Categorie: Strumenti e missioni
Tags: aberrazioni apertura in volo berillio descrizione di Webb oro sistema ottico telescopio anastigmatico a tre specchi Webb
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:20
Il telescopio spaziale Webb (1): il sistema ottico **
Questo articolo è inserito nella sezione d'archivio "Ottica"
Iniziamo la descrizione del telescopio spaziale Webb dal suo sistema ottico.
Essendo un telescopio è fondamentale descrivere il suo sistema ottico che, ovviamente, differisce da quelli dei tipi più comuni ed amatoriali.
Prima di tutto, parliamo dello specchio principale. Come tutti suoi fratelli minori e maggiori ha lo scopo essenziale di raccogliere quanta più luce possibile e concentrarla in un punto più piccolo possibile. Ne segue che la sua superficie deve essere molto grande e che l'immagine finale deve essere priva di tutte quelle aberrazioni che rendono l'immagine troppo dispersa e in qualche modo deformata. Le due aberrazioni principali sono quella sferica e il coma. La prima è tipica degli specchi sferici, la seconda di quelli parabolici.
Purtroppo, uno specchio sferico elimina tutte le deformazioni dei raggi inclinati rispetto al suo asse, ma comporta un'immagine centrale decisamente più grande del dovuto, non avendo un unico fuoco. Questa aberrazione viene eliminata utilizzando uno specchio parabolico, il quale, però introduce le aberrazioni fuori asse come il coma (allungamento dell'immagine lungo una certa direzione).
Sappiamo, però, inoltre, che sulla terra l'atmosfera gioca brutti scherzi e che la sua stessa presenza e variabilità comporta un'immagine mai perfettamente a fuoco, ossia un dischetto abbastanza esteso. Questa fonte ulteriore di disturbo viene combattuta con l'ottica adattiva. Fortunatamente, il Webb non ha problemi di atmosfera e quindi può tranquillamente cercare di raggiungere le condizioni di minima dispersione teorica dell'immagine (anche se la diffrazione esiste comunque).
La grandezza dello specchio principale, oltre che raccogliere luce, si ripercuote sul suo potere risolutore che è inversamente proporzionale al diametro. Insomma, il sistema ottico deve raccogliere molta luce, migliorare il potere separatore ed eliminate tutte le aberrazioni nella parte di spazio sotto osservazione.
Nel tempo si sono progettati vari tipi di ottica, a specchi multipli, che potevano anche permettersi di lasciare qualche aberrazione residua, in quanto l'atmosfera non permetteva di scendere sotto certi limiti. Nello spazio si può fare di più e meglio ed ecco allora il perché di un sistema ottico a tre specchi, che abbia la pretesa di raggiungere il valore limite teorico dell'immagine.
Per avere un'idea più chiara di quanto detto in poche frasi, vi consiglio di andare a (ri)leggere questo lungo articolo o, almeno, le parti relative alla diffrazione e ai telescopi.
Torniamo a noi, ossia al Webb. Lui utilizza tre specchi secondo il modello anastigmatico, il cui schema riporto qui sotto.
Di seguito l'applicazione al Webb
Lo specchio principale è di forma ellittica, il secondario di forma iperbolica e il terziario nuovamente ellittico: quanto di meglio si possa fare oggi.
L'applicazione di questo sistema al Webb viene illustrata anche benissimo nel breve video che segue.
L'immagine finale viene poi analizzata dai vari strumenti che il telescopio porta con sé e di cui parleremo più in là.
Il problema più grande è proprio quello di avere uno specchio principale... grande. Impensabile, ovviamente, sperare di portare nello spazio uno specchio monolitico e quindi si è scelto il modello a tasselli: 18 specchi esagonali che vengono sistemati uno accanto all'altro quando ormai il telescopio è nello spazio. La precisione con cui i tasselli si unisono tra loro ha dell'incredibile: 1/10000 dello spessore di un capello umano! Ogni tassello misura 1.32 metri di diametro, da cui segue che lo specchio completamente aperto raggiungerà i 6.5 metri; un vero mostro, più piccolo di altri terrestri, ma completamente libero dai difetti atmosferici... e dico poco!
