A. L. S. A.

 

Associazione Livornese Scienze Astronomiche

 


DISPENSA N. 2
OSSERVARE IL CIELO
(a cura di Dino Orsucci)

La prima cosa cui pensa l'aspirante astrofilo è il telescopio. Ciò è logico e può essere anche giusto, ma personalmente mi sento di consigliare di prendere inizialmente confidenza con la volta celeste semplicemente osservando ad occhio nudo. Non si deve pensare che questo sia riduttivo, anzi… basta riflettere sul fatto che l'Astronomia è scienza antichissima, tant'è vero che grandi menti illuminate, molti secoli prima di Galileo e senza strumenti ottici né orologi, avevano calcolato il raggio della Terra, quanto il Sole è più grande della Luna, quante volte Giove è più distante del Sole ecc.
L'astrofilo principiante può imparare la posizione della Stella Polare, riconoscere le Costellazioni, verificare i moti degli astri durante la notte e col variare delle stagioni, distinguere i pianeti dalle stelle, senza parlare poi delle fasi lunari, dei percorsi della Luna e tanti altri fenomeni che s'imparano
solamente ad occhio nudo. Certamente all'inizio gli sarà necessario l'aiuto di una persona già pratica o di un testo che gli insegneranno dove e come guardare, poi potrà proseguire da solo.
Un secondo passo può essere rappresentato, non necessariamente però, dall'uso di un binocolo [
Disp. 3], per passare poi ad un piccolo telescopio. Piccolo perché sarebbe sbagliato investire cifre importanti in uno strumento impegnativo, con il rischio che questo non soddisfi le sue preferenze: infatti di telescopi ne esistono di tante specie e con caratteristiche diverse per assolvere compiti abbastanza diversificati [Disp. 4].
I consigli per il principiante inesperto che inizia ad osservare il cielo, sono in successione temporale:

  • imparare la volta celeste con l'aiuto di persona già pratica, di un buon testo o almeno di una mappa stellare: tutte le librerie ne hanno vasta scelta. Solo così si può prendere dimestichezza con la nuova materia
  • anche un binocolo può essere utile e riserva visioni stupende di zone della Via Lattea, d'ammassi stellari e della Luna, anche se modestamente ingrandita
  • un piccolo telescopio (non di quelli 'minimi' tipo giocattolo perché sarebbe scomodo, inadeguato, deludente) con il quale imparare ad inquadrare gli oggetti che interessano, capire come funziona la meccanica degli strumenti, inseguire gli astri nel loro movimento, e dopo un certo periodo di pratica analizzare le proprie preferenze per passare a…
  • un telescopio più grande più o meno fornito di accessori, che soddisfi i propri gusti e duri a lungo.

Ad ogni buon conto si abbia chiaro che i mezzi d'osservazione citati, seppure consigliati nell'ordine logico da adottare per il progredire del dilettante, sono da considerarsi tutti validi anche per gli esperti che li useranno secondo il tipo d'osservazioni decise al momento. Le differenze sostanziali, a prescindere dalle diversissime modalità d'uso, sono costituite dalle porzioni di cielo (progressivamente più ristrette) che consentono di ammirare e dagli ingrandimenti forniti (sempre più forti) [Disp. 25].

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DISPENSA N. 3
IL BINOCOLO
(a cura di Dino Orsucci)

[Disp.2] - Le caratteristiche ottiche di un binocolo, stampigliate sempre sullo strumento, sono comunemente espresse con sigle tipo 8 x 30, 12 x 50, 40 x 100 ove la prima cifra indica il numero degli ingrandimenti forniti e la seconda il diametro in mm. di ognuno dei due obiettivi, in altre parole delle grandi lenti frontali. A seconda poi delle specifiche degli oculari (il complesso di lenti più piccole ove si accostano gli occhi) il campo effettivamente abbracciato, che si misura in gradi, a parità d'altri dati può essere un po' più o meno ampio. In genere il campo inquadrato si trova specificato sullo strumento con l'espressione, per esempio, FIELD 7°.

