Struttura

Il tipo di vetro utilizzato in un rifrattore, per la realizzazione delle lenti, ha una importanza significativa per la qualità dell'immagine che si vuole ottenere, ma da solo non può determinare la qualità di un telescopio. Celle ottiche configurate o costruite male daranno scarse prestazioni anche se utilizzano le lenti migliori. La qualità finale è data dall'intero sistema ottico ed è rilevabile strumentalmente (Strehl ratio, Spot diagram e Longitudinal aberration ), in parte anche visivamente.

Nel 1609 Galileo utilizzò per la prima volta un telescopio, notò immediatamente quanto una lente agisca come un prisma, disperdendo i colori che compongono la luce bianca mostrando aloni di falsi colori. Con il passare del tempo la tecnologia ottica migliorava, fu Ernst Abbe, il capo dell'azienda Zeiss, che nel 1868 sviluppò una lente veramente priva di aberrazione cromatica. Era una lente che utilizzava dieci vetri ottici standard. Il coefficiente di Abbe della lente corrisponde al rapporto tra la capacità di rifrazione ottica e la dispersione cromatica del materiale con cui è realizzata, il valore ideale della lente perfetta è 100. Oggi abbiamo a disposizione nuovi e costosi tipi di vetro per lenti: i vetri a bassa dispersione.

I telescopi veramente privi di colore sono chiamati telescopi apocromatici o apo. Un apo può essere realizzato con un minimo di due elementi se uno di essi è una lente ED o SD. Ernst Abbe ha stabilito che una lente apocromatica deve mettere a fuoco i tre diversi colori (rosso, verde, blu) nello stesso punto e le aberrazioni (sferica e coma) devono essere corrette in due punti diversi dello spettro visivo.

Il numero, o coefficiente Abbe indica la dispersione del materiale con cui è costruita la lente, maggiore è il numero minore è la dispersione:

SD super low dispersion ( Abbe 94-96) Fluorite CaF2 - Ohara FPL53 - Ohara FPL55 - Schott FK56 - Hoya FCD100
Intermedi ( Abbe 90-93) LZOS OK4 - Hoya FCD10
ED extra low dispersion (Abbe 82-85) Ohara FPL51 - Schott FK51A - Hoya FCD1 - Cdgm FK61

La dimensione della lente è determinante per la scelta del tipo di vetro da utilizzare:
- da 50 a 80 mm di diametro viene generalmente utilizzato un comune vetro ED
- da 90 a 140 mm si utilizza Ohara FPL53 o Hoya FCD100 (sono vetri ottimi ed equivalenti)
- oltre i 140 mm viene preferito il vetro Ohara FPL55
Il vetro di accoppiamento ha una grande importanza sulle prestazioni dell'intero sistema ottico, in genere vetro Crown o Lantanio sono le soluzioni.

Ottimi risultati si hanno con gli accoppiamenti Lzos OK4 e Lantanio o Ohara FPL53 e Lantanio, specialmente nella configurazione "Doppietto". Generalmente il contrasto più elevato si ottiene con FPL53 o Hoya FCD100 accoppiati con un elemento Crown in borosilicato nella parte anteriore e un elemento in Lantanio nella parte posteriore (configurazione "Tripletto"). Un'ulteriore accoppiata vincente: Ohara FPL53 con Schott FK51 a spaziatura d'aria o d'olio. Risulta importante ricordare che, per l'astrofotografia, le lenti a spaziatura d'aria hanno una migliore correzione del colore.

I trattamenti sulle lenti utilizzate, come i rivestimenti multipli su ciascuna superficie, permettono di trasmettere più del 99% dello spettro visivo che le attraversa. Il motivo per raggiungere questa performance è che i sensori CCD e CMOS registrano oltre lo spettro visivo. I multi-rivestimenti a banda larga eliminano tutti i riflessi indesiderati.

Un eccellente sistema ottico, rispondente a quanto indicato, è in grado di raggiungere uno Strehl ratio di 0,996 e una trasmittanza superiore al 99%. Nessun altro tipo di telescopio è in grado di avvicinarsi a tali smisurate possibilità.

