Il Telescopio Riflettore

  Configurazioni telescopi riflettori

Il telescopio riflettore è un tipo di telescopio che raccoglie la luce per mezzo di uno specchio parabolico, concentrandola sul fuoco della parabola, dal quale può essere osservata, fotografata o analizzata mediante strumenti. Più semplici da costruire e più efficaci rispetto ai telescopi a rifrazione, sono oggi i telescopi più utilizzati per l'osservazione ottica. 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. Negli obiettivi a riflessione si utilizza un tipo di vetro speciale, definito ottico perché esso risponde a questi requisiti fondamentali: facilità di lavorazione, bassissimocoefficiente di dilatazione termica, omogeneità e purezza dell'impasto. Sulla superficie del vetro, una volta lavorato secondo una figura geometrica approssimabile alla parabola o all'iperbole a seconda delle esigenze, 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 la radiazione luminosa. Fino agli anni quaranta del Novecento il vetro pyrex era tra i materiali più usati: con questo tipo di vetro è stato costruito il telescopio Hale di Monte Palomar. Nei successivi anni sessanta e settanta si 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 alleggerire e irrobustire il pezzo e rendere minimo il tempo di attesa per la stabilizzazione termica.
                                                                                          

Le varie configurazioni ottiche

Per configurazione ottica o schema ottico si 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. La questione delle configurazioni ottiche riguarda sia i telescopi a rifrazione che i telescopi a riflessione. Nei telescopi a riflessione sono usate svariate configurazioni ottiche, a seconda delle esigenze di osservazione.

                                                                                                           Telescopio Newton

I riflettori Newton, o newtoniani, prendono il nome dal loro inventore Isaac Newton. In tale configurazione sono presenti due specchi: uno specchio primario, generalmente a sezione quasi parabolica, e uno specchio secondario piano, inclinato di 45° rispetto all'asse ottico del primario. Lo specchio primario raccoglie la luce proveniente dalla sorgente osservata, mentre lo specchio secondario conduce il piano focale lateralmente rispetto al sistema ottico, rendendolo accessibile all'osservatore. Per ragioni costruttive, lo specchio secondario newtoniano assume un contorno ellittico quasi coincidente con la sezione a 45° del cono ottico riflesso dal primario. I telescopi newtoniani possono essere realizzati entro una vasta gamma di rapporti focali, rivelandosi assai pratici in molti campi d'osservazione.
                                                                                                      

Telescopio Cassegrain

Il telescopio Cassegrain è costituito da due specchi: il primario, concavo, ha sezione parabolica e il secondario, convesso, ha una sezione iperbolica. 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. 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.
                                                                                               

Telescopio Schmidt-Cassegrain

Molto diffuso tra i telescopi amatoriali di fascia media è lo schema ottico Schmidt-Cassegrain. Si tratta di una configurazione derivata dal Cassegrain in cui lo specchio principale ha profilo sferico; per contenere le aberrazioni introdotte si utilizza unalastra correttrice di Schmidt, che funge anche da supporto per lo specchio secondario. Questa soluzione consentirebbe di contenere i costi di lavorazione visto che non è necessario rendere sensibilmente asferici entrambi gli specchi, come nel Cassegrain puro o nel Ritchey-Chrétien. La fabbricazione della lastra correttrice, tuttavia, impone dei livelli qualitativi ottico-meccanici non indifferenti.
                                                                                           

Telescopio Maksutov - Cassegrain

Variante del telescopio Schmidt-Cassegrain in cui la lastra correttrice è realizzata da un menisco a doppio profilo sferico; lo specchio secondario è solitamente realizzato alluminando la porzione centrale di tale menisco. In questo tipo di telescopio lo specchio principale è sferico e la lastra correttrice (necessaria per correggere le aberrazioni) è costituita da un menisco con la concavità rivolta verso l'esterno. Il russo D.D. Maksutov è stato il primo, anche se non il solo, a stabilirne la fattibilità nel 1941 mentre il primo esemplare realizzato con successo si deve all'americano John Gregory negli anni cinquanta. La soluzione ideata da Gregory è quella che viene maggiormente utilizzata e consiste nel ricavare lo specchio secondario rendendo riflettente la parte centrale del menisco; per questo motivo tale telescopio è definito anche come Gregory-Maksutov. Il menisco con le superfici sferiche e il secondario realizzato per alluminatura rende la fabbricazione semplice ma a causa dello spessore non può essere realizzato per diametri grandi; inoltre la curvatura interna del menisco (che deve essere calcolata, insieme a quella esterna, per ridurre al minimo le aberrazioni) fa sì che il telescopio abbia un rapporto f/D abbastanza spinto, solitamente compreso tra f/12 e f/15; tutto questo lo colloca fra i telescopi amatoriali per l'osservazione visuale. Esistono anche altre varianti in cui lo specchio secondario è realizzato a parte e/o posizionato in una zona intermedia del tubo.
                                                                                                 

Telescopio Nasmyth e Coudè

Una variante del Cassegrain è la configurazione Nasmyth e Coudè.  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 un telescopio Nasmyth e Coudè non è dunque necessaria la foratura dello specchio primario.
                                                                                              

Telescopio Ritchey-Chrétien

Il Ritchey-Chrétien è un telescopio di tipo aplanatico, esente cioè da aberrazioni sferiche e di coma. Si tratta di un Cassegrain nel quale entrambi gli specchi hanno una sezione iperbolica. Ha un campo normale utile tra 0,8 e 1,5 gradi. Richiede una lente detta spianatrice di campo. La tecnica, sofisticata, 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 di Loiano (Italia), il 4 metri di Siding Spring (Australia), il Kitt Peak Cerro Tololo (Cile), i due telescopi gemelli Keck da 10 metri (Hawaii). 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.
Altri telescopi
Per aumentare il potere di risoluzione si sono studiati metodi alternativi:
A : 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). Il telescopio spaziale Hubble ha ottiche in configurazione Ritchey-Chrétien[1].
B : Telescopio a specchi multipli: utilizza più specchi di dimensioni contenute che convogliano la luce ricevuta verso un unico fuoco
C : 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.
D : 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 metri.

 Progetto di OsservatorioAstronomico