Differenza tra telescopio e cannocchiale

[G.C.]

Scusate amici,
qualcuno di voi potrebbe spiegarmi se il telescopio e il cannocchiale sono
la stessa cosa oppure se sono due sistemi ottici differenti? In quest'ultimo
caso, in cosa differiscono?

Su google si trova l'informazione in base alla quale il cannocchiale si basa
sulla rifrazione, il telescopio sulla riflessione di specchi, ma io spesso
sento parlare di "rifrattori" e "riflettori" riferendosi comunque ai
telescopi. Potreste chiarirmi le idee?

[Franco]

On 9/12/2013 06:17, G.C. wrote:

> Su google si trova l'informazione in base alla quale il cannocchiale si basa
> sulla rifrazione, il telescopio sulla riflessione di specchi,

Altra cosa sbagliata che si trova in rete! Hai ragione tu, ci sono
telescopi riflettori e rifrattori.

Le prime differenze che mi vengono in mente sono che il telescopio
capovolge le immagini, il cannocchiale non deve farlo, tipicamente il
cannocchiale ha un campo di visione piu` grande rispetto a un
telescopio, che invece deve essere preciso per fare delle misurazioni.
Per un cannocchiale il numero di ingrandimenti e` un valore importante,
per un telescopio invece no, quello che conta e` la risoluzione angolare.

E infine ci sono le dimensioni e la portabilita`...

Appena passa di qua qualche fisico ti puo` dare una risposta piu` corretta.


--

Franco

Wovon man nicht sprechen kann, dar�ber mu� man schweigen.
(L. Wittgenstein)

[Piero]

> Per un cannocchiale il numero di ingrandimenti e` un valore importante,
> per un telescopio invece no, quello che conta e` la risoluzione angolare.

La risoluzione angolare dipende solo dal diametro della lente frontale (o
dello specchio).

ciao,
Piero

[Piero]

> Scusate amici,
> qualcuno di voi potrebbe spiegarmi se il telescopio e il cannocchiale sono
> la stessa cosa oppure se sono due sistemi ottici differenti? In
> quest'ultimo
> caso, in cosa differiscono?

La differenza non � data dallo schema ottico, ma dall'uso che viene fatto
dello strumento.
Il cannocchiale � solo per uso terrestre, si impiega a mano libera ed
ingrandisce l'oggetto osservato di poche volte (10 - 15 al massimo) e
l'obiettivo � realizzato con lenti (generalmente due), quindi � un
rifrattore.

Col telescopio si osserva la volta celeste. Esistono i riflettori che
impiegano uno specchio concavo riflettente, i rifrattori e i catadiottrici,
ossia sistemi misti specchio/lastra correttrice.
In quest'ultimo caso vi sono almeno una trentina di schemi ottici diversi,
ognuno con i suoi pregi e difetti. Necessita obbligatoriamente di una
montatura, sia perch� di solito viene impiegato ad ingradimenti elevati, ma
soprattutto perch� deve poter seguire il movimento apparente degli astri
lungo la volta celeste.

L'ingrandimento ottenibile dallo schema ottico non � il fattore principale
di cui bisogna tener conto.
Una stella risulterebbe puntiforme e non mostrerebbe comunque nessun
dettaglio della sua superficie nemmeno se fosse ingrandita di 100.000 volte.
Daterminante � invece il diametro dello specchio (o della lente) perch� pi�
� grande e pi� permette di raccogliere la luce di oggetti deboli (e quindi
molto lontani) e allo stesso tempo permette di "separare"due oggetti vicini,
ossia poterli vedere come due oggetti distinti e non come uno solo.

tutto questo in soldoni ... :-)

ciao,
Piero

[cometa_luminosa]

Il giorno gioved� 12 settembre 2013 18:53:18 UTC+2, Piero ha scritto:

> L'ingrandimento ottenibile dallo schema ottico non � il fattore principale
> di cui bisogna tener conto.
> Una stella risulterebbe puntiforme e non mostrerebbe comunque nessun
> dettaglio della sua superficie nemmeno se fosse ingrandita di 100.000 volte.
> Daterminante � invece il diametro dello specchio (o della lente) perch� pi�
> � grande e pi� permette di raccogliere la luce di oggetti deboli (e quindi
> molto lontani) e allo stesso tempo permette di "separare"due oggetti vicini,
> ossia poterli vedere come due oggetti distinti e non come uno solo.
>

Non sono un esperto, pero' accanto a quello che hai detto metterei anche la qualita' costruttiva in generale e soprattutto dell'obbiettivo/dello specchio (gli oculari si possono cambiare se non sono adeguati): un buon telescopio con obbiettivo/specchio piccolo puo' risultare migliore di uno che ha un grande obbiettivo/specchio ma che e' solo... discreto.


