Telescopio e microscopio: strumenti per svelare l'invisibile

Introduzione al microscopio e al telescopio

Alcuni termini tecnici di uso corrente nella descrizione di un microscopio e di un telescopio:
• Apertura di un telescopio: detta anche diametro. Si tratta dell’obiettivo e come unità di misura si utilizza il pollice o il millimetro
• Lunghezza focale: in un telescopio è la distanza fra lo specchio primario e il fuoco
• Messa a fuoco: sistema che permette di avere una visione nitida di quanto vogliamo osservare
• Rapporto focale: rapporto fra apertura e lunghezza focale. Un rapporto fra 4 e 6 e quello che ci dà immagini più nitide.
• Preparato: nel microscopio è ciò che, posto in un vetrino, vogliamo esaminare
• Microscopio: da μικρόν (piccolo) + σκοπέω (= scrutare, esaminare)
• Telescopio: da τηλε (lontano) + σκοπέω (= scrutare, esaminare)
• Luce incidente: luce che colpisce uno specchio o una lente. Il contrario è luce riflessa

Microscopio - Componenti e funzionamento

Il microscopio si compone, essenzialmente, da un obiettivo e un oculare.
L'obiettivo comprende una serie di piccole lenti, con una corta distanza focale che, per questo, dà un'immagine ingrandita di un oggetto posto molto vicino
Nell’oculare si distinguono due lenti convergenti; esso funziona come una comune lente d'ingrandimento e ci dà un'immagine ingrandita dell'immagine trasmessa dall'obiettivo. Se il sistema ottico del microscopio può sembrare complesso, è perché gli studiosi necessitano di aver a propria disposizioni delle immagini eccellente, senza alcuna aberrazione. La distanza fra l'obiettivo e l'oculare è variabile e quando, il tubo si avvicina o si allontana, per la messa a fuoco dell'oggetto da esaminare, è il sistema ottico intero che si sposta, con un movimento d'insieme. L’oggetto da esaminare è costituito da una sezione sottile e translucida, posta in un vetrino illuminato dal di sotto tramite un condensatore. Per ottenere una risoluzione molto elevata, fra il preparato e l'obiettivo si può interporre una goccia di liquido rifrangente. Un dispositivo molto comodo è quello chiamato “revolver” che permette, tramite una placca girevole, di sostituire ogni obiettivo con un altro.

Telescopio - Come funzionano il telescopio e il cannocchiale

Essi funzionano secondo principi diversi.
1. Il cannocchiale utilizza la rifrazione, da cui il suo altro nome "rifrattore".
2. Il telescopio utilizza la riflessione, da cui il suo altro nome "riflettore".
Il cannocchiale utilizza lenti collocate in un lungo tubo per rifrangere (=piegare) la luce. È con questo tipo di strumento che immaginiamo gli astronomi di un tempo, come Galileo. Inoltre, per riflettere la luca, utilizza specchi invece di lenti.
Gli osservatori astronomici moderni utilizzano telescopi e non cannocchiali perché necessitano di strumenti molto grandi. Inoltre, i cannocchiali astronomici sarebbe poco pratici perché le lenti sono molto pesanti e richiederebbero tubi molto lunghi.

I componenti di un telescopio

Il telescopio, dal punto di vista schematico, è costituito da un lungo tubo. L'obiettivo è una lente a specchio o da uno specchio primario, posizionati all'estremità del tubo attraverso il quale entra la luce.
La lente dello specchio, posizionata all’altra estremità del tubo, è, invece, uno specchio concavo. I telescopi hanno un secondo specchio (questa volta piatto) chiamato specchio secondario, collocato sul lato opposto dello specchio primario. È inclinato di 45 gradi verso la luce riflessa dallo specchio primario. In un telescopio, l'oculare si trova sul lato del tubo (non a un'estremità).

Il viaggio della luce attraverso il telescopio

In un telescopio, i raggi della luce incidente entrano nel tubo attraverso l’obiettivo e colpiscono lo specchio primario, di forma concava, situato all’estremità oppostadel tubo stesso. Questo li rinvia verso lo specchio secondario. I raggi riflessi dallo specchio secondario si incontrano in un punto detto “punto focale”; cominciano, allora a divergere e si dirigono verso l’oculare e quindi verso l’occhio. L’immagine appare invertita. A questo punto interviene il ruolo dell’oculare che cattura la luce divergente e la raddrizza. La distanza fra i due specchi (primario e secondario) si chiama distanza focale.

Rapporti proporzionali

Aumentandola distanza focale, il campo visivo del telescopio diminuisce.
Luce catturata e apertura del telescopio = proporzionalità diretta, al quadrato. Se proviamo a moltiplicare per 2 il diametro del telescopio, la quantità di luce catturata viene quadruplicata. Di conseguenza l’immagine sarà più nitida
Man mano che aumentiamo l'apertura, vedremo corpi celesti di magnitudine inferiore. La magnitudine è la luminosità di un oggetto celeste. I valori vicini a 0 sono molto luminosi. Le magnitudini negative sono molto luminose. L'occhio può vedere fino alla magnitudine 6, che corrisponde alle stelle più deboli al limite della visibilità.

Perché gli strumenti dell'osservatorio astronomico sono così grandi?

Nell’Universo, i corpi celesti non sono sufficientemente luminosi per poterli osservare correttamente. Tuttavia, esistono dei sistemi ottici in grado di renderli più nitidi e luminosi.
In questo senso, il diametro dell'apertura di un telescopio ha un ruolo determinante. La grandezza dell’apertura e la quantità di luce convogliata nel tubo sono due grandezze con un rapporto, fra loro, di proporzionalità diretta: aumentando l’apertura, aumenta anche la quantità di raggi luminosi, proprio come succede con la pupilla nell’occhio umano. I telescopi hanno quasi sempre aperture che superano gli otto centimetri, ma ,ei grandi osservatori astronomici, l’apertura dei telescopi può superare i dieci metri.

Differenza fra microscopio e telescopio

I telescopi sono costruiti con lenti più grandi, con le lunghezze focali più lunghe e con gli oculari intercambiabili. Invece, entrambi gli strumenti utilizzano vetri convessi e concavi per ingrandire l'oggetto di osservazione.

Distanza focale

Le lenti dell’obiettivo del telescopio hanno lunghezze focali lunghe, mentre un microscopio produce lunghezze focali corte.
Poiché i telescopi vedono oggetti di grandi dimensioni, la sua lente produce una versione molto ridotta dell'immagine reale. Inoltre, i microscopi vedono oggetti molto piccoli e loro obiettivi di questo producono una versione più grande dell'immagine reale. Ciò è reso possibile dalle lunghezze focali dei due strumenti.

Diametro della lente

Telescopi e microscopi differiscono notevolmente anche nel diametro delle lenti. Una lente dell'obiettivo di diametro maggiore può assorbire molta luce e illuminare l'oggetto osservato. Poiché gli oggetti visti nel telescopio sono lontani, l'utente non ha modo di illuminarli. Il telescopio richiede quindi un diametro della lente maggiore per catturare quanta più luce possibile. Invece, la maggior parte dei microscopi viene fornita di serie con una sorgente di luce artificiale, che illumina i preparati. Ciò elimina la necessità di una lente di diametro maggiore.