Il Telescopio

 

 

 

L’invenzione del telescopio è tipicamente attribuita al grande scienziato Galileo Galilei. Ma è proprio così ? Scopriamolo in questo viaggio, nella storia di uno strumento che ha contribuito a far evolvere l’umanità, esplorando i confini dell’universo.

Le prime basi di astronomia ottica si devono alle ricerche di Ruggero Bacone. Frate francescano noto con l’appellativo di Doctor Mirabilis. Nato a Ilchester nel 1214 circa e morto ad Oxford nel 1294 è stato filosofo,scienziato, teologo ed alchimista inglese. E’ stato uno dei maggior pensatori del suo tempo. Uno dei padri del metodo empirico ma anche occultista ed alchimista.

La sua Opus Majus contiene trattazioni di matematica, ottica, alchimia e manifattura della polvere da sparo, le posizioni e le estensioni dei corpi celesti, compresa la chiara affermazione della sfericità della terra; l’opera inoltre anticipa successive invenzioni come il microscopio, il telescopio, gli occhiali, le macchine volanti e le navi a vapore. Bacone studiò anche l’astrologia ed era convinto che i corpi celesti esercitano una influenza sul fato e la mente degli umani. A lui si deve anche una critica al calendario giuliano allora in uso. Per primo dopo gli scienziati ellenistici riconobbe lo spettro visibile in un bicchiere d’acqua, secoli prima dei lavori di ottica di personaggi come Marcantonio de Dominis, Cartesio e Isaac Newton. A lui si devono anche misurazioni sull’arcobaleno.

Lo studio condotto da Bacone sulle lenti piano convesse (ottenute sezionando una sfera di vetro con un piano), misero in mostra che l’ingrandimento ottenuto delle immagini era dovuto al fenomeno di rifrazione e dipendeva dalla lunghezza  della focale della lente e dalla distanza da cui si osservava. Da li a poco nacquero i primi occhiali da vista.

Sotto Ruggero Bacone ed un suo disegno sullo studio dell’ottica.

 

 

Fu solo nel 1608 però, che gli studi di Bacone trovarono applicazioni nell’osservazione astronomica grazie ad Hans Lippershey.

Hans Lippershey, noto anche come Johann Lippershey o Lipperhey  (Wesel, 1570 – Middelburg, settembre 1619), è stato un ottico tedesco naturalizzato olandese. E’ il 2 ottobre 1608 quando Lippershey deposita una domanda di brevetto del suo modello di macchina ottica. Non riuscì a brevettarlo, ma il governo olandese commissionò alcune copie del “vetro prospettico olandese”, come fu chiamato il modello di Lippershey, ed aveva una capacità di ingrandimento di 3 volte.

A Lippershey è stato dedicato un cratere lunare Lippershey e l’asteroide 31338 Lipperhey.

Qui entra in gioco il grande Galileo Galilei.

Galileo Galilei (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642) è stato un fisico, astronomo, filosofo e matematico italiano, considerato il padre della scienza moderna.

Sospettato di eresia e accusato di voler sovvertire la filosofia naturale aristotelica e le Sacre Scritture, Galileo fu processato e condannato dal Sant’Uffizio, nonché costretto, il 22 giugno 1633, all’abiura delle sue concezioni astronomiche e al confino nella propria villa di Arcetri. Solo 359 anni dopo, il 31 ottobre 1992, papa Giovanni Paolo II, alla sessione plenaria della Pontificia accademia delle scienze, ha dichiarato riconosciuti “gli errori commessi” sancendo la conclusione dei lavori di un’apposita commissione di studio da lui istituita nel 1981.

Galileo Galilei ebbe notizia  e forse anche un esemplare, del rudimentale telescopio di Lippershey nella primavera del 1609 e, ricostruito e potenziato empiricamente, il 21 agosto lo presentò come propria invenzione al governo veneziano che, apprezzando l’«invenzione», gli raddoppiò lo stipendio e gli offrì un contratto vitalizio d’insegnamento.

Per tutto il resto di quell’anno Galileo s’impegnò nelle osservazioni astronomiche: acquisì informazioni più precise sui monti lunari, sulla composizione della Via Lattea e scoprì i quattro maggiori satelliti di Giove. Le nuove scoperte furono pubblicate il 12 marzo del 1610 nel Sidereus Nuncius, una copia del quale Galileo inviò al granduca di Toscana Cosimo II, già suo allievo, insieme con un esemplare del suo cannocchiale e la dedica dei quattro satelliti, battezzati da Galileo in un primo tempo Cosmica Sidera e successivamente Medicea Sidera («pianeti medicei»).

Il termine telescopio, derivato dal greco τηλε (tēle) che significa «lontano» e σκοπεῖν (skopein) ovvero «guardare, vedere»), è una parola d’autore coniata dal matematico greco Giovanni Demisiani (Ἰωάννης Δημησιάνος), il 14 aprile 1611, nel banchetto offerto a Roma, dal principe Federico Cesi, in onore dell’ingresso come membro aggiunto di Galileo Galilei nell’Accademia dei Lincei.

