Collimazione Schmidt-Cassegrain

La collimazione è l'allineamento delle ottiche di un telescopio, come sappiamo un telescopio Catadriottico o Riflettore è composto da specchi, in generale 2 detti primario e secondario, la collimazione coniste proprio nel centrare questi due specchi gli uni con gli altri facendo coincidere il proprio asse ottico.
Dobbiamo sapere che il nostro Telescopio Schmidt-Cassegrain è molto influenzabile dal disallineamento delle ottiche, possiamo dire che la resa del telescopio Schmidt-Cassegrain dipende moltissimo da questo fattore e il suo rendimento crolla se le ottiche sono non perfettamente allineate, inoltre il telescopio quando viene acquistato dalla fabbrica è perfettamente collimato, ma la sua collimazione tende presto a scomparire a causa degli assestamente termici delle ottiche(dilatazioni/compressioni) e sollecitazioni meccaniche di qualunque tipo come messa in stazione, vibbrazioni moleste e buffetti dovuti ad una non perfetta attenzione in fase di ripresa.
Il risultato che si ottiene da ottiche non collimate non è accettabile per chi vuole fare Alta Risoluzione, il principale motivo è che l'elaborazione tramite i nuovissimi software di processing video non sono in grado di poter eliminare tutti i "danni" provocati da un disallineamento delle ottiche, e a causa di questo disallineamento l'utente potrebbe essere tentato nel forzare troppo questa tecnica con conseguenze disastrose nell'immagine finale perchè si aggiungono degli artefatti provocati in fase di elaborazione.
La collimazione non è quindi una tecnica riservata ai soli "fissati" o "puristi", è un operazione fondamentale che si deve attuare ogni qualvolta si esce a fare Alta Risoluzione se si vogliono raggiungere risultati di un certo livello e sopratutto per sfruttare a pieno le potenzialita' della propria ottica.
Un disallineamento delle ottiche si puo' vedere ad esempio, in termini fisici, come una riduzione delle caratteristiche ottico-meccaniche delle proprie ottiche, delle volte un telescopio di X mm di diametro potrebbe risultare, a causa di un disallineamento delle ottiche, come lo stesso telescopio ma di X-Y mm di diametro, dove Y varia in base a quanto rilevante sia il livello del disallineamento delle ottiche, come potere risolutivo e come fattore Lambda di correzione delle ottiche.
La collimazione è il maggiore ostacolo per i Schmidt-Cassegrain e per i riflettori in generale che per questo motivo sono molte volte preferiti ai telescopi rifrattori che vengono collimati una volta solamente in sede di fabbricazione, i telescopi Schmidt-Cassegrain e i riflettori in generale sono estremamente sensibili al disallineamento delle ottiche, che puo' essere peggiorato anche con una frazione di decimo di giro della vite di collimazione errata.
A causa di mancanza di informazioni pochi utenti osano mettere le mani sulle viti di collimazione, chi ci prova in generale si ferma solamente ad osservare la centratura dell'ombra dello specchio secondario su una stella portata fuori fuoco, questo step è fondamentale su un telescopio fortemente disallineato ma non è sufficiente a causa della sua precisione grossolana, difatti dopo questo step le immagini planetarie possono ancora perdere piu' del 50% del loro contrasto nel caso di telescopio collimato alla perfezione.
Il metodo di seguito presentato è il piu' preciso e permette anche di ridurre il disallineamento finale del telescopio praticamente ad un livello trascurabile.
Questo metodo impone di osservare, ad alti ingrandimenti, una stella di magnitudine 0 oppure 1 alta sull'orizzonte, prima osservandola fuori fuoco(intrafocale ed extrafocale) e poi a fuoco per notare eventuali asimmetrie dei pattern di diffrazione mettendo cosi in evidenza un eventuale effetto marcato o meno di disallineamento.
Questa tecnica non necessita di strumenti particolari, si utilizza solamente un buon oculare e una buona barlow; l'osservazione di una stella ad alti ingrandimenti è anche un buon metodo per sapere se le condizioni del seeing sono favorevoli per le osservazioni in alta risoluzione o per l'imaging perchè permette di verificare quanto lo strumento sia operativo(equilibrio termico, vibrazioni, ecc) e di stimare il livello di turbolenza atmosferica in modo piu' preciso rispetto alle osservazioni dirette del pianeta.
Ci sono molti astrofili che pensano che un telescopio non abbia bisogno di essere collimato ad ogni sessione osservativa, probabilmente essi non capiscono il livello di precisione richiesta nell'alta risoluzione da parte del telescopio in questione; la collimazione di un telescopio puo' essere rovinata ad esempio quando si trasporta in auto il proprio tubo ottico.
Se un piccolo disallineamento delle ottiche è tollerato nel DeepSky in Alta Risoluzione non è invece tollerato affatto se vogliamo sfruttare pienamente le possibilita' del nostro telescopio.
Ma passiamo alla prassi per collimare il nostro SC:
su questi Schmidt-Cassegrain l'allineamento è disponibile solo sullo specchio secondario, osservando tale specchio vedremo che ci sono modelli che possiedono 3 viti e altri 4 viti, in quest'ultimi 3 viti sono posti ai vertici di un triangolo equilatero mentre una e' centrale, quella vite e' quella che sorregge lo specchio secondario nella propria sede e quindi non dovra' mai essere svitata!
Tre viti(che si possono solamente avvitare o svitare) consentono di modificare l'orientamento di questo specchio secondario, il processo di collimazione è un processo iterativo, nel senso che l'iterazione è costituita dai passi
CONTROLLO->ALLINEAMENTO->CONTROLLO->ALLINEAMENTO ...
e non e' ne' difficile ne' rischioso se vengono seguite tutte le seguenti precauzioni:
1)La vite centrale, che assicura lo specchio secondario alla propria sede, non deve essere mai svitata
2)Le tre viti devono essere avvitate o svitate con moderazione, a piccoli step di rotazione, e non devono essere strette a morza o totalmente svitate
3)Quando si svita una vite, le altre due devono essere avvitate
4)Le rotazioni effettuate sulle viti devono essere molto piccole;uno specchio secondario molto disallineato necessita di massimo mezzo giro/un giro di vite, ma poi l'allineamenento finale si effettua con microrotazioni della vite di collimazione
5)Ogni volta che si agisce su una delle viti di collimazione la stella che si usa per collimare si e' spostata dal centro del campo dell'oculare, dobbiamo riportarla al centro dell'oculare prima di agire nuovamente su una delle viti di collimazione.
La collimazione deve essere effettuata solo quando lo strumento è in equilibrio termico; se questo non avviene, le turbolenze d'aria interne al tubo del telescopio possono falsare il patter di diffrazione della stella rendendo difficile l'allineamento o delle volte anche errato!
Non deve essere usato alcun tipi di diagonale durante la collimazione del telescopio almeno che non volete utilizzarlo solamente per il visuale, perchè nella ripresa con CCD non viene usato tale diagonale che introduce abberrazioni ulteriori e disallineamento se non è di ottima fattura.
COME COLLIMARE IL TELESCOPIO(PRIMO PASSO):
Il primo passo consiste nell'osservare una stella luminosa(magnitudine 0 o 1) ad un ingrandimento pari al diametro del telescopio espresso in millimetri(200x per un 200mm).
Quando la stella è fortemente sfuocata(guardare la figura sotto) appare come un disco, con un foro centrale che rappresenta l'ombra dello specchio secondario.
Questa ombra deve essere pefettamente centrata(figura sotto a sinistra).
Se è spostata(figura sotto a destra) è necessario effettuare una rotazione piccolissima sulla vite di collimazione che collima in quella direzione(per comprendere quale svitare/avvitare guardare la prima immagine sopra ad inizio pagina).

