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Collimare telescopio newtoniano tramite
oculare "Cheshire"
di Luca Cassioli

Libero adattamento della pagina di  John W. Reed


Introduzione

Un oculare Cheshire è un dispositivo particolare che, pur venendo alloggiato nel focheggiatore come ogni oculare, non serve ad osservare oggetti tramite il telescopio, ma serve ad osservare parti del telescopio stesso (gli specchi) per verificare che siano correttamente "collimate", ossia posizionate in modo da raccogliere e riflettere la luce in modo ottimale, per garantire la miglior visione possibile.

L'oculare ha tre importanti caratteristiche immediatamente visibili:

- una grossa apertura su un lato, dalla quale è possibile vedere uno specchietto metallico

- un piccolo buco (circa un millimetro)  in corrispondenza del punto in cui viene poggiato l'occhio dell'osservatore

una croce sottilissima collocata sul lato opposto dell'oculare, la quale permette di collimare correttamente le ottiche del telescopio.

oculare cheshire                                       cheshire piccoli

Il motivo della presenza dell'apertura e dello specchio è presto detto: la luce deve poter entrare nell'oculare, riflettersi sullo specchietto, e dopo un'ulteriore riflessione sullo specchio secondario raggiungere il grosso specchio primario sul fondo del tubo: in questo modo, osservando dal piccolo foro è possibile vedere sul fondo del primario il riflesso di questo specchietto, ed usarlo per capire se lo specchio primario ha l'inclinazione corretta; dettagli su questo argomento si trovano alla fine della pagina, perchè la collimazione dello specchio primario va eseguita per ultima.

Il motivo per cui lo specchietto è bucato dovrebbe essere ovvio: perchè altrimenti non sarebbe possibile vedere niente dal forellino in cima al telescopio!

Infine, il motivo per cui lo specchio è metallico è che bucare il vetro è piuttosto complicato, e comunque un anello di vetro è piu' fragile di un dischetto di vetro.


La collimazione

Di seguito verrà illustrato il procedimento da seguire per utlizzare il telescopio tramite questo oculare particolare, secondo i seguenti passi:

- Regolazione inclinazione focheggiatore (condizione da verificare: TBD)

- Regolazione inclinazione specchio secondario (condizione da verificare: salvabuchi al centro della croce)

- Regolazione posizione specchio secondario (condizione da verificare: secondario centrato nell'oculare)

Preparazione

Per eseguire correttamente la collimazione, applicheremo un "salvabuchi" esattamente al centro dello specchio primario, posto sul fondo del telescopio: questo non influirà sulle sue prestazioni, in quanto la luce degli oggetti osservati non ragginge mai quest'area dello specchio, pechè bloccata dalla presenza dello specchietto secondario. Eventualmente si puà anche usare un marcatore meno "invasivo", come un piccolo segno di pennarello indelebile tracciato esattamente al centro dello specchio.

Per trovare il centro esatto dello specchio senza toccarlo, cosa essenziale per non rovinarlo, sarà sufficiente ritagliare un cerchio di carta largo quanto lo specchio, trovare il centro su tale ritaglio e praticarvi un foro; poi basterà sovrapporre il foglio allo specchio (avendo cura di non strisciarlo sullo specchio stesso) per poter marcare con discreta precisione il centro dello specchio.

salvabuchi
Confezione di "salvabuchi"

Le figure

Ognuna delle figure che seguono mostra due schemi: in alto è riportata una rappresentazione di quello che si vedrebbe guardando attraverso l'oculare Cheshire; in basso invece è raffigurato il telescopio in sezione. Mentre il primo schema è rappresentato in modo molto accurato nelle varie immagini, la sezione del telescopio è raffigurata in modo da esagerare gli angoli dei raggi visuali e delle parti del telescopio, allo scopo di evidenziare gli errori di puntamento e le conseguenze delle modifiche effettuate via via sulle viti di regolazione degli specchi. 

Nelle figure sono inoltre usati vari colori; per la parte in alto:

 

Nella sezione del telescopio vengono usati gli stessi colori:



First - Square Up the Focuser
Figura 1

parti del telescopio
Figura 2

Regolazione focheggiatore

La collimazione inizia sempre dall'oculare e termina sullo specchio primario. Per questo motivo, il primo passo consiste nell'accertarsi che il focheggiatore sia esattamente perpendicolare al tubo del telescopio. I focheggiatori professionali possono essere posizionati correttamente regolando le viti che lo fissano al tubo. Per quelli piu' economici potrebbe essere necessario inserire uno spessore per regolarlo correttamente. Un buon metodo per regolare la perpendicolarità del focheggiatore è di rimuovere lo specchietto secondario e tracciare un segno sul tubo nel punto esattamente opposto al focheggiatore (misurando accuratamente la distanza di quest'ultimo dal bordo del tubo); successivamente si installa il Cheshire, e si verifica che il centro della croce cada esattamente sul punto precedentemente segnato sul tubo.