Il focheggiatore è la parte del telescopio più manovrata, si inseriscono adattatori, contrappesi, oculari e fotocamere, per questo deve possedere una qualità adeguata. Un buon focheggiatore deve:

sopportare un peso di almeno 3 Kg, un oculare può pesare fino a 1 Kg, un gruppo ottico con fotocamera anche 1,3 Kg. E' importante che il focheggiatore non scivoli sotto un carico pesante. I rifrattori hanno il peso concentrato sulla lente dell'obiettivo, per bilanciarli sulla montatura a volte è necessario appesantire la parte del focheggiatore. Meccaniche deboli e instabili, sensibili alle vibrazioni possono impedire la possibilità di effettuare fotografie. In genere è meglio caricare il focheggiatore con un peso totale che non superi i 2/3 del peso sopportabile indicato.
disporre di un anello rotatore a 360° per poter ruotare la fotocamera e avere un campo di ripresa nella posizione desiderata. La rotazione deve essere precisa senza scostamenti dall'asse centrale. Troppi anelli di rotazione possono aumentare lo scostamento dell'immagine, uno o due sono più che sufficienti.
avere una meccanica molto precisa sullo scorrimento dei tubi telescopici e sul gruppo di messa a fuoco. Quest'ultimo deve avere una regolazione grossolana e fine tramite le apposite manopole con un rapporto di demoltiplicazione di almeno 10:1. La regolazione deve risultare fluida, senza blocchi, accelerazioni e slittamenti. La posizione di riposo deve essere stabile senza perdere la distanza focale impostata.
permettere l'installazione di una eventuale motorizzazione elettrica. Accessorio importante nell'astrofotografia e in tutte quelle situazioni che prevedono l'installazione del telescopio a una certa distanza dal monitor di osservazione.
essere dotato delle viti di regolazione della collimazione, quasi tutti i focheggiatori sono dotati di questa regolazione. Nel caso fortuito che il focheggiatore vada a sbattere contro il treppiede o il telescopio cada per terra, queste viti permetteranno di poter effettuare il riallineamento.
avere un diametro sufficiente a non introdurre vignettatura al bordo dell'immagine (preferire focheggiatori maggiori di 2,5").

I tubi in alluminio, anche di elevato spessore, si adattano rapidamente alla temperatura esterna. Sono protetti dall'ossidazione con robuste verniciature a polvere per evitare graffi al serraggio degli anelli di supporto. I tubi in alluminio sono filettati per accettare i vari raccordi necessari, le connessioni sono solide e mantengono un perfetto allineamento nel tempo. Sono da preferire i tubi con rivestimenti interni in tessuto antiriflesso. Durante le visualizzazioni del sole, il classico colore bianco impedisce il surriscaldamento del telescopio. Il costo è inferiore al tubo in fibra di carbonio. Per un miglior posizionamento del tubo sulla montatura si raccomanda di serrare gli anelli di supporto alla massima distanza tra di loro.

I tubi in fibra di carbonio sono più leggeri di quelli in alluminio ma trattengono maggiormente il calore, il colore scuro li rende poco adatti alla visione del sole (raggiungono un calore eccessivo). Tubi sottili e senza alcun rivestimento interno hanno un raffreddamento più rapido ma risultano più delicati meccanicamente. Stringere troppo gli anelli di supporto sulla fibra di carbonio può generare segni indelebili sul rivestimento plastico del tubo. I raccordi, sulla fibra di carbonio, vengono legati mediante resina epossidica, cementazioni non accurate possono provocare il distacco di alcune parti. La fibra di carbonio si contrae meno dell'alluminio quando le temperature scendono, ma la regolazione della messa a fuoco è sempre necessaria, per tutti i telescopi, in quanto le lenti si accorciano mentre si raffreddano.