Per l'uso astronomico si possono usare i comuni binocoli costruiti per osservazioni terrestri. In pratica, anche se otticamente validi, presentano però due problemi:

  • la difficoltà di tenere ben fermo lo strumento, altrimenti il tremolio impedisce una visione gradevole ed accettabile. Si cerca in genere di rimediare con espedienti vari, come appoggiare i gomiti o la nuca ad una superficie solida, oppure comprare o costruirsi un idoneo cavalletto o inventarsi un supporto qualunque sul momento;
  • l'assumere posizioni scomode e stancanti quando si guardano porzioni di cielo molto alte sull'orizzonte.


Esistono binocoli per specifico uso astronomico e le loro caratteristiche salienti sono obiettivi di grande diametro come 80, 100 mm. o anche maggiori, possibilità di essere piazzati su appositi cavalletti, forniti talvolta (enorme comodità) di oculari diagonali: ogni oculare è costruito in modo da formare un angolo (circa 45°) rivolto in su rispetto all'asse dello strumento, che non obbliga quindi l'osservatore a contorcimenti strani. Questi strumenti sono in grado di fornire eccellenti visioni del cielo, ma hanno un grande difetto…costano molto di più dei piccoli telescopi. Per esempio una recente rivista (giugno 2001) descrive un binocolo 25-40 x 100 (ingrandimenti forniti 25x o 40x a piacere, con campi di vista da 2.5° a 1.5°), con cavalletto, senza oculari angolati, che costa di listino 2.950.000 lire. Cosa si può guardare con uno strumento del genere? I pianeti a 40 ingrandimenti sono sempre troppo piccoli per essere apprezzati, ma la Luna che misura circa mezzo grado, fa già la sua figura in un cerchietto di un grado e mezzo. Con un cielo buio lo strumento darà il meglio di se stesso: Via Lattea, ammassi stellari, nebulose ecc.
In un confronto tra la resa ottica di un binocolo astronomico di eccellente qualità e quella di un telescopio altrettanto buono con pari diametro ed ingrandimento, a mio parere ha la meglio il binocolo per due motivi:

  • un binocolo con due obiettivi da 80 mm raccoglie più luce del telescopio di uguale diametro. In termini numerici il diametro totale risulta:

  • la visione con due occhi è molto più comoda e specialmente
    più gratificante per l'effetto stereoscopico.

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DISPENSA N. 4
IL TELESCOPIO
(a cura di Dino Orsucci)

[Disp. 2] - Il telescopio è lo strumento principe impiegato per l'osservazione degli astri o di piccole porzioni di cielo, ed il motivo risiede nei forti ingrandimenti che riesce a produrre. Ogni telescopio, a prescindere dallo schema ottico, dalla sua grandezza e da altre caratteristiche, è composto dalle seguenti parti:

Nei telescopi commerciali le tre componenti possono essere di vari tipi per dare origine ad una vasta gamma di modelli:

  • secondo lo schema ottico [Disp. 5]: quelli con obiettivo formato da lenti sono denominati rifrattori, con obiettivo formato da specchi sono detti riflettori, altri hanno specchi in configurazione particolare (gli Schmidt-Cassegrain) ecc.
  • la montatura può assumere due forme fondamentali [Disp.6]: la più semplice è quella denominata altazimutale e permette il movimento dell'ottica in altezza e direzione, l'altra è un po' più complicata, ma consente l'inseguimento degli astri più correttamente ed è chiamata equatoriale.