Tuttavia, il test vero e proprio consiste nell'osservare come appare lo specchietto secondario osservato attarverso il Cheshire: il bordo del secondario dovrà apparire esattamente centrato nell'oculare. Nella figura 1 questo non avviene: l'oculare non è allineato nè trasversalmente nè longitudinalmente, e il risultato è che il centro del cerchio viola non coincide col centro del cerchio verde.

focheggiatoreNella figura 4 si vede un primo tentativo di mettere in squadra il focheggiatore: esso risulta in asse trasversalmente (cerchio viola centrato verticalmente nel cerchio verde), ma non longitudinalmente, perché l'estremità dell'oculare lontana dall'occhio risulta troppo vicina allo specchio primario (mentre invece, per avere la perpendicolarità, entrambe le estremità devono risultare equidistanti dal fondo del telescopio).  Da notare che questa procedura presuppone che la distanza del supporto del secondario dal focheggiatore sia già quella giusta( vedi: regolazione dell'offset).

A questo stadio della collimazione stiamo per il momento ignorando le immagini visibili all'interno del secondario (grigio, bianco e blu).



Second - Adjust the Secondary
Figura 4

Inclinazione specchietto secondario

A questo punto è necessario regolare l'inclinazione dello specchietto secondario. Anche se in prima approssimazione l'inclinazione del focheggiatore e la posizione (non l'inclinazione) dello specchio secondario possono non essere del tutto corrette, è necessario prima regolare l'inclinazione del secondario, per poterne poi in un secondo momento regolare la posizione. Nel disegno sopra, la posizione è più o meno giusta, ma l'inclinazione è errata: il slavabuchi (bianco) non viene a trovarsi sotto la croce dell'oculare. L'inclinazione del secondaro può essere regolata manualmente agendo su tre viti poste sul retro della cella che sorregge il secondario. Su alcuni modelli di telescopio questo causerà anche uno spostamento laterale dello specchio, per cui si renderà necessario regolare nuovamente la posizione laterale del secondario, oppure l'inclinazione del focheggiatore per mantenere centrato lo specchio. Regolando le tre viti si vedrà muoversi il salvabuchi sotto la croce dell'oculare (in questa fase possiamo ignorare il riflesso dell'oculare, mostrato in grigio nelle figure). Regolare opportunamente le viti finchè il salvabuchi non appare esattamente centrato sotto la croce. A questo punto il secondario (viola) potrebbe risultare ancora non centrato rispetto alla croce, ma il salvabuchi risulterà centrato. 

Adesso quindi il secondario ha la giusta inclinazione, ma la sua posizione è sbagliata, e questo causerebbe la perdita di luce preziosa durante le osservazioni. Nel diagramma che segue, il secondario deve essere mosso verso l'interno del tubo e verso il focheggiatore.

Third - Correct the Position of the Secondary
Figura 5

Adesso, con una serie di aggiustamenti successivi della posizione e dell'inclinazione dello specchio secondario bisogna arrivare ad una situazione in cui entrambe sono corrette: questo avverrà quando il salvabuchi sarà esattamente al centro della croce (Figura 6). In questa figura si osserva che anche il primario (blu) appare centrato nel secondario (viola). Se non risultasse così, vorrebbe dire che il secondario non è ancora nella posizione corretta. Ricordate inoltre di non "imbrogliare" guardando nel focheggiatore senza il Cheshire, perché così facendo muovereste inconsciamente l'occhio per far apparire centrato il primario (a questo serve il piccolissimo buco sull'oculare: a mantenere l'occhio esattamente centrato nell'oculare).

Infine assicuratevi che l'intero specchio primario sia visibile all'interno del secondario. Ricordate di far rientrare il focheggiatore finché l'occhio sarà prossimo al piano focale. Se il primario risulta "tagliato" dal secondario, cioè i suoi bordi restano fuori del secondario, vuol dire che il secondario è troppo piccolo! Una volta che il primario è centrato nel secondario e il secondario è centrato nel Cheshire e il salvabuchi si trova al centro della croce, risulterà ultimata la regolazione del secondario. Questa è probabilmente la parte più difficile di tutto il processo di collimazione. Al momento stiamo ancora ignorando del tutto la riflessione del secondario e del Cheshire nel primario.

