Perchè auto-costruire specchio parabolico e Telescopio

di: Giulio Tiberini

Le motivazioni sono diverse e soggettive, e una risposta tout court non può essere data se non entrando un poco nell’argomento. Di questi tempi (anno 2015) , la pura e semplice convenienza economica si è di molto ridimensionata per l’autocostruzione di strumenti di apertura corrente e popolare, cioè fino al diametro 16” = 400mm, in particolare dopo l’arrivo sui nostri mercati di specchi finiti di produzione cinese che sono ormai di BUONA qualità rispetto a quella che caratterizzava i primi arrivi di qualche anno fa. Continua però ad essere conveniente, per la qualità ottima ottenibile, la fabbricazione di un obiettivo a specchio parabolico diametro 300mm con normale vetro (calcio sodico) di spessore 20mm normalmente reperibile sul mercato “povero” non già del costoso vetro blank astronomico, ma del vetro normale calciosodico, cioè da “Finestre”.

Naturalmente rimane conveniente seppure assai più impegnativo, autocostruire diametri di obiettivo oltre i 400mm, ma ovviamente di spessore proporzionalmente maggiore al 20 mm citato. Spessore maggiore che può arrivare però solo al 30mm, oltre i quali il blank in spessore  e costo appropriati, rimane l’unica scelta.

(NOTA: Il vetro normale, cioè calcio sodico, è più facile da reperire su ordinazione tagliato in tondo a misura, presso le cosiddette “Vetrerie industriali”, cioè quelle che costruiscono mobili  in vetro per arredamento e per stands espositivi, come pure piani calpestabili in vetro per l’edilizia, ad un costo medio intorno ai cento euro per due dischi diametro 300mm dei quali uno funzionerà da utensile e uno da specchio);

INFATTI:

Oggi (7/2014) un completo telescopio dobson Meade a tubo 300F5 costa 800 euro, oppure 1000 euro se di tipo trasportabile collassabile,

L’assemblaggio di un telescopio costruendone solo la struttura ed acquistando uno specchio GSO 300-f5 + un secondario da 70mm + il focheggiatore, assommerebbe già 715 euro, lasciando un margine per la struttura paragonabile agli 85 euro che costituiscono la differenza col Meade 300F5, il cui acquisto rimarrebbe quindi la scelta più conveniente.

MA C’E’ IL BUONO E L’ECCELLENTE

Rimane cioè il fatto non positivo che un telescopio di grande serie:

– ha una struttura pesantissima perchè realizzata in legno truciolato, “nobilitato” poi con un sottile strato superficiale melamminico “a vista”, ed è perciò struttura scomoda da gestire nei confronti del multistrato usato in autocostruzione, che pur se di legno di pioppo è un materiale composito, e pertanto robusto e leggero per sua natura;

– inoltre quei BUONI specchi parabolici fabbricati su larga scala, velocemente e senza tanti complimenti perché il tempo è denaro, soffrono di rugosità superficiali che ne diminuiscono il contrasto rispetto a specchi ECCELLENTI, lucidati a mano in tempi decisamente più lunghi dei tempi di produzione industriale, che determinerebbero però ben altri costi.

Questo fatto che la manualità risulta migliore della lavorazione a macchina, sfata il mito che il “fatto a macchina” sia migliore e più preciso del “fatto a mano”.

Infatti, per l’ottica è assolutamente vero il contrario, e il “fatto a mano” è assolutamente migliore del “fatto a macchina di grande serie”. E il “fatto a macchina” fa solo risparmiare tempo e denaro al produttore.

QUALCHE PAROLA SULL’ACQUISTO DEL “NOBILE” VETRO GREZZO DA LAVORARE:

L’acquisto di un vetro blank cioè grezzo, per la realizzazione di uno specchio da 300mm che consiglierebbe uno spessore di 1/10 diametro, cioè 30mm, è reso molto difficile dal fatto che quella misura di spessore grezzo, dopo la calata dei cinesi coi loro prodotti finiti, è divenuto pressocchè introvabile, e solo presso rare vetrerie industriali. Quindi, se lo si trova, esso presenta prezzi “europei” decisamente sproporzionati rispetto al prezzo odierno dello stesso tipo di prodotto finito (vetro semplice) cinese. …Ma se un giorno arrivassero quì anche i vetri tondi grezzi…”con gli occhi a mandorla” …il discorso cambierebbe notevolmente nel segno della  nostra convenienza.

