Ricostruzione del telescopio di Galileo Galilei.
Dopo la ricostruzione del mio primo telescopio galileiano fatta nel 2006, abbiamo replicato la costruzione con il gruppo di Torre Luciana.
In questa seconda realizzazione si è cercato di dare una maggiore veste storica all'estetica dello strumento, la costruzione interamente fedele all'originale avrebbe previsto un sistema troppo dispendioso sia in termini di tempo che di materiali e quindi abbiamo scelto una via di compromesso; cercando nel contempo una soluzione che ovviasse agli inconvenienti presentati nella prima realizzazione.
Due parole sull'ottica.
Lo schema galileiano è simile allo schema di Keplero, quello cioè utilizzato nei normali rifrattori, con la differenza che nel galileiano l'oculare è una lente negativa, cioè divergente.
Questo offre una visione diritta dell'immagine ma allo stesso tempo il campo visivo è molto piccolo.
Ai tempi di Galileo non si sapeva che le lenti singole creano aberrazioni cromatiche; un tale tipo di telescopio può comunque funzionare in modo accettabile solo se si utilizza un rapporto F/D molto spinto per contenere tali effetti.
La condizione è che la distanza focale F dell'obiettivo deve essere almeno 16xD^2, dove appunto D è il diametro della lente.
Galileo costruì vari esemplari di telescopio; fra le lenti obiettivo sopravvissute, quella migliore è una lente convergente con focale di 1.33m.
In ambedue gli strumenti ricostruiti sono state usate le stesse lenti, cioè lenti da occhiali con le seguenti caratteristiche:
Obiettivo: focale 1m (+1 diottrie), diametro 30mm diaframmato a 25mm
Oculare: focale -50mm (-20 diottrie).
l'ingrandimento risultante è quindi 1000:50 = 20, in linea con i telescopi costruiti da Galileo all'epoca e molto simile ad uno dei modelli conservati al Museo di Storia della Scienza di Firenze.
La condizione vista sopra impone che, per avere immagini accettabili, il diametro massimo dell'obiettivo sia 2,5 cm.
Per l'oculare, che è una lente negativa, la condizione è praticamente già rispettata in quanto il diametro della "pupilla d'uscita" è molto piccolo.
Le lenti da occhiali sono dei menischi (concavo-convesse) e hanno il vantaggio di essere facilmente reperibili ad un costo modesto.
Le lenti originali utilizzate erano piano-convessa (obiettivo) e piano-concava (oculare). Queste avrebbero teoricamente una resa migliore nell'utilizzo in un telescopio; ricordiamoci comunque che le lenti utilizzate da Galileo erano costruite a mano, avevano diametro di circa 4-5 cm e andavano fortemente diaframmate anche perché presentavano notevoli difetti nella periferia, come rilevato dallo studio di Ronchi negli anni '20.
Per questi motivi le lenti da occhiali, seppure diverse dalle originali, offrono ottimi risultati dovuti soprattutto alla qualità della lavorazione moderna, imparagonabile a quella usata da Galileo .
Costruzione
Tubo principale
Il tubo del primo esemplare era costituito da un manico di scopa in metallo ricoperto di plastica rossa, accorciato di circa 10 cm; in teoria, in questo schema ottico le lenti dovrebbero idealmente essere poste ad una distanza d=(F1-F2) cioè 95 cm. In questo modo ci sono 5 centimetri di tolleranza per la messa a fuoco; nel secondo esemplare, dopo una serie di valutazioni pratiche tra Andrea e Marco, abbiamo deciso di usare un tubo di diametro maggiore ricavato da un palo da antenna TV di vecchio tipo (grazie Marcello!).
In entrambi i casi Il tubo è stato opacizzato inserendo all'interno un pezzo di cartoncino bristol nero.
I supporti per le due lenti (obiettivo e oculare) sono stati realizzati col tornio da un tronchetto di faggio (grazie Andrea!) e poi verniciati con vernice trasparente opaca per dargli un che di vecchio; la parte in cui va inserita ciascuna lente è di diametro di poco superiore ai 30mm. Per i dettagli, vedere lo schema costruttivo.
Ogni singola lente è tenuta in posizione da sottili spessori in cartoncino e bloccata con un anello, sempre di cartoncino, ricavato da un supporto vuoto di carta per stampanti; incollato con Vinavil in soli tre punti, in modo da poter essere facilmente rimosso in caso di necessità.
Le lenti non sono incollate.
Tubo fuocheggiatore
Per la messa a fuoco serve un pezzo di tubo di diametro leggermente inferiore, in modo che possa scorrere a forza nel tubo di metallo. E' stato realizzato con un tubo di cartone diminuendone il diametro e poi rivestendolo di carta. L'operazione di riduzione del diametro non è facilissma ma dopo qualche prova ci si riesce.
Questo tubo è lungo circa 15 cm. Alla sua estremità va incollato il portaoculare; essendo legno su cartone, per l'operazione va benissimo il vinavil diluito con poca acqua, utilizzandolo con un pennello da disegno a setole piatte.
La ricopertura del tubo
Nel primo esemplare è stata lasciata a vista la plastica rossa, nel secondo è stata data miglior veste estetica allo strumento mediante ricopertura in pelle (grazie Mario!).
Una visita al Museo di Storia della Scienza (grazie Lucia!) ha delucidato sulla scelta del colore della pelle e sulle rifiniture finali...
La parte più difficile è la scarnificatura della pelle, operazione noiosa ma necessaria per un buon risultato finale.
