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La conoscenza

Rifrattori

Dai classici telescopi a lenti agli apocromatici: qui trovi una rapida panoramica di tutte le tipologie più importanti.

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Un tubo lungo e sottile per osservare il cielo con un occhio appoggiato alla parte finale. I cannocchiali hanno questo aspetto, no? Più o meno è questa l'immagine che si ha in mente quando si pensa a un cannocchiale. Ma cosa può fare questo strumento, a parte essere bello da vedere, te lo spieghiamo qui.

Esistono due tipi di cannocchiali a lenti:

  • il galileiano
  • il kepleriano

Sono entrambi sistemi dalla struttura semplice. Il sistema galileiano prevede una lente convergente nella parte anteriore e una lente divergente nella parte posteriore; viene usato soprattutto nei binocoli da teatro. Dato che la pupilla d’uscita si trova all’interno del tubo (quindi davanti alla lente divergente), questo sistema ha un campo visivo piccolo e sfocato ai margini. È pensato solo per ingrandimenti ridotti. Il vantaggio è che l’immagine appare dritta.

Il cannocchiale kepleriano

Il cannocchiale kepleriano viene detto anche astronomico. Ha una lente convergente nella parte anteriore, come il galileiano, e un'altra lente convergente anche nella parte posteriore, a fungere da oculare. Il cannocchiale kepleriano produce un’immagine capovolta e genera, nel punto focale, un’immagine intermedia. Il punto focale dell’obiettivo corrisponde a quello dell’oculare. L’oculare, che in questo caso è la lente convergente, offre in pratica la riproduzione ingrandita dell’immagine intermedia.

Il problema dei colori

I “normali” rifrattori, soprattutto quelli di una volta, hanno uno svantaggio decisivo: presentano degli errori di immagine noti come aberrazioni cromatiche. Significa che lunghezze d’onda diverse vengono rifratte in modo molto diverso. La luce blu, per esempio, subisce una rifrazione più forte rispetto alla luce rossa.

Questo genera sgradevoli frange di colore attorno agli oggetti osservati al telescopio, un effetto che diventa ancora più evidente quando si vuole aumentare l’ingrandimento. Ma non solo: l’aberrazione cromatica può diminuire di molto il contrasto di un rifrattore.

La soluzione dell'ingegneria ottica

Ora però abbiamo trovato il modo di ridurre questo effetto, costruendo un nuovo tipo di telescopio detto “acromatico”. L’acromatico ha un obiettivo composto non da una, ma da due lenti, una positiva e una negativa, generalmente in vetro Crown e Flint. Queste lenti sono una convessa (curvata verso l’esterno) e una concava (curvata verso l’interno).

L’indice di rifrazione (la densità) e la dispersione (scattering) delle due lenti sono diverse. In questo modo viene corretta la maggior parte dell'aberrazioni cromatica. Tuttavia, è ancora possibile rilevare una piccola frangia di colore, che viene denominata “spettro secondario”. L’ingegneria ottica ha quindi progettato il cosiddetto “apocromatico”, aggiungendo una terza lente che elimina lo spettro secondario: in questo modo otteniamo un sistema ottico dai colori puri.

Acromatico

Acromatico

Gli acromatici rappresentano lo schema ottico classico, il più usato nei moderni telescopi rifrattori. Un acromatico ha un obiettivo composto non da una, ma da due lenti, una positiva e una negativa, generalmente in vetro Crown e Flint.

Apocromatici: i supertelescopi

Oggi si possono acquistare principalmente due tipi di apocromatico

  • un doppietto ED
  • un tripletto ED

Gli apocromatici ED vengono proposti come sistemi a due o tre lenti. Un elemento lente è fatto sempre in vetro ED, che nell’insieme del sistema ottico permette di correggere l’aberrazione cromatica. Gli apocromatici ED a due lenti riducono di molto l’aberrazione cromatica, senza tuttavia riuscire a eliminarla completamente. Per questo motivo alcuni astrofili definiscono questi telescopi come semiapocromatici.

Apocromatici

Apocromatici

Per apocromatico si intende un sistema a tre lenti, che si differenzia dal semiapocromatico descritto prima perché in grado di correggere completamente l’aberrazione cromatica.

Da qualche tempo hanno fatto la loro comparsa anche i cosiddetti superapocromatici. Si tratta di rifrattori con cinque diversi elementi lente, di solito ordinati in due gruppi. Il primo gruppo, composto da tre lenti, ha la stessa funzione di un tripletto apocromatico. Il secondo gruppo di due lenti garantisce la correzione della curvatura di campo, in modo da ottenere foto astronomiche perfette.