Lo stesso comunque vale per i cannocchiale e i binocoli e gli strumenti ottici in generale; e' per questo che e' molto difficile fare una scelta se non si e' avuta la possibilita' di provarlo prima dell'acquisto (tra l'altro la scelta e' difficile anche perche' i costi sono notevolmente influenzati dalla qualita' delle ottiche).

--
cometa_luminosa

[Piero]

> Non sono un esperto, pero' accanto a quello che hai detto metterei anche
> la qualita' costruttiva in generale e soprattutto dell'obbiettivo/dello
> specchio (gli oculari si possono cambiare se non sono adeguati): un buon
> telescopio con obbiettivo/specchio piccolo puo' risultare migliore di uno
> che ha un grande obbiettivo/specchio ma che e' solo... discreto.

In linea di principio è quello che dici te, ma limitandoci alla qualità
dell'ottica bisogna considerare che "grande" e "piccolo" non vanno riferiti
tanto al diametro dell'obiettivo, quanto all'apertura relativa F/D
(focale/diametro) dello stesso.
Nei Newton, ad esempio, la necessità di rendere parabolico lo specchio per
ridurre l'aberrazione sferica si ha quando questo rapporto è inferiore a 8.
Se non si vuole percorrere questa strada si deve porre un diaframma ad una
distanza dallo specchio pari al suo raggio di curvatura, ma in questo caso
si ottiene uno strumento parzialmente ostruito e ne risente il contrasto
dell'immagine.
Viceversa potremmo avere specchi più grandi magari lavorati peggio, ma con
un rapporto F/d superiore a 8 che presentano complessivamente aberrazioni
inferiori.
Quanto alla precisione con cui si si lavora la superficie di solito è
sufficiente che lo scarto sia inferiore a 1/8 di lambda (nel verde o nel
rosso). Precisioni parecchio superiori (oltre 1/16) non danno grossi
incrementi qualitativi.

Bisogna poi vedere l'uso che si deve fare dello strumento.
Osservazione visuale ? Astrofotometria ? Fotografico ?
E di quali oggetti ? Puntiformi (o assimilabili, come i pianeti) o estesi
con una debole luminosità superficiale ?
Se dobbiamo usarlo solo per l'osservazione visuale o dobbiamo misurare
alcune aberrazioni non ci disturberanno più di tanto, viceversa se dovremo
fare delle riprese sarà il caso che abbia un campo corretto il più ampio
possibile e/o una ridotta aberrazione cromatica.

> Lo stesso comunque vale per i cannocchiale e i binocoli e gli strumenti
> ottici in generale; e' per questo che e' molto difficile fare una scelta
> se non si e' avuta la possibilita' di provarlo prima dell'acquisto (tra
> l'altro la scelta e' difficile anche perche' i costi sono notevolmente
> influenzati dalla qualita' delle ottiche).

e dall'economia di scala ...

Le ottiche da 20 cm degli Schmidt-Cassegrain ormai costano uno sputo. Quando
alla fine degli anni '70 un mio amico comprò uno dei primi modelli importati
in Italia lo pagò piò o meno quanto costa oggi un'utilitaria !

ciao,
Piero

[BlueRay]

Il giorno martedě 17 settembre 2013 16:05:06 UTC+2, Piero ha scritto:

> cometa-luminosa wrote:

> > Non sono un esperto, pero' accanto a quello che hai detto metterei anche
> > la qualita' costruttiva in generale e soprattutto dell'obbiettivo/dello
> > specchio (gli oculari si possono cambiare se non sono adeguati): un buon
> > telescopio con obbiettivo/specchio piccolo puo' risultare migliore di uno
> > che ha un grande obbiettivo/specchio ma che e' solo... discreto.

