L’UTILIZZO  DI UN CORONOGRAFO AUTOCOSTRUITO

PER SEPARARE STELLE DOPPIE STRETTE E PER L’OSSERVAZIONE DIRETTA

DI PIANETI EXTRASOLARI

 

di Marcello Lugli

 

Premessa

In collaborazione con l’EAN, a breve partirà un progetto d’osservazione di stelle doppie strette (ma anche di sistemi difficili come Plutone-Caronte) che farà uso di un coronografo, originariamente concepito per l’osservazione solare, opportunamente adattato. Si tratta di una applicazione nuova e molto interessante del dispositivo messo a punto negli anni Trenta del Novecento da Lyot con possibili sviluppi nell’osservazione diretta di pianeti extrasolari. Le esperienze in programma riguardano l’impiego del coronografo  su sistemi ottici a riflessione e rifrazione con diametri fino a 80 cm. Per l’alto valore, anche “didattico”, di queste attività, nel corso del 2009 proporremo delle dirette web attraverso le quali documenteremo i progressi della ricerca.

 

Storia del coronografo

Il coronografo fu ideato e costruito da B. Lyot, astronomo a Pic du Midì nei Pirenei, intorno al 1930 e perfezionato negli anni subito successivi, quando il mondo scientifico comprese che era giunto il momento di iniziare ad osservare il Sole non più soltanto in luce integrale ma anche e soprattutto,  in luce monocromatica e non solo in occasione di un’eclisse totale di Sole.

Fu una  vera “corsa” a chi realizzava per primo un dispositivo tale da consentire l’osservazione della Corona Solare fuori da un’eclisse. Furono tanti gli illustri personaggi che allora si cimentarono  in questa ardua ricerca, ma Lyot li anticipò tutti, dopo lunghi anni di studio e frustranti attese di introvabili componenti ottici.

Egli utilizzò un filtro birifrangente di sua concezione, composto da quarzi, calciti e polarizzatori, centrato inizialmente su una particolare riga di emissione del ferro per poter osservare il tenue bagliore verde-argento della corona solare. Il suo strumento era basato sul perfetto utilizzo di opportune frange d’interferenza originate dalla combinazione di due tipi di cristalli con i filtri polarizzanti. Una difficilissima costruzione, mai tentata prima con la quale si poteva isolare e trasmettere una strettissima zona dello spettro solare, bloccando nel contempo il passaggio di tutte le altre radiazioni.

Il successo di una tale impresa fu anche dovuto alla progettazione di un sistema ottico-meccanico  che, all’interno del tubo del telescopio (un rifrattore), riproduceva  le condizioni di un vero e proprio eclisse totale di sole. Al “posto” della Luna che “nasconde” il Sole, aveva però collocato un disco occultatore di metallo (schermo).

La parte più interna della corona solare venne così osservata  per la prima volta al Pic du Midi  nel 1930, al di fuori dell’ eclisse totale di Sole: la sua straordinaria invenzione prese il nome di Coronografo.

In breve tempo, adeguando i cristalli (quarzi e calciti), riuscì ad isolare anche la famosa riga dell’Idrogeno H-alfa che consentiva l’osservazione delle meravigliose protuberanze.

 

L’autocostruzione del coronografo

Con non poche difficoltà, documentandomi sugli studi, scritti e schemi lasciati da B. Lyot e da altri illustri studiosi del tempo, riuscii a riprodurre nel 1983 un sistema ottico-meccanico analogo a quello dell’Astronomo francese, il cui strumento aveva una lunghezza di circa 5 metri, dove soltanto 3,15 metri erano dovuti alla focale dell’obiettivo.

Uno dei miei più immediati traguardi era quello di ridurre le dimensioni del coronografo, senza però violare le  rigorose “regole” dettate da B.Lyot.

Inoltre, mi ero posto l’obiettivo di semplificare la costruzione limitando l’impiego del coronografo alla visione delle protuberanze in H-alfa, abbandonando l’idea di voler scorgere a tutti i costi la corona soprattutto perché il cielo della Penisola, mai sufficientemente pulito, non ne consente l’osservazione.

Ho realizzato il disco occultatore (schermo) in forma conica che si completa con  una serie di piccoli anelli,  intercambiabili nel corso dell’anno, che vengono aggiunti sotto la base del cono. 

Tali  anelli, lavorati al tornio e smussati ad angolo di 45°,  perfezionano l’esatta occultazione del diametro del disco solare fornita dal mio rifrattore 102/1000.

 

SCHEMA DEL CORONOGRAFO

 

 

L’intero dispositivo di occultazione viene collocato qualche centimetro prima di una  lente di campo sul centro della quale è incollato  un piccolo dado filettato che lo sostiene, ciò evita di dover forare la lente.

La messa a fuoco è duplice nel senso che l’oculare del Coronografo dovrà mettere a fuoco perfettamente il disco occultatore, mostrandone nitidamente l’intero bordo, mentre azionando la cremagliera del rifrattore si dovrà portare l’immagine  a fuoco del disco solare esattamente sullo stesso piano dello schermo.