Il supporto è quasi sempre un cavalletto, ed ha importanza per la stabilità dello strumento che durante l'uso deve essere ben fermo.
Le specifiche ottiche d'ogni telescopio, qualunque sia il suo schema, sono determinate dal suo obiettivo che è il dispositivo (come in una macchina fotografica) che raccoglie la luce e la trasforma in immagine. Queste specifiche sono: il diametro e la lunghezza focale.
Il diametro è importante perché con il crescere delle sue dimensioni cresce la quantità di luce che raccoglie, e ciò si traduce in maggiore capacità di mostrare oggetti sempre meno luminosi o, come si dice in gergo, più deboli. La lunghezza focale determina, a parità di altre condizioni, i rapporti d'ingrandimento ottenibili. Le focali più usate negli strumenti destinati ai principianti sono intorno a 1000 mm.: un ottimo compromesso per avere apprezzabili ingrandimenti, ma senza spingerli troppo perché la qualità degli obiettivi non lo consentirebbe. A proposito di ingrandimenti [
Disp.7] è bene tener presente che con un certo telescopio che ha una sua lunghezza focale, si possono ottenere ingrandimenti diversi secondo l'oculare che viene usato. L'oculare è il dispositivo ottico, sempre intercambiabile, che trasforma l'immagine reale formata dall'obiettivo in un'immagine virtuale visibile [Disp.8].
Con questo si capisce come non ha senso la consueta domanda del profano: "Quanto ingrandisce questo telescopio
?"

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DISPENSA N. 5
L'OTTICA DEL TELESCOPIO
(a cura di Dino Orsucci)

[Disp. 4] - Il telescopio può essere realizzato secondo diversi schemi ottici che si differenziano per i particolari costruttivi (e quindi per i costi di produzione), per la perfezione della resa, per la vocazione ad essere impiegati per certi usi piuttosto che altri ecc. Non esiste il telescopio perfetto, ma per ogni osservatore del cielo esiste il telescopio che soddisfa al meglio il compromesso tra prezzo/qualità/destinazione d'uso.

Il principiante potrà distinguere immediatamente ad occhio le principali famiglie di strumenti sulla base di queste descrizioni:

RIFRATTORI - Sono telescopi con obiettivo formato da lenti: hanno una forma cilindrica molto allungata, l'obiettivo è all'estremità anteriore (come nei binocoli) e il porta oculari all'estremità posteriore [Disp 11]. Molto adatti, anche quando hanno diametri modesti (60 - 80 mm) e prezzi molto accessibili, all'osservazione di Luna e Pianeti. In genere, a torto o a ragione, i piccoli rifrattori sono il primo strumento dei giovanissimi.

RIFLETTORI NEWTONIANI -Anch'essi cilindrici allungati, hanno obiettivo formato da uno specchio concavo, posto nella parte posteriore che è chiusa e quindi non in vista. Il porta-oculari è collocato invece quasi all'estremità anteriore in posizione perpendicolare al tubo ottico [Disp. 12].- Essi danno ottima resa in tutti i campi d'osservazione e sono - a confronto con altri schemi ottici - i più economici per semplicità costruttive. In genere sono i preferiti dai principianti con pretese al di sopra del minimo.

RIFLETTORI SCHMIDT CASSEGRAIN - [Disp.13] Si presentano con tubi molto corti rispetto al diametro e ciò ne rende possibile la costruzione con focali spinte e diametri di rilievo. Eccellenti per ogni osservazione e particolarmente adatti per fotografie e riprese CCD. Sono però anche i più costosi. Sulla base di questo schema esistono alcune varianti, che portano nomi leggermente diversi.

I tre tipi menzionati sono i più diffusi tra gli apparecchi destinati agli astrofili.
I vantaggi e gli svantaggi che ognuno presenta nei confronti degli altri possono essere rilevati dalle singole dispense ove vengono descritti più dettagliatamente.

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DISPENSA N. 6
LE MONTATURE
(a cura di Dino Orsucci)

