Limiti degli strumenti ottici

Strumenti di osservazione

Dal 1600 in poi l’ osservazione degli astri viene eseguita principalmente con strumenti ottici più o meno potenti. Essi consentono d’ ingrandire gli oggetti celesti visibili ad occhio nudo ed dai osservarne di nuovi; quelli che l’ occhio umano non sarebbe mai stato in grado di scorgere. Dai primi rudimentali cannocchiali sino ai moderni telescopi spaziali vi è stato un susseguirsi di nuove scoperte e nuove invenzioni tecnologiche che hanno consentito di esplorare zone remote dell’ universo ed osservare cose che la mente umana non era nemmeno in grado di immaginare. Tuttavia anche i strumenti ottici hanno delle limitazioni che sono dovute principalmente al fenomeno dell’ aberrazione ottica che affligge lenti e specchi usati , in astronomia, per ingrandire gli oggetti celesti. Se i difetti formazione dell’immagine si formano sull’asse ottico si parla di aberrazioni assiali, altrimenti si parla di aberrazioni extra assiali. Ne esistono di diversi tipi, ma qui ricordiamo le aberrazioni più importanti:

ABERRAZIONE SFERICA - è dovuta al fatto che i raggi che incidono su una lente sferica (o su uno specchio) nei pressi del suo centro ottico (raggi parassiali) vengono focalizzati più lontani rispetto a quelli marginali. L'esistenza di infiniti fuochi fra quelli marginali e parassiali provoca una sfocatura dell'immagine. Aumentando la lunghezza focale della lente o dello specchio, l'aberrazione diminuisce. Negli strumenti ha lenti l’aberrazione cromatica e di difficile correzione ed in pratica è sempre presente mentre negli specchi parabolici praticamente è trascurabile.

ABERRAZIONE CROMATICA - è dovuta al fatto che ogni vetro rifrange in modo diverso le diverse lunghezze d'onda che compongono la luce incidente. Ad esempio, le lunghezze d'onda del blu vengono focalizzate prima di quelle del rosso e ciò crea un fastidioso alone iridescente sull'immagine. Gli specchi ne sono esenti, perché riflettono la luce e non la rifrangono. Per ridurre tale aberrazione si usano vetri a bassa dispersione (ED) e/o combinazioni di lenti concave e convesse: le prime, infatti, correggono l'aberrazione positiva e le ultime quella negativa.

COMA - Mentre le due aberrazioni precedenti si verificano lungo l'asse ottico (aberrazioni assiali), il coma si presenta al fuori di esso (aberrazione extra-assiale). E' un'aberrazione simile a quella sferica, ma è dovuta alla diversa focalizzazione dei raggi paralleli che incidono obliquamente su una lente o su uno specchio. Ciò provoca una deformazione dell'immagine, che assume l'aspetto di una cometa (da qui il nome). Il coma è evidente soprattutto nei telescopi riflettori, e in particolar modo in prossimità del bordo del campo.

ASTIGMATISMO - Questa aberrazione extra-assiale può verificarsi anche in asse quando siamo di fronte ad un obiettivo lavorato male. Trasforma una sorgente puntiforme in due linee oblique , l’astigmatismo infatti, si nota quando uno specchio (sferico o parabolico) mostra curvature diverse nelle diverse direzioni. Nei telescopi con ottiche di primo livello, l’astigmatismo si nota prevalentemente su aperture “modeste” e con telescopi a grandi campo, a differenza del coma infatti, l’astigmatismo è proporzionale al diametro dello strumento e al quadrato dell’inclinazione dei raggi ed è dovuto alla diversa distanza a cui focalizzano soggetti perpendicolari all'obiettivo. Per la causa sopra descritta attraversando la posizione di fuoco dall' intra all' extra focale avremo un cambio di asse. Può esservi astigmatismo anche quando le ottiche risultano tensionate o pesantemente scollimate. E' un fenomeno passabile nell'osservazione visuale, molto meno in quella fotografica.

CURVATURA DI CAMPO - Uno strumento ottico è affetto da curvatura di campo quando la sua superficie focale non è prettamente piana ma leggermente emisferica. Questo è un fenomeno intrinseco alla maggioranza degli schemi ottici dei telescopici e degli obiettivi in genere. Per ovviare a questo inconveniente le case costruttrici devono provvedere all’inserimento di un gruppo spianatore di campo lungo il cammino ottico. La curvatura di campo è avvertibile solo in fotografia e si presenta mostrando le immagini stellari sfuocate in prossimità del bordo nonostante che le stelle al centro del campo siano perfettamente a fuoco. Focheggiando a loro volta le immagini al bordo, andranno sfuocandosi le immagini al centro del campo.

DISTORSIONE - è dovuta dalla caratteristica del sistema ottico in uso, che avendo un certo spessore fisico (variabile) si allontana dalla teoria della lente sottile. Fisicamente l'effetto è dovuto alla differente potenza d'ingrandimento delle varie parti del sistema ottico, che in genere varia radialmente rispetto all'asse ottico. Questo è un effetto elusivo, perché anche se l’immagine risulta essere nitida, la sua forma geometrica non è quella reale, rilasciando immagini a “cuscino” o a “barile”.

SEEING

La visibilità degli oggetti , da terra, dipende sensibilmente dalle condizioni climatiche dell’ atmosfera terrestre. A tale proposito è stato definito il seeing (vedendo in inglese) che è un indice del grado di agitazione o turbolenza atmosferica. Se il seeing presenta un buon valore, si possono ottenere immagini tranquille e pulite. La turbolenza atmosferica, infatti, limita il potere risolutivo dei telescopi. Vi sono diversi sistemi di calcolo del seeing che danno diverse gradazioni di visibilità astronomica. Di seguito viene riportata una ta.bella dei valori di seeing usata in Italia:

Ecco come appare una stella con diversi valori si seeing

Un' ultima considerazione riguarda l’ altitudine dal livello del mare in quanto salendo di quota la visibilità degli astri migliora poiché si riduce lo spessore dello strato atmosferico. Al di sopra dell’ atmosfera terrestre il senning è nullo ed è questo il motivo per il quale oggi vengono messi in orbita telescopi spaziali come Hubble che offrono una qualità delle immagini imparagonabile a quella che si può ottenere da postazioni terrestri.