Telescopio

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Il telescopio è stato uno degli strumenti più  importanti nella rivoluzione scientifica del 1600, ed ebbe un ruolo di primo piano nell’affermarsi del sistema copernicano e nella nascita dell’astronomia moderna.

Nei secoli successivi il progresso tecnologico permise la costruzione di telescopi sempre più potenti con i quali è migliorata sempre piú la comprensione dello spazio che ci circonda.

 

Le  origini

Le proprietà  che certi oggetti trasparenti hanno di aumentare e ridurre le dimensioni delle immagini erano note sin dall’antichità, ma solo alla fine del 1200 le lenti si diffusero in Europa, utilizzate per correggere i difetti della vista.
I primi cannocchiali pare  circolassero in Olanda già verso il 1608; l’occhialaio Jan Lippershey che brevettò il cannocchiale presso gli Stati Generali d’Olanda anche se altri occhialai diedero origine ad una disputa sulla priorità della scoperta.

 

Galileo e il telescopio

Galileo venne a conoscenza di quest’invenzione nella primavera del 1609 mentre stava insegnando all’università Padova sotto la Repubblica di Venezia e nel giro di pochi mesi fu in grado di costruire un suo cannocchiale.

Telescopio o cannocchiale?

Sono entrambi dati dalla combinazione di lenti concave e lenti convesse in modo tale da ingrandire gli oggetti lontani. La differenza consiste nel fatto che con cannocchiale si osservano  realtà presenti sulla Terra, con il telescopio invece si possono osservare realtà che non sono sulla Terra: i corpi celesti.

Copia di uno degli strumenti originali di Galileo

(Firenze, Museo di Storia della Scienza)

Un tipico cannocchiale galileiano è composto da due tubi, infilati uno dentro l’altro e alle cui estremità sono inserite due lenti: un obiettivo (cioè la lente che sta verso l’oggetto) piano-convesso e un oculare (la lente a cui si appoggia l’occhio) piano-concavo. Il tubo dell’oculare può essere aggiustato per la messa a fuoco

Galileo costruì il suo primo strumento di  3 soli ingrandimenti, nell’estate del 1609, ma già il 21 agosto di quell’anno, sul campanile di San Marco, alla presenza del Doge e di altri notabili veneziani, egli presentò uno strumento da 8 ingrandimenti. In novembre disponeva di un vero telescopio capace di ben 20 ingrandimenti, cioè di gran lunga più potente di tutti quelli all’epoca circolanti in Europa. Grazie alla potenza del suo strumento, Galileo ottenne risultati straordinari nelle osservazioni della luna e poco dopo scoprì i satelliti di Giove.
Galileo non fu dunque l’inventore del telescopio tuttavia fu lui che compì le prime scoperte fondamentali di astronomia e che rese famoso lo strumento.

 

Caratteristiche del telescopio

La fondamentale caratteristica del telescopio è una maggiore capacità di raccolta della luce rispetto alla pupilla. Inoltre il telescopio è uno strumento che permette di amplificare il potere visivo aumentando la capacità di distinguere come separati due oggetti che abbiano una piccola separazione angolare.

Le componenti fondamentali del telescopio sono :

  • L’obiettivo e l’oculare

L’obiettivo produce un’immagine reale piccola e capovolta che per poter essere osservata deve essere ingrandita , ed è questo  il lavoro  svolto dall’oculare.

Maggiore è il diametro dell’obiettivo, maggiore è la quantità di luce raccolta e il potere risolutivo, ovvero la capacità di distinguere come separati dei punti tra loro vicini (anche se le condizioni atmosferiche possono abbassare, anche sensibilmente, la risoluzione).

  • La camera

E’ un dispositivo che viene usato al posto dell’oculare quando si vuole conservare un’immagine dell’oggetto osservato. In genere l’immagine formata dall’obiettivo viene raccolta per mezzo di una lastra fotografica oppure, come negli ultimi anni, per mezzo di un dispositivo elettronico sensibile alla luce (CCD). L’uso delle camere permette di registrare dettagli che non sono visibili con l’osservazione visuale.

 

Schemi ottici dei telescopi

I principi fisici che sono alla base della costruzione dei diversi tipi di telescopi sono la rifrazione e la riflessione.

Esistono infatti  fondamentalmente due grandi famiglie di telescopi, a seconda che siano basati sulla rifrazione o sulla riflessione della luce.

Nel primo caso vengono utilizzate delle lenti e si parla di telescopi rifrattori, nell’altro si usano degli specchi per la costruzione di telescopi riflettori.

Ovviamente esistono anche combinazioni delle due tipologie fondamentali, ovvero telescopi che sfruttano contemporaneamente sia la riflessione che la rifrazione e si dicono catadiottrici, rappresentati ad esempio dagli Schmidt, o dagli Schmidt-Cassegrain.

