L’alternativa al prisma di Herschel: il riflettore solare

Grazie al tubo chiuso, al piccolo diametro e alla possibilità di poterlo utilizzare sia per osservare in proiezione sia per osservare direttamente applicandovi un prisma di Herschel, il cannocchiale astronomico viene tradizionalmente ritenuto lo strumento più adatto all’osservazione del Sole in luce bianca, cioè di macchie e facole, Per qualche tempo anche alcuni riflettori newtoniani, ad esempio quelli di fabbricazione russa, venivano dotati di schermo di proiezione solare, ma il sistema era intrinsecamente poco sicuro e l’avvento del Baader Astrosolar, che permette di realizzare a basso costo degli ottimi filtri frontali di qualunque apertura e perfettamente sicuri, lo ha reso definitivamente obsoleto.

A proposito dell’Astrosolar, gli osservatori più esigenti sono concordi nel ritenere che per quanto si tratti di un filtro assai valido, di fatto il migliore tra i filtri frontali, determini comunque un lieve decadimento della qualità dell’immagine e che pertanto il prisma di Herschel – che purtroppo non si può impiegare con telescopi diversi dal rifrattore – sia comunque preferibile.

Un’alternativa all’impiego dei tradizionali metodi di filtraggio è costituito dal riflettore solare, un newtoniano modificato per osservazioni del Sole senza filtro frontale, uno strumento che sta riscuotendo un certo interesse presso gli osservatori assidui della nostra stella, soprattutto tra chi si dedica alla fotografia in alta risoluzione. Si tratta di un normale riflettore newtoniano con uno o entrambi gli specchi privi di alluminatura: in questo modo solo una piccola frazione della luce incidente viene rinviata all’oculare, ottenendo una riduzione consistente della luminosità a livelli più sicuri e meglio gestibili. In alcune realizzazioni lo specchio secondario viene sostituito da un prisma di Herschel o se ne aggiunge uno nel portaoculari al fine di rendere l’immagine solare idonea ad essere osservata visualmente senza l’uso di alcun filtro ulteriore.

Il vantaggio del newton solare è l’assenza di filtri frontali, che lascia indisturbato il fronte d’onda, e il basso costo di realizzazione a parità di apertura rispetto al sistema rifrattore + prisma di Herschel, oltre alla disponibilità di aperture medie e grandi meglio gestibili rispetto a uno strumento a lenti. Poiché le macchie solari sono dettagli ad alto contrasto, l’ostruzione determinata dallo specchio secondario non è importante in quanto l’obiettivo lavora nella parte destra del grafico di MTF e quindi il “tradizionale” vantaggio del rifrattore sul riflettore viene qui a mancare quasi del tutto.

skywatcher-130mm-f5-newton-1000Tempo fa acquistai un piccolo newton da dedicare alla fotometria digitale delle stelle variabili, progetto che poi per mancanza di tempo non ho più perseguito. Lo strumentino, uno Skywatcher fotografico di 13 cm di diametro molto ben fatto in relazione al costo, è rimasto così inutilizzato finché non ho pensato di trasformarlo in uno strumento solare. Avevo già diversi apocromatici e l’ottimo prisma di Herschel Baader Planetarium ma a causa delle particolarità della mia postazione che non mi permette di alzare più di tanto la montatura equatoriale, ho sempre trovato un po’ scomodo il loro utilizzo. Poiché il Sole è l’oggetto che osservo di più, oltre ai pianeti interni, ho voluto sperimentare una soluzione diversa e anche più confortevole.

Una leggenda che circola infatti nel nostro ambiente è quella che vuole il newton equatoriale di utilizzo macchinoso. In realtà questo non solo non è vero, ma è vero proprio il contrario: la possibilità di ruotare il tubo negli anelli permette di portare il fuocheggiatore nella posizione più comoda e di osservare rimanendo in piedi, come raccomandavano di fare tutti i grandi astronomi del passato, che è la posizione che permette il massimo rilassamento. Il newton permette inoltre di ridurre al minimo l’inclinazione del collo durante l’osservazione, ciò che è difficile da realizzare con tutti i telescopi a fuoco posteriore. L’unico limite di questo approccio è dato dal diametro del tubo e dalla frequenza con cui occorre ruotarlo, ma per chi osserva pochi oggetti alla volta, o uno solo, ciò non costituisce un problema.

Cercando sul web ho scoperto, ovviamente, di non essere stato il primo a pensare a un newtoniano modificato. Ad esempio, per osservare i transiti di Venere sul Sole, Giovanni Schiaparelli utilizzava un vecchio riflettore con lo specchio molto alterato e ormai poco riflettente. Ma soprattutto ho trovato su youtube un video molto utile e sui forum un paio di realizzazioni descritte in dettaglio, tra cui questa.