SALVARE  QUINDI LA CONVENIENZA, USANDO IL MENO NOBILE “VETRACCIO”.

La convenienza però rimane eccome! Per chi acquista due dischi di vetro (uno per l’utensile e uno per lo specchio) in spessore 20mm, che, salvo rarissime eccezioni per il 30mm di cui sopra, è il massimo più diffuso spessore disponibile sul mercato internazionale del vetro “Float” calciosodico normale (che come già detto è il vetro da finestre e dei piani calpestabili o per arredo bagno). In questo caso una coppia di vetri diametro 300mm viene a costare cento euro (ma anche meno).

Quel prezzo pur se conveniente rispetto a vetri blank appositi, ma comunque elevato in rapporto al fatto che si tratta di due soli dischi diametro 300mm, può trovarsi altrove inferiore, poiché contiene più che altro il riconoscimento di un maggior costo che il fornitore a sua discrezione, si fa pagare per tralasciare la lavorazione di serie, e realizzare una piccola fornitura di due soli pezzi, (che però nel mio caso sono stati tagliati e smussati (cianfrinati) in modo perfetto).

INOLTRE Il vetro normale è più conveniente per l’astrofilo per il motivo seguente:

Il nemico numero uno per l’osservazione astronomica è la turbolenza dell’aria; turbolenza che può essere di due tipi: generata dall’ambiente, oppure generata dallo specchio primario caldo all’interno del telescopio.

Sulla turbolenza dell’aria ambiente (per gli anglofoni “seeing”), c’ è poco da fare, ed è universalmente noto che la si può limitare scegliendo un luogo di osservazione erboso, e soprattutto sprovvisto di tetti che trasmettono verso il cielo colonne d’aria calda, dissipando il calore accumulato durante il giorno, e rendendo impossibile osservare le stelle attraverso quelle correnti di aria calda saliente.

La turbolenza all’interno del tubo del telescopio è invece la normalità, poichè lo specchio primario viene sempre a trovarsi più caldo della temperatura ambiente del luogo di osservazione. E nemmeno si riesce a inseguire “da vicino” il veloce gradiente di discesa della temperatura notturna, che sfugge da quella dello specchio non eguagliandosi mai, ma con opportuna ventilazione artificiale, solo avvicinando l’inseguimento ad una distanza di qualche grado centigrado da quella ambiente.

Quella minima differenza di temperatura può essere resa sufficientemente ininfluente e poco danneggiante l’osservazione, se al posto della ventilazione si applica l’aspirazione dello “strato limite turbolento” che ha sede al contatto aria-specchio caldo, eliminando artificialmente il disturbo turbolento con la sua trasformazione in liscio flusso laminare.

(Al proposito potrebbe essere utile vedere l’articolo Acclimatazione delle ottiche )

Il vetro “boro-silicato” (del quale il marchio Pyrex è il più difuso), oppure di altro equivalente tipo a basso coefficiente di dilatazione, non cambia la sua forma con la temperatura, ma quando è caldo genera all’interno del telescopio la stessa turbolenza che genererebbe uno specchio di ugual massa in economico vetro normale.

Quindi con uno specchio caldo all’interno del tubo ottico si vede indistintamente male, sia attraverso un costoso specchio Zerodur o Pyrex, e sia attraverso un economico vetro normale.

Questo dimostra che il vantaggio economico dell’utilizzo del vetro a basso coefficiente di dilatazione non è per l’astrofilo visualista autocostruttore. Ma quel vantaggio invece è assolutamente importante per il fabbricante dello specchio, per il quale il tempo di lavorazione è denaro, e pertanto col vetro a basso coefficiente di dilatazione può fare le misurazioni qualitative dell’ottica (che richiedono una precisione minima di 68.75 milionesimi di millimetro, ovvero il famoso Lambda/4) immediatamente appena terminata la lavorazione per abrasione che riscalda ugualmente per attrito lo specchio, anche se esso è  2,6 volte meno termicamente deformabile rispetto al vetro normale.

Un astrofilo per il quale il tempo non è denaro, risparmia nell’acquisto del vetro comprando vetro normale, ben sapendo che però dovrà attendere otto ore “di ambientazione” in seguito ad ogni sessione di ritocco della superficie dello specchio, prima di poter eseguire i test qualitativi del suo lavoro.