L' oculare è un gruppo di lenti che serve da interfaccia tra l'occhio dell'osservatore e il telescopio, ha la funzione di ingrandire l'immagine che si forma nel piano focale dell'obiettivo. E' posizionato sullo stesso asse ottico in modo che il suo fuoco coincida con il fuoco posteriore dell'obiettivo. Più bassa è la lunghezza focale dell'oculare, più alti sono gli ingrandimenti che si possono ottenere secondo questa formula: Ingrandimento X = Lunghezza focale telescopio/Lunghezza focale oculare, un telescopio con lunghezza focale 1000 mm assieme a un oculare lunghezza focale 10 mm produrrà un ingrandimento di 100 X (100 volte). Consiglio di avere a disposizione oculari con differenti lunghezze focali per coprire una buona gamma di ingrandimenti, dai più bassi fino ai più alti, in modo da poter osservare tutti i tipi di oggetti del cielo.

Maggiore è la lunghezza focale dell'oculare minore sarà l'ingrandimento, ma più ampio sarà il campo visivo. Minore è la lunghezza focale dell'oculare maggiore sarà l'ingrandimento, ma più stretto sarà il campo visivo, ecco la formula: Campo reale (in gradi) = Campo apparente°/(Lunghezza focale telescopio mm / Lunghezza focale oculare mm), il campo apparente è sempre indicato nei dati dell'oculare.

Il valore "Pupilla d'uscita" rappresenta la dimensione in millimetri del fascio di luce che esce dall'oculare, la pupilla d'uscita non dovrebbe mai essere più grande della pupilla dell'osservatore (l'ideale sarebbe che le dimensioni coincidessero), pena la perdita di una certa quantità di luce, la formula per il calcolo: Pupilla d'uscita (in mm )= diametro apertura telescopio mm/ingrandimenti X.

Il valore di "Estrazione pupillare" rappresenta la lunghezza in millimetri dall'oculare alla pupilla del nostro occhio, dove è ancora possibile vedere l'immagine nella sua ampiezza massima, è un dato fornito dal produttore.

Gli oculari si raggruppano, oltre in gamma di lunghezze focali, in tipologie secondo la dimensione del campo apparente:

Plossl e Super-Plossl, oculari economici, caratterizzati da un design ottico semplice, con un campo apparente di circa 50-55°
Oculari Ortoscopici, offrono grande nitidezza e contrasto, ridotta dispersione luminosa e un campo visivo piatto di circa 40-50°
Oculari Zoom, lunghezza focale regolabile generalmente tra 7 e 24 mm, campo visivo apparente 55-65°
Super Wide Angle, oculari di medio livello, con un campo visivo apparente compreso tra 60° e 70°
Ultra Wide Angle, oculari di medio-alto livello, con un campo visivo apparente vastissimo da 60° e fino a 100°
Extreme Wide Angle, oculari di alto livello, con un campo visivo apparente di 100-120°

E' possibile raddoppiare la lunghezza focale del telescopio inserendo una Lente di Barlow tra il telescopio e l'oculare o tra il telescopio e la fotocamera digitale. Maggiore sarà l'ingrandimento della lente, minore sarà la luminosità finale. L'oculare è progettato per la visione ad occhio nudo. I moderni telescopi professionali e amatoriali, utilizzati per la visualizzazione assistita e l'astrofotografia, non hanno oculare ma proiettano l'immagine direttamente sul sensore della fotocamera.