[Disp. 4] - In questi ultimi tempi sul mercato destinato agli astrofili sono apparsi telescopi con montature motorizzate o addirittura computerizzate, a prezzi molto accessibili. Il principiante ancora non abbastanza addentro alla materia (e che forse non conosce ancora la differenza tra una montatura altazimutale ed una equatoriale) si trova forse un po' confuso da queste novità, per cui sarà opportuno fornirgli qualche spiegazione. Innanzi tutto ricordiamo che la montatura è la parte del telescopio costituita dagli organi meccanici atti a sostenere e muovere il tubo ottico. I movimenti saranno manuali se avvengono mediante la manovra di rotelle e manopole, oppure motorizzati (su uno o due assi secondo quanti motori ci sono) ed infine computerizzati se lo strumento possiede dei motori gestiti da un piccolo computer che provvede a puntare gli oggetti desiderati e poi inseguirli.
Che cosa significa inseguire? Immaginiamo di avere un telescopio fisso sul suo supporto, che stia fornendo forti ingrandimenti, ed una persona non esperta che guardi un oggetto qualunque: l'osservatore resterà senz'altro stupito dalla rapidità con cui l'oggetto osservato tende a spostarsi nell'inquadratura per sparire poco dopo. Il motivo, com'è noto, è da ricercarsi nel fatto che il telescopio ci sembra fermo, ma in realtà, rispetto agli astri, sta viaggiando nello spazio trascinato dalla Terra, principalmente per effetto del suo moto di rotazione. Il rimedio all'inconveniente consiste nello spostare di quando in quando il tubo ottico in modo da inseguire l'oggetto in osservazione.
Tutti sappiamo che gli astri sorgono all'incirca verso est, descrivono in cielo una curva e vanno a tramontare verso ovest. Chi è un po' più addentro ai meccanismi del cielo sa anche che gli astri più vicini alla Stella Polare, i cosiddetti 'circumpolari' che non tramontano mai, percorrono delle traiettorie circolari più o meno ampie.
Tornando al nostro ipotetico telescopio, il modo di inseguire un oggetto cambia secondo le caratteristiche costruttive della montatura che può essere: altazimutale o equatoriale.

LA MONTATURA ALTAZIMUTALE
Ha due assi, uno orizzontale e l'altro verticale, per muovere il tubo ottico in due sensi:

  • il primo per inclinarlo più o meno verso l'alto
  • l'altro per girarlo nella direzione (o azimut) voluta, ruotando cioè il tubo su un piano parallelo all'orizzonte dell'osservatore.

Gli aggiustamenti per l'inseguimento, fino all'arrivo del computer, non potevano che essere manuali. Anche l'applicazione di motori sui due assi comportava di doverli comandare a mano con apposita tastierina, data l'impossibilità di imprimere automaticamente il giusto movimento al telescopio: la dimostrazione si evidenzia con la figura 1 dove è rappresentata una stella che compie un grande arco nel cielo: nel tratto del suo cammino racchiuso nel quadratino n. 1 bisognerebbe spostare il telescopio molto in altezza e poco in azimut, in quello n. 2 i due spostamenti si invertono e nel n. 3 si equivalgono. In queste condizioni non si può pretendere un inseguimento automatico con due motori che girano a velocità costante.

Nell'ambito delle montature altazimutali vanno rammentate quelle cosiddette "Dobson", dal nome del loro inventore, che sono costituite da un semplice supporto a forma di scatola, in genere di legno, che sorregge il tubo ottico. Questo supporto è libero di girare sulla sua base e consente al tubo di basculare per venire inclinato più o meno. Con questi due movimenti si può inquadrare l'oggetto desiderato e poi inseguirlo con successivi aggiustamenti eseguiti a mano. In verità il suo uso può risultare a qualcuno alquanto scomodo, ma la possibilità di utilizzare ottiche di discreto diametro e l'economicità della costruzione lo rendono assai interessante.

LA MONTATURA EQUATORIALE
Immaginiamo di essere al Polo Nord. La Stella Polare è a perpendicolo sulla nostra testa o, detto con altre parole, essa si trova sul prolungamento della retta tracciata dal filo a piombo la quale coincide, per definizione, con l'asse di rotazione della Terra. Tutte le stelle del cielo boreale sono visibili ed appaiono circumpolari perché descrivono cerchi perfetti e non tramontano mai. La loro posizione è determinata facilmente con l'indicazione delle rispettive distanze angolari dall'orizzonte (declinazione), e della direzione (ascensione retta). Declinazione ed Ascensione Retta costituiscono le cosiddette coordinate celesti [
Disp. 9]. Così, per esempio, una stella visibile bassa all'orizzonte ha declinazione zero, la Stella Polare ha declinazione 90 (non è proprio esatto, ma per il nostro ragionamento va benissimo). Anche col passare delle ore o delle stagioni la declinazione di ogni stella non cambia perché, seppure ruotando sull'orizzonte, essa mantiene costante la sua distanza alla Polare (vedi figura 2).