 

La rifrazione è un fenomeno che si verifica ogni volta che la luce passa da un mezzo a un altro dotato di proprietà fisiche diverse, ad esempio con una maggiore densità. Un tipico esempio di rifrazione è quello che si verifica quando si immerge un bastoncino in un bicchiere d’acqua: il bastoncino appare spezzato in corrispondenza della superficie del liquido.

La riflessione si verifica quando un raggio di luce incide su una superficie riflettente e viene rimandato indietro.

 

 

Telescopio rifrattore

Il telescopio rifrattore, come il tipico telescopio galileiano, è formato da due lenti, la prima, detta obbiettivo, ha il compito di raccogliere ed incanalare la luce verso la seconda lente, detta oculare, che ha il compito di ingrandire l’immagine dell’oggetto osservato.
Ma le lenti dei telescopi rifrattori, a causa del loro stesso peso e delle difficoltà per lavorarle, limitano le dimensioni raggiungibili da questi strumenti.  II telescopi rifrattori sono più costosi e generalmente più ingombranti dei telescopi riflettori. (fonte: wikipedia)

 

Telescopio riflettore

Nel telescopio riflettore la luce entra nel telescopio, viene riflessa da uno specchio parabolico verso uno specchio più piccolo che la fa convergere all’interno di un oculare o sul dispositivo (CCD o pellicola fotografica), destinato a raccogliere il flusso luminoso. (fonte: wikipedia)

Lo sviluppo di questi telescopi è stato legato ai miglioramenti della lavorazione degli specchi, infetti per raccogliere più luce possibile gli specchi dei telescopi devono avere un’altissima riflettività. I rifrattori sono considerati telescopi particolarmente economici e convenienti anche in funzione del loro peso (molto inferiore rispetto ad un rifrattore).

Il primo telescopio riflettore fu costruito da Newton e viene ancora usato nell’astronomia amatoriale.  Uno schema ottico migliore di quello newtoniano è sicuramente quello del telescopio Cassegrain.

 

Montature

I telescopi devono poter essere puntati con facilità verso qualsiasi punto del cielo. Inoltre, per permettere l’osservazione di oggetti che richiedono esposizioni fotografiche molto lunghe, devono essere dotati di un movimento automatico che compensi il movimento apparente della sfera celeste.

A questo scopo i telescopi sono dotati di opportune montature che permettono tale movimento.

La montatura più efficiente per un telescopio è quella equatoriale.

I grandi telescopi  sono situati in luoghi non certo comodi, deserti o montagne altissime, per cercare di limitare gli effetti della turbolenza atmosferica.

 

Telescopi moderni

Lo sviluppo dei telescopi moderni, si è basato in gran parte sulla computerizzazione dei movimenti e sul controllo delle deformazioni delle parti ottiche e meccaniche.   I primi specchi erano di metallo e quindi cambiavano facilmente di dimensioni per effetto della dilatazione termica e in tal modo anche l’ingrandimento, cambiava notevolmente. Nel 1865, con l’invenzione del procedimento chimico per metallizzare il vetro, si costruirono i primi specchi di vetro metallizzati. Attualmente si usano  materiali per i quali il coefficiente di dilatazione termica è tanto basso da potersi considerare praticamente nullo.

L’alternativa alla costruzione di un unico specchio molto grande consiste nell’utilizzare una serie di specchi più piccoli. Questo è stato realizzato con i due telescopi gemelli Keck 1 e Keck 2 installati a 4150 m di quota sulla sommità del vulcano Mauna Kea alle Hawaii. Lo specchio di ciascun telescopio consiste in un mosaico di 36 specchi esagonali formante un’unica superficie riflettente di dieci metri di diametro.

Ma è nel deserto dell’Atacama in Cile che troviamo il più grande complesso astronomico mai costruito: il Very Large Telescope, costituito da 4 grandi telescopi da 8,2 metri l’uno, che attraverso una raffinata tecnologia possono lavorare simultaneamente.

Le prospettive forse più interessanti oggi sono quelle dei telescopi in orbita attorno al pianeta. Infatti, per effetto della turbolenza atmosferica, il potere risolutivo reale dei grandi telescopi terrestri è molto al di sotto di quello teorico. I successi più straordinari sono legati all’attività dell’Hubble Space telescope, il Telescopio  Spaziale posto in orbita il 12 aprile 1990 grazie a un progetto della NASA, è stato migliorato in orbita nel 2002, in modo da poter svolgere i suoi compiti almeno sino al 2010 e perciò ancora per qualche anno sarà il miglior strumento per l’astronomia a disposizione degli scienziati. Grazie alla sua posizione privilegiata  l’Hubble ci ha permesso di arrivare a osservare a dettagli e distanze impensabili fino a pochi anni prima.

di Sabry

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