Prima di giungere nel suo punto di osservazione (che proprio un punto non è, come vedremo) il telescopio si aprirà come un fiore, dispiegando l'intero specchio principale e inserendo quello secondario alla giusta distanza. Intanto aprirà il suo scudo termico che lo proteggerà dal Sole e che lo terrà al "fresco". Uno scudo grande come un campo da tennis.
Nel video che segue si vedono molo bene tutte le operazioni di "apertura" delle varie parti del telescopio.
Lo specchio secondario ha un diametro di 0.74 metri, mentre il terziario, che è praticamente inserito al centro dello specchio principale, ha una forma più strana e, praticamente, dopo aver eseguito le ultime correzioni ha il compito di preparare il banchetto agli affamati strumenti di analisi.
Gli strumenti devono lavorare a temperature bassissime, più basse ancora i quella esistenti nello spazio profondo, e devono essere fatti di una sostanza adatta allo scopo. Si è scelto il berillio, rivestito di una lamina sottilissima d'oro, che garantisce una riflessione ottimale. Un vero e proprio gigantesco gioiello spaziale!
Riportiamo alcune foto relative ai tre specchi:
L'immagine che segue mostra le dimensioni relative di un singolo esagono dello specchio principale e dei due specchi ausiliari:
Infine, un confronto tra lo specchio monolitico di Hubble e quello a pannelli di Webb
Informazioni più tecniche, con svariati altri link di approfondimento, li potete trovare QUI
Alla prossima...
QUI gli articoli dedicati al funzionamento di questo gioiello della Scienza e della Tecnica, che ci consentirà di approfondire la conoscenza di quell'infinito teatro che chiamiamo Cosmo.
20 commenti
Moh ci provo pure io a ripiegare il telescopio nel modo descritto, così lo metto in tasca e appena arrivo in un luogo buio, zacchete lo apro e via di osservazioni e foto...
Si scherza ovviamente.
Speriamo che tutto questo gioco a incastri si dispieghi senza intoppi
, affinché si possa "arrivare" laddove la mano dell'uomo non ha mai messo piede.
Buon Anno a tutt@
ma tu hai lo specchio di berillio? E che schermo usi? Penso che faremo meglio ad aspettare che si srotoli il Webb. Sono sicuro che tutto andrà bene, anche perché non possono andare a ripararlo come successo per Hubble!
auguroni Paolino!
No ma c'ho lo specchio in quarzo alluminato, nudo senza schermi (quando fa caldo ci posso anche fare le melanzane alla griglia)
.. il problema è che faccio fatica a ripiegarlo su se stesso... 
Ora vado dal ferramenta e mi compro un pò di berillio così si ammorbidisce e lo piego. 
AUGURONI ENZO!
Paolo
Miiii Enzone smemorato ti sei già dimenticato che il tele ripieghevole ce l'ho........ Ecco per Paolo il link dove vederlo, chiedo scusa se alcune foto un poco lunghe nel senso laterale sono tagliate ma il forum è stato da poco rinnovato e ho qualche problema ad adattare le foto al nuovo formato, ci sto lavorando assieme al gestore che però è molto preso e la cosa sta andando per le lunghe. Devo anche inserire un post di aggiornamento del tele a seguito della continua validazione a cui è sottoposto ma una cosa per volta.
https://www.northek.it/forum/viewtopic.php?f=13&t=907&sid=366650b0ca42239a52650148ce41d788
PS vorrei vedere quanto resite il "berillio" se sottoposto ad uno stress simile, ahahahaha.
Mii ma quello è un Dobson, non ce l'ha la montatura equatoriale per inseguire gli astri controbilanciando il movimento apparente del cielo dovuto alla rotazione terricola, buono per vedere, ma per le foto come si fa?
E poi non vorrai mica stressare il berillio che siam sotto le feste di fine anno!
Semplicemente emozionante!
Si parlava del JWST e manco lui ha la montatura equatoriale, per le foto è semplicissimo si attinge al catalogo di Hubble che ha fotografato tutto quel che si può fotografare. Ahahahaaha
Buon anno a tutti, anche al berillio......
PS se proprio vuoi si può appoggiare su una base equatoriale motorizzata.
Quanti begli astrofili che ho a casa mia!!!
