Telescopio
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Il telescopio è il più importante strumento in dotazione all'astronomia. Nel suo senso più generale, raccoglie e focalizza la radiazione elettromagnetica emanata dall'oggetto che si vuole osservare; nel suo senso più comune, quando la suddetta radiazione ha una frequenza tale da rientrare nel campo del visibile, il telescopio funziona semplicemente in modo ottico ed è quel tubo con lenti ben noto all'immaginario collettivo. Con il termine "telescopio", infatti, ci si riferisce generalmente ad un telescopio ottico, ma esso non è che un caso particolare di telescopio: se ne costruiscono infatti per osservare tutto lo spettro elettromagnetico, non solo la sua porzione visibile dall'occhio umano.
I telescopi aumentano la grandezza apparente degli oggetti, assieme alla loro luminosità. Galileo fu il primo ad usare un telescopio per fini astronomici: naturalmente si trattava di uno strumento ottico. I radio telescopi sono antenne radio che, al pari degli specchi dei telescopi che lavorano in ottico, focalizzano la radiazione, amplificandola, nel fuoco geometrico dell'antenna dove è posto il detector che raccoglie il segnale radio. Sono a volte costruiti con una griglia di fili conduttori, le cui aperture sono più piccole della lunghezza d'onda osservata. I radio telescopi sono spesso usati a coppie, o in gruppi più numerosi, per ottenere diametri "virtuali" proporzionali alla distanza tra i telescopi (vedi l'articolo sull'interferometria). I gruppi più grandi hanno collegato telescopi sui lati opposti della Terra. Questa tecnica viene adesso applicata anche ai telescopi ottici.
I telescopi per raggi X e raggi gamma hanno altri problemi, principalmente derivanti dal fatto che questi raggi possono attraversare il metallo e il vetro. Usano in genere degli specchi a forma di anello, messi quasi paralleli al fascio di luce incidente, che viene riflessa di pochi gradi. Gli specchi sono in genere una sezione di parabola ruotata.
Indice |
[modifica] Brevi cenni sull'origine del telescopio
La nascita del telescopio rifrattore si suol far risalire a Galileo il quale ne mostrò la prima applicazione a Venezia. In realtà, le prime lenti furono costruite da occhialai olandesi che le applicarono a strumenti rudimentali di pessimo potere risolutivo. Le proprietà delle lenti, nondimeno, erano note da tempo e a Galileo deve farsi risalire il merito della prima applicazione di queste proprietà.
Per quanto riguarda il telescopio riflettore la storia è un po' diversa. Anche se comunemente si dà a Newton il merito della costruzione del primo riflettore, le cose non stanno effettivamente così.
A parte gli specchi ustori di Archimede di cui non si riuscirà mai a comprendere se siano verità sino in fondo o frutto di leggenda (per colpire le navi avrebbe dovuto avere una focale lunghissima ed un'alta superficie riflettente),
Non esiste differenza alcuna fra telescopi professionali e telescopi amatoriali né otticamente né meccanicamente parlando: l'unica differenza riguarda le dimensioni, più contenute nei telescopi amatoriali, per quanto i telescopi amatoriali a certi livelli sono ormai per configurazione ottica e per meccanica dei veri e propri strumenti professionali, soltanto di più piccole dimensioni.
[modifica] Telescopi ottici
I telescopi ottici si dividono principalmente in due tipi, i rifrattori e i riflettori.
- Il primo è simile al telescopio originale di Galileo, ed usa come obiettivo un insieme di lenti per focalizzare l'immagine (obiettivo) e un'altro per rendere visibile l'immagine all'occhio (oculare). I telescopi rifrattori variano l'uno dall'altro quasi solo nelle dimensioni o nella configurazione geometrica della lente obiettivo che può essere costituita di due, tre, quattro ed anche più elementi.
- Il secondo lavora per riflessione: l'immagine riflessa su uno specchio parabolico subisce un'altra riflessione su un secondo specchio che la conduce fuori del tubo ottico focalizzandola sull'occhio o sul dispositivo (CCD o pellicola fotografica) destinato a raccogliere il flusso luminoso. Anche questo contiene un oculare composto da lenti, che però sono di piccolo diametro. I telescopi riflettori sono spesso differenti l'uno dall'altro, hanno cioè diverse configurazioni ottiche
- Alcuni telescopi inoltre sono dotati di una lente frontale di diametro simile allo specchio principale. Questi telescopi sono in genere chiamati misti.
I rifrattori, a parità di diametro (d'obiettivo), forniscono immagini più contrastate, ma presentano alcuni svantaggi: l'ingombro (lunghezza focale), flessioni del tubo per il peso, impossibilità delle ottiche di essere lavorate oltre un certo diametro.
