Il sistema solare si estende ben oltre l'orbita di Saturno ma, per esplorare quelle regioni, i tanti satelliti dei pianeti e l'universo ancora più lontano - per tutto questo (come pure per riprendere fotografie, analizzare i colori, ecc.) l'occhio umano ha bisogno dell'aiuto di uno strumento ottico: il telescopio.
La storia del telescopio e della sua tecnologia è troppo vasta e troppo ricca per essere raccontata su un'unica pagina web. Quello che viene presentato qui è solo un breve sommario storico. Per maggiori notizie, raccomando un libro (in inglese)
Stargazer: The Life and Times of the Telescope
(Osservare le stelle: la vita e la storia del telescopio)
di Fred Watson, De Capo Press 2006
| |
Watson è un astronomo australiano, e buona parte di quello che segue è descritta molto meglio nel suo libro.
Il telescopio fu inventato nel 1608 da Hans Lipperhey, un fabbricante di lenti olandese. La fabbricazione delle lenti era molto progredita nei secoli, e nel 1600 gli occhiali da vista erano ampiamente diffusi per correggere la visione - non soltanto con le lenti convesse (per correggere la presbiopia e l'ipermetropia) ma anche, successivamente, con lenti concave per correggere la miopia. Lipperhey trovò che combinando i due tipi di lenti e regolando la curvatura e la distanza, otteneva una combinazione che faceva sembrare gli oggetti molto più vicini. I protestanti olandesi erano allora in lotta con gli Spagnoli cattolici (che un tempo li avevano governati, e non avevano ancora desistito del tutto), per cui Lipperhey mostrò l'invenzione al suo duca, suggerendogli che poteva essere utile in guerra.
Ma il duca se ne vantò con l'ambasciatore di Spagna, il segreto trapelò e Lipperhey perse la sua sperata ricompensa.
Nel frattempo, Galileo Galilei in Italia ebbe notizia di questo telescopio e non solo adattò la nuova tecnologia all'astronomia, ma la perfezionò all'estremo limite. Invece di un ingrandimento di 3 volte (come negli attuali binocoli da teatro, che usano lo stesso principio), egli usò lenti di diverse curvature ottenendo strumenti che ingrandivano di 8, 20 e poi anche di 30 volte. Con questi telescopi scoprì la forma a falce di Venere e i satelliti di Giove, entrambi visti come prove della teoria di Copernico. Purtroppo egli espresse il suo supporto alla teoria copernicana in maniera troppo forte per il dogmatismo della Chiesa del suo tempo, e alla fine fu processato e dichiarato colpevole. Galileo vide anche i crateri della Luna, e notò che quella confusa Via Lattea che si stendeva lungo il cielo era in realtà composta di un enorme numero di deboli stelline.
Keplero analizzò matematicamente l'ottica e arrivò a un progetto che usava due lenti convesse, anche se in tal modo le immagini venivano capovolte. L'inversione non aveva importanza per gli astronomi - e per l'uso terrestre, una ulteriore lente raddrizzava l'immagine. Furono fatte molte scoperte con i primi telescopi (inclusa l'esistenza delle macchie solari, proiettate dal telescopio su uno schermo), ma essi avevano un grosso problema. Una lente rifrange la luce come un prisma e, come quasi tutti oggi sanno, i diversi colori vengono rifratti ad angoli diversi. I pianeti e gli altri corpi celesti generalmente brillano di una luce fatta da un miscuglio di colori (il bianco è appunto un miscuglio di colori), per cui un telescopio focalizza in modo netto l'immagine degli oggetti (diciamo) verdi, mentre l'immagine degli oggetti bianchi (o della maggior parte degli altri colori) appare circondata da un alone di colori sfumati.