Solo un telescopio molto disallineato(come puo' essere un telescopio mai collimato) ha la necessita' di questo primo passo di collimazione definito "grezzo", se è gia' stato allineato, le assimmetrie non compaiono in questo step.
COME COLLIMARE IL TELESCOPIO(SECONDO PASSO):
Il secondo passo ha bisogno di una stella (di magnitudine da 2 a 3) alta sopra l'orizzonte per ridurre al minimo gli effetti della turbolenza atmosferica, e di un piu' alto ingrandimento pari da 2 a 3 volte il diametro del telescopio espresso in mm(500x per un 200mm).
Non esitare a ingrandire ulteriormente l'immagine se puoi, il disallineamento delle ottiche è meglio visibile ad alti ingrandimenti.
La stella deve essere sfuocata leggermente sia in extrafocale che in intrafocale.
Un complesso sistema di anelli di diffrazione e un puntino centrale devono apparire perchè la collimazione delle ottiche sia perfetta(foto qui sotto), questi anelli di diffrazione devono apparire tutti concentrici e perfettamente simmetrici, con il punto luminoso al centro degli anelli(foto sotto la serie superiore).
Se non appare in questo modo(foto sotto la serie inferiore) bisogna agire sulle viti che collimano la parte asimmetrica dei dischi di diffrazione, come nel passo 1 solo che le viti ad alti ingrandimenti devono essere girate di frazioni di giro completo.

