+ Introduzione
+ Riflessione
+ Rifrazione
+ Diffrazione
– Aberrazione sferica e Cannocchiale
Cannocchiale
Microscopio
Aberrazione sferica
Lenti asferiche
+ Dispersione e telescopio di Newton
+ Etere Luminifero
+ Birifrangenza e Polarizzazione
+ Interferenza
+ L'arcobaleno
Il cannocchiale
All'inizio del secolo XVII in Olanda vennero costruiti i primi telescopi. In realtà avevano più uso di cannocchiale terrestre che di strumento astronomico: il loro pessimo potere risolutivo, e il fatto di essere stati costruiti da "vili meccanici" (per parafrasare il Manzoni), ovvero artigiani occhialai, fecero sì che il mondo accademico tendesse a rifiutare questi oggetti che, oltre ad essere appunto di estrazione "plebea", distorcevano le immagini e non davano nessuna garanzia di rigore scientifico.
Galileo Galilei è considerato per molti versi il padre della scienza moderna, e questo è tanto più vero per quanto riguarda l'astronomia: studiò i problemi ottici dei telescopi, non disdegnò di realizzare le lenti necessarie per proprio conto (le attività manuali non erano considerate un'occupazione degna dagli studiosi della sua epoca) e nel 1609, costruito finalmente un telescopio di qualità sufficiente, lo puntò verso il cielo.
Certamente anche questo primo telescopio di Galileo era imperfetto; tuttavia gli consentì di portare a termine una campagna di osservazioni sistematiche che confluirono nella pubblicazione, nel 1610, del libro "Sidereus Nuncius", in cui appunto "annuncia" le sue scoperte. Scoperte non da poco:
— La Luna non è perfettamente sferica: ha delle "montagne" che in condizioni di luce radente (es. all'alba lunare) danno luogo a una linea di confine luce-ombra molto frastagliata. Con questo confuta le teorie antiche secondo cui tutti i corpi celesti dovevano essere perfettamente sferici.
— Giove possiede quattro satelliti: altra confutazione delle teorie antiche, secondo le quali il moto circolare di tutti i corpi celesti doveva essere centrato sulla Terra.
— La Via Lattea è costituita da miriadi di stelle; e anche il resto dell'universo ne contiene molte più di quante fossero mai state osservate in precedenza.
(Da sinistra: la Luna in un disegno originale di Galileo, pubblicato proprio nel "Sidereus Nuncius"; una fotocomposizione della Nasa di Giove con la sua macchia e, dall'alto, i satelliti Io, Europa, Ganimede e Callisto; infine, sempre dal sito della Nasa, la Via Lattea).
... e questo è solo l'inizio! In scritti successivi Galileo esporrà le sue osservazioni su Mercurio e Venere, le cui fasi possono essere giustificate solo ammettendo la loro rotazione intorno al Sole, e non alla Terra (ulteriore confutazione del Geocentrismo); descriverà la "strana forma" di Saturno (ci vorrà Huygens per identificare questa strana forma con i celebri anelli).
Galileo fu anche il primo ad osservare il pianeta Nettuno, nel dicembre 1612. Per pura coincidenza, in quel momento il moto apparente di Nettuno era quasi nullo, in quanto stava proprio "invertendo" la propria marcia per iniziare una fase di "moto retrogrado". Galileo quindi lo scambiò per una stella fissa... insomma Nettuno dovrà attendere fino al 1846 per essere scoperto definitivamente!
Naturalmente dopo questi annunci tutti gli scienziati dell'epoca cercarono di procurarsi un telescopio, anche se la cosa non era facile, infatti erano pochissimi gli artigiani in grado di costruire esemplari di qualità. Inoltre anche i Principi e i Nobili, incuriositi, volevano fare le loro osservazioni: e, naturalmente, fra Principi e Astronomi... erano i primi ad avere la precedenza! ▲
il Microscopio
Negli anni successivi un altro strumento iniziava a svelare un mondo totalmente nuovo: il Microscopio, che consentiva di esplorare le cose piccole, invisibili a occhio nudo.
Chi aveva mai sospettato l'esistenza dei batteri? Forme di vita, indubbiamente (si muovono, mangiano, si moltiplicano)... possibile che nella Creazione fossero stati considerati anche questi esseri minuscoli, di cui dall'inizio del mondo non era mai stata neanche sospettata l'esistenza?
Insomma il Creato stava dimostrando di essere molto più vasto e complesso (sia nel grande che nel piccolo) di quanto si fosse immaginato fino al secolo precedente! ▲
L'aberrazione sferica
Telescopi e microscopi... due strumenti che hanno molte cose in comune, e che a quei tempi risentivano degli stessi difetti: per quanto si trovassero sempre nuovi metodi per ottenere lenti migliori, la messa a fuoco perfetta rimaneva una chimera. Fu proprio la necessità di ottenere strumenti migliori a spingere molti scienziati ad occuparsi di ottica.
Una delle cause di errore negli strumenti ottici era la cosiddetta "aberrazione sferica": le classiche lenti biconvesse, delimitate da due superfici sferiche, non consentivano una perfetta messa a fuoco.
I raggi paralleli, provenienti da sinistra, vengono rifratti dalla lente biconvessa, ma non convergono tutti nello stesso punto come invece dovrebbero. Le cose migliorano un po' utilizzando lenti piano-convesse:
I raggi rifratti convergono un po' meglio, ma senza raggiungere la perfezione. Si scoprì presto che questo fenomeno diventava tanto minore quanto più aumentava la distanza focale delle lenti (la distanza dalla lente al punto di convergenza dei raggi rifratti); ma grandi lunghezze focali significano strumenti grandi in proporzione. E infatti si arrivò anche strumenti come questo costruito da Johannes Hevelius (1611-1687): ben 45 metri di lunghezza! ▲
Lenti asferiche
La soluzione definitiva al problema dell'aberrazione sferica si ebbe, una volta note le leggi di rifrazione, con la costruzione delle lenti "asferiche": lenti le cui superfici non sono più a forma di calotta sferica, ma hanno un profilo a forma di parabola o di iperbole.
I primi tentativi di costruzione di questo nuovo tipo di lenti (a parte il matematico arabo Ibn Sahl che ci lavorò prima dell'anno 1000 ma di cui non si sapeva niente nell'Europa del XVII secolo) sono ascrivibili a Cartesio e a Constantijn Huygens (il padre del Christiaan di cui abbiamo già parlato nella puntata precedente, e di cui parleremo ancora) intorno agli anni 1620-1630. Per ottenere lenti asferiche di qualità si dovette però aspettare l'opera di Francis Smethwick, che ne produsse a partire dal 1666.
Per quanto i telescopi fabbricati con queste nuove lenti fossero sensibilmente migliori di quelli costruiti con lenti tradizionali, un alone variamente colorato si veniva sempre a creare all'intorno dei punti luminosi (ovvero intorno a ciascuna stella), riducendo il potere di risoluzione dello strumento. Anche il microscopio risentiva di problemi analoghi, e a lungo andare il problema cominciava ad essere considerato irrisolvibile.
Ma per fortuna... Prossimo capitolo: Dispersione e telescopio di Newton
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