Aberrator

di Gianfranco Benegiamo

L'immagine sfuocata di una stella può rivelare i difetti, talvolta anche i più nascosti, che affliggono il nostro telescopio: muovere avanti e indietro l’oculare, a ridosso del punto focale, è un metodo di prova piuttosto sensibile, denominato star test, che richiede una discreta esperienza per interpretare le complesse figure generate da questa banale operazione.

Lo star test è influenzato anche da fattori estranei alla qualità complessiva dell’obiettivo e ciò rende opportuno ridurre ogni altra causa di disturbo utilizzando un buon oculare, solo in condizioni ottime di seeing, dopo avere lasciato allo strumento il tempo di raggiungere la medesima temperatura dell’ambiente circostante.

Un astro di magnitudine intorno ad uno, alto almeno 50 gradi sopra l'orizzonte per diminuire le distorsioni causate dalla turbolenza atmosferica, è il soggetto ideale con telescopi motorizzati; l'assenza di un dispositivo automatico d’inseguimento, invece, costringe a ripiegare sulla stella Polare.

Un filtro verde (Wratten n.58) o giallo scuro (Wratten n.15) è raccomandato, soprattutto con i rifrattori, per evitare che l'aberrazione cromatica penalizzi troppo il giudizio complessivo sulla reale qualità delle ottiche esaminate.

Mettendo a fuoco l'immagine della stella scelta, se possibile utilizzando un ingrandimento pari a circa due volte l’apertura in millimetri dell'obiettivo, è difficile trarre qualche preliminare considerazione, ma sfuocando leggermente si ottengono delle utili indicazioni sullo stato di "salute" del telescopio.

La descrizione degli effetti che le aberrazioni ottiche producono sulle immagini, intra ed extrafocali di una stella, esula dalle finalità di questa breve nota; ma chi fosse interessato ad approfondire l'argomento troverà esaurienti spiegazioni nelle pagine dello Star Testing Astronomical Telescope (Willmann-Bell Inc.) di Harold Richard Suiter.

Proprio questo libro ha ispirato la realizzazione di Aberrator, un programma freeware scritto da Cor Berrevoets per Windows95/98/NT (2,3 Mb nella versione autoinstallante), in grado di mostrare i risultati dello star test con un telescopio virtuale del quale possiamo variare, combinandoli a piacere, entità e tipologia dei difetti.

L’enorme quantità di calcoli necessari alla costruzione delle immagini potrebbe richiedere, usando computer un po' datati, tempi d'attesa insopportabilmente lunghi e in questo caso conviene utilizzare la versione tascabile del programma, Pocket-Aberrator, assai più agile e di dimensioni contenute (121 kb nel formato compresso) che fornisce, sia pure con minore realismo, delle analoghe simulazioni.

L'immagine stellare sul piano focale di una lente convergente non è puntiforme, a causa della natura ondulatoria della luce, ma genera un cerchietto luminoso (disco di Airy) circondato da anelli concentrici d'intensità rapidamente decrescente; lo star test aumenta la luminosità di questi ultimi, a spese della zona centrale, evidenziando le asimmetrie prodotte dalle aberrazioni del telescopio.

Una figura di diffrazione intrafocale ellittica con assi ortogonali a quelli dell'immagine extrafocale, ad esempio, rivela la presenza di astigmatismo: il difetto è da attribuire all'obiettivo se ruotando l'oculare non cambia l'orientamento dell'ellisse.

Immagini di diffrazione caratterizzate da intensità luminosa differente, passando da un lato all'altro del fuoco, generalmente indicano la presenza di aberrazione sferica: un difetto piuttosto comune, causato dal fatto che le varie zone dell'obiettivo concentrano la radiazione in punti diversi; gli specchi autocostruiti, per l'imperfetta lavorazione necessaria a rendere parabolica la superficie riflettente, spesso hanno questo tipo di problema.

Le figure eccentriche sono il sintomo di un disallineamento, guaio rimediabile agendo sulle apposite viti di regolazione in dotazione ai riflettori; mentre l'eccessiva pressione degli ancoraggi che trattengono lo specchio, normalmente sono tre, deforma gli anelli di diffrazione in triangoli.

Lo star test è interpretabile abbastanza facilmente quando prevale un solo tipo di aberrazione, ma la diagnosi diventa complicata se agiscono contemporaneamente più fattori di disturbo e questa situazione, purtroppo, rappresenta la norma con la maggior parte dei telescopi. Le immagini simulate da Aberrator, combinando insieme due o più difetti, forniscono degli utili riferimenti per interpretare i risultati ottenuti con gli strumenti reali.

Nella parte alta della finestra sono allineati i tasti di accesso rapido alle funzionalità del programma, mentre i comandi sistemati sul lato sinistro consentono di introdurre le caratteristiche del telescopio (apertura, ostruzione, rapporto focale) e l’entità dei vari difetti che agiscono sul rendimento (aberrazione sferica, coma, turbolenza, ecc.).

