Gli strumenti dell'Astronomia

Gli strumenti dell'Astronomia

Antico Astrolabio Per lo studio e l'analisi di fenomeni astronomici gli esperti e amanti del campo utilizzano strumenti appositamente realizzati per agevolare lo studioso nel rilevamento dei dati e delle varie misure.

Il primissimo dispositivo utilizzato dall'uomo per effettuare misurazioni e calcoli è stato sicuramente l'occhio umano; affidabile ed efficiente per quei tempi.

Odiernamente la tecnologia a braccetto con la scienza ha fatto passi da giganti, mettendo a disposizione dei moderni studiosi moltissime apparecchiature precise e all'avanguardia.

Come enunciato precedentemente, l'uomo inizialmente poteva contare strumentalmente solo sui propri occhi ovvero affidandosi alla propria “soggettiva” percezione visiva; più in la ad esso furono accompagnati determinati strumenti per individuare e determinare la logistica degli astri.

Uno strumento usato in astronomia dal famoso e glorioso popolo egiziano fu “merkhet”, dispositivo formato da da due fili a piombo che due osservatori sostenevano per il corretto funzionamento.

L'ubicazione degli astri poteva essere individuata grazie proprio al merkhet.

La determinazione del periodo favorevole alla semina, nell'isola di Giava (Indonesia), veniva effettuata indirizzando un pugno pieno di riso “alla sera”, verso la cintura di Orione; se al suolo cadevano dei chicchi di riso allora era un momento favorevole per effettuare la semina.

Per la semina, la tribù dei Daiacchi nel Borneo, utilizzava un metodo analogo basato sull'ausilio di una canna di bambù piena d’acqua; il momento giusto per seminare veniva indicato da un determinato livello limite dell'acqua.

L'asta di Archimede può essere inglobata nella categoria “strumento astronomico” ed era costituita da un’asta di legno sopra un’estremità con la quale l’osservatore osservava il sole posizionato tra le nubi per poter individuare la distanza angolare del disco solare.

Due armille venivano usate da Ipparco come circoli della sfera celeste; ciascun armilla era formata da un anello di bronzo direzionato, uno verso i poli dell'eclittica e uno sul piano dell’equatore celeste; l'ausilio di altri cerchi mobili interni permetteva di selezionare un astro e localizzarne le coordinate celesti.

Nel 100 – 150 a. C. venne realizzato uno strumento utile alla causa astronomica, la “macchina di Anticitera”, dispositivo che poteva muoversi tramite ruote dentate, consentendo di calcolare il moto dei corpi celesti, gli equinozi, le fasi lunari, i mesi e i giorni della settimana, il sorgere del sole, i movimenti dei 5 pianeti conosciuti.

Ai tempi della civiltà greca le innovazioni astronomiche erano già molto diffuse, basti pensare a Siracusa nel 213 a. C. dove Cicerone narra di una macchina, circolare, implementata da Archimede; tale dispositivo riproduceva il moto della Luna, dei pianeti, del Sole e anche le eclissi lunari e le fasi.

Lo strumento denominato quadrante fu portato alla luce da Tolomeo ed era costituito da un quarto di cerchio appositamente graduato e da due aste fisse, perpendicolari, che avevano il compito di unificare al centro le estremità.

Al centro una terza asta mobile si trovava imperniata e aveva la funzione di fornire la distanza “zenitale” dell’astro preso in esame; la regolazione dello strumento veniva effettuata per mezzo di un filo a piombo.

Successivamente fu introdotto il “regolo di Tolomeo o “triquetrum” dallo stesso astronomo per fronteggiare gli ulteriori errori di misurazione.

Tale dispositivo comprendeva due regoli imperniati su di un palo posto verticalmente; il regolo superiore poteva “scivolare” sul regolo inferiore appositamente graduato; la distanza zenitale poteva essere calcolata in modo non molto complesso poiché i regoli costituivano un triangolo isoscele.

Altro utile strumento astronomico realizzato da Tolomeo e forse portato alla luce da Ipparco fu l’astrolabio che divenne un essenziale ritrovato tecnico-matematico.

L'astrolabio era formato da un regolo munito di due traguardi e da un'armilla; in alcuni esemplari era un planisfero celeste in versione miniaturizzata.

Svariate erano le funzioni che si potevano effettuare con l'astrolabio, come la localizzazione dei corpi celesti per mezzo dell'orario e il calcolo delle altezze.

Si può affermare che l'astrolabio, in maniera molto rudimentale, rappresentasse il primo prototipo dell'odierno telescopio.

“Datato” dispositivo astronomico fu anche “l'ottante”, che somigliava moltissimo al quadrante e al sestante; tale strumento era costituito da un arco graduato di ⅛ di cerchio che veniva utilizzato per le misure angolari.

Una branca molto importante dell'astronomia è sicuramente l’astronomia ottica che si è evoluta per mezzo dell'operoso lavoro di Ruggero Bacone, il quale grazie alle sue ricerche seppe maneggiare con autorità e sicurezza il campo delle lenti piano convesse; tali oggetti potevano essere modellati suddividendo una sfera di vetro con un piano.

L'intuizione di Ruggero Bacone fu quella di capire che era la rifrazione dell'immagine a determinare l'ingrandimento; lo stesso era influenzato dalla distanza in cui era posto l'osservatore e dalla lunghezza focale della lente.

