Ottica spicciola. La luce Lenti e specchi Telescopi e dintorni Il disco di Airy Aberrazioni Formule utili Suggerimenti
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- Valerio Marchi
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1 1 Ottica spicciola La luce Lenti e specchi Telescopi e dintorni Il disco di Airy Aberrazioni Formule utili Suggerimenti
2 2 Parole importanti Luce Campo visivo Onda Focale Diametro Apertura o rapporto focale Capacità di raccogliere luce Potere risolutivo Aberrazione Figura di diffrazione Ostruzione Pupilla d'uscita Ingrandimento Estrazione pupillare
3 3 La luce è un'onda La luce è radiazione elettromagnetica (oscillano E e B) Lunghezza d'onda della luce visibile tra i 400 e i 700 nanometri Si propaga nel vuoto e in molti altri mezzi trasparenti
4 4 La luce: ottica geometrica Legge della riflessione: i = r Legge di Snell o della rifrazione: n 1 sin i =n 2 sin t per minimizzare rilfessioni o tramsmissioni indesiderate: trattamenti vari sulle superfici (antiriflesso,...)
5 5 La luce: indice di rifrazione L'indice di rifrazione n è una proprietà del mezzo Per i materiali normali n > 1 (vetro 1,5-1,9) Dipende dalla lunghezza d'onda n = n( ) Dipende dalla velocità della luce nel mezzo n= c v Dispersione!!!
6 6 La luce: Principio di Fermat Un raggio di luce percorre sempre il cammino che può essere percorso nel tempo minore.
7 7 La luce: Principio di Huygens-Fresnel ogni punto di un fronte d onda può essere pensato come una sorgente puntiforme di onde con stessa fase, frequenza, ampiezza Diffrazione!!!
8 8 Lenti e specchi
9 9 Lenti e specchi Lenti positive: fanno convergere la luce Specchi positivi: fanno convergere la luce Lenti convesse Specchi concavi Lenti concavo-convesse in cui la convessità è maggiore Lenti negative: fano divergere la luce Lenti concave Lenti concavo-convesse in cui la concavità è maggiore Menischi: la luce non cambia direzione Specchi negativi: fanno divergere la luce Specchi convessi Specchi piani: cambiano la direzione di tutto il fascio ottico Specchi piani Lenti concavo-convesse in cui le curvature sono uguali
10 10 Lenti e specchi: caratteristiche Forma Diametro Lunghezza Focale / diottrie diottria = 1/F 1 S 1 1 S 2 = 1 F
11 11 Telescopi Sistemi di lenti o specchi per raccogliere e concentrare la luce su una superficie (piano focale) Compromessi con le aberrazioni
12 12 L'immagine di diffrazione Conseguenza della natura ondulatoria della luce L'elemento di immagine più piccolo che l'obiettivo può fornire (come il pixel) All'aumentare del diametro diventa più piccolo Visibile solo ad alti ingrandimenti (2xDiametro) Disco di Airy + anelli di diffrazione Impronta digitale dell'obiettivo
13 13 Apertura o rapporto focale f/ Rapporto tra Focale e Diametro: f /= F D Determina la luminosità dello strumento È più difficile lavorare ottiche con aperture spinte (f/ = 2, f/ = 3) rispetto ad ottiche più chiuse (f/ = 8, f/ = 9) Gli oculari lavorano male con aperture spinte (se non progettati appositamente)
14 14 Aberrazioni assiali Aberrazione cromatica (rifrattori) Aberrazione sferica Rifrattori acromatici: corretti per = 656 nm e = 486 nm Rifrattori apocromatici: corretti per 3 lunghezze d'onda Ottiche asferiche
15 15 Aberrazioni extra-assiali Coma (Newton) Astigmatismo (ottiche scollimate) Distorsione (oculari grandangolari) a barile, a cuscino
16 16 Aberrazioni e precisione di lavorazione Le aberrazioni non hanno nulla a che vedere con la precisione di lavorazione dello strumento Le aberrazioni sono insite nel progetto ottico Se uno strumento lavora come progettato, allora si dice limitato dalla diffrazione
17 17 Ostruzione e contrasto Si parla di ostruzione quando c'è un ostacolo che copre l'apertura dello strumento Più luce sui cerchi di diffrazione, meno sul disco di Airy Meno contrasto I rifrattori offrono il miglior contrasto, ma a prezzo di diametri minori Contrasto:
18 18 Ingrandimento I= F tel F ocul Un ingrandimento più alto scurisce il Cielo (ma anche il resto dell'immagin diventa più scura!)