Una volta in possesso dello strumento da modificare (per quanto ne so non esistono in commercio newtoniani solari già pronti) l’unico vero problema da affrontare consiste nel rimuovere l’alluminatura dallo specchio primario, ciò riduce la luce riflessa al 5% circa di quella che normalmente arriverebbe sul piano focale. Qualcuno che ha rimosso il coating anche dal secondario per ridurre ulteriormente la luminosità, ha poi dovuto fare marcia indietro perché non aveva più abbastanza luce per fotografare in alta risoluzione, ciò che invece mi interessa molto, e perciò ho deciso di lasciare il secondario alluminato, scelta che poi si è rivelata essere azzeccata.

Per rimuovere il coating occorre trattarlo chimicamente in modo da asportare sia il rivestimento che negli strumenti commerciali viene applicato per proteggere l’alluminatura e farla durare il più a lungo possibile, sia l’alluminatura vera e propria. Esistono almeno tre sistemi (probabilmente anche di più, oltre all’ovvia possibilità di acquistare uno specchio non alluminato):

  • la soda caustica
  • l’acido cloridrico “domestico” o acido muriatico
  • il cloruro ferrico o cloruro di ferro (III)

L’alluminio è facilmente solubile in ambiente alcalino e quindi la soda caustica (quella che viene venduta in grani) è un buon agente dealluminante, ma va usata con cautela perché se l’attacco è troppo aggressivo si può intaccare anche il substrato vetroso; so di alcuni amici astrofili che l’hanno però impiegata con successo. Anche l’acido muriatico va bene ma è lento e può richiedere qualche giorno.

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Un barattolo di cloruro ferrico idrato in polvere

L’agente chimico più efficiente è invece il cloruro ferrico, che in acqua idrolizza acidificando la soluzione ed è inoltre fortemente ossidante nei confronti dell’alluminio. Allo scopo si può utilizzare il prodotto commerciale usato per incidere i circuiti stampati o farsi da sé la soluzione partendo dalla polvere di cloruro ferrico esaidrato. Chi non è abbastanza esperto in questi maneggi (la polvere va pesata e poi sciolta in una determinata quantità di acqua fino ad ottenere una certa concentrazione) conviene che utilizzi la soluzione commerciale (nel seguito denominata anche “reagente”) già pronta.

La procedura è descritta, a grandi linee, nel video su youtube linkato sopra che invito a visionare per intero e rispetto al quale mi limiterò ad aggiungere poche cose riportate nel seguito; ma prima una…

pericolo…AVVERTENZA – Anche se per rimuovere l’alluminatura da uno specchio non è necessario avere studiato chimica e aver fatto pratica di laboratorio come il sottoscritto – si tratta tutto sommato di un’operazione abbastanza semplice – bisogna tenere presente che la soluzione di cloruro ferrico è corrosiva, tossica e macchia indelebilmente. Occorre pertanto effettuare l’operazione non in soggiorno o nel lavandino di casa ma all’aperto o comunque in un ambiente molto ben ventilato, usare occhiali, guanti antiacido e indumenti di protezione, ricoprire la superficie di lavoro per non rovinarla, utilizzare recipienti e dosatori a perdere, prendere visione della scheda di sicurezza del prodotto e seguirne scrupolosamente le indicazioni anche per quanto riguarda lo smaltimento e la conservazione. Bambini, animali ed estranei vanno tenuti lontano e non bisogna perdere di vista o abbandonare reagenti e prodotti di reazione affinché nessuno li tocchi inavvertitamente. Chi non si sentisse abbastanza sicuro e/o informato e/o attrezzato adeguatamente è meglio che si astenga dal procedere o si rivolga a qualcuno più destro in tali faccende. Lo scrivente non si assume alcuna responsabilità per l’uso che verrà fatto delle informazioni contenute nel presente articolo.

Le raccomandazioni di cui sopra si applicano anche qualora si decida di procedere usando la soda caustica o l’acido muriatico, ma non avendolo fatto direttamente potrebbero non essere esaustive.

Come anticipato, ecco alcune utili precisazioni rispetto al video:

  1. lo specchio va tolto dalla sua cella prima di trattarlo col reagente (ovvio, no ? ma è comunque meglio precisarlo ;-) )
  2. come mostrato nel video lo specchio va “arginato” con un paio di giri di nastro trasparente da imballaggi che serve a trattenere la soluzione sulla superficie da trattare
  3. invece di operare su carta da giornale, come nel video, è meglio mettere lo specchio in una grande bacinella di plastica (assolutamente NON in metallo, nemmeno se di acciao inox!) dove effettueremo tutte le operazioni; lo specchio non deve poggiare direttamente sul fondo della bacinella ma su un rialzo, pure di plastica, così che il prodotto reagito e le acque di lavaggio si possano svuotare nella bacinella senza che poi vengano di nuovo a contatto con lo specchio
  4. visto che non dobbiamo rimuovere chili di alluminio ma solo uno straterello il cui spessore si misura in nanometri, di soluzione ne occorre solo il minimo indispensabile a coprire tutto lo specchio fino all’orlo e non di più
  5. dopo la prima applicazione lasciar agire per qualche ora, risciacquare per controllare il risultato, se necessario ripetere e quando non resta più traccia dello strato riflettente il lavoro è concluso.