Detto questo, torniamo al nostro argomento principale, accingendoci a puntare ed inseguire una stella X dalla nostra postazione collocata al Polo Nord. Montiamo il telescopio su una montatura altazimutale, che ricordiamo ha solo un asse verticale ed uno orizzontale: quindi incliniamo il tubo verso l'alto dei gradi corrispondenti alla declinazione della stella X, e poi lo ruotiamo in orizzontale fino a puntare il nostro astro. Per l'inseguimento, che si rende necessario con il passare dei minuti e delle ore, non occorrerà cambiare l'inclinazione (declinazione), ma basterà ruotare il tutto in orizzontale (intorno all'asse verticale), alla velocità costante di un giro nelle 24 ore. Praticamente possiamo inseguire la stella X imprimendo al nostro strumento un solo movimento rotatorio dell'asse verticale, a velocità costante ottenibile con un semplice motorino. Questo asse, ricordiamo, è parallelo a quello terrestre, punta alla Stella Polare e può essere chiamato "asse polare" (vedi figura 3).
Ricapitolando: se fossimo al Polo Nord, una montatura altazimutale assolverebbe egregiamente le nostre esigenze di puntamento e di inseguimento. Scendendo a latitudini minori le cose si complicano, perché l'asse polare della nostra montatura, mantenendosi verticale rispetto all'orizzonte dell'osservatore, non sarebbe più parallelo all'asse terrestre. Il rimedio c'è e consiste nel ricreare artificiosamente, in qualunque posto ci troviamo, le stesse condizioni che avevamo al Polo Nord: ciò si ottiene se la nostra montatura altazimutale viene appoggiata su un piano opportunamente inclinato, in modo tale che l'asse polare dello strumento torni parallelo all'asse terrestre. La montatura così modificata assume la denominazione di "equatoriale" perché il piano ortogonale all'asse verticale , o polare, si pone parallelo al piano dell'equatore terrestre.


Certamente questo tipo di montatura è molto più complesso dell'altazimutale, ma, almeno fino all'arrivo dei computer, era l'ideale per inseguimenti manuali o motorizzati. Esaminiamola allora da più vicino e vedremo che ha ben cinque regolazioni:
1° regolazione: MESSA IN BOLLA. Tutta la montatura, manovrando opportunamente la lunghezza della gambe del cavalletto, deve essere messa accuratamente orizzontale, o come si dice comunemente "in bolla". Alcune montature hanno incorporata una livella che facilita questo compito.
2° regolazione: ORIENTAMENTO. La montatura deve essere ruotata orizzontalmente in modo da orientare l'asse polare verso il punto Nord dell'orizzonte.
3° regolazione: LATITUDINE - Occorre inclinare tutta la montatura rispetto al suo supporto fino ad un valore pari alla latitudine del luogo; l'operazione è facilitata da un'apposita scala graduata da 0 a 90. Ciò fatto, l'asse polare, salvo minimi aggiustamenti, dovrebbe puntare alla Stella Polare. Alcune montature hanno inserito nell'asse polare un piccolo cannocchiale, che agevola molto le tre manovre descritte: quando la Polare è centrata nel cannocchiale lo 'stazionamento' è giusto.
L'asse polare dovrà restare in questa posizione durante tutte le manovre successive, per tutta la durata della sessione di lavoro.
4° e 5° regolazione: PUNTAMENTO DELL'OGGETTO. Si tratta di cercare l'oggetto desiderato manovrando in declinazione ed ascensione retta, esattamente come prima si faceva in altezza ed azimut.
Per l'inseguimento basterà avere un motorino sull'asse dell'ascensione retta che imprima al tubo ottico il solito giro nelle 24 ore.