...

> > Lo stesso comunque vale per i cannocchiale e i binocoli e gli strumenti
> > ottici in generale; e' per questo che e' molto difficile fare una scelta
> > se non si e' avuta la possibilita' di provarlo prima dell'acquisto (tra
> > l'altro la scelta e' difficile anche perche' i costi sono notevolmente
> > influenzati dalla qualita' delle ottiche).
>
> e dall'economia di scala ...
> Le ottiche da 20 cm degli Schmidt-Cassegrain ormai costano uno sputo. Quando

> alla fine degli anni '70 un mio amico comprň uno dei primi modelli importati
> in Italia lo pagň piň o meno quanto costa oggi un'utilitaria !
>
Si, ma in questa tua disamina ti sei dimenticato dei rifrattori (capisco, sono meno usati, devo essere uno dei pochi ad averne uno :-) )
La qualita' delle ottiche č determinante in questo ambito (e spesso e' piu' determinante del rapporto F/D di cui dici sopra).
Ciao.

--
BlueRay = cometa_luminosa

[Pangloss]

[it.scienza.fisica 21 Sep 2013] BlueRay ha scritto:
> Si, ma in questa tua disamina ti sei dimenticato dei rifrattori (capisco,
> sono meno usati, devo essere uno dei pochi ad averne uno :-) )

Siamo almeno in due, possiedo un rifrattore (F=1400mm) dal lontano 1968:
a quell'epoca gli astrofili in Italia si contavano sulle dita di una mano!

--
Elio Proietti
Valgioie (TO)

[Piero]

> Si, ma in questa tua disamina ti sei dimenticato dei rifrattori (capisco,
> sono meno usati, devo essere uno dei pochi ad averne uno :-) )

> La qualita' delle ottiche è determinante in questo ambito (e spesso e'

> piu' determinante del rapporto F/D di cui dici sopra).

Guarda , giusto per caso dei rifrattori e delle loro caratteristiche ottiche
se ne sta parlando su it.scienza.chimica (topic Fusione vetro).
In osservatorio noi abbiamo un rifrattore da 180 mm F.10 interamente
autocostruito che attualmente è dismesso, ma a suo tempo restituiva immagini
ottime.
Purtroppo oggi un buon rifrattore costa quanto un'utilitaria :-(

ciao,
Piero

[BlueRay]

Il giorno luned� 23 settembre 2013 17:50:28 UTC+2, Piero ha scritto:

> Guarda , giusto per caso dei rifrattori e delle loro caratteristiche ottiche
> se ne sta parlando su it.scienza.chimica (topic Fusione vetro).
> In osservatorio noi abbiamo un rifrattore da 180 mm F.10 interamente

> autocostruito che attualmente � dismesso, ma a suo tempo restituiva immagini

> ottime.
> Purtroppo oggi un buon rifrattore costa quanto un'utilitaria :-(
>

"Interamente autocostruito"? Ma anche le lenti?
Mi piacerebbe tantissimo costruirmi un telescopio (o almeno costruirmi un obiettivo apocromatico).

[Elio Fabri]

Piero ha scritto:

> In osservatorio noi abbiamo un rifrattore da 180 mm F.10 interamente

> autocostruito che attualmente � dismesso, ma a suo tempo restituiva

> immagini ottime.
> Purtroppo oggi un buon rifrattore costa quanto un'utilitaria :-(

C'� un'altra considerazione da fare, che spiega in parte il costo che
dici, ma soprattutto spiega perch� i rifrattori siano scomparsi (se non
erro) nel campo dei telescopi di grandi dimensioni.
Mi pare di ricordare che decenni fa fossero in uso rifrattori di
diametro superiore al metro, ma credo che l� ci si sia fermati:
perch�?
Le ragioni sono varie, ma tutte di natura strettamente pratica.

