Prisma di Herschel e pellicola Astrosolar di Baader Planetarium

di Raffaello Braga – (pubblicato su Coelum n. 48, gennaio 2002 – www.coelum.com)

L’uso dei prismi in vetro o costituiti da cristalli naturali, conosciuto fin dall’inizio del XVII secolo, venne diffuso in Europa dai missionari cristiani di ritorno dall’Oriente, e in principio questi curiosi oggetti vennero più che altro utilizzati per generare colori e giochi di luci.

Molti scienziati, tra cui Grimaldi e Boyle, effettuarono osservazioni sul fenomeno della dispersione di colori provocata da un prisma attraversato dalla luce, ma il primo studio sistematico si deve a Isaac Newton. In una relazione presentata alla Royal Society il 6 febbraio 1672 (“A New Theory about Light and Colors”) il grande fisico inglese dimostrò come la luce bianca fosse in realtà composta da diversi colori, e come il fenomeno della rifrazione fosse in relazione a questi colori, dipendente cioè dalla lunghezza d’onda della radiazione luminosa incidente. Questo principio è alla base del funzionamento dello spettroscopio e fondamento della spettroscopia, la cui applicazione in campo astronomico ha aperto la strada alla moderna astrofisica. Un altro pioniere nello studio dei prismi fu William Herschel, cui si deve l’importante scoperta della radiazione infrarossa: in un celebre esperimento effettuato nel 1800, Herschel collocò un termometro dietro a un prisma che scomponeva la luce del Sole, osservando che la temperatura misurata dal termometro aumentava sempre più andando verso la regione rossa dello spettro, per raggiungere il valore massimo oltre il rosso, dove l’occhio non percepisce più alcun colore.
I prismi non servono solo a scomporre la luce (nel qual caso sono detti prismi a di spersione) ma anche a rifletterla (prismi a riflessione), e al nome di Herschel (John, figlio di William) è legato un tipo particolare di prisma a riflessione che viene impiegato come elioscopio, cioè per l’osservazione del Sole. A questo scopo il prisma deve riflettere la luce nella stessa misura per tutte le lunghezze d’onda (prismi acromatici) altrimenti l’immagine risultante non sarebbe utilizzabile per osservazioni visuali. Senza entrare nei dettagli (reperibili in un buon manuale universitario di ottica) ci limitiamo a dire che l’elioscopio di Herschel è costituito da una lamina di vetro in cui le due facce principali piane non sono parallele ma formano un piccolo angolo. In base alle leggi della rifrazione, la luce – e quindi il calore – che arriva dall’obiettivo del telescopio viene rifratta per circa il 90% sulla superficie incidente e attraversa la lamina (venendo in parte assorbita dal vetro), mentre solo il 5% viene riflesso a 90° e arriva all’oculare (si veda lo schema qui sotto).

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Principio di funzionamento del prisma di Herschel

Il prisma di Herschel prodotto dalla Intes, modello per oculari e portaoculari da 31.8 mm. A sinistra dietro il foro si trova il prisma. In primo piano lo specchio che rigetta la luce in eccesso.

Dopo anni di immeritato oblio, gli elioscopi o prismi di Herschel stanno tornando di moda grazie all’importazione di questi accessori dalla Russia con il marchio Intes e soprattutto grazie al rinnovato interesse per i telescopi rifrattori, cui questi accessori sono specificamente dedicati (è sconsigliabile usarli con altre configurazioni ottiche, anche se diaframmate). E già da diversi anni è presente sul mercato europeo un eccellente prisma fabbricato dalla Baader Planetarium di Monaco di Baviera, che utilizza i vetri della casa tedesca Zeiss. Ho avuto modo di confrontare i prismi delle due marche durante il Sun Party di Modena, nel maggio 2001, e ciò che segue vuol essere solo una prima impressione, rapportata alle prestazioni del conosciuto ed economico Astrosolar.

Il prisma Intes (modello da 31,8 mm) viene fornito con uno o due filtri molto scuri da avvitare all’oculare o alla Barlow (in ogni caso dopo il prisma, mai prima) in quanto l’immagine del Sole non viene attenuata a sufficienza. L’importatore che ha fornito il pezzo in questione mi ha dato un B+W 110 (ND 3,0) e un polarizzatore variabile Orion. Per guadagnare qualcosa in nitidezza ho trovato più opportuno sostituire il polarizzatore con un filtro neutro Meade serie 4000 ND 0,9. Per avere un’idea di quanto sia abbagliante l’immagine solare perfino dopo avere attraversato il prisma, basti considerare che il filtro B+W trasmette solo lo 0,1 % della luce incidente e che, utilizzando un rifrattore da 102 mm con cielo limpido, senza l’aggiunta del filtro Meade l’immagine dà ancora “fastidio”. La luce in eccesso viene deviata verso il basso da uno specchio per evitare di ustionare l’osservatore e di surriscaldare l’involucro del prisma. L’ immagine ha la stessa orientazione fornita dai comuni prismi zenitali, vale a dire che inverte la destra con la sinistra. Esiste anche una versione del prisma da 2”, che non ho testato. La costruzione mi è sembrata accurata, almeno per quanto ho potuto verificare.

