Le lenti utilizzate nei telescopi

I telescopi avvicinano ciò che è lontano. Che sia sui terreni di caccia, in mare aperto o in un osservatorio astronomico, gli stessi principi ottici di base si applicano a tutti i telescopi. Quelli che usano solo lenti sono chiamati telescopi rifrattivi perché il modo in cui una lente piega la luce si chiama rifrazione. Un telescopio rifrattivo ha una lente obiettivo di diametro relativamente grande per raccogliere la luce, seguita da una lente secondaria più piccola o oculare. Esistono un paio di tipi diversi di telescopi rifrattivi, distinti dal tipo di oculare che utilizzano.

Lenti obiettivo

Tutte le lenti obiettivo condividono un paio di caratteristiche fondamentali. La vera potenza di un telescopio risiede nella sua capacità di raccogliere luce, legata al diametro della lente obiettivo, quindi hanno tutte un diametro relativamente grande. In secondo luogo, tutte le lenti obiettivo sono lenti convergenti con una lunghezza focale relativamente lunga. La lunghezza focale è la distanza dalla lente al piano dove questa formerà l'immagine di un oggetto molto lontano, come una stella. Una lunghezza focale più corta significherebbe che la lente dovrebbe curvare di più, e più una lente curva, più errori si insinuano nel sistema. Quindi le lenti obiettivo sono grandi, a lunga lunghezza focale.

L'oculare di un telescopio galileiano

Quando osservò le lune di Giove e le fasi di Venere, Galileo usò una lente divergente come lente secondaria, o oculare. Una lente divergente non focalizza la luce di una stella lontana in un punto. Invece, la disperde. Questo potrebbe non sembrare molto utile, ma quando la giusta lente divergente viene posta dietro una lente obiettivo, questa prende la luce che sta convergendo — focalizzandosi in un punto — e la disperde quel tanto che basta per raddrizzarla in modo che l'occhio dell'osservatore possa vedere gli oggetti lontani. È così che funzionava il telescopio di Galileo, quindi i telescopi con questo design sono chiamati galileiani.

L'oculare di un telescopio kepleriano

Johannes Kepler usò una diversa lente secondaria: una lente convergente. Una lente convergente prende la luce lontana e la focalizza in un punto, ma funziona anche all'inverso. Cioè, se la luce è focalizzata in un punto, una lente convergente la raddrizza come se fosse diretta verso un punto molto lontano. Kepler scoprì che una lente convergente poteva funzionare come oculare se posizionata per guardare il punto di luce focalizzato dalla lente obiettivo. Quindi la lente obiettivo focalizza la luce in un punto a una lunghezza focale di distanza. Poi la lente secondaria posta a sua lunghezza focale da quel punto, risultando in luce raddrizzata per l'osservatore.

Una lente speciale: la lente di Barlow

I telescopi galileiani e kepleriani hanno ciascuno i propri vantaggi, e Peter Barlow scoprì come combinarli per ottenere il meglio di entrambi. Una lente di Barlow è una lente divergente che ha caratteristiche di una lente obiettivo e di un oculare a lente convergente. La lente di Barlow fa divergere leggermente il fascio convergente dalla lente obiettivo, così non focalizza proprio così velocemente. Questo fa sembrare l'obiettivo come se avesse una lunghezza focale più lunga. La lente di Barlow è costruita in un tubo, perché l'oculare a lente convergente deve essere spostato un po' più lontano per essere puntato sul nuovo punto focale. Le lenti di Barlow hanno l'effetto di aumentare l'ingrandimento del telescopio senza modificare l'obiettivo, l'oculare o il tubo.

Lenti sofisticate: gli acromati

Le lenti hanno un problema. La luce di colori diversi viene piegata in modo leggermente diverso. Questo finisce per sfocare l'immagine; quando ad esempio la luce blu è focalizzata bene, la luce rossa e gialla sarà dispersa. Per minimizzare questo problema, le lenti sono fatte di due o più pezzi di vetro uniti. Diversi tipi di vetro piegano la luce in modo diverso, così il problema del colore defocalizzato — chiamato aberrazione cromatica — può essere mantenuto piccolo con le lenti sofisticate a più elementi, chiamate acromati. Qualsiasi lente in un telescopio può essere sostituita con acromati, che quasi sempre risultano in un telescopio più accurato.