Techniques for Astronomical Observations - P.
Clay Sherrod, Thomas L. Koed - Dover Publications
[3] Il manuale pratico di astronomia - Pierre Bourge, Jean Lacroux, P. Tanga - Zanichelli; 2 edizione
[4] Come osservare il cielo con il mio primo telescopio - Walter Ferreri - Il Castello (2009)