Telescopi per l'osservazione dei pianeti

Da Sezione Pianeti UAI.

Considerazioni Generali

L'attitudine e le modalità d'impiego di un telescopio usato per osservazioni planetarie è un argomento complesso e sempre dibattuto. In realtà entrano in gioco numerosi parametri ed esigenze anche contrastanti, e le indicazioni che si danno sono inevitabilmente il risultato di una serie di compromessi. Di qui anche una certa difformità di opinioni riscontrabile in letteratura, che pure non sempre deriva da solide evidenze sperimentali.

Il fatto è che la classica teoria della diffrazione, e relative nozioni di potere separatore, ingrandimento risolvente, etc., risultano del tutto inadeguate a descrivere il fenomeno della visione di un oggetto esteso, a basso contrasto, più o meno deformato dalla turbolenza atmosferica (seeing). Ciò premesso alcune considerazioni di fondo raccolgono, o dovrebbero raccogliere, unanimi consensi.

La prima è che esistono buoni e cattivi telescopi, indipendentemente dal tipo e, a volte, anche dalla marca. E un buon telescopio difficilmente dà cattivi risultati anche sui pianeti.

L'eccellenza delle ottiche è dunque necessaria. Al riguardo vale la pena ricordare che nessun complesso ottico può essere migliore del suo componente peggiore; di qui la necessità che dall'obbiettivo all'oculare, compresi tutti gli elementi intermedi, la qualità sia garantita nei limiti di tolleranza che, per le ottiche così dette "diffraction limited" è di 1/8 di lunghezza d'onda (intorno a 550 nm) sul fronte.

Altra considerazione riguarda le dimensioni. La regola secondo cui maggiore è l' obbiettivo meglio è, può essere parzialmente corretta da vari altri elementi, in particolare per quanto concerne i rifrattori apocromatici dell'ultima generazione, ma mai seriamente negata.

Si può rimanere estasiati contemplando l' immagine fornita da un mitico Questar da 9 cm, ma la quantità di dettagli che uno Schmidt-Cassegrain commerciale da 20 cm mostra dello stesso oggetto è nettamente superiore.

Il fatto, inevitabile, per cui più grosso è il telescopio più esso risente del seeing, concerne quella che si potrebbe definire "efficienza marginale". La turbolenza può cancellare dettagli che pure sarebbero alla portata dello strumento, ma non rende invisibili quei dettagli che un telescopio più piccolo riesce a mostrare in condizioni analoghe, e questo senza tener conto delle fluttuazioni del seeing che sono sempre e comunque a vantaggio dell'apertura maggiore. Quanto sopra rende ragione del guadagno relativo dato dalla pratica di diaframmare l'obbiettivo (specie nell'ambito delle aperture medie): si avranno immagini più gradevoli, ma sempre meno informative.

Per quanto apparentemente banale, un' ultima considerazione s'impone. A prescindere da gusti e desideri, lo strumento "migliore" è quello di cui effettivamente si dispone. L'uso costante, la cura con cui si manutiene, la messa in essere di tutti gli accorgimenti possibili ed utili, la pratica dell'osservazione rendono possibile e remunerativo l'uso di qualunque buon telescopio, purchè di dimensioni sufficienti.

Per venire a qualche indicazione più specifica, un telescopio planetario dovrebbe avere due caratteristiche principali: il percorso ottico non ostruito, e un buon rapporto focale. L'ostruzione - tipica quella degli specchi secondari dei riflettori classici - ha per conseguenza quella di trasferire parte della radiazione incidente dal falso disco (di Airy) alle centriche, col risultato che la figura base di diffrazione, ed un'immagine estesa non è che una somma di esse, diviene più grande e più "piatta". L' immagine planetaria risulta carente nel contrasto, di conseguenza perde in definizione e nella capacità di reggere gli ingrandimenti più elevati. Fortunatamente le conseguenze dell' ostruzione diventano minime quando questa è inferiore a 1/6 del diametro dello specchio primario. Il buon rapporto focale è una caratteristica auspicabile intanto in quanto consente l'uso di specchietti secondari di piccole dimensioni nel caso dei riflettori newtoniani, e poi perchè permette di ottenere forti ingrandimenti senza forzature eccessive.

Schemi Ottici

Il newtoniano più aperto (f/5) è più corto, ma è più delicato nella messa a fuoco e richiede una più accurata collimazione ottica.

Da quanto detto appare chiaro che, a parità di diametro, i telescopi rifrattori risultano gli strumenti più indicati. Oltre a non soffrire degli inconvenienti citati, essi rendono il massimo contrasto d'immagine anche perché la rifrazione induce una minima diffusione della radiazione, ed inoltre minimizzano la cosiddetta turbolenza strumentale che, al contrario, insidia le prestazioni degli strumenti a tubo aperto. Il residuo cromatismo dei semplici doppietti acromatici può anche essere eliminato del tutto per mezzo di un tenue filtro giallo.

L'ostruzione del secondario dipende dal valore di f/A partire da 15 cm d'apertura, però, la situazione si fa più complessa. I moderni rifrattori apocromatici a f/8 raggiungono costi d'affezione, ed i doppietti, pur assai costosi, pongono gravi problemi d'ingombro con i loro tubi di oltre 2 metri di lunghezza e colonne di conseguenza. L'umile newtoniano si prende una grossa rivincita per il costo minimo e l'ingombro relativo. Se ben progettato e accuratamente collimato la resa ottica può essere addirittura eccellente. Esso offre inoltre il grosso vantaggio di consentire sempre una buona posizione di osservazione, al contrario degli strumenti che hanno l'oculare all'estremità inferiore del tubo, posto che non è consentito all'osservatore planetario far uso di rinvii Coudé o accessori analoghi.