A parità di costo però un telescopio riflettore è migliore, infatti occorre solo un grande specchio, invece di almeno quattro lenti acromatiche. Richiede tuttavia più manutenzione.
[modifica] Montature per telescopi
Per montatura (inglese mount, tedesco montierung, francese monture, spagnolo montura) di un telescopio s'intende la struttura meccanica che si occupa di sostenere la componente strumentale ottica e la relativa strumentazione osservativa (fotometro, spettrografo, ecc.).
Dal momento che la Terra ruota in senso antiorario da Ovest verso Est, la montatura (per annullare il moto apparente degli astri da Est verso Ovest) deve ruotare in senso orario allo stesso tasso di velocità della Terra: soddisfacendo questa condizione l'oggetto osservato rimarrà sempre -sino al suo tramonto- al centro del campo d'osservazione: cosiddetto moto di azimuth.
Una montatura per essere efficiente deve soddisfare requisiti:
- d'ordine meccanico: la montatura deve essere improntata alla massima rigidità, essere esente da flessioni, poter ruotare dolcemente attorno ad assi al fine di puntare ed inseguire senza vibrazioni e con costante velocità l'oggetto (pianeta, stella, ammasso, ecc.), mantenendolo permanentemente al centro del campo di osservazione, senza fughe verso Est, Ovest, Nord o Sud. Tale apparato costituisce dunque il corpo principale di un telescopio. La meccanica sostiene il tubo ottico ed imprime allo stesso le necessarie movimentazioni;
- d'ordine elettronico: l'elettronica si occupa di sovrintendere alle varie movimentazioni pilotando le motorizzazioni;
- d'ordine informatico: il software tramite l'elettronica e la meccanica si occupa di puntare l'oggetto da osservare, annullando i residui errori strumentali e mantenendo l'oggetto permanentemente al centro del campo osservativo.
[modifica] Tipi di Montature
Le montature per telescopi si dividono in due categorie principali: montature altazimutali e montature equatoriali.
[modifica] Montatura altazimutale
È stata la prima montatura usata in quanto la più semplice da costruire non esistendo all'epoca cognizioni e soprattutto tecniche meccaniche che consentissero di realizzare altri tipi di montature.
Il telescopio, per mantenere l'oggetto osservato al centro del campo, si deve muovere continuamente nei due assi orizzontale e verticale che nel gergo si chiamano azimuth e declinazione.
Questa montatura, avendo l'asse principale (azimuth) perpendicolare al suolo, origina il fenomeno della cosiddetta rotazione di campo, secondo il quale l'immagine risultante ruota ad una velocità dipendente dalla declinazione del corpo celeste osservato. Quest'effetto ha reso sino a 20 anni fa circa le montature altazimutali inadatte alla fotografia a lunga posa sia per piccoli che grandi telescopi.
Con il progredire dell'elettronica e con la diffusione del software è stato agevole compensare questo effetto, per cui tutti i moderni telescopi vengono ormai costruiti quasi esclusivamente in montatura altazimutale perché si riducono le dimensioni strumentali e della cupola con notevole risparmio: a parità di diametro dello specchio principale l'ingombro di una montatura altazimutale è circa 1/3 minore di quello di una equatoriale. Il software si prende cura di annullare, tramite elettronica dedicata, la rotazione di campo.
In una montatura altazimutale sono dunque tre i ruotismi: a) l'asse di azimuth segue l'astro da Est ad Ovest; b) l'asse di declinazione eleva il telescopio se l'oggetto osservato si trova ad Est del meridiano, lo abbassa se questo invece si trova ad Ovest, c) la strumentazione posta al fuoco del telescopio (fotometro o spettrometro) ruota per annullare la rotazione di campo.
La montatura altazimutale si presenta assai più robusta e rigida della montatura equatoriale in quanto il centro di gravità corrisponde con il centro dell'asse di rotazione (azimuth) al contrario dell'equatoriale che presenta le masse spostate al di fuori del centro di gravità naturale. Montature moderne costruite secondo il principio dell'altazimutale sono l'NTT, il TNG, il VLT,... Nel link a seguire è visibile il Telescopio Trobar dell'Università di Valencia nelle sue fasi costruttive.
La montatura altazimutale non può lavorare in prossimità del polo celeste.