Va notato che il disallineamento presentato sopra non sarebbe stato visibile nel passo 1.
COME COLLIMARE IL TELESCOPIO(TERZO PASSO):
La fase finale dell'allineamento è fatta nelle stesse condizioni(con gli stessi ingrandimenti) di quello precedente, ma questa volta si osserva la stella messa a fuoco.
Il famoso pattern di Airy, esso si presenta come un disco circondato da anelli di diffrazione di luminosita' decrescente man mano che ci si allontana dal centro del disco(figura sotto).
Se il telescopio è ben collimato(figura A), il primo anello attorno al disco di diffrazione è completo e uniforme.
Se questo anello non è uniforme(figura B), o se esso è incompleto(figura C e D), si deve devone aggire sule viti di collimazione molto leggermente come nei passi precedenti.

Dalla figura A alla D, l'angolo di disallineamento dello specchio secondario è stato raddoppiato.
La configurazione peggiore di disallineamento è la figura D, che è stata ottenuta con una frazione di giro della vite di collimazione.
Su questo tipo di strumento il passaggio dalla figura A alla figura B è stata ottenuta con meno di 1/20 di giro di vite di collimazione.
E' evidente come un allineamento di precisione aumenta da step a step.
A differenza dei precedenti step che possono tollerare una condizione di seeing mediocre, quest'ultimo step necessita di condizioni di Seeing sufficienti dal punto di vista della turbolenza atmosferica, ad ogni modo se non si puo' scorgere il pattern di Airy a causa della turbolenza atmosferica, non si puo' sperare di riprendere in Alta Risoluzione con quelle condizioni di Seeing.
Vediamo ora gli effetti del disallineamento sul contrasto e risoluzione:
Ogni figura qui sotto mostra le curve corrispondenti a ciascuno dei 3 disallineamenti presentati sopra(B,C,D) come riferimento e' posta la curva di un telescopio perfettamente collimato ed ostruito al 20%.
Le curve che si vanno ad aggiungere corrispondono ad una abberrazione sferica ed ad un aumento dell'ostruzione.
Tutte le curve sono state modificate in modo da coincidere, per confrontare la perdita di efficienza del telescopio in funzione del livello di disallineamento:

Un telescopio disallineato ostruito al 20%, al livello di disallineamneto di figura D, ha la stessa efficacia di come fosse influenzato da:
1)Un abberrazione sferica di lambda/2
2)Un ostruzione del 69%
A basse frequenze lo strumento perde i 2/3 delle sue capacita'(diametro efficace 85mm per un telescopio di diametro reale di 250mm)
Riportiamo il grafico sotto:


Un telescopio disallineato ostruito al 20%, al livello di disallineamneto di figura C, ha la stessa efficacia di come fosse influenzato da:
1)Un abberrazione sferica di lambda/3.5
2)Un ostruzione del 43%
A basse frequenze lo strumento perde i 1/3 delle sue capacita'(diametro efficace 157mm per un telescopio di diametro reale di 250mm)
Riportiamo il grafico sotto:


Un telescopio disallineato ostruito al 20%, al livello di disallineamneto di figura B, ha la stessa efficacia di come fosse influenzato da:
1)Un abberrazione sferica di lambda/7
2)Un ostruzione del 27%
A basse frequenze lo strumento perde i 1/8 delle sue capacita'(diametro efficace 220mm per un telescopio di diametro reale di 250mm)
Riportiamo il grafico sotto:


Ed ecco gli effetti del disallineamento delle ottiche nell'alta risoluzione:



Il primo livello di disallineamento(seconda colonna) ha effetti molto piccoli, e puo' essere considerato come il limite di disallineamento accettabile per l'alta risoluzione.
Tuttavia esso gia corrisponde ad una abberrazione sferica pari a lambda/7, quindi dal momento che una semplice frazione di giro della vite puo' sistemare il disallineamento perchè non farlo?
Il secondo livello di disallineamento(terza colonna) ha effetti molto piu forti, i danni procurati non sono accettabili in Alta Risoluzione.
Il terzo livello di disallineamento(ultima colonna) porta ad una resa del telescopio minima e gli effetti introdotti sono molto peggiori di quelli dovuti alla massiccia ostruzione che si viene a creare come conseguenza, lo strumento perde circa i 2/3 delle sue capacita'!
Molti astrofili utilizzano il proprio telescopio disallineato non conoscendo le conseguenze che il disallineamento apporta alle proprie ottiche, sfruttando il proprio telescopio delle volte a meno del 50%!

Questa è la traduzione da me scritta dell'opera originale scritta in inglese dall'astrofilo Thierry Legault la cui versione originale è all'indirizzo:
http://legault.club.fr/collim.html
Si ringrazia per la cortesia.