Anche i classici riflettori Cassegrain, compatti e a lunga focale, risultano eccellenti. Per ovviare agli inconvenienti del tubo aperto, però, si rivela molto interessante la configurazione del Maksutov-Cassegrain e ancor di più quella del Maksutov-Newton; in particolare l'ultima soluzione mantiene un'ostruzione molto bassa (entro il 25%) anche con un rapporto focale di f/6, e gli esemplari ben lavorati hanno una resa decisamente ottima.

Gli Schmidt-Cassegrain, infine, hanno dalla loro una buona apertura, ma pagano il prezzo di una ostruzione rilevante. La qualità di questi strumenti non sembra costante, ma un esemplare standard (e ben collimato) risulta senza dubbio utilizzabile. Gioca a suo vantaggio - particolare niente affatto trascurabile - la trasportabilità senza pari e l' eccellente inseguimento.

Si è detto più volte della necessità che il telescopio sia ben collimato, onde ottenere la massima definizione in virtù dell'ottimizzazione della figura base di diffrazione.

Un semplice controllo consiste nell'osservare a forti ingrandimenti una stella di seconda o terza grandezza con l'oculare leggermente estratto rispetto al fuoco: se il telescopio è collimato si vedrà un puntino centrale luminoso circondato da una serie di anelli circolari e concentrici.

Rifrattori e Schmidt-Cassegrain sono poco soggetti a perdere il corretto allineamento delle ottiche (e per questi ultimi, in caso di necessità, bisogna ricorrere alla assistenza della Casa), evento invece assai frequente per i riflettori classici.

Per concludere è opportuno ricordare che l'escursione termica fra giorno e notte impone che il telescopio raggiunga la temperatura di equilibrio nelle condizioni d'uso. I riflettori classici in particolare, a causa del tubo aperto, dovranno essere esposti alla temperatura esterna con buon anticipo rispetto all'osservazione.

Dimensioni del telescopio

Come già accennato, per consentire la piena partecipazione ai programmi della Sezione, il telescopio deve avere dimensioni adeguate.

Nel caso di osservazioni ad alta risoluzione, come sono tipicamente quelle planetarie, il potere risolutivo, ovvero la capacità dello strumento di separare dettagli superficiali quanto più vicini tra loro, è un fattore preminente. Una semplice formula per calcolare con buona approssimazione il potere risolutivo P.r. espresso in secondi d'arco è:

P.r. = 120/D

dove D è il diametro dell'obbiettivo espresso in millimetri. E' evidente come al crescere del diametro diminuisca l'angolo sotteso dai particolari più ravvicinati osservabili. La formula è sostanzialmente valida per dettagli fortemente contrastati, tipico il caso delle stelle doppie.

Nel caso di una superficie planetaria, normalmente caratterizzata da bassi contrasti, la costante può aumentare di molto. Se un particolare di 1" sufficientemente contrastato è visibile con un telescopio di 12 cm d'apertura, uno meno contrastato richiederà un'apertura anche molto maggiore. Evidentemente il limite del P.r. sarà dato dalla turbolenza atmosferica. Espressa in secondi d'arco, la turbolenza media di località non particolarmente favorite - sempre che le condizioni atmosferiche siano stabili - può essere stimata intorno a 2-2,5", con fluttuazioni che possono momentaneamente dimezzare tale valore. Se ne deduce che l'apertura minima utile si aggira intorno ai 10 cm per i rifrattori e 15 cm per i riflettori. Strumenti più piccoli, oltre che per addestramento, possono essere occasionalmente utilizzati da osservatori esperti.

Il primo telescopio

Una domanda ricorrente da parte del neofita - tale di solito nei confronti dell'astronomia osservativa in generale - concerne l'indicazione concreta di uno strumento adatto all'osservazione dei pianeti. Data la premessa non è il caso di suggerire l'acquisto o la realizzazione di uno strumento specificamente planetario: sarebbe comunque costoso e impegnativo, e potrebbe risultare inutilizzabile in altri settori verso i quali, successivamente, ci si volesse orientare.

D'altro canto il mercato non offre prodotti che siano in grado di coniugare costi e versatilità per un approccio iniziale all'astronomia osservativa e prestazioni adeguate in campo planetario. Non rimane che la via dell'autocostruzione di uno strumento orientato all'osservazione planetaria, che pure risulti valido per la contemplazione e la "scoperta" delle bellezze del cielo. Un riflettore newtoniano di 15 cm di diametro F/8, con secondario ellittico di dimensioni contenute (asse minore di 20 mm circa), tubo quadrato in legno, solida montatuta altoazimutale anch'essa quasi completamente in legno, rappresenta senza dubbio la soluzione ottimale.

Per la realizzazione, un impegno alla portata di chiunque abbia una minima predisposizione al bricolage, conviene fare riferimento al progetto che J.Texerau espone nel suo insuperato "How to make a telescope": il risultato sarà un piccolo gioiello di ingegneria e, con un po' di attenzione, di estetica. Fortunatamente il mercato consente oggi di acquistare le ottiche, la cui realizzazione nel diametro considerato, a prescindere dalle difficoltà, non sembra neppure così conveniente se si considera il tempo occorrente e l'incertezza del risultato. Il costo totale non dovrebbe superare quello di un mediocre rifrattore da 80 mm, eppure avremo uno strumento che, quanto a immagini planetarie, è in grado di rivaleggiare se non battere un lussuoso Schmidt-Cassegrain da 20cm.

Un valido compromesso tra autocostruzione e strumenti commerciali, o un successivo passo in avanti, è l'abbinamento di un tubo ottico autocostruito con una montatura equatoriale commerciale. Questa soluzione permette di beneficiare dei vantaggi dell'inseguimento automatico, ed apre le porte alle prime esperienze di ripresa fotografica.