19 19 Estrazione pupillare L'estrazione pupillare è la distanza dalla lente oculare a cui si forma l'immagine Dipende dall'oculare A parità di disegno, l'estrazione pupillare diminuisce con la lunghezza focale dell'oculare Spesso si usano barlow per ottenere estrazioni pupillari elevate (o per mantenere la stessa estrazione pupillare su oculari diversi della stessa serie)
20 20 Ingrandimento massimo L'ingrandimento massimo è quello che ci mostra dettagli di dimensioni della figura di diffrazione del nostro strumento L'ingrandimento massimo dipende dal diametro del telescopio e dal seeing
21 21 Potere risolutivo Il più piccolo dettaglio apprezzabile Dipende dal diametro e dalla lunghezza d'onda che intendiamo osservare r = 140 D (r in secondi d'arco; formula pessimistica, alcuni preferiscono usare 120 al posto di 140)
22 22 Seeing e potere risolutivo Il seeing può ridurre il potere risolutivo Diametri maggiori osservano attraverso più celle di turbolenza Diametri maggiori soffrono di più degli effetti del seeing
23 23 Capacità di raccogliere luce Dipende dalla superficie dell'obiettivo Determina la magnitudine limite che possiamo osservare M lim =1,8 5logD ad es. D = 100 mm -> m lim = 12 D = 50 mm -> m lim = 10,3 D = 200 mm -> m lim = 13,3
24 24 Campo visivo (FOV) Determina la porzione di Cielo che possiamo vedere Dipende dall'ingrandimento (I) e dal campo visivo apparente dell'oculare (AFOV) FOV = AFOV I =AFOV F oc F
25 25 Campo visivo massimo Il campo visivo massimo dipende dalla focale e dal diametro del portaoculari (!) 31,8: FOV max = 1750 F 50,8: FOV max = 2800 F Trucco per scegliere un oculare che dia il campo visivo massimo: moltiplica F oc per AFOV, più è vicino a 1750 (2800 per oculari da 50,8) maggiore sarà il campo visivo ottenuto. MAI comprare oculari Plossl da 40 mm: danno lo stesso FOV dei Plossl da 30 o 32 mm!
26 26 Suggerimenti Meno lenti o specchi ci sono, meglio è A parità di caratteristiche costruttive, un'ottica con un'apertura meno spinta darà immagini più pulite (anche le barlow) Più grande è, meglio è Nessun telescopio è perfetto per tutto Il telescopio migliore è quello che usi più spesso
27 27 Riassunto formule Legge della Riflessione : Legge di Snell : incidente = riflesso n 1 sin incidente =n 2 sin trasmesso Indice di Rifrazione : n = c v Apertura: f / = F D Ingrandimento : I= F telescopio F oculare Ingrandimento massimo : I max 2 D Potere risolutivo sec. d ' arco : r = 140 D Campo visivo : FOV = AFOV I Campo visivo massimo oculari 31,8 : FOV max = 1750 F Campo visivo massimo oculari 50,8 : FOV max = 2800 F NOTA: Tutte le lunghezze sono date in mm
28 28 Fonti e Riferimenti Libri Walter Ferreri, Il Libro dei Telescopi, il Castello ed. R. B. Thomson, B. Frichman Thomson, Astronomy per passione, Apogeo ed. AA VV, Come Testare il Proprio Telescopio, Edizioni Scientifiche Coelum Siti web Vari articoli da Wikipedia Italia e USA: Riviste Vari numeri di Coelum, Sky & Telescope, Nuovo Orione.
29 29 Contatti e Licenza Visita il mio sito web: Quest'opera è stata rilasciata sotto la licenza Creative Commons Attribuzione-Non commerciale-condividi allo stesso modo 2.5 Italia. Per leggere una copia della licenza visita il sito web o spedisci una lettera a Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.
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