POST #04: L'UNIONE FA LA FORZA: GUARDARE OGGETTI LONTANI

L'UNIONE FA LA FORZA:

GUARDARE OGGETTI LONTANI

L'occhio umano valuta le dimensioni di un oggetto in base all'angolo che esso sottende rispetto alla posizione dell'osservatore. I raggi luminosi provenienti dalle diverse parti dell'oggetto si propagano in linea retta fino alla pupilla, passano attraverso il cristallino e vengono proiettati sulla retina, la parte posteriore dell'occhio che è sensibile alla luce.

Maggiore è la separazione angolare tra i raggi luminosi, maggiore è la distanza tra i punti della retina che essi eccitano, e maggiore è la distanza che il cervello giudica esistere tra i punti da cui i raggi provengono.

Le dimensioni di un oggetto percepite dal meccanismo della visione umana sono quindi angolari o apparenti: dipendono sia dalle dimensioni reali dell'oggetto sia dalla sua distanza dall'osservatore. Pensiamo alla Luna: possiamo osservarla completamente coperta dal tetto di un campanile, benché le sue dimensioni siano naturalmente molto superiori a quelle del campanile: ma anche la sua distanza è molto più grande.

La dimensione dell'immagine di un oggetto (A'B') che si forma sulla retina è proporzionale all'angolo (ACB) con cui i raggi di luce provenienti dalle estremità dell'oggetto giungono al cristallino, angolo che dipende dalle dimensioni reali dell'oggetto (AB) e dalla sua distanza dall'occhio (AC o BC)

Un telescopio, così come un cannocchiale, permette di deflettere i raggi luminosi in modo da aumentare la separazione angolare con cui essi raggiungono l'occhio; in tal modo il dispositivo permette di aumentare le dimensioni apparenti degli oggetti, cioè di farli vedere ingranditi.

Storicamente, i primi telescopi usavano lenti per deflettere i raggi luminosi, sfruttando la rifrazione, il fenomeno fisico per cui un raggio luminoso viene deviato al passaggio tra due materiali trasparenti diversi, come l'aria e il vetro. Questi telescopi sono detti appunto rifrattori: di questo tipo era il telescopio di Galileo Galilei usato nel 1609 per osservare il cielo. Verso la fine del XVII secolo, vennero costruiti anche telescopi riflettori, cioè strumenti che ottengono un simile effetto di deflessione riflettendo i raggi luminosi sulla superficie di uno specchio di forma opportuna.

Il telescopio deflette i raggi luminosi, aumentando la separazione angolare con cui essi giungono all'occhio; esso quindi aumenta la distanza apparente tra i punti che compongono l'immagine, facendola apparire ingrandita

Ogni sistema telescopico, anche se costituito da più elementi - sia convergenti, sia divergenti - deve essere complessivamente convergente, per permettere l'ingrandimento dell'oggetto. In particolare, il telescopio di Galileo monta una lente convergente, con funzione di obiettivo, e una lente divergente, con funzione di oculare.

Ma cos'è una lente convergente, piuttosto che divergente, e come funzionano?

 

In una lente convergente ideale, tutti i raggi luminosi provenienti dalla direzione parallela all'asse ottico sono concentrati in un unico punto (fuoco), situato sull'asse ottico della lente. I raggi sono deflessi in misura tanto maggiore quanto più sono distanti dall'asse ottico. Se esponiamo la lente a una scena illuminata, la luce che proviene da ciascun punto della scena viene focalizzata in un punto diverso del piano focale, cioè il piano parallelo alla lente (perpendicolare all'asse ottico) posto a una distanza dalla lente uguale alla distanza focale f: su questo piano si forma un'immagine di ciò che sta di fronte alla lente. Una lente usata in questo modo si chiama obiettivo.

E' questo il modo in cui viene usata una macchina fotografica, che è essenzialmente costituita da un obiettivo (una lente o un sistema di lenti) che proietta l'immagine del soggetto sul piano focale, dove è posto l'elemento sensibile (pellicola) che la registra. La grandezza dell'immagine ottenuta (ingrandimento) è proporzionale alla lunghezza focale della lente.

L'immagine prodotta da un obiettivo può essere osservata direttamente, ponendo l'occhio a una distanza opportuna dalla lente, ma una combinazione ottica di questo genere ha prestazioni scarse e non permette all'occhio umano di osservare direttamente un'immagine con un elevato ingrandimento o con una luminosità sufficiente.

Per superare entrambe queste limitazioni e ottenere uno "strumento per guardare lontano", cioè un telescopio, occorre trovare un mezzo che permetta all'occhio di osservare più da vicino l'immagine prodotta dall'obiettivo: per questo si introduce l'oculare, che rende i raggi luminosi provenienti dall'obiettivo paralleli, risolvendo i problemi di messa a fuoco dell'occhio. Per ottenere questo effetto si può interporre nel fascio di raggi luminosi provenienti dall'obiettivo, prima che convergano nel fuoco primario del telescopio (ossia il fuoco posteriore all'obiettivo), una lente divergente. Così fece Galileo per perfezionare le sue osservazioni astronomiche.

(Museo astronomico di Brera),Come funzionano i telescopi?, http://www.brera.mi.astro.it/~mario.carpino/approfondimenti/telescopi.pdf, <ultima consultazione 11/11/2021>

(Istituto e Museo di Storia della Scienza),Il cannocchiale di Galileo - come funziona, 

https://brunelleschi.imss.fi.it/esplora/cannocchiale/dswmedia/esplora/iesplora2.html#:~:text=L'oculare%20negativo%20intercetta%20i,obiettivo%20e%20quella%20dell'oculare., <ultima consultazione 11/11/2021>

(Circolo Astrofili Talmassons),I telescopi,

https://www.castfvg.it/zzz/ids/telescopi.html, <ultima consultazione 11/11/2021>