In alto: Un vetro trattato è il tipo di filtro più diffuso per osservare il Sole con un telescopio o un binocolo. Tutte le fotografie di questo articolo di S&T sono di Chuck Baker.
UNA ECLISSI TOTALE DI SOLE è, probabilmente, l'evento astronomico più spettacolare cui si possa assistere. Nel 1998 e nel 1999, due zone abitate da milioni di persone potranno assistere ad un'eclissi di Sole. Inoltre, la nostra stella si sta avviando verso il massimo del suo ciclo undecennale, previsto per il 2001, il che spingerà osservatori di ogni calibro a seguire la stella a noi più vicina.
Nelle settimane e nei giorni che precedono un'eclisse, nuovi racconti e servizi dei mass-media informano su cosa accadrà e su come osservare l'evento in sicurezza. Sfortunatamente, nonostante le buone intenzioni, spesso vengono fornite informazioni imprecise sulle tecniche per un'osservazione sicura. Ciò è particolarmente vero quando le raccomandazioni sono relative ai filtri protettivi per osservare direttamente il Sole.
In precedenza, nel numero dell'agosto 1981 di Sky & Telescope, avevo pubblicato i dati relativi a filtri solari ma da allora sono arrivati sul mercato nuovi filtri sia per osservazione visuale che per uso fotografico. Nel giugno 1996 ho partecipato ad un meeting sponsorizzato dalla NATO sullo studio astronomico delle eclissi solari, ciò mi ha spinto ad effettuare misure spettroscopiche di una certa varietà di materiali e delle valutazioni sulla loro presunta capacità di fornire una protezione adeguata agli occhi. Tra questi, oggetti strampalati come il disco magnetico all'interno dei floppy da 3"½, compact disc (CD) e fogli metallici ricoperti in Mylar per imballi alimentari.
COME VIENE DANNEGGIATO L'OCCHIO
La radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre spazia dalla luce ultravioletta a lunghezze d'onda superiori a 2900 angstrom, sino alle radioonde. L'esposizione ambientale a livelli elevati di radiazione solare ultravioletta da un contributo certo all'accellerazione dell'invecchiamento degli strati esterni dell'occhio, della pelle e dello sviluppo della cataratta mentre effetti immediati si hanno osservando direttamente il Sole senza una protezione adeguata. L'occhio lascia passare la maggior parte della radiazione compresa tra 3.800 e 14.000 angstrom verso la retina, sensibile alla luce, con conseguente bruciatura di quest'ultima.
La gamma dei materiali con cui sono fatti i filtri sicuri è vasta, come le forme che possono avere. I materiali più versatili sono i polimeri neri ed il Mylar (rispettivamente di colore nero e verde), ampiamente utilizzati per l'osservazione ad occhio nudo e strumentale.
Esporre la retina alla luce intensa innesca una serie di complesse reazioni chimiche nei bastoncelli e nei coni. Il susseguirsi di queste reazioni inibisce la capacità delle cellule di reagire alla luce e può, nei casi più estremi, portare alla loro distruzione. A seconda dell'entità del danno, l'osservatore può subire sia una perdita temporanea che permanente della funzionalità dell'occhio. Questo danno fotochimico avviene generalmente quando la retina è esposta alla luce blu o verde.
Quando delle onde della luce visibile e del vicino infrarosso di lunghezza maggiore attraversano l'occhio, vengono assorbite dal pigmento epiteliale nero dietro la retina. L'energia è convertita in calore che può letteralmente cuocere le parti esposte. La fotocoagulazione distrugge coni e bastoncelli lasciando la zona della retina interessata permanentemente offesa. Questo danno termico si verifica anche nelle esposizioni alla luce blu e verde. Sia il danno fotochimico che quello termico avvengono senza che la vittima ne sia consapevole poiché nella retina non ci sono recettori di allarme e gli effetti ottici non si manifestano che diverse ore dopo che il danno è avvenuto.
Due strati di pellicola in bianco e nero completamente esposta ed in seguito sviluppata possono essere usati come filtro per osservare il Sole in modo sicuro. Le pellicole a colori invece non sono sicure, poiché trasmettono all'occhio livelli di radiazione infrarossa pericolosi.