Grazie a nuove conoscenze di ottica le tecniche di lavorazione delle lenti migliorarono; il modello galileiano soffriva di difetti insiti nelle proprietà delle lenti. Le lenti infatti non concentrano i fasci luminosi in un unico punto ma lo dividono in fasci che vanno dal rosso al violetto; per questo motivo le immagini soffrono della cosiddetta aberrazione cromatica, a causa della quale l’immagine non viene messa a fuoco perfettamente. Per risolvere questo difetto, conveniva costruire lenti di piccola curvatura e di grande distanza focale. Così Hevelius nel 1647 costruì uno strumento a focale di 3,5 m, ma successivamente, questo valore aumentò giungendo a 7,5 m o ai 50 m dello strumento di Huygens, che applicò la cosiddetta montatura aerea, soluzione che comportava l’applicazione di un filo teso su cui centrare l’oculare con la lente primaria.

Nel 1663 James Gregory creò uno strumento che raccoglieva luce in uno specchio paraboloidico il quale rifletteva la luce su uno specchio secondario, che la rimandava al primario tramite un foro centrale. L’idea era buona ma vi erano ancora enormi problemi pratici.

Altro personaggio importante fu Isaac Newton.

Sir Isaac Newton (Woolsthorpe-by-Colsterworth, 25 dicembre 1642 – Londra, 20 marzo 1727) è stato un matematico, fisico, filosofo naturale, astronomo, teologo e alchimista inglese; citato anche come Isacco Newton è considerato uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi e fu Presidente della Royal Society.

Nel 1666 Newton, facendo passare un fascio di luce solare attraverso un prisma di vetro ottenne uno spettro di colori che egli concepì come costituenti naturali della luce bianca. Concluse anche che l’aberrazione sferica era causa della rifrazione dei colori. Sicché nel 1668 costruì il modello newtoniano, con un primario sferico modificato e un secondario inclinato a 45°.

 

Successivamente Cassegrain costruì il suo celebre modello, modificando quello proposto da Gregory, applicando come secondario un convesso al posto di un concavo.

 

Un’altro grande contributo all’evoluzione dell’ottica si deve a John Dollond.

John Dollond possedeva uno dei più famosi laboratori strumentali d’Europa. Egli tentò di realizzare un sistema ottico sulla base degli studi di Newton, ma con risultati insoddisfacenti. Nel 1754 quando Samuel Klingenstierna pubblicò una memoria nella quale, con un’analisi rigorosa, dimostrava l’inconsistenza degli esperimenti di Newton rispetto alle sue ricerche sul cromatismo e ne proponeva di nuovi; Dollond ne ricevette una forte impressione. Decise di far buon uso dei suggerimenti, e intraprese subito nuovi esperimenti. I risultati di queste prove, eseguite con diverse combinazioni di vetri a bassa e alta dispersione, che contraddicevano le esperienze di Newton, lo portarono a realizzare obiettivi acromatici composti da una lente convergente in vetro crown e da una divergente in vetro Flint.

Nel 1758 Dollond mise in vendita i primi telescopi acromatici di 1,5 metri di fuoco e nel 1765 suo figlio Peter, che gli era succeduto alla guida del laboratorio, propose un obiettivo a tre lenti, due concave di vetro crown e una convessa di vetro Flint. Questa soluzione consentì di ridurre anche l’aberrazione sferica e di produrre obiettivi che a parità di focale avevano dimensioni maggiori.

Nella prima metà dell’800, Fraunhofer sviluppa ulteriormente le lenti acromatiche, lenti che eliminano l’aberrazione cromatica nelle immagini interponendo altre lenti di correzione; in questo modo i telescopi rifrattori cominciano a diffondersi molto più del passato.

Ulteriori passi sono stati compiuti tramite altre configurazioni a riflessione, l’ultima delle quali ad opera di Schmidt che inventò l’omonima combinazione ottica nei primi del ‘900. Egli ebbe l’idea di correggere l’aberrazione sferica degli specchi con una lente posta al centro di curvatura, riuscendo in tal modo ad ottenere un campo corretto di oltre 5 o 6 gradi; inoltre rispetto ai comuni riflettori, lo Schmidt consentiva un grande campo e una notevole luminosità, tanto da ottenere delle foto con tempi bassi. Successive configurazioni hanno permesso la creazione di modelli misti come lo Schmidt-Cassegrain o il Maksutov-Cassegrain, strumenti adatti alle varie esigenze degli osservatori e degli astrofili.

I telescopi ottici sono essenzialmente di due categorie: riflettori e rifrattori (sotto schemi di funzionamento).

Oltre ai telescopi ottici, ci sono Radiotelescopi , Telescopi gamma ,raggi X e Cerenkov che catturano le varie forme d’onda provenienti dallo spazio.

Altra parte importante dei telescopi è la montatura che serve da sostegno ma ha anche la fondamentale funzione, di compensare il moto di rotazione della Terra e dunque il moto apparente degli astri da Est verso Ovest, eseguendo un moto di rotazione in senso opposto a quello apparente del cielo. In questo modo l’oggetto da osservare rimarrà sempre al centro del campo d’osservazione.

Oggi abbiamo grandi  e potenti telescopi che ci aiutano a capire i segreti dello spazio.

 

 

 

 

 

 

Concludiamo come sempre con un video selezionato da YouTube, pensando ancora una volta che, l’ingegno di pochi ha cambiato, per sempre, la vita di tutti.