Telescopio riflettore
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Più semplici da costruire e più efficaci rispetto ai telescopi a rifrazione, i telescopi a riflessione sono oggi i dominatori incontrastati dell'astronomia ottica.
Un telescopio riflettore raccoglie la luce per mezzo di un grande specchio di forma parabolica e la concentra nel fuoco della parabola, dove può essere osservata direttamente dagli astronomi, fotografata e analizzata con i più sofisticati strumenti.
Lo specchio, ottenuto per asportazione da un unico blocco di vetro cilindrico argentato in seguito, può raggiungere dimensioni massime di 6 metri di diametro (come nel caso del russo Zelenciukskaja nel Caucaso), oltre le quali problemi tecnici insormontabili tendono a far peggiorare la qualità dell'immagine anziché aumentarla.
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[modifica] Configurazioni ottiche
Per configurazione ottica s'intende il particolare tipo di percorso che la radiazione luminosa compie in funzione delle superfici riflettenti (sferiche o piane che siano) e rifrangenti che incontra nel suo percorso.
Il discorso sulle configurazioni ottiche riguarda soprattutto i telescopi a riflessione, cioè a specchio. Non ha senso parlare di configurazioni ottiche nel caso dei rifrattori unicamente perché la configurazione ottica è sempre la stessa: ciò che varia è soltanto la configurazione geometrica della lente obiettivo che può essere costituita di due, tre, quattro ed anche più elementi, spaziati fra di loro in aria e costituiti di vetri di prima scelta e qualità. L'unico accenno diversificativo va fatto forse soltanto in riferimento al coronografo: vedi sopra.
Completamente diverso è invece il discorso per quanto riguarda i telescopi a riflessione: qui le configurazioni ottiche sono diversissime e rispondono ciascuna a diverse esigenze.
Prima di esaminare le varie configurazioni è bene precisare che nei telescopi a riflessione l'elemento basilare della costruzione è il vetro (inteso il termine in espressione assai generica) unicamente perché esso risponde a due requisiti fondamentali: duttilità nella lavorazione e bassissimo coefficiente di escursione termica. Sono questi i soli ed unici motivi cui la componente basilare ottica dei telescopi a riflessione è il vetro. È lo stesso motivo (mutato argomento) per cui in passato le barche si costruivano prevalentemente in legno: non perché il legno galleggia, bensì perché il legno obbedisce ai requisiti della facile lavorabilità, della coesione, della resistenza,...
Il vetro una volta lavorato secondo la figura geometrica della parabola o dell'iperbole a seconda del caso funge soltanto ed unicamente da superficie di supporto. Su questa superficie viene poi depositato tramite un particolare procedimento denominato alluminatura, praticato in camere a vuoto spinto, un sottilissimo strato di alluminio che lo rende riflettente ed idoneo a raccogliere, amplificandola e riflettondola, la radiazione luminosa.
Fino agli anni quaranta il vetro pyrex era tra i materiali più usati: con questo tipo di vetro è stato costruito il telescopio Hale di Monte Palomar [1].
Negli sessanta e settanta s'iniziarono a produrre vetri di qualità ancora più pregiata in cui la componente vetrosa era accompagnata da altri materiali come la ceramica. Inoltre è stata modificata la fisica costruttiva del vetro, scegliendo sempre più al posto di un monoblocco vetri con struttura interna a nido d'ape al fine di alleggerirli ed irrobusturli al tempo stesso.
[modifica] Configurazione newtoniana
I riflettori Newton si avvalgono principalmente di uno specchio primario concavo che concentra il fascio ottico in avanti; poco prima del fuoco vi è posto un secondo specchio ellittico (piano), inclinato di 45 gradi che devia il fascio ottico a lato del tubo di supporto dove vi è il focheggiatore.
Al fine di scongiurare la presenza di aberrazione sferica è necessario che la curvatura dello specchio primario abbia sezione parabolica e non sferica.
Lo specchietto secondario è mantenuto lungo il fascio ottico da una struttura a raggi denominata in gergo crociera o spider (ragno) il quale deve essere il meno intrusivo possibile per non causare luci diffuse.
