TELESCOPI E RISOLUZIONE
a cura di Mirko Capuano
INTRODUZIONE
Cosa si intende per risoluzione e quali sono le differenze col potere risolutivo? Risoluzione e potere risolutivo sono due modi differenti per esprimere lo stesso concetto, o meglio la stessa capacità, quella dell'ottica (astronomica o fotografica che sia), di mostrare come separati due oggetti molto vicini. Si pensi a una stella doppia. La risoluzione, in ambito astronomico, viene comunemente espressa in arcsec.
La risoluzione è uno dei più importanti fattori che determinano la qualità di un'ottica, in ambito astronomico, ed è seconda solo, forse, all'apertura. Per lo meno se ci limitiamo all'ambito visuale. In fotografia è invece il primo parametro da considerare: risoluzione al centro, ai bordi, e aggiungo io...distorsione e vignettatura. In fotografia la risoluzione è senza dubbio la prima cosa che segna la differenza fra un'ottica di qualità medio-bassa ed un'altra professionale.
PARTIAMO DAI FATTI...
Fino ad oggi siamo stati abituati ad esprimere il potere risolutivo di un telescopio, utilizzando la cosiddetta formula di Dawes, che in pratica ci dice che il potere risolutivo (in arcsec) è uguale a al diametro dell'ottica diviso 120. Ad esempio, un'ottica da 120mm di apertura dovrebbe avere un potere risolutivo pari esattamente ad 1", una da 240 0,5" e così via...
Va detto che la formula di Dawes, spesso citata e criticata in queste pagine, si tratta di un'approssimazione. Proviamo a vedere perchè è così e quali sono realmente le variabili che, partendo dalla formula di Dawes, condizionano la risoluzione della nostra ottica. Possiamo elencarle, ma calcolare l'esatto contributo di ognuna di queste nel conto complessivo è compito di chi si occupa di fisica ottica e progetta obiettivi...
LE VARIABILI IN GIOCO
Proviamo a fare un elenco.
lunghezza d'onda. Forse in pochi sanno che la formula di Dawes esprime il potere risolutivo in funzione di una media dei diversi poteri risolutivi a diverse lunghezze d'onda. Due fonti luminose aventi entrambi lunghezza d'onda pari a 700nm potrebbero non apparire come separate in una determinata ottica. La stessa ottica probabilmente sarà in grado di separare due fonti luminose che emettono invece a 400nm. Esiste dunque una correlazione fra lunghezza d'onda e potere risolutivo. Nell'ambito ad esempio della microscopia si fa spesso ricorso alla formula di Abbe (si, lo stesso sig.Abbe che ha ideato gli oculari ortoscopici!) che tiene conto, ancor prima delle caratteristiche dell'obiettivo e del mezzo di rifrazione (aria od olio a immersione, nel caso di obiettivi a forti ingrandimenti) proprio la lunghezza d'onda. E non è mica un caso che i microscopi elettronici fanno uso proprio di un fascio di elettroni, a bassissima lunghezza d'onda (e dunque ad altissimo contenuto energetico che impone una preparazione del campione completamente diversa dal microscopio ottico, ma ora divaghiamo).
schema ottico. Consideriamo tutti strumenti aventi la stessa apertura. Nel caso di un confronto rifrattore-riflettore non possiamo far finta che la luce nel primo caso attraversi una lente, mentre nel secondo caso è riflessa da una coppia di specchi. Gli obiettivi fotografici sono nel 99% dei casi, se escludiamo qualche raro catadiottrico, formati da lenti. Non si tratta di una coincidenza neanche questa, e non sarà neanche una coincidenza che è unicamente il fattore economico a frenare la scelta di un rifrattore di alta apertura nell'imaging planetario. Non è certamente per un gap ideologico o prestazionale che si ripiega su strumenti a specchi....che non dico che vadano male, ma a pari apertura, un rifrattore regala sicuramente qualcosa in più.
rapporto focale. La fotografia ci insegna che la risoluzione è fortemente influenzata dal rapporto focale. Allo stesso modo due telescopi che magari hanno lo stesso schema ottico e addirittura la stessa apertura, hanno poteri risolutivi diversi, in virtù di un differente rapporto f/ che li distingue!
lavorazione dell'ottica. Non credo serva aggiungere altro! Un conto è un'ottica forgiata a mano da qualche sapiente artigiano (in Italia abbiamo alcuni esempi illustri), e un conto è un'ottica uscita da una produzione in serie magari a basso costo, dove ancora una volta per motivi meramente economici, non si procede ad un attento controllo qualitativo esemplare-per-esemplare, come è giusto che sia. E' anche un segno di vera attenzione verso il cliente questa...!
In tutto questo non dobbiamo dimenticare che il fattore che limita tutte le nostre attività da astrofili è....il cielo. E fra noi e le stelle ci separa (anche) la nostra atmosfera, costituita da masse di aria in continuo movimento che limitano il potere risolutivo di un'ottica anche eccellente. In linea di massima si preferisce andare in alta montagna dove lo strato atmosferico è più sottile. In tal modo avremo una migliore trasparenza e maggiore probabilità di avere un seeing favorevole. Ma anche questo è un discorso statistico difficilmente verificabile. Molti imagers planetari sanno benissimo il "vecchio trucco", ossia che la città è un sito particolarmente favorevole all'hi-res.
Il potere risolutivo medio offerto dal nostro cielo, stando alle stime di diversi Autori, si attesta attorno a 0,6 arcsec. Secondo questo assunto, non avrebbe senso usare un'ottica che supera i 200mm (considerando che 0,6 arcsec sono riferiti ad un'ottica da 200mm, calcolati alla buona con la formula di Dawes..). Questo ai fini della risoluzione è vero. Disponendo di un telescopio di apertura maggiore, si dispone anche -sulla carta- di un maggior potere risolutivo, ma a cosa serve avere uno strumento che arriva a 0,3-0,4 arcsec teorici di suo, quando il cielo, nelle migliori delle ipotesi ci limita a 0,6? Naturalmente questo discorso è valido in alta risoluzione, visuale o fotografico che sia, ma cade completamente (anche per un fattore emozionale!) quando si contempla, godendo, una nebulosa con un "inutile" dobson da 60cm con un oculare grandandolo da 800€, dove naturalmente le grosse prestazioni, in termini di raccolta luce dell'ottica, fanno passare in secondo piano, rispetto all'apertura, il discorso della risoluzione. Questo per lo meno nell'astronomia visuale.
Questo è quanto, vi ringrazio per essere arrivati a leggere fin qui, e spero che abbiate le idee, almeno in parte, più chiare!