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La prima fase dell’attacco chimico: i bordi dello specchio sono i primi ad ossidarsi e poi man mano piccoli pezzetti di superficie. Lo specchio è posto in una bacinella dove si svolgono tutte le fasi.

Lo specchio a lavoro quasi ultimato.

Lo specchio in una fase avanzata della reazione.

Sia prima sia dopo la reazione, la soluzione di cloruro ferrico è fortemente acida e prima di smaltirla va neutralizzata con abbondante bicarbonato di sodio acquoso ottenuto sciogliendo in un recipiente pieno d’acqua qualche cucchiaio da tavola di bicarbonato Solvay, come si vede nel video: occorre aggiungere poco per volta la soluzione di bicarbonato nella bacinella e agitare con una bacchetta di vetro o un cucchiaio di plastica finché non cessa l’effervescenza. Anche lo specchio una volta dealluminato va lavato prima con la soluzione di bicarbonato, poi con tanta acqua distillata e messo infine ad asciugare in posizione verticale su una superficie pulita.

Il risultato finale, una volta rimesso lo specchio nella cella, si presenta così

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Lo specchio dealluminato conserva ancora una minima riflettività. Durante l’operazione ho lasciato in posto il marcatore al centro, non è stato necessario rimuoverlo.

 

ma non abbiamo ancora finito. Infatti la riduzione della luce solare che si ottiene rimuovendo il coating dal solo specchio primario non è sufficiente per osservare visualmente in sicurezza in quanto è paragonabile, o leggermente inferiore, alla riduzione che si ottiene con un prisma di Herschel.

ND3E’ perciò assolutamente indispensabile applicare all’oculare o al portaoculari un filtro neutro ND3.0 (attenzione alla denominazione dei filtri neutri che può variare secondo l’ambito di applicazione, nel seguito farò riferimento a quella utilizzata per i filtri Baader Planetarium, e consiglio di vedere anche la pagina di Wikipedia sull’argomento). Il filtro non deve mai essere rimosso salvo che per le riprese CCD in alta risoluzione, e sempre occorre fare attenzione a non guardare (o permettere ad altri di guardare) accidentalmente nel portaoculari privo di filtraggio di sicurezza. Queste del resto sono le medesime precauzioni richieste qualora si utilizzi un rifrattore dotato di prisma di Herschel. Oltre al ND3.0 occorre un ulteriore filtro neutro la cui densità dipenderà dalle condizioni del cielo, dal diametro dell’obiettivo e dall’ingrandimento impiegato. Nel mio caso specifico, poiché osservo il Sole con il visore binoculare Mark V che corrisponde di suo a un filtro neutro leggero, un ND0.6 trovo che sia sufficiente nella maggior parte dei casi (lo levo soltanto con cielo molto velato o Sole molto basso sull’orizzonte) ma in visione monoculare qualche volta è necessario aggiungere al ND3.0 un ND0.9 oppure un polarizzatore variabile, e anche durante l’imaging del Sole sia a disco intero che in alta risoluzione il filtraggio va adeguato caso per caso. 

Come ulteriore misura precauzionale durante le osservazioni visuali, davanti al filtro ND3.0 applico un UV/IR-cut certificato (uso un Astronomik oppure un Baader): non so se sia davvero indispensabile (ho personalmente il sospetto che non serva a nulla) ma preferisco cautelarmi e invito a fare altrettanto.

I filtri che uso per l'osservazione visuale col visore binoculare: ND3.0, ND0.6 e UV/IR cut.

I filtri che uso per l’osservazione visuale col visore binoculare: ND3.0, ND0.6 e UV/IR cut. I filtri vengono lasciati permanentemente nel portaoculari del telescopio avvitati all’adattatore 2″/T2 che porta il raccordo per l’aggancio del visore.

 

Una cosa importante: i riflettori hanno in genere rapporti focali piuttosto bassi, da f/6 a f/4, e non tutti i filtri lavorano bene in queste condizioni, soprattutto nella versione da 2 pollici; se non si vuole degradare la qualità delle immagini occorre pertanto impiegare solo i migliori come i Baader o gli Astronomik di cui è garantita la planeità.

Dopo aver rimontato lo specchio occorre collimare il telescopio, questo si può fare con un laser, se è abbastanza luminoso, oppure puntando una stella molto brillante, nonostante il primario manchi dello strato riflettente la si vedrà comunque e si potrà collimare con le solite modalità.