Fourth - Adjust the Tilt of the Primary

Figura 6

Regolazione del primario.

E' tempo ora di regolare l'inclinazione dello specchio primario. L'entià di questa inclinazione è rilevabile osservando la posizione del riflesso del Cheshire (grigio) che fino ad ora abbiamo ignorato. Come si sarà notato, il Cheshire ha un'apertura che permette alla luce di entrare e illuminarne lo specchietto inclinato. E' questa superficie illuminata l'anello che vediamo riflesso nel primario! Regolando le viti sul fondo del primario, il riflesso si muoverà rispetto alla croce e al salvabuchi (bianco). In certi telescopi la cella dello specchio primaro è dotata di una molla che rende piu' facile questa regolazione. Si tratterà semplicemente di regolare le viti finchè il riflesso del Cheshire arriva il più possibile vicino al salvabuchi, poi si passa alla vite successiva, e cosi' via fino alla terza. Alla fine, il riflesso del Cheshire dovrebbe sovrapporsi esattamente al salvabuchi. Potrebbe essere necessario regolare ulteriormente le viti per ottenere una perfetta sovrapposizione. Alcune celle sono dotate di 6 viti: 3 viti che avvicinano lo specchio e tre che lo allontanano. La regolazione di queste celle è un po' più laboriosa, ma con un po' di pratica si riuscirà a posizionare correttamente il riflesso del Cheshire. Se tutto è stato eseguito come si deve, il risultato sarà quello mostrato in figura 7:

il contorno del secondario (viola) è centrato nel Cheshire (verde);

Il primario (blu) è centrato nel secondario;

Il riflesso del Cheshire e il salvabuchi sono sovrapposti e centrati sulla croce del Cheshire.

A questo punto, dovrebbe essere possibile vedere delle immagini di buona qualità col telescopio. Le stelle più vicine al centro dell'oculare dovrebbero apparire definite, e sfocandole si dovrebbero vedere dei cerchi concentrici e non disassati.

Avete terminato la collimazione del vostro newtoniano!

Good Collimation!
Figura 7

Nota finale

Si osservi che il riflesso del secondario non ha avuto nessun ruolo nel corso della collimazione, e inoltre esso appare non perfettamente allineato col resto delle ottiche (v. figura 7). Qualcuno potrebbe pensare che si tratta di un errore, ma non è così. Se il telescopio è correttamente collimato, il riflesso del secondario NON risulterà perfettamente centrato rispetto al Cheshire e al salvabuchi. Il motivo di cio' è spiegato dalle linee grigie tratteggiate in figura 7.

Il disegno mostra anche perché è necessario l'offset (*) per il secondario: poiché il punto A del secondario è più vicino del punto B al primario, il esso riceve la luce del primario prima del punto B. Per lunghezze focali molto basse (e quindi per rapporti focali molto bassi, ossia ottiche molto "veloci"), parte della luce proveniente dal punto più lontano del primario andrebbe persa, cioè non colpirebbe il secondario. Le immagini sarebbero comunque di buona qualità, ma meno luminose.

Gli obiettivi principali per avere immagini di buona qualità sono:




Il centro del supporto del secondario non deve cadere esattamente sull'asse centrale del tubo, ma deve essere  allontanato dal focheggiatore di una certa quantità, nota come "offset"; l'offset è spesso oggetto di dibattito e può essere calcolato tramite formule differenti. Una di queste è offset = P*D/4R (P=percentuale ostruzione ottiche, D=Diametro, R=Rapporto focale). Da questa formula si evince che più il rapporto focale è alto, minore deve essere l'offset, fino al punto di diventare, se vogliamo, trascurabile


Il rapporto focale è dato dal rapporto tra lunghezza focale dello specchio e suo diametro (L/D), e si indica con la notazione F/numero; tale notazione non deve trarre in inganno: un rapporto focale F/12 è maggiore di un rapporto F/6 (cioè la notazione non va letta come se fosse una frazione). Un'ottica con rapporto focale basso è detta "ottica veloce", perchè una macchina fotografica con diametro maggiore raccoglie più luce, e può quindi scattare fotografie con tempo di esposizione più breve (quindi con uno scatto "veloce").   

lunghezza focale
Lunghezza focale dello specchio primario