- Montatura cosiddetta dobsoniana. Questa montatura è detta dobsoniana dal nome del suo ideatore, l'americano Dobson. Si tratta di una montatura altazimutale costruita con materiali poveri e precari: alluminio leggero, ed assai più spesso, legno, compensato, e talvolta addirittura cartone pressato. Anche se equipaggia a volte telescopi con specchi di generose dimensioni ed anche se molto in voga nel mondo amatoriale specie anglosassone, non è una montatura seria, ed è adatta solo per osservazioni visuali. Le notevoli escursioni termiche cui danno luogo i materiali di ordine legnoso, la fragilità dell'alluminio sottile, la rendono inadatta per qualsiasi proficua ricerca.
[modifica] Montature equatoriali
Le montature equatoriali si dividono in più categorie. Esse presentano tutte in comune due caratteristiche: una fisica ed una strumentale. La caratteristica fisica comune a tutte le montature equatoriali consiste nel fatto che l'asse principale intorno a cui ruota tutta la massa strumentale presenta, rispetto al suolo, un'inclinazione variabile in funzione della latitudine del posto in cui lo strumento si trova: tale asse mira quindi il Polo Nord celeste.
L'altra caratteristica consiste nell' invariabilità della declinazione strumentale: una volta puntato l'oggetto da osservare, entra in funzione il solo moto siderale e non c'è rotazione di campo.
Le principali montature equatoriali sono le seguenti:
- Montatura alla tedesca o di Fraunhofer. È stata questa la prima montatura equatoriale ed è tutt'ora usatissima nel campo amatoriale per la sua eventuale facile trasportabilità nonché per la semplicità costruttiva. In questa montatura il telescopio è sempre posizionato da una parte (ora Est ora Ovest del meridiano dell'osservatore) mentre dall'altra parte sono posti dei contrappesi che bilanciano il peso strumentale. La montatura è validissima ancora oggi ed è poco adatta soltanto ai telescopi robotizzati in quanto presenta il problema della reversibilità degli assi al meridiano: se si insegue un oggetto da Est ad Ovest, dal sorgere al tramonto, quando questo si trova al meridiano, per poterne proseguire l'osservazione occorre riposizionare il telescopio invertendo la posizione telescopio-contrappesi. Questa montatura consente l'accessibilità al Polo. Al seguente link qui è visibile la montatura originale di Fraunhofer conservata al deutsches Museum. [1].
- Montatura inglese. La montatura inglese risolve il problema della revesibilità degli assi al meridiano: il telescopio è situato al centro di una culla che punta verso il Nord celeste. Questa montatura non consente l'accesso al polo. Una variante di questa montatura va considerata la
- montatura inglese fuori asse. Questa montatura presenta, anziché un traliccio centrale, un robusto asse al cui lato è posizionato il telescopio e dalla parte opposta i contrappesi. Ricorda un poco la montatura tedesca e presenta anch'essa il problema della reversibilità degli assi ma consente l'accesso al polo.
- Montatura fotografica. Unisce i vantaggi della montatura alla tedesca ed all'inglese. Inoltre è assai compatta e non presenta il problema della reversibilità degli assi al meridiano.
- Montatura a forcella. È la più pratica delle montature equatoriali. Il telescopio è fissato all'interno di una forcella che punta il Polo Nord celeste. Consente l'accessibilità al polo e non ha problemi di reversibilità di assi. L'unico svantaggio è rappresentato dal fuori centro delle masse rispetto all'asse gravitazionale ideale, per cui la forcella deve essere della massima robustezza per non subire flessioni all'estremità dove è situato l'intero peso strumentale del tubo ottico.
- Montatura Porter od a ferro di cavallo. È così chiamata perché ideata da Russel W. Porter (qui sono presenti alcuni disegni originali di Porter:[2]) per il telescopio da 200 pollici di Monte Palomar Sito web dedicato all'osservatorio del telescopio da 200 pollici. Questa montatura fu ideata per l'impossibilità materiale di costruire una forcella idonea a contenere un telescopio il cui solo specchio principale presentava un diamtero di 5 metri: la forcella avrebbe dovuto presentare una sezione interna (braccio-braccio) di circa 6 metri. Questa montatura deriva, con modifiche, dalla montatura inglese: l'asse superiore che punta il Nord celeste è sostituito da una ruota a ferro di cavallo entro cui può essere alloggiato il telescopio in modo da consentire osservazioni anche a basse declinazioni. La ruota a ferro di cavallo nell'immagine linkata mostrata nella fase di lavorazione [3] è rettificata e lappata ed il ruotismo è assicurato da una serie di rulli che trascinano la ruota che spinge gravitazionalmente su di essi. Non avendo queste montature ruote dentate e viti senza fine per il trascinamento strumentale, si riduce pressoché a zero uno dei principali problemi meccanici dell'inseguimento relaizzato con corona dentata: il periodismo della vite senza fine che s'innesta sulla corona, problema meccanico che da solo meriterebbe una trattazione a parte. Oggi il periodismo è comunque limitato molto tramite correzioni all'inseguimento operate dall'elettronica e dal software.