La prima operazione richiesta da Aberrator (versione 3.0 beta del marzo 2001) è una calibrazione per le dimensioni e la risoluzione dello schermo impiegato: il tasto “Monitor Calibrate” apre una finestra che consente di inserire la distanza cui normalmente stazioniamo dal video e ridimensionare un cerchio bianco di riferimento, sino a fargli assumere il diametro di cinque centimetri; “Save Setting”, premuto al termine di queste operazioni, memorizza i parametri di calibrazione che non richiedono ulteriori modifiche, almeno sino a quando continueremo ad utilizzare lo stesso monitor.

Il tasto “Star” mostra l’aspetto di una stella, al fuoco del telescopio simulato da Aberrator, con la possibilità di variare, agendo sulla barra di scorrimento orizzontale, il fattore d'ingrandimento.

Il comando "Intra/Extra" visualizza l'aspetto di una stella quando l’oculare virtuale è situato tra fuoco e obiettivo, quella a sinistra, ed oltre il fuoco l'altra: nella situazione ideale le due figure sono quasi identiche, con anelli perfettamente circolari e concentrici, ma basta un piccolo disallineamento per comprometterne la simmetria.

Il potere risolutivo teorico di un telescopio in secondi d'arco, senza considerare le limitazioni imposte dall'atmosfera, è con buona approssimazione dato dal rapporto 120/D, dove D è il diametro in millimetri dell'obiettivo; la formula è sostanzialmente valida per dettagli molto contrastati, come nel caso delle stelle doppie strette con componenti di pari luminosità, e permette di scegliere gli astri più adatti a verificare quanto le prestazioni dello strumento distano dal limite teorico.

Un elenco contenente quasi un centinaio di stelle doppie, separate da distanze angolari sino a nove secondi d'arco, è messo a disposizione dal programma premendo il tasto "Double": selezionando una di queste coppie possiamo vedere l'immagine attesa con seeing, allineamento e lavorazione delle ottiche ideali, nonché quelle previste quando gli stessi parametri si avvicinano alle condizioni reali.

Il tasto "Planet" consente di apprezzare, utilizzando fotografie planetarie oppure della superficie lunare, come si degradano le immagini con aberrazioni ottiche e turbolenza atmosferica.

Il comando "MTF", acronimo di Modulation Transfer Function, mostra come varia la risposta delle ottiche, in termini di minore contrasto dell'immagine, riducendo la distanza tra due particolari dell'oggetto osservato; le ordinate del grafico indicano il contrasto relativo, uguale ad uno solo in condizioni ideali, mentre le ascisse riportano la frequenza spaziale che cresce quando la distanza tra due particolari diminuisce.

Una coppia di stelle ben separate ha bassa frequenza spaziale e in queste condizioni il telescopio trasmette le informazioni con la migliore accuratezza e il massimo contrasto possibili, ma riducendo la loro distanza, sino a raggiungere un valore prossimo al potere risolutivo teorico, la frequenza spaziale aumenta ed il contrasto tende a zero.

Il comportamento ideale della funzione MTF è rappresentato da una linea che congiunge i massimi valori relativi su entrambi gli assi: quanto maggiore è lo scostamento da tale andamento, verso la parte bassa del diagramma, tanto peggiori sono le prestazioni del sistema ottico.

Il grafico Point Spread Function, ottenuto premendo il tasto "PSF/EE", mostra come varia l'intensità luminosa allontanandosi dal centro dell'immagine di una sorgente luminosa puntiforme: i valori in ascisse indicano la distanza, espressa in secondi d'arco, dal centro del disco di Airy.

Lo star test è molto sensibile alla qualità del telescopio, ma richiede una certa padronanza prima di riuscire ad interpretarlo in maniera appropriata e Aberrator può fornire un valido aiuto visivo nell'apprendere una tecnica che, nonostante l'apparente semplicità, richiede molto esercizio e buone conoscenze teoriche.

Il maggiore difetto del programma, soprattutto per coloro che non hanno letto il libro di Suiter, è rappresentato dall'assenza di un Help in linea e anche la documentazione, reperibile presso il sito che lo distribuisce, risulta piuttosto laconica nel descrivere le molte funzionalità disponibili.

Una discreta quantità di informazioni sullo star test si possono comunque reperire nel Web e sono diversi i siti che propongono le immagini intra ed extrafocali di alcuni dei più diffusi telescopi in commercio.

Aberrator consente di prendere confidenza con questa tecnica, anche se inizialmente è meglio limitarne l'impiego a valutazioni su collimazione e turbolenza atmosferica, aspettando di acquisire maggiori conoscenze prima di emettere severi giudizi sul nostro telescopio: ma non sarà comunque un pizzico di consapevolezza in più, sull'entità dei suoi inevitabili difetti, a limitare le sempre nuove meraviglie che ogni notte è in grado di mostrarci.

Giugno 2002