CONCLUSIONE

Fino a qui la teoria. In pratica le cose non sono così facili, perché entrano in gioco l'imperizia del principiante, le difficoltà di uno stazionamento molto preciso, le imperfezioni meccaniche degli strumenti più economici.

Nella Disp.15 verrà fatto un riepilogo dei concetti che legano i vari tipi di montatura con i vari tipi di coordinate celesti [Disp. 9].

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DISPENSA N. 7
I NUMERI DEL TELESCOPIO
(a cura di Dino Orsucci)

[Disp. 4] - DIAMETRO E FOCALE - Ogni telescopio, qualunque sia il suo schema ottico, si qualifica con due caratteristiche costruttive principali: il diametro (D) e la focale (F), di solito espresse in millimetri. Più grande è il diametro, maggiore è la quantità di luce raccolta e quindi aumenta la possibilità di osservare oggetti sempre meno luminosi, ma non solo: aumenta anche il potere risolutivo, che è la proprietà di distinguere come separati due punti vicini con beneficio di ricchezza di particolari e di nitidezza. La lunghezza focale è la distanza tra l'obiettivo ed il piano su cui esso forma l'immagine primaria, che verrà ingrandita dall'oculare. Anche l'oculare ha una sua lunghezza focale (Fo).
- INGRANDIMENTO - L'abbinamento del telescopio con un oculare determina l'ingrandimento (I) secondo la semplice formula I = F / Fo. Per esempio con ottica F=1000 mm. e oculare Fo=20 mm l'ingrandimento è 1000/20=50. Il complesso ottico fornirà quindi 50 ingrandimenti, o come comunemente si dice: 50x. Se ne deduce che con un certo telescopio otterremo ingrandimenti maggiori usando oculari a focale più corta; di contro, un certo oculare darà ingrandimenti maggiori con telescopi di focale più lunga.
- APERTURA RELATIVA - Viene indicata con 'f' ed è il rapporto F / D, cioè Focale diviso Diametro. Per esempio un rifrattore con F 1200 mm e D 120 mm ha un'apertura f=10, un riflettore F 1000 e D 114 avrà f=8,7. Il dato è importante, tra l'altro, nelle applicazioni fotografiche perché ha lo stesso significato del diaframma delle fotocamere.
- OSTRUZIONE - Nei riflettori assume importanza un altro dato: l'ostruzione od otturazione. Lo schema ottico prevede che all'interno del telescopio sia posto uno specchietto (specchio secondario) che riflette l'immagine fornita dal primario per deviarla verso l'oculare. Il secondario, seppure piccolo rispetto al diametro dello strumento, ostruisce il passaggio ad una certa quantità di raggi luminosi provenienti dal cielo. La percentuale dei raggi intercettati e perduti costituisce l'ostruzione di un riflettore ed ovviamente più è bassa, maggiore è la resa del telescopio.
- CAMPO APPARENTE E CAMPO REALE - Gli oculari, oltre alla focale, hanno un'altra caratteristica importante: il campo apparente (Ca). Tra due oculari con uguale focale, che danno quindi lo stesso ingrandimento, quello con Ca più grande fa vedere una porzione di cielo più ampia dell'altro. Come a dire, per esempio, che la Luna ingrandita 25 volte potrà vedersi tutta e con un po' di fondo di cielo intorno, oppure non riuscire ad entrare nel campo inquadrato. La porzione di cielo realmente inquadrata si chiama "campo reale" (Cr) e la sua misura in gradi è Cr = Ca / I
- ESEMPIO CONCRETO. Telescopio focale F = 910 e Diametro D = 114,
Oculare Fo = 10 e campo apparente Ca = 40°
Oggetto Luna dimensioni angolari 30'
Apertura relativa del telescopio f = F / D = 910/114 = 8 circa
Ingrandimento I = F / Fo = 910/ 10 = 91
Porzione di cielo inquadrata Cr = Ca / I = 40° / 91 = 0,43° = circa 25'.
Non riusciremo a vedere la Luna (30') tutta intera.

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