QUANTO E’ LA CONVENIENZA ?

In questo caso, un telescopio dobson da 300 mm F5 potrebbe essere costruito con una spesa di 500 euro: (100  per i 2 vetri specchio e utensile) + 100 (abrasivi e attrezzatura di costruzione specchio) + 99 (specchio secondario con suo supporto) + 50 euro legno multistrato + 100 euro viti e bulloni e tubi alluminio). Ma quel risparmio di 300 euro richiede molto più impegno del semplice acquisto del telescopio completo, impegno però foriero di arricchimento di conoscenze e di una soddisfazione di grandissimo valore umano e morale, oltre che tecnico.

L’EPILOGO: OVVERO LA SCELTA GENERALE “TRANQUILLA”.

Mediamente la scelta più comune e più tranquilla, che privilegia la moderna riluttanza ad affrontare impegni, più che una aperta sfiducia nelle proprie possibilità, è quella di orientarsi verso l’acquisto di un completo telescopio cinese, di buon diametro di obiettivo (per esempio 300mm), utilizzarlo facendone buon uso per vedere se l’hobby astronomico si mantiene vivo nei propri interessi. Poi, come (FORSE) accade naturalmente, col passare del tempo, e con esso l’inevitabile aumentare dell’interesse e delle esigenze in fatto di prestazioni ottiche, diventa stimolante il desiderio di passare dalle prestazioni BUONE a quelle ECCELLENTI ri-figurando a mano e super-lucidando il proprio specchio, o costruendone un altro più grande….(magari motivati dal voler smettere di fumare, o voler uscire da un dispiacere impegnandosi profondamente in qualcosa che coinvolga profondamente fisicamente e mentalmente, e perciò distragga).

A FARE LA DIFFERENZA IN ASTRONOMIA RESTA COMUNQUE IL DIAMETRO OBIETTIVO 

L’orientamento verso un diametro di obiettivo di circa 3oo mm per un telescopio iniziale è giustificato dal fatto che in astronomia gli oggetti da osservare sono lontanissimi e molto poco luminosi, quindi occorre che i telescopi dispongano di obiettivi di grande diametro, per poter captare più luce possibile di quegli oggetti, perché è con quella più o meno forte quantità di luce che viene ricostruita l’immagine più o meno luminosa e dettagliata da osservare.

LA DOMANDA LECITA E’: MA ALLORA GLI INGRANDIMENTI NON CONTANO?

Questo è il pensiero comune dei non addetti ai lavori, che ritiene erroneamente che sia determinante il numero di ingrandimenti che può fornire un telescopio, come se qualsiasi strumento potesse fornirne in quantità infinita. Ma ciò non è vero perché un telescopio può fornire ingrandimenti solo proporzionali alla luce che il suo obiettivo è in grado di captare e concentrare nella ricostruzione della immagine dell’oggetto da osservare nel suo fuoco. E la captazione della luce è tanto maggiore quanto maggiore è l’ AREA dell’obiettivo (lente o specchio che sia). Quindi i forti ingrandimenti utili sono appannaggio solo dei telescopio di grande diametro.

Infatti ingrandire un oggetto poco luminoso significa andare ad osservare una superficie ottica piccolissima, la cui luminosità è una piccolissima frazione di quella complessivamente captata, e va presto a fornire una immagine troppo buia e con dettagli non più percepibili perché impastati e confusi.

RIFRATTORI E RIFLETTORI E OSSERVAZIONE PLANETARIA

Ecco quindi che, sempre relativamente al diametro dell’obiettivo, i forti ingrandimenti ed i dettagli sono più facili da ottenere per oggetti molto luminosi, come pianeti e Luna, ma per oggetti del profondo cielo, come le galassie lontane, essi diventano in genere possibili solo con diametri di obiettivo appartenenti a telescopi RIFLETTORI, che dotati di una unica grande superficie ottica costituita da un semplice specchio parabolico, sono in grado di captare molta più luce per formare l’immagine, di quanta sia invece possibile captare con i diametri ai quali si fermano i telescopi RIFRATTORI, notoriamente formati da lenti.

