Telescopio newtoniano - Newtonian telescope

Telescopio Newton
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Una replica del secondo telescopio riflettore di Newton, che presentò alla Royal Society nel 1672.
Prende il nome Isaac Newton Modificalo su Wikidata
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Design del telescopio newtoniano

Il telescopio newtoniano , chiamato anche riflettore newtoniano o semplicemente newtoniano , è un tipo di telescopio riflettore inventato dal fisico inglese Sir Isaac Newton (1642-1727), utilizzando uno specchio primario concavo e uno specchio secondario diagonale piatto . Il primo telescopio riflettore di Newton fu completato nel 1668 ed è il primo telescopio riflettore funzionale conosciuto. Il design complesso del telescopio newtoniano lo ha reso molto popolare tra i produttori di telescopi amatoriali .

Storia

L'idea di Newton per un telescopio riflettore non era nuova. Galileo Galilei e Giovanni Francesco Sagredo avevano discusso dell'uso di uno specchio come obiettivo per la formazione dell'immagine subito dopo l'invenzione del telescopio rifrattore, e altri, come Niccolò Zucchi , affermarono di aver sperimentato l'idea fin dal 1616. Newton potrebbe anche aver leggi il libro di James Gregory del 1663 Optica Promota che descriveva i progetti di telescopi riflettenti usando specchi parabolici (un telescopio che Gregory aveva cercato senza successo di costruire).

Newton costruì il suo telescopio riflettore perché sospettava che potesse dimostrare la sua teoria secondo cui la luce bianca è composta da uno spettro di colori. La distorsione del colore ( aberrazione cromatica ) era il difetto principale dei telescopi rifrattori dei tempi di Newton, e c'erano molte teorie su ciò che lo causava. Durante la metà degli anni 1660 con il suo lavoro sulla teoria del colore , Newton concluse che questo difetto era causato dalla lente del telescopio rifrattore che si comportava come i prismi che stava sperimentando, rompendo la luce bianca in un arcobaleno di colori attorno a oggetti astronomici luminosi . Se questo fosse vero, l'aberrazione cromatica potrebbe essere eliminata costruendo un telescopio che non utilizzasse una lente: un telescopio riflettore.

Alla fine del 1668 Isaac Newton costruì il suo primo telescopio riflettore . Scelse una lega ( metallo speculum ) di stagno e rame come materiale più adatto per il suo specchio obiettivo . In seguito ideò mezzi per modellare e molare lo specchio e potrebbe essere stato il primo ad utilizzare un giro di pece per lucidare la superficie ottica. Ha scelto una forma sferica per il suo specchio invece di una parabola per semplificare la costruzione; anche se introdurrebbe l'aberrazione sferica , correggerebbe comunque l'aberrazione cromatica. Ha aggiunto al suo riflettore quello che è il segno distintivo del design di un telescopio newtoniano, uno specchio secondario montato diagonalmente vicino al fuoco dello specchio primario per riflettere l'immagine a un angolo di 90 ° rispetto a un oculare montato sul lato del telescopio. Questa aggiunta unica ha permesso di visualizzare l'immagine con un'ostruzione minima dello specchio obiettivo. Ha anche realizzato il tubo, il supporto e i raccordi. La prima versione di Newton aveva un diametro dello specchio primario di 1,3 pollici (33 mm) e un rapporto focale di f/5. Scoprì che il telescopio funzionava senza distorsioni del colore e che poteva vedere le quattro lune galileiane di Giove e la fase crescente del pianeta Venere con esso. L'amico di Newton, Isaac Barrow, mostrò un secondo telescopio a un piccolo gruppo della Royal Society di Londra alla fine del 1671. Ne rimasero così colpiti che lo mostrarono a Carlo II nel gennaio 1672. Newton fu ammesso come membro della società nello stesso anno.

Come Gregory prima di lui, Newton trovava difficile costruire un riflettore efficace. Era difficile molare il metallo dello speculum a una curvatura regolare. Anche la superficie si appannava rapidamente; la conseguente bassa riflettività dello specchio e anche le sue ridotte dimensioni facevano sì che la vista attraverso il telescopio fosse molto fioca rispetto ai rifrattori contemporanei. A causa di queste difficoltà di costruzione, il telescopio riflettore newtoniano non fu inizialmente largamente adottato. Nel 1721 John Hadley mostrò un modello molto migliorato alla Royal Society. Hadley aveva risolto molti dei problemi relativi alla realizzazione di uno specchio parabolico . Il suo Newton con un diametro dello specchio di 6 pollici (150 mm) si confrontava favorevolmente con i grandi telescopi rifrangenti aerei dell'epoca . Le dimensioni dei telescopi riflettori sono successivamente cresciute rapidamente, con progetti che raddoppiavano il diametro dello specchio primario circa ogni 50 anni.

