Quanto è buona la mia lente?

Il reticolo di Ronchi offre la possibilità di un test facile e rigoroso sulla qualità dell'obbiettivo del proprio telescopio 

di Claudio Giordanenco

Non è infrequente che l'astrofilo si trovi insoddisfatto del suo telescopio, e questa insoddisfazione, alcune volte bisogna dire pienamente motivata, può avere origine da una miriade di cause, spesso concomitanti tra loro. Quelle di carattere meccanico sono più facilmente individuabili (per esempio una montatura traballante). Altre cause di " meccanica fine " sono certo meno facili da cogliere, ma vi è comunque il modo di diagnosticarle le con cura. Tutt'altro discorso è quello di carattere ottico circa la qualità o bontà del telescopio: in questo caso la comune esperienza da una parte e l'acuità visiva dall'altra non sempre sono sufficienti a dirimere gli eventuali dubbi che possono sorgere. Infatti la visione è un fatto psicofisiologico; dunque l'occhio ed il cervello rivelano ed interpretano l'immagine con un processo che è un tutt'unico e che si fonda anche sull'esperienza. Se si prende un binocolo di qualità mediocre, non si dà a una persona e le si chiede un parere, il più delle volte la risposta sarà positiva e il binocolo sarà giudicato magari eccellente; non avverrà però la stessa cosa se l'interpellato ha la possibilità di operare un confronto tra diversi binocoli. Allo stesso modo, l'amatore che non ha fatto prolungate ed analitiche osservazioni con un telescopio di ben provata e ottima qualità può non accorgersi che il suo telescopio (se è questo il caso) ha dei difetti. Vi è tuttavia un esame molto serio, che assomma la semplicità dell'uso all'economicità, tanto da renderlo alla portata di tutti: è il Reticolo di Ronchi, dal nome del suo inventore, un'autorità riconosciuta internazionalmente nel campo degli studi di ottica. Vorrei far precedere la descrizione del suo uso e le tematiche inerenti, da brevi cenni di carattere ottico circa il risultato da conseguire e i concetti che vi sono in gioco. Quando si parla di ottiche per telescopio, si deve sottolineare che la loro lavorazione deve essere la più accurata e precisa possibile, perché il telescopio (amatoriale e non) è uno strumento scientifico d'analisi, ma, non analizzerà gran che se le sue ottiche sono di scarsa qualità. Purtroppo, al di là delle amplificazioni retoriche del pubblicità, tese a molto promettere per molto vendere, vendere e realizzare ottiche per telescopi di qualità superiore, " è un lavoro d'artista, citando J. Texerau, noto esperto d'Oltralpe. Ed è anche un lavoro di competenza e di ricerca, perché si tratta di misurare gli effetti minimi aventi un'ampiezza di piccole frazioni di un micrometro. Dando anche per scontata la perizia e la coscienza professionale del costruttore, e perciò non mettendo nel conto i pasticcioni e i pataccari, vi sono comunque problemi di misura e di analisi che hanno a che fare con la tecnologia, problemi che dunque anche " l'artista ottico " deve conoscere. Vi sono diversi sistemi e metodi per effettuare misure così piccole, alcuni buoni, altri meno buoni, ed in buona fede vi sono anche ottici che usano metodi meno buoni e con essi vanno poi a garantire la loro opera entro un errore, in frazioni di lambda (lunghezza d'onda della luce), che il metodo stesso non può garantire. Un oggetto luminoso irradia in tutte le direzioni e poiché la luce è un fenomeno di tipo elettromagnetico, i fronti d'onda, a mano a mano che ci si allontana dalla sorgente, assumono un raggio di curvatura sempre più grande, tanto da diventare onde piane quando la sorgente è lontanissima. E questo è il caso degli oggetti astronomici: si riceve un messaggio luminoso che è costituito da fronti d'onda piani; essi devono essere resi sferici per cui poterli poi utilizzare presso il loro punto di massima concentrazione, punto che è detto fuoco. L'obbiettivo perfetto rileva perciò dei fronti d'onda piani e li incurva, ossia le converte in fronti d'onda sferici. Se l'obiettivo ha dei difetti, questi fronti d'onda non saranno perfettamente sferici, bensì irregolari, in una parola aberrati; dunque l'informazione che la luce trasporta subirà di conseguenza una corrispondente aberrazione e il risultato è che si vedrà male! La perfezione non è di questo mondo, ed il fronte d'onda perfetto può essere anche solo una astrazione fisicomatematica; nel caso però degli strumenti astronomici, scienza ed esperienza hanno suggerito che vi è una tolleranza per questa aberrazione e che se essa è abbastanza piccola, non può essere rilevata. Senza entrare in dettagli troppo specialistici, una deformazione del fronte d'onda contenuta entro circa 1/6 di lambda (dove per lambda si può assumere il valore medio di 0,00056 mm) farà sì che il difetto non venga apprezzato, e questa è la tolleranza massima. Alcuni autori hanno invece concluso come ciò non sia sufficiente, ed hanno invece proposto una tolleranza entro circa 1/16 di lambda. Al di là di 1/16 di lambda non occorre andare, perciò parlando di strumenti non ultraspecialistici e per usi particolari, perché non si guadagnerebbe granché nell'osservazione. Se è comunque facile parlare di numeri e di tolleranze in teoria, altra cosa è poi realizzarle praticamente e misurarle con sufficiente affidabilità. Si può comunque concludere che un obiettivo che presenti difetti del fronte d'onda compresi tra 1/6 di lambda e 1/16 di lambda è anche definibile da: " abbastanza buono" a " molto buono"; dunque si tratterà di accertarsi che sia effettivamente così. Ma come vedere questo fronte d'onda e come fare su di esso una misura sufficientemente indicativa? Qui entra in ballo il reticolo di Ronchi. Un noto fenomeno di fisica e quello della diffrazione della luce quando essa attraversi un foro sufficientemente piccolo; quando poi si usi al posto del foro una sottile fenditura, oppure se ne usino due, si otterrà che le onde interferiscano tra loro, rafforzandosi o annullandosi e creando su di uno schermo una tipica figura in cui si alternano righe scure (onde che si annullano) le righe chiare (onde che si rafforzano). Queste righe si chiamano frange. Si è schematizzata la situazione in figura 2: l'obiettivo L è una lente. Se esso non fosse perfetto, queste righe potrebbero non apparire, o essere più o meno deformate. Le frange sono più facilmente osservabili se allo schermo con due fenditure sostituiamo il reticolo di Ronchi. Esso è un dispositivo costituito da una serie di fenditure, parallele tra loro, posti sullo stesso piano e vicinissime le une e alle altre.

