Star test e difetti dello specchio

Star test e difetti dello specchio

Un Newton di cui scegli i difetti: la collimazione (il fuoco del primario spostato dall’asse del focheggiatore, che dà coma) e la forma dello specchio (astigmatismo, il trifoglio di uno specchio tensionato, aberrazione sferica sottocorretta o sovracorretta, bordo ribattuto). Ogni difetto è dato in nanometri RMS sul fronte d’onda, a 550 nm (il bordo in picco-valle): λ/14 RMS, 39 nm, è il criterio di Maréchal, il limite di uno strumento limitato dalla diffrazione (Strehl 0,8). Il quarto d’onda picco-valle di Rayleigh, spesso citato, vale più o meno lo stesso: per la sferica, 41 nm RMS.

Da dove viene il coma: dalla collimazione e dalla posizione della stella nel campo. Un paraboloide non ne ha sul suo asse, e ne ha sempre di più allontanandosi da esso. In un Newton collimato l’asse cade al centro dell’oculare; scollimato cade di lato, e una stella al centro del campo mostra il coma che avrebbe a quella distanza dall’asse: lo spostamento del fuoco diviso per la focale. Una stella fuori dal centro ha in più il coma del proprio scostamento (il cursore sotto le immagini della stella), e i due si sommano come frecce. Un coma lavorato nello specchio equivale allo stesso (un paraboloide visto un po’ di lato) e si elimina collimando sulla stella: per questo non ha un cursore suo.

L’immagine di una stella è calcolata per diffrazione: la luce che attraversa lo specchio (meno l’ombra del secondario e il ragno) con il suo fronte d’onda deformato, trasformata di Fourier, in luce bianca. In intrafocale e in extrafocale uno specchio perfetto dà due immagini identiche (capovolte); un difetto le rende diverse: è lo star test. La sferica schiarisce il bordo da un lato e il centro dall’altro, l’astigmatismo allunga l’immagine in due direzioni incrociate, il coma di collimazione la sposta dalla stessa parte.

Giove: una fotografia di Hubble, sfocata come la mostrerebbe questo telescopio, colore per colore (il rosso, il verde e il blu ciascuno alla sua lunghezza d’onda): ciò che i difetti e la collimazione le tolgono. Giove vi misura 40″, più o meno la sua media (30″ vicino alla congiunzione, 50″ alle opposizioni più strette).

Uno specchio misurato con il test di Foucault: il link sotto il suo profilo lo porta qui, con la sferica e il bordo ribattuto sui rispettivi cursori e il resto aggiunto così com’è. Le cifre differiscono un po’ da quelle del test di Foucault: quel test, come Foucault2 e il metodo di Texereau, dà a ogni zona un solo valore, la media dei suoi due bordi, e ignora ciò che fa la superficie all’interno di una zona; qui il profilo è seguito da un punto misurato al successivo su tutto lo specchio. L’RMS del test di Foucault è quindi un po’ ottimista, tanto più quando le zone sono poche; con 10-15 zone lo scarto diventa piccolo. Per confrontare uno specchio il cui secondario nasconde il centro, spunta «Escludi il centro nascosto dal secondario» nel test di Foucault.

La turbolenza, a richiesta: uno strato d’aria turbolenta (Kolmogorov, scala esterna 20 m) che il vento fa passare davanti allo specchio a 3 m/s, il suo fronte d’onda sommato a quello dello specchio, per la stella e per Giove. La sua intensità è in secondi d’arco, la larghezza di una stella in posa lunga (il seeing degli astronomi professionisti e delle previsioni); fissa r₀, la dimensione delle celle d’aria (7,4 cm per 1,5″). Ogni immagine somma ciò che l’occhio vede in 0,1 s; quaranta immagini formano un ciclo di 4 s. Uno specchio più piccolo di r₀ vede soprattutto l’immagine ballare; uno più grande la vede ribollire.

Immagine: NASA, ESA, STScI.