1) Costruire un buono specchio (anche grande) richiede di lavorare
*un'unica* superficie ottica.
Costruire un rifrattore (che sar� composto almeno da due lenti, pi�
facilmente da tre) significa dover lavorare 4 o 6 superfici, e
richiede poi un montaggio accuratissimo per allineare gli assi delle
varie lenti (che quando sono grandi non possono essere incollate, come
si fa coi piccoli rifrattori, e come suppongo sia per il vostro 100
mm).

2) Per uno specchio la qualit� del vetro non conta, e del resto non �
strettamente necessario che lo specchio sia di vetro. Ricordo almeno
un caso, il telescopio di Merate, mi pare 130 cm, che aveva lo
specchio di alluminio. Non mi sembra che la pratica si sia diffusa,
probab. perch� uno specchio metallico ha altri problemi.
Invece l'obiettivo di un rifrattore deve essere *attraversato* dalla
luce, quindi la qualit� della massa del vetro � essenziale: non ci
debbono essere disomogeneit�, velature... Tute cose progressivamente
pi� difficili da ottenere quanto pi� le lenti sono grandi.

3) Una difficolt� meccanica � data dal fatto che un telescopio *si
deve muovere* per rimanere puntato a lungo su un oggetto compensando la
rotazione terrestre. In questo movimento il sistema ottico (specchio o
lente che sia) � soggetto a sollecitazioni, dovute alla gravit�, che
variano a seconda dell'assetto, e che debbono essere contrastate con
opportuni sostegni.
Mentre nel caso di uno specchio c'� tutta la superficie posteriore
disponibile per questi sostegni, che possono anche essere /attivi/,
ossia capaci di correggere le deformazioni dovute alla gravit�, nel
caso di un rifrattore le lenti possono essere sostenute solo al bordo
e perci� sono inevitabili delle deformazioni, spec. al centro.

Va da s� che queste deformazioni nuocciono alla qualit� delle immagini,
e debbono essere contenute entro una frazione di l. d'onda, per oggetti
che pesano diverse tonnellate.
Anche se � un'impresa d'ingeneria che mette insieme grandi masse e
dimensioni con tolleranze estremamente precise, ci si pu� riuscire con
gli specchi, ma la cosa diventa proibitiva per lenti troppo grandi.


--
Elio Fabri

[Piero]

> "Interamente autocostruito"? Ma anche le lenti?

Si, anche il doppietto.
Oltre al rifrattore è stato interamente autocostruito anche un Newton da 40
cm
http://www.oagenova.it/osservatorio/strumentazione/
Molti dei nostri soci avevano lavorato presso le officine ottiche S. Giorgio
ed oltre ad essere dei veri esperti di ottica con tornio e fresa erano in
grado di costruire praticamente ogni cosa.

> Mi piacerebbe tantissimo costruirmi un telescopio (o almeno costruirmi un
> obiettivo apocromatico).

Costruire uno specchio non è impossibile, ma difficilmente verrebbe bene al
primo tentativo.
Vendono anche dei kit completi di tutti gli abrasivi necessari per le varie
fasi della lavorazione.

Per lenti invece i problemi aumentano in modo esponenziale. Non parliamo poi
di un obiettivo apocromatico ... dovresti lavorare 6 superfici !

ciao,
Piero

[cometa_luminosa]

Il giorno giovedě 26 settembre 2013 22:04:02 UTC+2, Elio Fabri ha scritto:
[...]
>
> Anche se č un'impresa d'ingeneria che mette insieme grandi masse e
> dimensioni con tolleranze estremamente precise, ci si puň riuscire con

> gli specchi, ma la cosa diventa proibitiva per lenti troppo grandi.
>

Tempo fa lessi che c'e' anche un'altro problema: il tempo necessario a far raffreddare il vetro fuso di una lente di grandissime dimensioni, per evitare tensioni e distorsioni della lente, sarebbe esageratamente grande.

--
cometa_luminosa

[Piero]

> Mi pare di ricordare che decenni fa fossero in uso rifrattori di

> diametro superiore al metro, ma credo che lì ci si sia fermati:

Ad oggi il rifrattore più grande del mondo è ancora quello di Yerkes
costruito nel 1897, presenta un diametro di 102 cm e una focale di 19,4 m.

> perché?