Azionando i movimenti di AR e DEC del telescopio, porteremo il disco solare perfettamente dietro tale schermo.

Parte essenziale del Coronografo è il Filtro Interferenziale H-alfa, nel mio caso con banda passante di soli 1,5 Ǻ di ampiezza. Si tenga presente che la riga H-alfa nello spettro misura circa 1,2 Ǻ, ali comprese.

Ho poi realizzato un accessorio di grande utilità, rappresentato da un dispositivo decentratore d’immagine utile quando si vogliono fare osservazioni o riprese con forti ingrandimenti, costituito da una slitta che trascina fuori asse l’estremità del Coronografo che porta l’oculare.

E’ ovvio, infatti, che se si osserva  il Sole centrato nel campo visivo, dietro il disco occultatore, l’ingrandimento massimo possibile  con un determinato oculare, è limitato a quello che riempie l’intero suo campo. Anzi un po’ inferiore poiché altrimenti non verrebbe lasciato spazio a quel po’ di cielo dove si scorgono le protuberanze; queste  andrebbero oltre il campo.

A grandi linee il percorso ottico dei raggi del Sole è illustrato nella fig. 1 e può essere descritto nel modo seguente: l’obiettivo fornisce un’immagine del disco solare di una certa grandezza, ad una precisa distanza (fuoco); il piano dove si forma tale immagine deve coincidere con la base dello schermo. Immediatamente dietro lo schermo è posta una  lente di campo che fornisce un’immagine dell’obiettivo ad una  distanza che dipenderà dalla sua focale. Sullo stesso piano di  tale immagine dovrà essere collocato un diaframma ad apertura variabile  che servirà ad eliminare la luce diffusa dallo spessore dell’obiettivo.

Subito dopo il diaframma è posta una lente collimatrice che unitamente alla lente di campo invierà  l’immagine del disco solare all’infinito. Dopo la lente collimatrice, (che rende, quindi, paralleli i raggi solari) deve essere posto il Filtro interferenziale H-alfa.

Dopo il filtro, deve trovare collocazione un normalissimo cannocchiale (e cioè un obiettivo ed un oculare) messo a fuoco sull’infinito.

Se sono state osservate tutte queste rigorose posizioni, e se si toglie momentaneamente il Filtro H-alfa e si punta verso una normale lampada (mai verso il Sole in assenza di Filtro), attraverso l’oculare apparirà un disco nerissimo e chiaro fornito dallo schermo.

Altri piccoli accorgimenti  sono stati adottati per evitare, quanto più possibile, le riflessioni dovute alle varie lenti e la luce diffusa (proveniente dall’obiettivo primario) che non manca mai  quando lo strumento viene puntato sul Sole.

Lo strumento realizzato e le prime foto con esso effettuate, mi valse il 1° Premio di Fotografia Astronomica indetto dal Comune di Rozzano, nel 1989 (foto sotto).

 

 

Un di queste foto, ripresa il 16 agosto 1988, viene messa a corredo dell’articolo.

Chi volesse prendere visione anche di alcuni suggerimenti costruttivi può consultare i numeri 30 e 31 della Rivista “ L’astronomia” del 1984 dove vengono anche riportati alcuni disegni e schemi.

 

Il coronografo nelle osservazioni stellari e planetarie

L’intero strumento, in assenza del Filtro H-alfa, trova anche buon impiego in tutte quelle circostanze nelle quali risulta utile nascondere una forte sorgente di luce per poter scorgere o vedere meglio, tutto ciò che si trova nelle sue immediate vicinanze.

Puntai lo strumento, appena finito e privo del Filtro H-alfa, sul pianeta Marte, occultandolo con lo schermo. Mi permise di individuare i due satelliti Phobos e Deimos con molta facilità.

Con sicuro successo il Coronografo può essere utilizzato, sempre in assenza di Filtro H-alfa, anche nelle riprese dei tempi nelle occultazioni di corpi celesti da parte della Luna.

Questa verrebbe occultata dallo schermo (come se fosse il Sole) facilitando l’osservazione delle stelle vicinissime al suo bordo. Su queste basi con il coronografo verranno fatti delle esperienze di risoluzione di sistemi stellari stretti (il nostro sogno sarebbe di poter scorgere un pianeta extrasolare!) facendo uso di obiettivi con grosse aperture unitamente a CCD e/o camere digitali. Riteniamo che esso possa anche essere impiegato proficuamente nella separazione di sistemi difficili come Plutone-Caronte.  

Il compito è arduo ma vale la pena tentare, naturalmente con l’aiuto di un pizzico di fortuna!

 

Due immagini del coronografo di Marcello Lugli montato sul rifrattore di 10cm.

 

 

Particolare della slitta porta oculare e, a destra, il cono occultatore.

 

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