Il tubo ottico modificato. Il visore si trova in una posizione comodissima per osservare rimanendo in piedi.

Il tubo ottico modificato e rivestito di bianco. Il visore si trova in una posizione comodissima per osservare rimanendo in piedi, se necessario basta ruotare il tubo.

RISULTATI

Col mio 130 mm f/5 modificato ottengo immagini più risolte, in particolare della granulazione fotosferica e dei filamenti delle penombre, di quelle che mi fornivano i miei rifrattori apocromatici da 90 e 102 mm col prisma di Herschel Cool Ceramic: di fatto dopo aver dealluminato il piccolo riflettore li ho venduti entrambi, e anche il prisma ha cambiato proprietario.

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La granulazione fotosferica ripresa col newton da 130 mm, Powermate 5x e Chameleon mono 2.0

 

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Oltre che per l’osservazione di macchie, facole e granulazione, la correzione perfetta nel violetto rende il newton solare lo strumento ideale per fare imaging in Ca-K in quanto a queste lunghezze d’onda funzionerà meglio di qualunque rifrattore, soprattutto se acromatico. Se si vuole usare il filtro Baader Ca-K, che è scurissimo, bisognerà rimuovere il filtro ND3.0 e sostituirlo con qualcosa di più leggero, un ND0.9 o 1.8, secondo la focale risultante. Il filtro non deve essere usato per l’osservazione visuale ma solo per la fotografia.

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Sul web ho letto opinioni discordanti sull’opportunità di schermare dalla luce ambiente il retro dello specchio primario, qualcuno sostiene che lasciandolo tal quale si potrebbe avere luce diffusa nel piano focale. In realtà non l’ho mai notata, col mio solito setup il cielo attorno al Sole appare praticamente nero e il contrasto è altissimo.

A un certo punto ho avuto il dubbio che rispetto al filtro frontale in Astrosolar, che scherma efficacemente il calore in ingresso al tubo, il newton in questa nuova configurazione risentisse di più delle turbolenze interne essendo direttamente esposto alla radiazione solare. Per fortuna così non è stato, o almeno non in misura tale da vanificare la realizzazione.

A parte la rimozione del coating, il tubo di un piccolo riflettore solare come il mio 130 si può lasciare tal quale, io mi sono limitato a rivestirlo esternamente di bianco (spesso lo lascio al sole anche quando non lo uso) ma strumenti più grandi dovrebbero essere ottimizzati per non diventare delle caldaie. Un buon progetto è quello illustrato da Christian Viladrich in questa pagina e col quale ha ottenuto immagini davvero strepitose.

CONCLUSIONI

Sono molto contento della modifica effettuata che mi ha permesso di riutilizzare un telescopio che pensavo di dover vendere. Si tratta inoltre proprio di quel genere di strumenti che vengono rimessi velocemente sul mercato dai loro possessori dopo qualche anno, se non mese, di utilizzo e che potrebbero invece rinascere a nuova vita dopo una modifica di questo tipo.

Qual è il costo totale dell’operazione ? Beh, nel mio caso avevo già tutto e ho dovuto aggiungere solo il prodotto chimico, quindi praticamente non ho speso nulla. Se si volesse invece partire da zero occorre considerare il costo del tubo ottico e dei filtri, che come scrivevo devono essere di ottima qualità, ma per quanto riguarda l’OTA viene in soccorso il mercato dell’usato dove i piccoli riflettori si trovano con una certa facilità a prezzi molto convenienti.

Prendendo come esempio proprio il mio riflettorino e supponendo di possedere già una montatura e degli oculari:

- tubo ottico: 236 euro (circa 150 euro nell’usato)
- 2 filtri neutri da 2”: 116 euro
- UV/IR-cut 2”: 100 euro (anche questo è facile da trovare usato sui 50-60 euro)
- cloruro ferrico: da 10 a 20 euro o anche meno

alla fine il costo sarebbe persino inferiore a quello del prisma Baader Cool Ceramic che attualmente è il migliore in commercio. Come ho scritto più sopra ho modificato il riflettore soprattutto per una questione di comodità di utilizzo, ma se questa esigenza non sussiste e già si dispone di un buon tubo ottico rifrattore sui 12-13 cm di diametro allora potrebbe essere più interessante l’uso del prisma, altrimenti il newton solare può rappresentare un’alternativa più economica. La convenienza della realizzazione è ancora maggiore su diametri medi (20 – 30 cm) dove i rifrattori hanno costi e ingombri davvero proibitivi.

Il rovescio della medaglia è costituito naturalmente dal fatto che la modifica è permanente e il telescopio non si può più riutilizzare per le osservazioni notturne a meno di non rialluminare lo specchio (o gli specchi).

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