Il problema rientrò nella vasta rete di interessi di Isaac Newton, il quale pensò che fossero intrinsecamente le lenti a causare l'inconveniente. La luce comunque può essere focalizzata anche da specchi curvi (come gli specchi che ingrandiscono, usati in cosmetica), e quindi nel 1668 progettò un telescopio in cui la luce veniva raccolta da uno specchio curvo fatto di una lega con buone proprietà riflettenti ("speculum metallum" - speculum significa specchio, da cui il verbo "speculare"). Gli specchi devono essere lavorati con una accuratezza maggiore rispetto alle lenti, ma Newton ingegnosamente inventò una nuova tecnologia per lavorarli, quella usata ancora oggi dagli astronomi dilettanti, e riuscì dove precedenti sforzi avevano fallito. Il fascio riflesso veniva fatto convergere su un piccolo specchio ausiliario, ruotato di 90 gradi e inviato su un oculare. Questi "telescopi newtoniani" sono ancora oggi molto popolari: il fatto che l'oculare si trovi vicino alla parte superiore dello strumento, e non in basso, è comodo per chi osserva, ma - cosa ancora più importante - nonostante la richiesta di maggiore accuratezza, è più facile fabbricare grandi specchi curvi che non grandi lenti (e inoltre è soltanto una, e non due, la faccia da lavorare).
Newton fu troppo frettoloso ad abbandonare l'uso delle lenti. Infatti nel 1758 John Dollond brevettò una combinazione acromatica ("senza colori") di una coppia di lenti fatte di due diversi tipi di vetro, che funzionavano come una lente singola, ma annullavano quasi tutta la "dispersione" dei differenti colori. Subito dopo tuttavia comparve sulla scena un musicista tedesco trapiantato in Inghilterra, Wilhelm Herschel (in seguito cambiato in William, e ancora dopo Sir William), il quale continuò a costruire una serie di telescopi a specchio più grandi e più potenti di tutti quelli che esistevano al suo tempo.
Fu con uno di questi strumenti che William Herschel scoprì nel 1781 un nuovo pianeta, ora noto come Urano, ma questa è una storia che verrà raccontata separatamente.
Per osservare oggetti poco luminosi (e anche, come risultò in seguito, per distinguere maggiori dettagli), un telescopio è tanto migliore quanto maggiore è la sua apertura, cioè la dimensione (per esempio il diametro) del primo elemento che intercetta la luce dell'astro, sia esso una lente o uno specchio. Per la maggior parte del secolo seguente, i telescopi con uno specchio metallico fornirono le più grandi aperture, anche se erano ancora ampiamente in uso telescopi che usavano lenti acromatiche. Il più grande specchio metallico fu costruito dal conte Rosse in Irlanda, e fornì la prima buona immagine della nebulosa di Andromeda (che Lady Rosse disegnò a mano - le macchine fotografiche non esistevano ancora). Tuttavia gli specchi metallici erano pesanti, avevano bisogno di essere periodicamente rilucidati e la loro riflettività riduceva la luminosità. I telescopi a lenti erano più leggeri e più rigidi. Nel XX secolo, ripresero il sopravvento i telescopi fatti di vetro (con la superficie ottica alluminata o argentata) che sono più leggeri, possono essere sostenuti da dietro e inoltre (ved. più avanti) possono essere combinati insieme tra loro e leggermente flessi.
Poi vennero gli accessori - spettrometri per scindere la luce e dedurre dal suo spettro la composizione delle stelle, e spettroeliografi per osservare il Sole in un solo colore - essendo tale sorgente così brillante che gli astronomi possono ottenere una buona immagine anche se la maggior parte della luce viene scartata. Le macchine fotografiche resero possibili esposizioni di lunga durata - tra le altre cose, è stato possibile andare a caccia di asteroidi e con fotografie a lunga posa e pellicole di maggiore sensibilità si aumenta l'osservabilità di oggetti poco luminosi. Al giorno d'oggi, gli amplificatori elettronici di luce (sensori ad accoppiamento di carica, o CCD) fanno un lavoro ancora migliore. Per esempio, l'esposizione durata 11 giorni effettuata dal dispositivo "Ultra Deep Field" ("a campo ultra-profondo") del telescopio spaziale Hubble, ha registrato alcune delle più deboli e lontane galassie. Qui a fianco è mostrato un dettaglio di una tale fotografia "deep field" ("a campo profondo"): praticamente tutti gli oggetti che si vedono sono galassie lontanissime. Oculari innovativi e altre modifiche hanno enormemente allargato il campo di vista dei telescopi, e tali innovazioni sono culminate nel 1930 con il "telescopio Schmidt", in cui una lastra correttrice viene posta davanti allo specchio del telescopio.