Quella maggiore quantità di luce captata da uno specchio riflettore di grande diametro (imparando a gestire le turbolenze), è in grado di far vedere una infinità di maggiori dettagli finissimi anche sulle superfici planetarie luminose, che vengono viste a ben altre maggiori dimensioni date da ben altri maggiori ingrandimenti.

I RIFRATTORI si fermano amatorialmente per lo più al diametro 150mm, per il loro elevato costo che in quel caso arriva già oltre i trentamila euro. Costo dovuto alla fabbricazione delle quattro, o sei superfici ottiche, appartenenti rispettivamente alle loro due lenti (per gli acromatici), o tre lenti (per gli apocromatici).

(In alternativa: Ad esempio, un telescopio riflettore dobson commerciale italiano diametro 711mm F3,1,  costerebbe tremila euro in meno di quell’apocromatico diametro 150mm, avendo una sola superficie lavorata. la quale superficie però presenterebbe un area captante 22,5 volte più grande, rendendo visibili 20 mila galassie…. contro le quasi mille visibili attraverso un obiettivo diametro 150mm).

Gli obiettivi “apocromatici” correggono COMPLETAMENTE il naturale difetto di “aberrazione cromatica” appartenente esclusivamente ai RIFRATTORI, le cui lenti, (come i prismi), scompongono la luce bianca nei suoi colori componenti, che vengono focalizzati in punti diversi dell’asse ottico in funzione della lunghezza d’onda propria di ogni diverso colore, impastando e cancellando i dettagli più fini della visione.

Mentre le loro minori dimensioni e pesi, sono un vantaggio per la più facile motorizzazione necessaria all’uso in fotografia astronomica.

L’innegabile vantaggio dei RIFRATTORI sta nelle dimensioni e pesi contenute dal limite del loro proprio diametro relativamente sempre piccolo, che pur offrendo il pesante difetto di una bassa risoluzione ed ingrandimento utile nei confronti delle molto grandi aperture e prestazioni dei riflettori, presentano con questo una ovvia minore sensibilità alle turbolenze, e non obbligano l’utente che si accontenta delle loro modeste prestazioni, a imparare a gestirne convenientemente il controllo necessario per conseguire ben altre maggiori soddisfazioni ottenibili con i riflettori.

Riflettori che sono pure per loro natura esenti dal difetto di cromatismo che affligge la rifrazione. E se di grandi dimensioni (specie se inseriti in montature di tipo DOBSON), divengono per la loro mole e loro malgrado, telescopi votati per lo più alla sola osservazione visuale.

OSSERVAZIONE DEL PROFONDO CIELO

Qualora però non fosse applicabile un forte ingrandimento, a causa della fievole luminosità di una galassia lontana, questa sarebbe comunque osservabile “solo”; oppure “meglio”, in uno strumento di grande diametro, grazie alla ben maggiore quantità di luce da esso concentrata. Mentre in strumenti anche di poco più piccoli, quell’oggetto lontano rimarrebbe invisibile, perchè non “distaccabile” dall’uniforme “background” nero (o…ahimè..background grigio da inquinamento luminoso) dello sfondo del cielo.

Per esempio: Un telescopio che possegga un obiettivo diametro 15 cm ha una superficie captante di 177 centimetri quadri; mentre un telescopio diametro 40 cm ha un diametro che è 2.6 volte maggiore del primo, ma la sua superficie è 7 volte maggiore del primo, ed anche le sue prestazioni nello “staccare” dal fondo cielo oggetti poco luminosi, saranno 7 volte maggiori.

Questo fa capire che gli ingrandimenti utili fornibili, ma anche la quantità di oggetti del profondo cielo resi visibili da uno strumento, sono appannaggio dei grandi diametri di obiettivo, che in genere sono costruibili in modo semplice con uno specchio Newton in montatura di tipo Dobson.

Una comparazione indicativa fra telescopi di diametro obiettivo crescente, è indicata nella seguente tabellina.

Proprietà dobsoniani

In conclusione: Come per tutte le decisioni che richiedono un impegno verso nuove esperienze, la scelta di agire in un senso (acquisto) o in un altro (fabbricazione fai da te) spetta a ciascuno di noi, che rimane il migliore consigliere di se stesso….Non per nulla, il credere e l’onorare le proprie scelte, nella nostra Società viene riconosciuto come “stile” di una persona.

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