Vantaggi del design newtoniano

Vano ottico newtoniano che mostra il tubo (1), lo specchio primario (2) e il supporto dello specchio diagonale secondario (chiamato anche " supporto a ragno ") (3).
  • Sono privi dell'aberrazione cromatica riscontrata nei telescopi rifrattori.
  • I telescopi newtoniani sono di solito meno costosi per un dato diametro dell'obiettivo (o apertura ) rispetto a telescopi di qualità comparabile di altri tipi.
  • Poiché c'è solo una superficie che deve essere levigata e lucidata in una forma complessa, la fabbricazione complessiva è molto più semplice rispetto ad altri progetti di telescopi ( gregoriani , cassegrain e primi rifrattori avevano due superfici che devono essere calcolate . I successivi obiettivi rifrattore acromatici avevano quattro superfici che c'è da capire).
  • Un rapporto focale corto può essere ottenuto più facilmente, portando a un campo visivo più ampio .
  • L'oculare si trova all'estremità superiore del telescopio. In combinazione con rapporti f brevi, questo può consentire un sistema di montaggio molto più compatto, riducendo i costi e aumentando la portabilità.

Svantaggi del design newtoniano

  • I newtoniani, come altri modelli di telescopi riflettenti che utilizzano specchi parabolici, soffrono di coma , un'aberrazione fuori asse che fa brillare le immagini verso l'interno e verso l'asse ottico (le stelle verso il bordo del campo visivo assumono una forma "come una cometa") . Questo bagliore è zero sull'asse ed è lineare con l'aumento dell'angolo di campo e inversamente proporzionale al quadrato del rapporto focale dello specchio (la lunghezza focale dello specchio divisa per il diametro dello specchio). La formula per il coma tangenziale del terzo ordine è 3θ / 16F², dove è l'angolo fuori asse rispetto all'immagine in radianti e F è il rapporto focale. I newtoniani con un rapporto focale di f/6 o inferiore (f/5 per esempio) sono considerati coma sempre più grave per uso visivo o fotografico. Gli specchi primari a basso rapporto focale possono essere combinati con obiettivi che correggono il coma per aumentare la nitidezza dell'immagine sul campo.
Un grande riflettore newtoniano del 1873 con struttura per accedere all'oculare .
  • I newtoniani hanno un'ostruzione centrale a causa dello specchio secondario nel percorso della luce. Questa ostruzione e anche i picchi di diffrazione causati dalla struttura di supporto (chiamata ragno ) dello specchio secondario riducono il contrasto. Visivamente, questi effetti possono essere ridotti usando un ragno curvo a due o tre zampe. Ciò riduce le intensità del lobo laterale di diffrazione di un fattore di circa quattro e aiuta a migliorare il contrasto dell'immagine, con la potenziale penalità che i ragni circolari sono più inclini alle vibrazioni indotte dal vento.
  • Per i Newton portatili la collimazione può essere un problema. Il primario e il secondario possono disallinearsi a causa degli urti associati al trasporto e alla movimentazione. Ciò significa che potrebbe essere necessario riallineare (collimare) il telescopio ogni volta che viene impostato. Altri modelli come rifrattori e catadiottrici (in particolare cassegrain Maksutov ) hanno una collimazione fissa.
  • Il piano focale si trova in un punto asimmetrico e nella parte superiore del gruppo del tubo ottico. Per l'osservazione visiva, in particolare su montature per telescopi equatoriali , l'orientamento del tubo può mettere l' oculare in una posizione di visualizzazione molto scarsa e i telescopi più grandi richiedono scale o strutture di supporto per accedervi. Alcuni modelli forniscono meccanismi per ruotare la montatura dell'oculare o l'intero gruppo del tubo in una posizione migliore. Per i telescopi da ricerca, si deve prendere in considerazione il contrappeso di strumenti molto pesanti montati su questo fuoco.

Variazione

Jones-Bird

Un telescopio riflettore Jones-Bird (a volte chiamato Bird-Jones) è una variazione con lente a specchio ( catadiottrico ) sul tradizionale design newtoniano venduto nel mercato dei telescopi amatoriali. Il design utilizza uno specchio primario sferico al posto di uno parabolico, con le aberrazioni sferiche corrette da lenti correttive sotto-apertura solitamente montate all'interno del tubo focheggiatore o davanti allo specchio secondario. Questo design riduce le dimensioni e il costo del telescopio con una lunghezza complessiva del tubo del telescopio più corta (con il correttore che estende la lunghezza focale in un layout di tipo " teleobiettivo ") combinato con uno specchio sferico meno costoso. È stato notato che le versioni prodotte commercialmente di questo design sono compromesse otticamente a causa della difficoltà di produrre un correttore di sottoapertura di forma corretta in un telescopio destinato alla fascia economica del mercato dei telescopi.

Galleria

Guarda anche

Appunti

Riferimenti

  • Smith, Warren J., Modern Optical Engineering , McGraw-Hill Inc., 1966, p. 400