Verso la fine del XIX secolo, i più grandi telescopi di entrambi i tipi furono costruiti negli Stati Uniti, grazie allo sforzo dello stesso uomo, George Ellery Hale. Nel 1897 egli fu responsabile del telescopio rifrattore di Yerkes - con i suoi 40 pollici è tutt'ora il più grande del suo genere - e di una serie di telescopi a specchi su Monte Wilson e poi su Monte Palomar nella California del sud, con uno specchio di 100 pollici su Monte Wilson (telescopio Edwin Hubble) e del telescopio da 200 pollici su Monte Palomar, che Hale non visse abbastanza da vedere finito.
Gli specchi di oggi sono fatti di vetro e ricoperti di argento o (più recentemente) di alluminio, più luminosi, più riflettenti e con enormi aperture. Per evitare la flessione degli specchi sotto il loro stesso peso, molti sono costituiti da specchi multipli, accuratamente allineati. Aumentando l'apertura, migliora anche il "potere risolutivo", cioè si restringe quella sfumatura dell'immagine, dovuta al fatto che la lunghezza d'onda della luce è finita. Tuttavia questo non basta: la risoluzione è degradata anche dalla turbolenza atmosferica - dalle leggere variazioni della rifrazione nell'aria dovute a variazioni locali di temperatura (che è anche la causa dello scintillio delle stelle), enormemente amplificate nell'immagine al telescopio.
È diventata molto importante la scelta di un sito dove installare un osservatorio astronomico, lontano dalle luci urbane e con un buona "qualità di visione" (si usa spesso il termine inglese "seeing"). Più recentemente, l'ottica adattiva ha permesso di superare il problema della turbolenza atmosferica, mediante lo spostamento e la deformazione dei pannelli dei telescopi a specchi multipli con piccoli motori. Anche i telescopi in orbita hanno evitato questo problema, con l'ulteriore vantaggio che possono essere osservate anche quelle lunghezze d'onda assorbite dall'atmosfera terrestre (come gli ultravioletti, ecc.). Ultimamente, telescopi per l'infrarosso (che richiedono speciali rivelatori) sono riusciti a penetrare attraverso le nubi oscure e hanno rivelato i dintorni del centro della nostra galassia con una risoluzione di pochi centesimi di secondo d'arco mentre, un secolo prima, la risoluzione di un secondo d'arco (anche in luce normale) era considerato piuttosto buono.
Sono stati costruiti anche telescopi per raggi-X, funzionanti in orbita, come per esempio il grande telescopio Chandra. I raggi X tendono a petrare attraverso un materiale, senza esserne riflessi, a meno che arrivino con un angolo di incidenza radente. Questo è ottenuto con un insieme di specchi conici curvi impilati uno sull'altro. I radiotelescopi sono stati un'altra innovazione. La formula classica per il potere risolutivo di un telescopio contiene il rapporto tra la superficie collettrice (specchio o lente) e la lunghezza d'onda usata, e questo indicherebbe una scarsissima risoluzione per i radiotelescopi, poiché le onde radio sono lunghe. Tuttavia, antenne a schiera possono essere larghe molti chilometri e anche separate da interi continenti, fornendo a questi strumenti la migliore risoluzione possibile.
Per ora, basta. Per maggiori approfondimenti, si possono leggere libri specifici.
|
Indice