Mai provato il berillio in salsa di pulsar arrotolata? Ottima idea per Capodanno...
Bella realizzazione, Frank ! Poi usarlo con il tuo cielo chissa' che gioia deve essere. La Namibia e' li a due passi ...
Grazie Arturo, il giocattolo da parecchie soddisfazioni ma il merito va principalmente al sito osservativo. Fino a due tre anni fa bastava il tetto di casa poi con la diffusione delle luci a led che consumano pochissimo il paese si è illuminato, rimane spettacolare ma le nubi di Magellano sono scomparse. Comunque basta spostarsi di pochissimo per avere il buio totale e senza andare in Namibia, solo per arrivare al border devo percorrere più di 1200 Km. Spostandosi verso l'interno 50/60 Km nel deserto si osserva stando in quota oltre 500/600 metri e se la serata è veramente buona con Luna nuova si ha il piacere di vedere la propria ombra con la sola luce stellare. Credimi che più di una volta mi è capitato di stendermi di fianco al tele e limitarmi ad osservare ad occhio nudo ancora non mi sono abituato allo spettacolo che offre la volta celeste, per fortuna.
So che mi pentirò di questa domanda caro Enzo ma approfitto del momento mentre ti lecchi i baffi in attesa di ingurgitare tutta quella roba. Dunque ho riletto alcuni articoli riguardo i punti di Lagrange ma non ne vengo a capo, come è possibile orbitare attorno ad un punto non avente massa e potenziale circa zero, essendo quasi in equilibrio? Addirittura a differenza dei punti L4-L5, L2 non è stabile tende a rilasciare. La manovra per mettersi in orbita a 90 gradi rispetto all'asse dei punti L mi appare come una magia????
Altro dubbio: la traiettoria di avvicinamento al punto che forma geometrica assume? A guardare il tracking sul sito parrebbe rettilinea con riferimento alla Terra.
Interessante osservare la progressiva diminuzione di velocità del JMST che presumo debba arrivare in posizione a circa zero Km al secondo, giusto? Quando il controllo lancio ha decretato il fine lancio la velocità era circa 9.4 Km/s ora a poco meno del 50% della distanza siamo a circa 0.74Km/s ma già il secondo giorno era circa 2Km/s. Altra cosa, vista la dimensione dello scudo termico vi sarà anche un effetto vela di cui tener conto nello stabilizzare l'orbita giusto?
Per adesso, ti basti e avanzi... Per le cose troppo tecniche, poi, si può andare sul sito della NASA e da lì ai lavori specifici...
http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2020/07/25/siamo-le-curve-piu-belle-del-mondo-3/
Buon Anno, neh !
Mai accontentarsi, tanto so bene che con tutto quello che hai mangiato anche allungando le braccia non arrivi alla tastiera e fai finta di non voler rispondere..... Ti ho mandato il video per metterti in guardia. Ahahahahaha. Ho letto e riletto gli articoli che hai scritto sull'argomento, incluso quello che hai indicato ma so già che è così e che funziona , è li da vedere. La spiegazione meccanica non entra nel merito approssima solamente, forse è troppo complicato per me, me ne farò una ragione. Probabilmente la cosa sta incuriosendo parecchio i video su youtube che cercano di spiegare il fatto si moltiplicano.
Buon anno anche a te e a Barbara, non dovrebbe essere difficile migliorare dopo quello appena passato.
quale video? me lo sono perso...
Quello che ho postato sulla pagina degli auguri.......
Pigro, eccolo di nuovo.
https://www.dropbox.com/s/mnmliwoq0mw95th/Rolli.mp4?dl=0
Ma sì, questo l'avevo visto... pensavo a qualcosa di serio sul Webb. Scioccone!
Ma ma allora guarda che sei è..... Te lo avevo detto qualche post fa "seri mai!"
Ricorda che nel video quello in mezzo è un coccodrillo, quindi non ti venga in mente di lacrimare, ahahaahah
Buona citrosodina.
ma guarda che ho solo assaggiato con parsimonia...
Lo so che ti moderi, ma se lo dicevo subito non era divertente.
ovviamente... caro vecchio Frank, il terrore dei mamba!!!