Si fa così: dopo aver preso la misura della circonferenza dello strumento, si taglia una striscia rettangolare di pelle lasciando nella larghezza circa due centimetri in più; a questo punto munirsi di un trincetto affilato e di MOOOLTA pazienza... Con il trincetto si devono assottigliare questi due centimetri (uno per parte) lavorando dalla parte interna della pelle in modo che poi, una volta avvolta sul tubo, queste due parti si sovrappongano. E' infatti molto difficile fare una precisa incollatura "di testa", data la morbidezza della pelle è poi difficile, con mezzi casalinghi, tagliare la giusta larghezza.
Nel fare queste operazioni occorre prestare la massima attenzione a non farsi male affettandosi qualche dito con il trincetto.
Per incollare la pelle al tubo si è utilizzato il classico mastice multiuso tipo Bostik.
La finitura
Infine, per dare il tocco di classe finale, la pelle è stata decorata con fregi in oro, con un disegno liberamente ispirato ai modelli originali presenti al Museo.
I fregi sono stati realizzati da Lucia.
Il supporto
Non abbiamo notizie sulla montatura utilizzata da Galileo. Lavorando di fantasia è stato costruito un semplice alloggiamento di compensato, ricoperto con carta colorata, il quale può essere fissato ad un cavalletto per fotografia o su una vera montatura equatoriale; per le prove dimostrative, Marco ha messo a disposizione un piggy-back e Andrea ha realizzato un supporto per il montaggio in parallelo ad un altro rifrattore (vedi foto).
Il tubo è semplicemente inserito nella parte centrale e fermato con elastici, o meglio, per dargli un miglior colpo d'occhio, con nastri di stoffa colorata.
Test dell'ottica
Prima delle osservazioni astronomiche è utile eseguire un test con soggetti "terrestri" allo scopo di verificare il corretto montaggio e gli eventuali difetti ottici delle lenti.
- Eseguire una prima prova di giorno, soprattutto per rendersi conto di quanto è piccolo il campo inquadrato.
- Provare a vedere l'orizzonte o comunque oggetti noti posti almeno a un chilometro di distanza.
- Eseguire un secondo test di notte; l'osservazione di una insegna luminosa posta a 1-2 chilometri consente di evidenziare l'aberrazione residua (che sarà comunque sempre presente) e scoprire eventuali difetti nell'ottica.
L'insegna, una volta messa a fuoco, dovrà essere perfettamente leggibile, in altre parole non si dovrà avere una visione confusa e distorta.
Raccomandiamo di eseguire questi test per evitare di rimanere delusi dalle prestazioni del telescopio quando invece potrebbe trattarsi di una lente difettosa.
Il problema può essere dato solo dalla lente obiettivo da +1 diottrie perchè considerata "standard" e quindi realizzata con una lavorazione poco costosa.
Può succedere che questa lente presenti delle imperfezioni di astigmatismo che nell'uso previsto come occhiali non sarebbero assolutamente visibili.
Questa distorsione può essere facilmente evidenziata ruotando lo strumento; se presente, la "sfuocatura" cambierà sensibilmente. Ovviamente se ciò succede la lente va sostituita.
Considerazioni
Quello che colpisce maggiormente è la dimensione del campo visivo, veramente minuscola: considerazioni ottiche (che qui non sto a fare) fanno sì che sia quasi 5 volte minore di quello di un rifrattore kepleriano di pari caratteristiche.
Il fatto è che qui la cosiddetta pupilla d'uscita si trova dalla parte opposta dell'oculare, dentro il tubo, per cui l'occhio non può raccogliere tutti i raggi rifratti.
Per questo motivo, proprio perchè la luce uscente è formata da raggi divergenti, si assiste ad un altro strano fenomeno: puntato lo strumento, se si sposta la posizione della testa rispetto all'oculare si vedranno parti diverse dell'immagine, prima non visibili!.
Questa grossa limitazione è il motivo per cui tale schema ottico è stato abbandonato e sopravvive solo nei binocoli da teatro, che però hanno ingrandimenti molto bassi (2-4).
Anche i cannocchiali terrestri non prismatici, per intenderci quelli usati un tempo sulle navi, usano lo schema di Keplero con una lente raddrizzatrice.
Nonostante tutto, questo strumento permette una particolareggiata visione della Luna: nulla a che vedere neppure rispetto ai vari telescopi-giocattolo moderni, ma ecco spiegati gli "strani" disegni della Luna che appaiono nel Sidereus Nuncius, dove si nota un enorme cratere sulla linea del terminatore... Perchè il cratere è enorme? Non è enorme, è che la Luna disegnata è solo la parte inquadrata dal telescopio!
La visione di Giove è invece problematica a causa del basso ingrandimento, e ci si rende conto di quanto acuta dovesse essere la vista di Galileo, anche solo per scorgere i quattro satelliti da lui scoperti.
Si suppone che per il Sidereus abbia utilizzato un telescopio di circa 30 ingrandimenti, che è già qualcosa in più, ma richiede sempre una vista eccellente!
Queste sono le prove fatte con la replica del telescopio di Galileo Galilei.
Bibliografia:
W. Ferreri, Come osservare il cielo col mio primo telescopio, ediz. Il Castello
Links:
http://www.pacifier.com/%7Etpope/index.htm
http://brunelleschi.imss.fi.it/esplora/cannocchiale/
http://www.liberliber.it/biblioteca/g/galilei/sidereus_nuncius/html/index.htm
Lo schema galileiano è simile allo schema di Keplero, quello cioè utilizzato nei normali rifrattori, con la differenza che nel galileiano l'oculare è una lente negativa, cioè divergente.
