L'arte di collimare

Un telescopio per uso visuale sotto cieli bui deve essere smontabile (per trasportarlo) e di grande apertura (per vedere). Ogni volta che un tubo ottico del genere viene smontato e rimontato, non assume mai la stessa esatta geometria.
Nell'articolo precedente abbiamo visto che per ottenere una buona qualità dell'immagine è essenziale che gli elementi ottici siano in posizioni relative precise. Questo si ottiene realizzando dei sistemi di regolazione che permettano di muovere gli elementi ottici uno rispetto all'altro, indipendentemente dal fatto che la parte strutturale del tubo sia posta ora un po' più in qua, ora un po' più in là.
Infatti, a seconda della precisione con cui sono state costruite le parti strutturali, gli elementi ottici possono trovarsi spostati di qualche millimetro (o di qualche centesimo di millimetro se per assurdo le parti fossero molto precise). In entrambi i casi l'entità di questo questo conta poco, dato che gli elementi ottici vanno riposizionati uno rispetto all'altro. La fluidità dei movimenti conta invece molto di più.

Ma come avviene nella pratica la collimazione? Nella figura sono illustrati i passi fondamentali (cliccare per vedere la figura in grande). La figura non mostra intenzionalmente il tubo ottico, la cui unica funzione è fornire supporto agli elementi collimabili. Dovrebbe essere anche evidente che ciò che conta è la posizione relativa dei tre elementi ottici.

Immaginiamo di partire dalla situazione numero 1 nella quale il secondario sia spostato sia rispetto all'asse ottico del primario sia rispetto all'asse ottico dell'oculare, e che sia anche orientato in maniera sbagliata. Sempre in figura 1 si evidenzia il fatto che l'asse ottico dell'oculare potrebbe non essere ortogonale all'asse ottico del primario. Questo errore, in realtà, non ha alcun effetto. Anzi, un telescopio Newtoniano può essere costruito con una angolo di deviazione del fascio ottico diverso da 90° e questa possibilità è stata sfruttata in alcuni dobsoniani cosiddetti "low rider" per abbassare la posizione dell'oculare (ma questo è un altro argomento che tratterò un'altra volta).

Nella configurazione 1 inseriamo un laser nel fuocheggiatore. Il raggio laser materializza l'asse ottico dell'oculare. A questo pnto il secondario va abbassato finché il raggio lo colpisce nel punto di offset. Si tratta di quel punto tale che osservando il secondario dal fuocheggiatore questo appare perfettamente centrato con il tubo del fuocheggiatore, come in 2. Questa operazione si fa una sola volta perchè il secondario e il fuocheggiatore sono solidali alla cella superiore e quindi non sono soggetti a variazioni di posizione relativa nei successivi montaggi. Eventuali errori destra-sinistra si correggono mettendo in squadra il fuocheggiatore, mentre gli errori alto basso si correggono usando la vite di avanzamento del secondario nel suo complesso.
Quanto deve essere preciso questo primo allineamento? Si legge di tutto, ma sorprendentemente la centratura del secopndario è alquanto tollerante. Se per esempio il secondario fosse 1 mm più in alto rispetto al tubo del fuocheggiatore, l'effetto sarebbe solo che il campo perfettamente illuminato si estendi 1 mm in più nella parte alta. Gli oculari ad alto ingrandimento non usano tutto il campo illuminato e quindi le0'ffetto è zero. Gli oculari a basso ingrandimento usano un campo più ampio e in questo caso la caduta di luce ai bordi sarà un po' diversa (ma andando a fare i conti si scopre che è impercettibilmente diversa).
In buona sostanza se il nostro laser colpisce il secondario a una distanza di 1 mm dal punto di offset va bene.

Passiamo ora alla fase di figura 3.Notiamo che il raggio laser (che materializza l'asse ottico dell'oculare) non colpisce il primario nel centro. Nel mio telescopio, per esempio, fra un montaggio e il successivo il raggio finisce al massimo a 5-10 mm dal centro. Questo dà un'idea degli errori di forma del tubo fra un assemblaggio e l'altro.:Operiamo quindi sulle viti di collimazione che consentono di ruotare il secondario finché il raggio tocca il centro del primario. A questo punto abbiamo fatto fatto arrivare l'asse ottico degli oculari al centro dello specchio (4).

Notiamo che il raggio riflesso non ritorna indietro (5). Agendo sulle viti di collimazione del primario possiamo però ruotarlo finché l'asse ottico del primario è allineato con il raggio,. In questa condizione il raggio ritorna indietro su se stesso. Abbiamo così ottenuto la situazione in 6 nella quale l'asse ottico dell'oculare coincide con l'asse ottico del primario. Non serve altro.

In pratica ci sarà qualche errore al termine della fase 4, perché è difficile valutare se il raggio colpisce esattamente il centro del primario. Di solito questo errore è meno di un mm (dipende dalla dimensione e precisione del marker centrale). Che effetto ha questo errore? Semplicemente che che il raggio di ritorno e l'asse ottico sono distanti circa un mm e che, in ultima analisi, l'asse ottico del pèrimario finisce un po' spostato rispetto al centro del campo dell'oculare. Ed è per questo che la collimazione va poi ritoccata allo star test (ma questo è un altro argomento).

Qualcuno a questo punto potrà notare che se si toglie e si rimette il laser nel fuocheggiatore si potrebbe ottenere un percorso diverso per la luce. Questo sta solo a significare il fatto che l'oculare può essere inserito nel fuocheggiatore con un certa imprecisione nella orientazione. Tuttavia l'asse ottico del primario continua ad arrivare al centro del campo visivo. I piccoli errori di assetto dell'oculare sfuocano al più le stelle ai bordi opposti del campo, ma sono di gran lunga inferiori agli effetti della curvatura di campo.

Alla fine di questo processo la parte strutturale del telescopio (ossia il tubo) potrà trovarsi qualche millimetro (usualmente meno) in qua o in là rispetto all'asse ottico del primario girati di qualche frazione di grado. Ma è ovvio che dove sta la materia della parte strutturale non ha alcun effetto sulla qualità dell'immagine.