Su di un vetro ottico sottile ed a facce piano-parallele (o su di una pellicola fotografica) sono incisi dei tratti opachi, con intervallo tra loro costante, la cui ampiezza è pari all'intervallo. La luce passerà solo attraverso gli intervalli, poiché in queste zone il vetro è trasparente, arrestandosi invece sui tratti opachi. Il reticolo farà sì che si vedano le frange, e che queste ultime devono essere perfettamente diritte, a contorni abbastanza netti e senza alcuna deformazione, anche locale, su alcuna di esse. Se è così, vorrà dire che l'obiettivo non altera il fronte d'onda: dunque esso è virtualmente perfetto. Ma come fare per osservarle in un telescopio? In una sera con bassa turbolenza atmosferica si punti una stella molto luminosa e la si porti al centro del campo -si può anche usare allo scopo un lampione stradale, ma del tipo con lampada ad incandescenza, e che sia lontano almeno 1 km dall'osservatore -. Ciò fatto si estragga l'oculare e si inserisca, al suo posto, il vetrino con il reticolo di Ronchi -quest'ultimo meglio se montato in un barilotto, simile a quello dell'oculare, perché non si muova durante l'esame e badando nel contempo che la parte con i trattini incisi si trovi anch'essa al centro del campo. Poiché ora il retino ha preso il posto dell'oculare, si ponga l'occhio molto vicino ad esso e si guardi attraverso i trattini incisi. Si vedranno le famose frange, in quantità che dipende dalla distanza che vi è tra i reticolo e il fuoco dello strumento. La migliore sensibilità dell'esame si ha quando si riesce ad osservare solo poche frange; perciò, focheggiando, si abbia cura di poterne vedere nel campo solo poche: diciamo da tre a sette, ma non di più. Se si apprezza il loro andamento rettilineo e senza alcuna deformazione, ci si può mettere sicuramente il cuore in pace: l'obiettivo è buono o buonissimo dal punto di vista del fronte d'onda (dal punto di vista del cromatismo, se l'obiettivo è un rifrattore, è altra cosa e comunque il cromatismo si vede facilmente già con l'osservazione tramite un buon oculare). Astraendo dalla circostanza in cui non si riesca vedere bene le frange, perché l'obiettivo sarebbe da buttare, esaminiamo il caso che esse si presentino in una leggera o pronunciata curvatura reciproca, come appare nella figura 3. L'importante è poter apprezzare questa curvatura, perciò si proceda come segue: si valuti, anche solo ad occhio, lo spazio di interfrangia, ossia I, e si cerchi di compararlo con la freccia della curvatura X della frangia centrale.