- Montatura Spriengfield. Questa montatura, usata soprattutto a livello amatoriale, fu anch'essa ideata da Russel W. Porter, è assai compatta e permette all'osservatore una comoda osservazione. Montatura Springfield, Museo Porter a Stellafane, 1920
Presso il museo di Stellafane, dedicato a Russel W. Porter sono visibili alcune creazioni di questo geniale personaggio che aveva con l'astronomia un solo saldo legame: una passione competente e scientifica.
[modifica] Allineamento delle montature equatoriali
Ad eccezione della montatura altazimutale che non richiede alcun allineamento, le montature equatoriali vanno tutte allineate (orientate) verso il Polo Nord celeste con il loro asse principale, l'asse cioè attorno al quale il telescopio ruota in 24 ore (circa) per mantenere l'oggetto osservato al centro del campo. Il termine allineamento è stato qui usato in modo improprio: in realtà si deve parlare di orientamento, significandosi così che l'asse del telescopio punta il Polo Nord celeste.
L'allineamento è invece il procedimento in base al quale, una volta che si sia posto in stazione il telescopio orientandolo verso il Polo Nord celeste, si procede ad un più corretto e preciso allineamento strumentale con il Polo. Per tale allineamento si ricorre al metodo detto di Bigurdan che consiste nel posizionare correttamente il telescopio mediante successive approssimazioni. Molte montature moderne montano, inoltre, un piccolo cannocchiale detto cannocchiale polare che è allineato con l'asse polare della montatura e presenta un reticolo che facilita l'allineamento della montatura con il polo nord o sud celeste.
[modifica] Altre montature
- La montatura altitude-altitude (alt-alt).
Un tipo particolare di montatura è la montatura detta alt-alt mount o, più tecnicamente altitude-altitude. Essa si colloca a metà strada fra la montatura equatoriale e la montatura altazimutale. Si tratta di una montatura all'inglese modificata la cui culla principale (la struttura meccanica ove è alloggiato il telescopio) anziché puntare al Nord celeste, è parallela al suolo. La montatura presenta il vantaggio di scaricare le masse al centro ideale gravitazionale dello strumento distribuendole in maniera equivalente su due assi (nella montatura inglese tutto il peso gravita sull'asse che punta al Polo Sud) senza dar luogo alle flessioni tipiche della montatura a forcella.
Per contro si ha, come nella montatura altazimutale, la rotazione di campo che è in funzione sia della declinazione strumentale che della latitudine locale ove si trova lo strumento. Tuttavia, quando lo strumento lavora su oggetti che si trovano in prossimità dell'equatore celeste, la rotazione di campo è pressoché eguale a zero. In via teorica la montatura può non essere allineata, ma un allineamento degli assi Nord-Sud o Est-Ovest è essenziale per ridurre il fenomeno della rotazione di campo sopra accennato. Una descrizione tecnica abbastanza approfondita di questa montatura si trova a questo sito, ove è scaricabile anche un piccolo programma che consente di scegliere l'allineamento ottimale della montatura in funzione della latitudine. Nell'articolo sono presenti inoltre numerose immagini di montature alt-alt.
[modifica] Montature per telescopi solari
Le montature per telescopi solari differiscono per vari particolari da quelle costruite per i telescopi destinati all'osservazione della volta celeste. I telescopi solari posseggono focali lunghissime ed è impossibile movimentare un tubo ottico di tali dimensioni; lo specchio inoltre non è parabolizzato, ma sferico. La montatura di un telescopio solare è la parte ottica meccanica che serve ad indirizzare la luce del Sole in un tubo che è o coricato sul terreno, o perpendicolare ad esso, o leggermente inclinato e che presenta dimensioni che variano da 30 metri a qualche centinaio di metri.
Così, tramite un sistema di specchi si opera il rinvio della sorgente luminosa solare all'interno del tubo ottico ove l'immagine subisce il consueto trattamento che abbiamo imparato a conoscere: ingrandimento, focalizzazione, osservazione e studio.
Lo strumento destinato a raccogliere l'immagine del Sole ed ad indirizzarla nel tubo ottico prende il nome di eliostata visibile in questa immagine Eliostata Zeiss che dà un'immediata comprensione del funzionamento dello strumento.