Il pregio più grande del telescopio Newton è la semplicità costruttiva che ha contribuito moltissimo sia alla sua diffusione che alla realizzazione di diametri molto grandi anche per strumenti amatoriali. I telescopi Newton sono adatti a qualsiasi tipo di osservazione, la loro "inclinazione" verso una categoria di oggetti a scapito di altre dipende dal rapporto di apertura che se spinto (f/7 e oltre) li rende eccellenti per osservazioni di oggetti del Sistema Solare per via della bassa ostruzione causata dallo specchio secondario mentre se forzato (f/4...6) li rende praticissimi per la fotografia di oggetti del cielo profondo.
Il principale difetto dei telescopi Newton è la presenza di coma ovvero un'aberrazione extra-assiale, che può raggiungere livelli fastidiosi in esemplari a corto fuoco (tuttavia in parte rimediabile con l'adozione di un gruppo di lenti correttrici lungo il cammino ottico). Altro difetto risiede nell'ingombro rilevante degli esemplari di grande apertura. Da non sottovalutare l'effetto negativo dei moti convettivi dovuti al tubo aperto che possono causare un lieve decadimento qualitativo dell'immagine.
[modifica] Configurazione Cassegrain
Il telescopio Cassegrain è costituito da due specchi: il primario sferico e parabolizzato ed il secondario ellittico iperbolizzato. Lo specchio primario è forato e l'osservazione della sorgente luminosa avviene dietro a questo. Il percorso luminoso segue in questo caso un doppio tragitto all'interno del tubo ottico, il che consente di avere focali lunghe in uno strumento abbastanza compatto.
- Configurazione Nasmyth Una variante del Cassegrain è la configurazione Nasmyth. In questo caso alla classica configurazione Cassegrain si aggiunge un terzo specchio (piano), situato lungo l'asse di declinazione strumentale che estrae il fuoco all'interno dell'asse. L'osservazione della sorgente avviene così all'estremità dell'asse di declinazione ove sono collocati gli strumenti di osservazione. In questo caso lo specchio primario non è forato
[modifica] Telescopio gregoriano
[modifica] Configurazione Ritchey-Chrétien
Il Ritchey-Chrétien è un telescopio di tipo aplanatico, esente cioè da aberrazioni sferiche e di coma. È composto da due specchi con superfici particolari e otticamente non usuali. Ha un campo normale utile tra 0,8 e 1,5 gradi. Richiede una lente detta spianatrice di campo. La tecnica, sofistica, del Ritchey-Chrétien è oggi assai usata specie in strumenti professionali per aerofotogrammetria e controllo del territorio. Con questa combinazione ottica sono stati costruiti grandi telescopi come il 150 cm metri di Loiano (Italia), il 4 metri di Siding Spring (Australia), il Kitt Peak Cerro Tololo (Cile). Il vantaggio di questa architettura ottica è la grande compattezza, il tubo può infatti essere lungo fino alla metà della lunghezza focale. Per andare oltre occorre la configurazione Maksutov
[modifica] Telescopio Cassegrain
La maggior parte dei telescopi opera come un cassegrain (lunga focale, e un campo di vista più piccolo con maggiore ingrandimento) o newtoniano. Hanno uno specchio primario forato, un fuoco newtoniano, e un braccio meccanico per poter montare differenti specchi secondari.
Una nuova era è stata inaugurata dall'MMT, un telescopio ad apertura multipla composta da sei segmenti, che insieme vanno a formare uno specchio virtuale di 4,5 metri di diametro. Il suo esempio è stato seguito dal telescopio Keck, un telescopio segmentato da 10 metri.
La generazione attuale di telescopi in costruzione ha uno specchio primario tra 8 e 10 metri. Gli specchi sono in genere molto sottili e deformabili, e sono tenuti nella loro posizione ottimale da una serie di attuatori (vedi ottica attiva). Grazie a questa tecnologia, stanno nascendo progetti per telescopi del diametro di 30, 50 e addirittura 100 metri.
[modifica] Telescopio Schmidt Cassegrain
Il catadiottrico Schmidt-Cassegrain è un variante del Cassegrain; la sezione di entrambi gli specchi è sferica mentre all'inizio del cammino ottico vi si trova una lastra correttrice a superficie asferica, la cui funzione è introdurre una quota di aberrazione sferica uguale alla stessa prodotta dall'ottica a riflessione ma di segno algebricamente opposto.
Nei modelli commerciali la messa a fuoco viene ottenuta tramite lo spostamento assiale dello specchio primario.