Il prisma solare Baader Planetarium è stato progettato per porta oculari da 2” ma può essere usato anche con comuni oculari da 31,8 mm usando un riduttore. L’ elemento prismatico è prodotto dalla Zeiss e l’elioscopio viene fornito con quattro filtri neutri da avvitare in serie, in modo da poter regolare la luminosità dell’immagine. Il filtro ND 3 va lasciato sempre avvitato, essendo indispensabile per assorbire la maggior parte della luce in eccesso, gli altri tre filtri hanno densità da 1,8 a 0,2 e si possono rimuovere o inserire secondo le necessità. Anche nel caso del prisma Baader l’eccesso di radiazione che passa nel prisma è deviato verso il basso da uno specchio. Un’etichetta posta sul dispositivo avverte che l’immagine del Sole così formata possiede un calore tale da provocare ustioni e quindi il prisma va inclinato in modo che il fascio di luce non investa l’osservatore (la stessa precauzione va presa ovviamente col filtro Intes). A detta del costruttore, le dimensioni del prisma di Herschel devono essere proporzionate rispetto al rapporto focale del telescopio, altrimenti, visto che il prisma assorbe il 5% della luce solare incidente e quindi il relativo calore, potrebbe rompersi. Pertanto,per offrire il massimo di sicurezza, ha realizzato un prisma di grandi dimensioni, adatto per una sistemazione in un alloggiamento di 2 pollici di diametro, che è garantito per funzionare in piena sicurezza con rifrattori dotati di rapporti focali anche spinti (ad esempio un 15 cm f/6). In base a questa considerazione i prismi più piccoli non dovrebbero essere impiegati con rifrattori di grande apertura. Il prisma Baader prevede l’inserimento sia dei raccordi per fotografia in proiezione che normalmente vengono adottati sui catadiottrici commerciali (la filettatura di attacco è la stessa) sia della torretta binoculare Baader, prima della quale occorre avvitare un apposito estrattore del fuoco.

Il prisma solare della Baader Planetarium per portaoculari da 2 pollici ma adattabile con un riduttore anche a oculari da 31.8 mm. In dotazione trwe filtri a densità crescente rimovibili, il quarto filtro ND3 va lasciato sempre avvitato.

 

Passando alla prova vera e propria, effettuata con cielo molto limpido e seeing molto variabile, il prisma Intes, usato su un apocromatico Zeiss da 10 cm e poi su un acromatico Vixen dello stesso diametro, ha fornito immagini del Sole di colore marrone chiaro, ben dettagliate, con poca o nessuna luce diffusa e il bordo solare molto netto. La granulazione era evidente già a basso ingrandimento e ben visibili erano anche i filamenti scuri nella penombra delle macchie maggiori. Aumentando l’ingrandimento non si percepiva un apprezzabile deterioramento dell’ immagine eccettuato quello dovuto al seeing diurno, a tratti inclemente. L’immagine fornita dal Baader aveva un colore più naturale, grigio chiaro (ma ciò potrebbe essere dovuto anche ai diversi filtri impiegati) e mostrava un contrasto maggiore rispetto al prisma Intes, indice di una differenza qualitativa apprezzabile, anche se non grandissima, nei materiali e nella lavorazione dei vetri. La granulazione era un po’ più evidente come pure i dettagli nella penombra delle macchie e l’iommagine era nel complesso più gradevole.

La sorpresa, se così si può dire, è arrivata dal confronto con il filtro Astrosolar®, sempre commercializzato da Baader. A parte un po’di luce diffusa attorno al disco solare – soprattutto negli acromatici a causa dello spettro secondario – la blasonata pellicola tedesca, accolta con scetticismo al suo apparire, è uscita a testa alta dal confronto con l’Intes e ha consentito di osservare gli stessi dettagli anche se con un filo di contrasto in meno, una differenza comunque piccola. Entusiasmante l’immagine del Sole con l’Astrosolar applicato a un AP 130 munito di torretta Baader: la visione binoculare consentiva di osservare un gran numero di piccoli dettagli molto più facilmente rispetto alla visione monoculare, con la granulazione fotosferica che “ribolliva” letteralmente, creando davvero l’impressione di osservare un corpo vivo in continua evoluzione.
In definitiva,per l’osservazione visuale e la fotografia del Sole con strumenti di livello qualitativo medio e anche alto, ritengo che l’Astrosolar faccia egregiamente il proprio dovere, tra l’altro a un costo veramente basso (Euro 19,62) per le prestazioni che consente di ottenere. Chi volesse un’immagine un po’ più pura, soprattutto coi rifrattori acromatici, può utilizzare l’elioscopio Intes, ma ad un prezzo che è superiore di un ordine di grandezza. Infine, il prisma di Herschel Baader Planetarium fa parte di quella categoria di accessori destinata a chi possiede rifrattori di categoria superiore e non vuole compromessi sulla qualità dell’immagine., anche se pagata a caro prezzo (Euro 712,71).

 

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