Come si nota, L'eliostata è composto da uno specchio piano inclinato equatorialmente che ruota per inseguire il Sole e che dirige l'immagine catturata su di un secondo specchio piano che rinvia l'immagine allo specchio principale sferico che provvede ad amplificarla e focalizzarla nel fuoco geometrico dello specchio principale dove si trova la strumentazione. Per una
A motivo della doppia riflessione lo specchio primario (equatorialmente inclinato) non compie un'intera rotazione su sé stesso in 24 ore (circa), bensì in 48 ore (circa)
Lo specchio principale va spostato durante i diversi periodi dell'anno a motivo della diversa altezza del Sole sull'orizzonte in inverno, primavera, ed estate.
[modifica] Sensori
Inizialmente, il sensore usato nei telescopi era l'occhio umano. In seguito, la lastra fotografica prese il suo posto, e fu introdotto lo spettrografo, permettendo agli astronomi di avere informazioni sullo spettro di una sorgente. Dopo la lastra fotografica, varie generazioni di sensori elettronici come i CCD sono state perfezionate, ognuna con una maggiore sensibilità e risoluzione.
I telescopi moderni contengono numerosi strumenti tra cui scegliere quello più adatto: camere per immagini, con diversa risposta spettrale. Spettrografi per varie lunghezze d'onda. Polarimetri, che possono rilevare la direzione della luce polarizzata, eccetera.
In anni recenti, sono state sviluppate delle tecnologie per far fronte al problema della distorsione delle immagini introdotta dall'atmosfera, con buoni risultati. Si tratta principalmente di specchi di tip-tilt e dell'ottica adattiva.
[modifica] Limiti dei telescopi
Il fenomeno della diffrazione ottica pone un limite alla risoluzione che un telescopio può raggiungere. Si tratta in pratica dell'area effettiva del disco di Airy, che pone un limite a quanto vicini possono essere due dischi. Questo limite assoluto è chiamato limite di risoluzione di Sparrow, e più comunemente limite di diffrazione. Dipende dalla lunghezza d'onda della luce osservata e dal diametro del telescopio. Ciò significa che un telescopio di un certo diametro può risolvere fino ad un certo punto oggetti osservati in una certa lunghezza d'onda. Se si vuole una risoluzione maggiore alla stessa lunghezza d'onda, occorre usare un telescopio più grande.
[modifica] Telescopi celebri
- Il Telescopio Spaziale Hubble si trova in orbita, fuori dall'atmosfera terrestre, per evitare che le immagini siano distorte dalla rifrazione. In questo modo il telescopio lavora sempre al suo limite di diffrazione, e può essere usato per osservazioni nell'infrarosso e nell'ultravioletto.
- Il Very Large Telescope (VLT) è attualmente (2003) il più grande esistente, composto da quattro telescopi ognuno di 8 metri di diametro. Appartenente all'ESO e costruito nel deserto di Atacama in Cile, può funzionare come quattro telescopi separati o come uno solo, combinando la luce proveniente dai quattro specchi.
- Il più grande specchio singolo è quello del telescopio Keck, con diametro di 10 metri. Il Keck è però composto da 36 segmenti più piccoli.
- Esistono molti progetti per telescopi ancora più grandi, per esempio il Overwhelmingly Large Telescope (telescopio spaventosamente grande), in genere chiamato OWL, con l'obiettivo di un diametro di 100 metri.
- Il telescopio Hale posto sul Monte Palomar, largo 5 metri, è stato per molto tempo il più grande per molti anni. Ha un singolo specchio di borosilicato (Pyrex (tm)), che fu notoriamente difficile da costruire. Anche la montatura è unica, una montatura equatoriale senza forcella, che nonostante ciò permette al telescopio di puntare molto vicino al polo celeste.
- Il telescopio del Monte Wilson, da 2,5 metri, fu usato da Edwin Hubble per provare l'esistenza delle galassie, e per analizzare il loro spostamento verso il rosso. È adesso parte di un array assieme ad altri telescopi sullo stesso monte, ed è ancora utile per ricerche avanzate.
- Il rifrattore da 91 centimetri dello Yerkes Observatory nello stato del Wisconsin, USA, è il più grande rifrattore orientabile al mondo.
[modifica] Voci correlate
- Telescopio rifrattore
- Telescopio riflettore
- Telescopio amatoriale
- Storia dei telescopi
- Cronologia dei telescopi, degli osservatori e delle tecnologie di osservazione
- Lista dei telescopi rifrattori più grandi
[modifica] Altri progetti
Commons contiene file multimediali su Telescopio
![[3]](http://www.astro.caltech.edu/palomar/history/images/horseshoe.jpg){kind=link}