> Le ragioni sono varie, ma tutte di natura strettamente pratica.
> 1) Costruire un buono specchio (anche grande) richiede di lavorare
> *un'unica* superficie ottica.

> Costruire un rifrattore (che sarà composto almeno da due lenti, più

> facilmente da tre) significa dover lavorare 4 o 6 superfici, e
> richiede poi un montaggio accuratissimo per allineare gli assi delle
> varie lenti

Questo è indubbio, però permittimi di formulare alcune obiezioni.

> 2) Per uno specchio la qualità del vetro non conta, e del resto non è

> strettamente necessario che lo specchio sia di vetro.

Ti assicuro che conta eccome, perlomeno se parliamo di strumenti
professionali.
Il vetro dev'essere assolutamente privo di tensioni al suo interno e non ci
devono essere irregolarità nella fusione. Quando fu costruito lo specchio da
508 cm di M.te Palomar, ad esempio, le 18 tonnellate di Pirex fuso subirono
vari trattamenti termici. Alla fine, quando la massa di vetro raggiunse i
500°C fu raffreddata al ritmo di 1°C ogni 30 ore. Praticamente ci vollero
due anni prima che il vetro giunse a temperatura ambiente per poter essere
lavorato.

>Ricordo almeno
> un caso, il telescopio di Merate, mi pare 130 cm, che aveva lo
> specchio di alluminio. Non mi sembra che la pratica si sia diffusa,

> probab. perché uno specchio metallico ha altri problemi.

Infatti, lo specchio da 134 cm fu un capolavoro d'ingegneria.
Lo specchio venne sottoposto a nikelatura e poi la superficie venne
alluminata.
La pratica non si è diffusa perchè lavorare l'alluminio anche con i mezzi
moderni è estremamente complicato, ma in tempi recenti sembra che ci sia un
ritorno verso questo tipo di specchio almeno per applicazioni particolari.

http://zuserver2.star.ucl.ac.uk/~sk/osl/omt/omt.html

Giusto per curiosità segnalo che esiste anche un telescopio di 3 m di
diametro con specchio ruotante al mercurio usato solo per osservazioni allo
zenith. Variando la velocità di rotazione si varia anche la focale dello
strumento.

http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_mirror_telescope
http://www.youtube.com/watch?v=Q5Cr9P-Q88Y

> Invece l'obiettivo di un rifrattore deve essere *attraversato* dalla

> luce, quindi la qualità della massa del vetro è essenziale: non ci
> debbono essere disomogeneità, velature... Tute cose progressivamente
> più difficili da ottenere quanto più le lenti sono grandi.

E' vero, ma è ancora più difficile ottenere forti curvature e senza queste
non si hanno obiettivi luminosi che sono essenziali sia per contenere i
tempi di posa sia per raccogliere la luce degli oggetti più deboli.

> 3) Una difficoltà meccanica è data dal fatto che un telescopio *si

> deve muovere* per rimanere puntato a lungo su un oggetto compensando la
> rotazione terrestre. In questo movimento il sistema ottico (specchio o

> lente che sia) è soggetto a sollecitazioni, dovute alla gravità, che

> variano a seconda dell'assetto, e che debbono essere contrastate con
> opportuni sostegni.

> Mentre nel caso di uno specchio c'è tutta la superficie posteriore

> disponibile per questi sostegni, che possono anche essere /attivi/,

> ossia capaci di correggere le deformazioni dovute alla gravità, nel

> caso di un rifrattore le lenti possono essere sostenute solo al bordo

> e perciò sono inevitabili delle deformazioni, spec. al centro.