I punti di forza di questi strumenti sono la compattezza (a vantaggio della montatura e della trasportabilità), il tubo chiuso che riduce le turbolenze interne e la praticità d'uso dell'ottica (f/10 oppure f/6,3 a seconda dei modelli) che rende questo catadiottrico adatto ad ogni genere di osservazioni pur senza eccellere in nessuno dei campi.
Il principale difetto è rappresentato dalla notevole ostruzione causata dallo specchio secondario e dal relativo paraluce, la quale è direttamente responsabile di una certa perdita di contrasto dei dettagli più fini. Inoltre la correzione dell'aberrazione sferica - pur soddisfacente - difficilmente raggiunge la perfezione.
[modifica] Telescopio Maksutov Cassegrain
Il catadiottrico Maksutov-Cassegrain è un variante del Cassegrain; la sezione di entrambi gli specchi è sferica mentre all'inizio del cammino ottico vi si trova un correttore a menisco con entrambe le superfici sferiche, la cui funzione è introdurre una quota di aberrazione sferica uguale alla stessa prodotta dall'ottica a riflessione ma di segno algebricamente opposto.
Nel Maksutov-Cassegrain classico (configurazione Gregory) lo specchio secondario è ottenuto alluminando la porzione centrale interna del menisco correttore; questo stratagemma riduce di molto l'ostruzione centrale e semplifica sia l'ottica che la meccanica (non è presente lo specchio secondario né tantomeno un suo supporto) a tutto vantaggio di un migliore contrasto. Il rovescio della megaglia è però l'esigenza sul piano ottico della presenza di una lunga focale (f/13 e oltre) poiché la curvatura del menisco impone un forte potere moltiplicatore al secondario.
Nella configurazione Ru-Mak è invece presente uno specchio secondario con relativo supporto (come negli Schmidt-Cassegrain) permettendo di ottenere rapporti di apertura maggiormente universali (f/10...12)
I punti di forza di questi strumenti sono la compattezza (a vantaggio della montatura e della trasportabilità), il tubo chiuso che riduce le turbolenze interne e l'aplanaticità che scongiura la presenza di aberrazione sferica.
Un problema di queste ottiche può essere rappresentato da un lungo periodo di acclimatamento termico dovuto principalmente allo spessore del menisco; spesso i costruttori fanno uso di ventilatori per velocizzare gli scambi di temperatura.
In sostanza questi strumenti sono molto validi per le osservazioni degli oggetti del Sistema Solare, la separazione di stelle doppie e anche saltuariamente oggetti del fondo cielo; per contro hanno spesso un campo corretto molto piccolo che può penalizzarne l'uso fotografico.
Tuttavia il Maksutov-Cassegrain nelle varianti Sigler e SiMak è ottimizzato per la fotografia a fuoco diretto.
Per aumentare il potere di risoluzione si sono studiati metodi alternativi:
- Telescopio spaziale: trasportando il telescopio al di fuori dell'atmosfera (come nel caso dell'Hubble Space Telescope) è possibile eliminare i disturbi da questa provocati e poter utilizzare con successo specchi di diametro ridotto (2,4 metri)
- Telescopio a specchi multipli: utilizza più specchi di dimensioni contenute che convogliano la luce ricevuta verso un unico fuoco
- Telescopio a specchi sottili: è il metodo che sta dando maggiori soddisfazioni. Si basa sull'uso di uno specchio di grandi dimensioni molto più sottile di quelli rigidi. In questo modo, lo specchio risulta flessibile e viene sostenuto da attuatori che, mediante l'applicazione di opportune pressioni, lo incurvano fino a raggiungere la forma desiderata. Attualmente, il telescopio giapponese Subaru, con il suo specchio di 8,3 m è tra i più grandi di questa categoria.
- Telescopio con specchi a elementi multipli: ha il pregio di permettere la costruzione di grandi telescopi in tempi brevi ad un costo contenuto. Utilizza una serie di specchi piccoli e sottili montati a fianco a formare un unico grande specchio, come nell'HET, che con 91 specchi esagonali del diametro di 1 m forma un'unica superficie riflettente di 11 m.
Interferometri ottici: è anche possibile utilizzare più telescopi congiuntamente per analizzare in contemporanea la radiazione raccolta da entrambi. Il VLT dell'ESO è il progetto più grandioso già attivo e consta di 4 telescopi con specchio sottile di 8,2 m di diametro che superano, congiuntamente, un teorico specchio di 16 m.