Il riduttore-spianatore è un gruppo ottico principalmente utilizzato in astrofotografia e visualizzazione assistita. Viene usato principalmente per ridurre la focale dei telescopi e appiattire il campo visivo ai bordi. Riducendo la focale, il campo inquadrato dal sensore della fotocamera diventerà più grande e più luminoso, consentendo di fotografare oggetti più deboli con un maggior dettaglio (nebulose, galassie, ammassi stellari, ecc.). L'effetto di spianatura produce immagini dettagliate e rende stelle perfettamente puntiformi fino ai bordi anche utilizzando una camera full-frame. La capacità di riduzione della focale del telescopio, su cui viene installato, è data dal suo valore di riduzione, generalmente compreso tra 0,7x e 1x. Nel caso del valore 1x non vi è alcuna riduzione ma solo spianatura. I riduttori maggiormente usati vanno da 0,72x a 0,8x. Ad esempio un riduttore di 0,72x porta la focale di un telescopio con f/7 a f/5. La differenza tra f/7 e F/5 produce un aumento della luminosità di circa il doppio e un netto aumento del campo visivo. Il gruppo ottico viene installato tra la parte finale del focheggiatore e la fotocamera. E' necessario spaziare la fotocamera tramite prolunghe per raggiungere il backfocus indicato dal produttore del riduttore. La spaziatura è di 55 millimetri, ma alcuni modelli possono richiedere un backfocus anche oltre i 90 millimetri. L'utilizzo dell'accessorio ottico avviene maggiormente nei rifrattori di tipo doppietto e tripletto, nei rifrattori di tipo quadrupletto o quintupletto lo spianatore fa parte della struttura ottica interna, eventualmente viene installato solo il riduttore di focale. Per utilizzare l'oculare è necessario togliere questo accessorio. Sono da preferire spianatori e riduttori costruiti specificatamente per il relativo telescopio. Una caratteristica molto importante, per il contenimento della vignettatura e la riduzione della luminosità, è il diametro delle lenti interne che non devono essere inferiori a 50 mm. Il diametro del riduttore/spianatore è in funzione dell'apertura del rifrattore:
- almeno 60 mm per un telescopio da 3"
- 70 mm per un telescopio da 4"
- 80 mm per un telescopio da 5"
- da 80 a 100 mm per un telescopio da 6".
Diversi produttori indicano il diametro del "cerchio-immagine" perfettamente corretto. Consiglio di scegliere sempre un campo corretto non inferiore a 40 mm, meglio da 50 mm. Le migliori condizioni fotografiche si ottengono con spianatori 1x, la riduzione di focale amplifica i problemi ottici dello strumento.

Una montatura equatoriale alla tedesca consente, con un unico movimento motorizzato, di inseguire un astro nel cielo, ruotando in sincrono col moto di rotazione terrestre.

Le caratteristiche sono:

l'asse principale intorno a cui ruota il telescopio è regolabile per puntare esattamente verso il Polo Nord celeste, e per questo è detto asse polare
dopo aver centrato l'oggetto da osservare si attiva il moto siderale; l'oggetto rimarrà sempre inquadrato nello stesso punto ma senza che il campo visivo ruoti

Per queste caratteristiche tali montature sono le più utilizzate e ideali per l'astrofotografia. Il telescopio è sempre posizionato da una parte (a Est o a Ovest del meridiano) mentre dalla parte opposta sono posizionati i contrappesi che bilanciano il peso del telescopio. La bilanciatura degli assi è importantissima in ambito fotografico, per la stabilità dell'immagine. Il movimento continuo va da nord a sud senza interruzioni, ma ogni qualvolta il telescopio deve passare da est a ovest o viceversa (meridiano celeste) il moto si interrompe per compiere un giro completo e passare dall'altra parte del meridiano (meridian flip).

Ogni volta che la montatura viene spostata deve essere sempre allineata al polo nord celeste, mediante le viti di regolazione, per avere la massima precisione nel puntamento dell'oggetto da visualizzare. Parecchie montature utilizzano un piccolo cannocchiale polare, che è allineato con l'asse polare della montatura e presenta un reticolo, che facilita l'allineamento della montatura con il polo nord. L'uso di alcuni software semplificano di molto l'allineamento polare.
Gli errori di inseguimento, dati dal sistema elettro-meccanico, vengono corretti da impostazioni elettroniche: PEC e Backlash. La funzione autoguida è importante per seguire con estrema precisione l'oggetto selezionato. La precisione di inseguimento è fondamentale per l'astrofotografia, la precisione e la qualità meccatronica della montatura sono caratteristiche irrinunciabili.
La montatura ha un ruolo determinante per il risultato finale, un ottimo telescopio su una montatura scadente darebbe risultati scadenti. La qualità finale di una montatura equatoriale si misura con l'accuratezza dell'inseguimento degli oggetti; il tempo massimo di esposizione (fotografia) dove le stelle mantengono la loro rotondità senza autoguida. Questo si traduce nel fatto che l'allungamento della forma delle stelle con meno di 30 secondi di esposizione avviene su montature scadenti, un minuto è un risultato discreto, due minuti buono, tre minuti ottimo e oltre i tre minuti eccellente. Le montature dotate di Encoder assoluti possono guidare, senza autoguida, oltre 15 minuti.