I telescopi detti doppietti apocromatici hanno un obiettivo con una struttura a due lenti. Nella definizione non si distingue più tra semiapocromatico e apocromatico a due lenti.

Il secondo elemento è di solito in vetro ED (che sta per "Extra Low Dispersion"). Tuttavia è ancora presente una minima aberrazione cromatica, poiché una correzione completa è data solo da uno strumento con schema a tre lenti.

Tripletto ED apocromatico

La presenza di tre elementi lente distingue gli apocromatici dai semiapocromatici; solo questo tipo di telescopio è in grado eliminare in modo soddisfacente tutta la fastidiosa aberrazione cromatica. Lo spettro secondario, o aberrazione cromatica residua, viene corretto grazie a tipi di vetro e indici di rifrazione diversi. Gli apocromatici ED eliminano l’aberrazione cromatica pressoché in modo completo. L’immagine appare quindi non solo limpida e con una resa cromatica fedele, ma anche particolarmente contrastata.

Apocromatici alla fluorite

Questo apocromatico si compone di due lenti cementate, di cui una a base di fluorite. L’effetto è simile a quello di un vetro ED.

L'altra soluzione

Un altro modo per ridurre l'aberrazioni cromatica nei rifrattori è quello di scegliere strumenti con il rapporto focale maggiore possibile, quindi con una grande lunghezza focale. In questo modo si riduce anche l’aberrazione cromatica residua. Tuttavia, per ottenere una buona immagine dai colori puri, secondo una regola empirica la lunghezza focale di un apocromatico dovrebbe essere quindici volte il diametro dell’obiettivo. Se prendiamo un rifrattore da 100 mm si avrebbe quindi una lunghezza focale di 1500 mm f=1:15. Un rifrattore con diametro più grande avrebbe quindi una lunghezza focale ancora più lunga.

Dato che lunghezze così importanti rendono gli strumenti anche poco maneggevoli, spesso si rinuncia a calcoli di questo tipo. Un compromesso accettabile è dato dalla formula: lunghezza focale = apertura². Il rifrattore da 100 mm avrebbe quindi una lunghezza focale di 1000 mm, mentre uno da 120 mm arriverebbe a 1500 mm.

Ingannare l'aberrazione cromatica

Cosa fare quindi se hai un rifrattore che presenta un’aberrazione cromatica? Rottamarlo e comprarne uno nuovo? No, non serve arrivare a questo, dato che per fortuna esistono accessori che ti aiutano a ovviare al problema.

Se le frange di colore che ti disturbano sono minime, puoi usare per esempio un filtro minus violet, in grado di abbattere le frange blu e di aumentare allo stesso tempo il contrasto. L’immagine avrà colori perfettamente neutri ma ti apparirà leggermente gialla. In ogni caso potrai riconoscere meglio i dettagli.

Il filtro minus violet è una soluzione classica, negli anni sono stati creati anche altri filtri in grado di assolvere questo compito.

Speciali filtri contro le frange di colore

Speciali filtri contro le frange di colore

Un filtro progettato proprio per ridurre le frange di colore è il Fringe-Killer di Baader, che è in grado di bloccare circa il 50% della luce blu, pur lasciando passare la rossa e la verde. Grazie alla progettazione intelligente la perdita di luce è appena del 12%. Ecco perché questi filtri possono essere tranquillamente usati anche con i rifrattori di piccole dimensioni.

Un altro filtro è il Semi APO. Certo, un nome prodotto intelligente, ma funziona davvero? Prendiamo un rifrattore con una lunghezza focale corta, mettiamo di 500 mm. Vedremo uno spesso alone blu attorno agli oggetti luminosi. Cosa succede se si applica il filtro Semi APO all’oculare? L'alone scompare. Il vantaggio: l’immagine appare ancora più neutra rispetto a quella ottenuta con il Fringe-Killer. Tuttavia con il filtro Semi APO la perdita di luce è maggiore, circa il 30%. Quindi, con un rifrattore di piccole dimensioni meglio usare un Fringe-Killer, mentre con rifrattori da 100 – 120 mm di diametro vale la pena di usare un filtro Semi APO.

Il rifrattore è un bello strumento, se opportunamente corretto dal punto di vista cromatico. Tuttavia quelli di grandi dimensioni, che dovrebbero garantire anche una grande quantità di luce, sono piuttosto costosi e ingombranti. Diamo allora un’occhiata al riflettori.

05.07.2022
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