Questo è l'aspetto che, paradossalmente, ha dato i problemi minori.
Riferendoci sempre al telescopio di Yerkes considera che il doppietto
(spaziato in aria di 21 cm) pesa complessivamente 240 Kg. Come giustamente
dici te le lenti sono sostenute solo al bordo, però su tutta la
circonferenza !
Uno specchio tradizionale invece poggia su solo su alcuni punti (che possono
essere anche alcune decine), ma viene bloccato anche sul bordo ad intervalli
regolari, e questo genera inevitabilmente delle tensioni al suo interno.
Un altro problema è quello della sua inerzia termica. Una massa di vetro che
può pesare anche più di 10 tonnellate ci mette delle ore a stabilizzarsi e
di solito i grandi telescopi sono situati in posti dove vi è un'elevata
escursione termica tra il giorno e la notte.
Bisognerebbe poter costruire degli specchi sottili, ma lo spessore
dev'essere compreso tra 1/6 e 1/10 del diametro mentre per le lenti si può
scendere fino ad 1/20 del diametro.
Tutto questo ovviamente vale per gli specchi monolitici. Con le ottiche
adattive e gli specchi "tassellati" questi problemi sono stati risolti.
Nel frattempo però l'industria ha prodotto altri tipi di vetri con
caratteristiche migliori del Pirex: Duran 50, Zerodur e altri tipi che ora
non ricordo (borosilicati e vetroceramici) che hanno permesso di ridurne lo
spessore.

> Va da sé che queste deformazioni nuocciono alla qualità delle immagini,

> e debbono essere contenute entro una frazione di l. d'onda, per oggetti
> che pesano diverse tonnellate.

Tempo fa ricordo di aver visto una termografia che evidenziava come il
calore di una persona in prossimità di uno specchio del diametro di alcuni
metri generasse dei moti convettivi sufficienti a provocare un degrado
nell'immagine.

>Anche se è un'impresa d'ingeneria che mette insieme grandi masse e
>dimensioni con tolleranze estremamente precise, ci si può riuscire con

>gli specchi, ma la cosa diventa proibitiva per lenti troppo grandi.

In occasione dell'esposizione universale di Parigi del 1900 fu costruito un
rifrattore con un obiettivo di 125 cm e focale di 60 m. Ovviamente sarebbe
stato inpensabile collocarlo su una montatura tradizionale e quindi si
adottò la soluzione che viene usato ancora oggi per le torri solari.
In pratica si usò un altro specchio (di 2 m di diametro) per realizzare un
celostata che deviava i raggi sulla lente. Il movimento del celestata era
realizzato con dei contrappesi che permettevano di mantenere un oggetto nel
campo dello strumento per un tempo massimo di 45 m.
Qui alcune immagini.

http://www.angeloangeletti.it/ASTRO_UNICAM/2011/lezione08_1.pdf

Al termine dell'esposizione la strutta metallica venne smontata e venduta
come rottame mentre le ottiche furono prese in carico dall'Osservaotorio di
Parigi dove, forse, sono tutt'ora.


saluti,
Piero

[BlueRay]

Piero ha scritto:

> Qui alcune immagini.
> http://www.angeloangeletti.it/ASTRO_UNICAM/2011/lezione08_1.pdf

Molto interessante!
Non e' che ... ehm, avresti anche altre lezioni di astronomia?

> Al termine dell'esposizione la strutta metallica venne smontata e venduta
> come rottame
>

Che peccato!

> mentre le ottiche furono prese in carico dall'Osservaotorio di
> Parigi dove, forse, sono tutt'ora.
>

[Piero]

> Tempo fa lessi che c'e' anche un'altro problema: il tempo necessario a far
> raffreddare il vetro fuso di > una lente di grandissime dimensioni, per
> evitare tensioni e distorsioni della lente, sarebbe
> esageratamente grande.

Considera che per raffreddare lo specchio del riflettore di M.te Palomar,
spesso 68 cm e pesante 18 tonnellate, ci sono voluti 2 anni.
Lo spessore di un'ipotetica lente dello stesso diametro potrebbe essere
contenuto entro 1/20 del diametro, forse anche meno.Le lenti del rifrattore
Yerkes da 102 cm, ad esempio, sono spesse - al centro - 64 mm quella
anteriore e 38 mm la posteriore.

ciao,
Piero

[Piero]

> Non e' che ... ehm, avresti anche altre lezioni di astronomia?

Te le ho mandate, le hai ricevute ?

ciao,
Piero

[cometa_luminosa]

Il giorno domenica 6 ottobre 2013 18:52:04 UTC+2, Piero ha scritto:
> > Non e' che ... ehm, avresti anche altre lezioni di astronomia?
>
> Te le ho mandate, le hai ricevute ?
>

No.
Ciao.

--
cometa_luminosa