Come collimare le ottiche Newton Guida pratica di Albino Carbognani Dipartimento di Fisica Università di Parma Versione del 30 aprile 1998 Il telescopio con schema ottico Newton è molto diffuso fra gli astrofili,sia per le buone prestazioni di cui è capace sia per i prezzi ragionevoli rispetto ad altre configurazioni ottiche (rifrattori & Schmidt-Cassegrain). Lo schema ottico di questo tipo di telescopio è rappresentato in Fig.1. Fig1: schema ottico di un telescopio Newton La radiazione ottica incide su uno specchio concavo a sezione parabolica (il "primario") e viene focalizzata su un secondo specchio piano di profilo ellittico (il "secondario") inclinato di 45 gradi, che la riflette verso l'oculare posto lateralmente al tubo ottico. L'utilizzo della sola riflessione permette di avere immagini esenti da aberrazione cromatica (l'angolo di riflessione è lo stesso a tutte le frequenze) mentre la forma parabolica del primario elimina l'aberrazione sferica: tutte le parti dello specchio focalizzano in un solo punto. Il rapporto fra gli assi maggiore (a) e minore (b) del secondario vale radice di 2. Vista la sua posizione una parte della radiazione incidente viene intercettata dal secondario. La presenza di questo specchietto degrada leggermente le immagini. Per esprimere in modo quantitativo l'influenza del secondario sulla qualità delle immagini si
introduce il fattore di occlusione Oc, definito come il rapporto fra il diametro del supporto del secondario (d) e il diametro del primario (D): Oc=d/D Alcuni adottano il valore di b al posto di d ma ciò non è corretto perchè di solito d > b. Solo se b > d questa sostituzione è corretta. Se Oc è minore di 0.2 il degrado dell'immagine è quasi inavvertibile e le prestazioni saranno buone, anche per l'osservazione ad alta risoluzione dei pianeti. Per gli Schimidt-Cassegrain commerciali Oc vale circa 0.35. Attenzione che molte ditte (ad esempio la Meade) forniscono come valore dell'ostruzione il quadrato di Oc, ottenendo così numeri apparentemente inferiori alla soglia di 0.2 (0.35*0.35=0.12). Per avere il massimo delle prestazioni da un telescopio Newton di questo tipo, gli assi di simmetria del principale, del secondario e del tubo portaoculari devono giacere sullo stesso piano e formare certi angoli fra di loro. La procedura di collimazione che vedremo fra poco serve per raggiungere questa condizione ottimale. In quanto segue si assume che l'asse del portaoculare sia ortogonale (per costruzione) alla superficie del tubo ottico. FASE I Lo specchio secondario è collegato al tubo ottico con uno o più sostegni, detti "razze". Sul retro dello specchio di solito sono presenti 4 viti, una centrale che fissa lo specchio e 3 ai bordi che servono per variarne l'inclinazione. Saranno queste ultime ad essere avvitate o svitate durante la collimazione. Per prima cosa bisogna verificare (con un righello va benissimo) che la lunghezza delle razze sia la stessa per tutte, in questo modo si è sicuri che il secondario si trovi sull'asse del tubo ottico. Se non è così si deve agire sulle viti che collegano le razze al tubo per raggiungere la condizione di pari lunghezza. Nei telescopi economici e con poche pretese il secondario è fisso, in questo caso cè solo da sperare che la casa costruttrice lo abbia sistemato al posto giusto. FASE II Durante il giorno rivolgere il telescopio verso un fondo molto luminoso come il cielo diurno o una parete bianca illuminata dal Sole (senza il tappo che chiude il tubo ottico!). Togliere l'oculare dal portaoculare e, ponendo l'occhio al centro, guardarvi dentro. Per aiutare l'occhio a rimanere al centro del tubo portaoculari si può utilizzare un portapellicole con un piccolo foro al centro (3-4 mm sono sufficienti). Quello che vedrete sarà molto simile a quanto rappresentato nella Fig.2.
Fig2: primario e secondario non collimati Notare che, nonostante il secondario sia ellittico, visto dal portaoculare appare perfettamente circolare: questo è un effetto di proiezione. Se ciò non si verifica vuol dire che non è rivolto verso il tubo portaoculari, quindi bisogna ruotare il secondario attorno al proprio asse allentando la vite centrale che lo collega alle razze, fino ad ottenere la circolarità desiderata. Ora la mossa successiva consiste nell'allineare il secondario. Agendo sulle viti poste dietro a questo specchio e guardando contemporaneamente dall'oculare si porterà la riflessione del primario al centro del secondario, come rappresentato in Fig.3.
Fig3: secondario allineato primario no Ora il secondario è centrato perchè riesce a "vedere" il principale posto sul fondo del tubo ottico. Resta da allineare il primario agendo sulle viti che si trovano sul fondo della sua cella. Di solito sono 3 viti, o 3 coppie di viti, da avvitare o svitare. Ruotando le viti del primario si deve fare in modo che la riflessione del portaoculare sia al centro del secondario e quindi concentrica a quella del primario, come mostrato in Fig.4. Fig4: secondario e primario allineati A questo punto le ottiche sono centrate, almeno in prima approssimazione. Si può decidere di raffinare la centratura o lasciare perdere se le immagini sono soddisfacenti. Per proseguire si deve attendere il calare della notte e leggere la fase III. FASE III Per la centratura fine si punta una stella di prima grandezza e a grande altezza sull'orizzonte (per minimizzare la turbolenza atmosferica). Usando un oculare ad alto ingrandimento si porta la stella al centro del campo e si esamina la figura di diffrazione intra ed extra focale. Se il pallino centrale (macchia di Poisson) non è al centro dell'immagine si deve agire sulle viti del principale fino ad ottenere la centratura definitiva. La procedura di collimazione è più veloce se si viene assistiti da una seconda persona che ruota le viti del principale mentre si è all'oculare. Osservazione
La stessa procedura per la collimazione delle ottiche valida per i Newton si applica anche ai Cassegrain. La maggioranza dei rifrattori sono venduti già collimati (o almeno dovrebbero esserlo...vedi il Venere dell'antares) e non hanno viti di regolazione. Se si trova un esemplare che fallisce la fase III, va rispedito all'importatore per la centratura.naturalmente può rivelarsi una operazione costosa per cui è bene attenersi alla regola aurea n.1: provare un telescopio prima di pagarlo. Gli Schimidt-Cassegrain hanno solo le viti di regolazione per il secondario, il primario dovrebbe essere già collimato. Avvertenza 1 Per Newton con rapporti d'apertura maggiori di F/5 il centro del secondario non deve coincidere con il centro del tubo ottico, pena l'introduzione di astigmatismo quando si esegue la procedura di collimazione di cui sopra. Il valore approssimato della traslazione è dato dalla formula: l=d*d/(4*f) dove d è l'asse minore del secondario, D e F il diametro e la focale del primario. La traslazione va fatta dalla parte opposta al portaoculare, per conoscerne l'entità esatta vedi la bibliografia. Avvertenza 2 Le ottiche dei telescopi a specchio tendono a disallinearsi piuttosto facilmente per via dei piccoli giochi che devono essere mantenuti fra cella e primario (altrimenti lo specchio si deforma). Periodicamente è bene controllare la collimazione ottica ripetendo la fase III. Dopo la collimazione si può eseguire uno Star test sulle ottiche del telescopio. Bibliografia J.Texereau, "How to Make a Telescope", II ed., Willmann-Bell, 1984. Link utili Collimazione dei Newton (in inglese) FAQ about Collimating a Newtonian telescope