Il propagarsi e il diffondersi degli occhiali da vista andò a braccetto con il diffondersi delle lenti ed ambedue vennero proiettate verso un enorme successo.

Nel 1608 fu costruito un semplice prototipo di telescopio rifrattore, dagli olandesi, che in seguito e precisamente l'anno dopo fu migliorato dallo scienziato Galileo che portò innovazioni nel campo astronomico.

Il lavoro di Galileo zoppicava da un punto di vista ottico poiché era carente per via delle peculiarità delle lenti.

Il punto in cui vengono proiettati i fasci luminosi dalle lenti non è univoco ma viene frammentato in svariate ripartizioni che si distinguono cromaticamente dal rosso al violetto; la conseguenza di questa imperfezione comportò la formazione dell'aberrazione cromatica che non consentiva la perfetta messa a fuoco dell'immagine.

Tale inconveniente poteva essere risolto realizzando lenti di grande distanza focale e di piccola curvatura; nel 1647 fu implementato uno strumento a focale di 3,5 metri, costruito da Hevelius.

Successivamente la misura arrivò a 7,5 metri e fu migliorata maggiormente da Huygens con 50 metri utilizzando la “montatura aerea” che si basava su un filo tenuto in tensione sul quale veniva indirizzato l’oculare con la lente primaria.

Anche lo strumento brevettato da James Gregory nel 1663 incrementò la scienza astronomica ma lo stesso presentava ancora ostacoli di carattere empirico.

Tale dispositivo consisteva in uno specchio paraboloidico che incanalava fonti di luce e li rifletteva su di un secondo specchio che aveva il compito di rifletterle sul primario per mezzo di un foro posto centralmente.

La luce bianca nel 1666 fu “decomposta” in uno spettro di colori da Newton per mezzo di un prisma di vetro che riuscì a scindere il passaggio di un fascio di luce solare attraverso lo stesso oggetto.

Lo stesso scienziato formulò la teoria che la rifrazione cromatica dei colori aveva generato l’aberrazione sferica.

Ciò spinse Newton a realizzare nel 1668 il così detto “modello newtoniano” costituito da un primario sferico, posto a variazioni, e un secondario non posto a 90° ma bensì a 45º.

Cassegrain realizzò il famoso modello partendo, di base, dall'opera di James Gregory, utilizzando però uno specchio convesso e non concavo al posto del secondario.

Le scoperte di Newton spinsero John Dollond a costruire un apparato ottico che però non diede i risultati sperati.

Però ciò non scoraggiò Dolland che grazie alle memorie di Samuel Klingenstierna, nel 1754 si concentrò di nuovo su innovativi esperimenti; tali scritti documentavano l'instabile compattezza delle teorie di Newton sul campo cromatico.

Gli esperimenti di Dolland furono condotti con l'utilizzo di svariati vetri ad alta e bassa dispersione, al contrario delle teorie e pratiche di Newton; tali analisi portarono ad obiettivi acromatici costituiti da una lente divergente in flint e una convergente in crown.

I primi telescopi acromatici di 1,5 metri di fuoco realizzati da Dolland furono messi sul mercato nel 1758; suo figlio Peter nel 1765 costruì un obiettivo a tre lenti (una convessa di flint e due concave di crown).

In questo modo fu possibile diminuire l’aberrazione sferica e si poterono costruire obiettivi, che con le stesse modalità di focale, proponevano maggiori peculiarità strutturali.

L'aberrazione cromatica nelle immagini fu eliminata grazie al perfezionamento delle lenti acromatiche avvenuta nella prima metà dell’800 da Fraunhofer che utilizzò lenti di correzione;

iniziò così l'era dei telescopi rifrattori.

Ulteriori modelli a riflessione comportarono nuovi passi da gigante nel campo della rifrazione astronomica; una di queste configurazioni fu implementata da Schmidt nei primi del '900 che diede il nome alla variante ottica conosciuta col nome di “combinazione di Schmidt”.

L'intuizione geniale fu quella di porre rimedio all’aberrazione sferica degli specchi, utilizzando una lente posta al centro di curvatura, ottenendo così un campo corretto superiore ai 5 o 6 gradi;

la differenza con i normali riflettori poneva “lo Schmidt” in una posizione di rilievo poiché permetteva di poter disporre di un'enorme intensità e di un ampio campo.

In questo modo si potevano ricavare, a tempi relativamente minori, delle foto.

Ulteriori combinazioni hanno consentito di realizzare mix di configurazioni come il il Maksutov-Cassegrain e il Schmidt-Cassegrain, dispositivi che erano in grado di fornire risposte soddisfacenti agli esperti del campo dell'osservazione e dell'astronomia ottica.

Uno strumento ottico-meccanico molto utile è “Il planetario”, capace di rappresentare, in modo molto veritiero, l'intero firmamento; tale dispositivo è costituito da un proiettore molto caratteristico che sfrutta una cupola semisferica come schermo.

Tale cupola può variare il suo diametro dai 3 ai 25 metri e lo strumento fu realizzato tra il 1919 e il 1923 per mezzo dell'azienda tedesca Zeiss.

Altro dispositivo utile all'astronomia è sicuramente “Il coronografo”, che permetteva di poter ammirare la corona solare; nel 1930 si diffuse maggiormente in modo da poter approfondire le ricerche inerenti alle argomentazioni solari.