Si assume che una misura dell'aberrazione del fronte d'onda è data da: W= X / ( 2*I ), con W espresso in lunghezze d'onda. Se, per esempio, X fosse uguale ad I, l'aberrazione del fronte d'onda sarebbe: W= 1/2 lambda, ovvero più della tolleranza prevista, tolleranza che va, come si è detto, da 1/6 a 1/16 di lunghezza d'onda; l'obiettivo potrebbe perciò essere giudicato non sufficientemente buono. Quando invece si potesse apprezzare un W= 1/6 lambda, ci si troverebbe nella condizione che le frange sono praticamente quasi diritte, che è il caso di un obiettivo otticamente perfetto. La figura 7 da un esempio di frange perfettamente rettilinee, con il reticolo sia in posizione intrafocale, cioè più vicino all'obiettivo di quanto lo sia il fuoco,, che in posizione extra focale, ovvero più lontano dal fuoco. Al fuoco le frange scompaiono, diventando infinitamente larghe. Da citare ancora tre tipici difetti dovuti ad irregolare lavorazione ottica, e precisamente quelli che sono schematizzati nelle figure  4, 5 e 6. La figura 5 (intra e extra focale) evidenzia le frange curvate solo al loro bordo estremo; questa è la cosiddetta " ribattitura al bordo ", la quale denuncia che il bordo non è ben lavorato; ciò darà un'immagine poco nitida, dunque l'ottica non è buona. La figura 6 è anch'essa esempio di non corretta lavorazione ottica, visto che denuncia la cosiddetta sottocorrezione e sovracorrezione ottica: non tutte le zone dell'obiettivo hanno lo stesso fuoco. La figura 4 poi, sembrerebbe del tutto normale, infatti nei tre fotogrammi appaiono frange rettilinee; il secondo è ruotato di 45° ed il terzo di 90°. Ciò avviene in presenza di astigmatismo, e si badi bene, senza che vi sia una rotazione del reticolo su se stesso. Se il fascio ottico è astigmatico, focheggiando con il reticolo e passando con esso al di qua e al di là del fuoco (nel fuoco le frange scompaiono) si avverte questa rotazione delle frange di 90°. Quanto detto si riferisce ai principali difetti riscontrabili in ottiche di non buona qualità: l'augurio è che non capiti riscontrarli. Si è parlato del reticolo, però non di dove reperirlo, né delle caratteristiche che esso deve avere. Vi sono, anche qui, reticoli di tipo " professionale " e reticoli di tipo amatoriale; basterà disporre di uno di questi ultimi tipi, purché ben fatto e collaudato. È sufficiente che abbia da 10 a 20 tratti al millimetro, e può essere ottenuto da una pellicola fotografica. Per autocostruirlo bisognerebbe disegnare su di un foglio di cartoncino molto bianco, di dimensioni circa 500 x 500 mm, 200 linee parallele numero 400 mm ad intervalli di 1 mm l'una dall'altra.

Le righe dovranno avere lo spessore di circa 1mm e saranno fatte con la china nera. In alternativa, si possono trovare dei retini già fatti presso i negozi di articoli tecnici per geometri, e già di uno o due righe al millimetro. Fotografando poi il retino da distanza conveniente, si otterrà sulla pellicola (che può essere una comune bianconero ad alto contrasto) la sua riproduzione rimpicciolita, tanto da arrivare ad avere su di essa le righe ad intervalli di 0,01-0,05 mm l'una dall'altra, che è come dire avere 10 o 20 righe al millimetro. Se poi si vuole avere un reticolo già pronto, ci si può rivolgere alle ditte che trattano materiale scientifico, chiedendo dei " reticoli di diffrazione ". È bene però avvertire che la visione e degli eventuali difetti ottici si fa meglio con un reticolo di tipo professionale, e quest'ultimo non è di tipo fotografico, come descritto in precedenza. Il reticolo professionale non ha tratti opachi: la diffrazione è in questo caso creata da una differenza di spessore, od ondulazione, realizzata su di un sottile deposito, trasparente alla luce e posto su di un vetrino; in questo modo si utilizza tutta l'energia luminosa a disposizione. Questo tipo di reticolo si chiama a contrasto di fase. Si può provare a reperirlo presso i negozi di ottica, e dovrebbe costare intorno ai 30 € 40. Tutto sommato è una spesa conveniente, se si vuole conoscere di persona, senza atti di fiducia bene o mal riposta, la bontà ottica del proprio telescopio.