Per ciascuna lunghezza d'onda di radiazione ottica, la retina ha una corrispondente soglia di esposizione oltre la quale si crea un danno. Poiché questi valori limite sono ben noti, possiamo calcolare il filtro che abbia la massima trasmittanza ma che, contemporaneamente, protegga adeguatamente i nostri occhi. Il rapporto tra la soglia di danno e l'irradiazione solare a ciascuna lunghezza d'onda (ipotizzando che il Sole sia allo zenit e che il cielo sia sereno) è un buon punto da cui partire. Per garantire un ulteriore margine di sicurezza, la trasmittanza permessa è stata considerata per valori tra l'uno e lo 0,1 per cento di questo rapporto.
Per lunghezze d'onda tra 3.800 e 14.000 angstroms (dalla luce blu sino all'infrarosso vicino), troviamo che un filtro con una trasmittanza dello 0,0032 per cento corrisponde ad un indice di opacità di 12 che fornisce una protezione della retina "adeguata" nell'osservazione del Sole. Questo valore peraltro non tiene conto della comodità dell'osservazione, in questo caso un filtro con una trasmittanza dello 0,0003 per cento (indice di opacità 14) spesso è preferibile.
LA MISURA DELLA TRASMITTANZA DEI FILTRI
I vari materiali che ho provato per questo articolo sono elencati nella tabella sottostante. Le pellicole fotografiche campione sono state acquistate in negozio, esposte alla luce solare e sviluppate secondo le raccomandazioni dei produttori. I filtri in vetro annerito sono stati realizzati lasciando depisotare i fumi di una candela accesa su di un vetrino per microscopio. Gli altri materiali sono stati presi con una selezione casuale nei magazzini dei rivenditori. I floppy disks sono stati provati rimuovendo l'involucro esterno.
Ci sono sul mercato numerosi filtri solari che non abbiamo valutato in questa sede per via della loro similarità con altri modelli provati, scopo di questo test è stato, infatti, quello di determinare le principali tipologie di materiali che rendono sicuro un filtro solare, non di comparare modelli simili di fabbricanti diversi.
Ho fatto la prova di trasmittanza utilizzando uno spettrometro Cary 5 ad intervalli di 50 angstrom tra 2.000 e 25.000. Per ridurre il livello di rumore è stato utilizzato anche un attenuatore ma, nelle misure nell'infrarosso e nell'ultravioletto la fluttuazione del segnale è rimasta significativa. Si tratta di un problema che si verifica comunemente quando si determina la trasmittanza di filtri composti da materiali ad alta densità. Per calcolare il fattore di opacità e la trasmittanza alle varie lunghezze d'onda di ciascun filtro, ho usato un programma sviluppato presso l'Ophthalmic Standards Laboratory della Scuola di Optometria dell'Università di Waterloo.
SICUREZZA RELATIVA DEI FILTRI
Non senza sorpresa, ho trovato una grande disparità nell'attenuazione della luce visibile nei diversi materiali, persino tra quelli "sicuri". Per esempio, le differenze nei procedimenti per la fabbricazione e nella composizione chimica portano a densità differenti delle emulsioni fotografiche in bianco e nero ai sali d'argento. I filtri a doppio strato hanno indici di opacità che variano da 11 a 16.
Ho trovato anche un'ampia gamma di densità ottiche tra i compact disk audio e quelli contenenti dati, per via delle variazioni nei processi costruttivi. Alcuni CD hanno film di alluminio che sono così fini da apparire semi-trasparenti ai normali livelli di illuminamento di una stanza e quindi non sono da usare come filtri solari. Altri CD invece, possono essere utilizzati se il filamento incandescente di una lampadina è appena visibile.
I filtri per saldatori da 12 a 14 sono molto comuni e possono essere utilizzati come filtri solari sicuri. Si trovano nei ferramenta più forniti. La maggior parte degli osservatori preferisce valori di opacità di 13 o 14; l'immagine del Sole attraverso n filtro 12 è molto luminosa e può risultare poco confortevole.
I floppy disks hanno una leggera trasmissione della radiazione infrarossa, peraltro priva di pericoli, e producono un'immagine del disco solare di scarsa qualità. Il supporto magnetico diffonde la luce visibile al punto che si vede un disco rosso scuro circondato da un vasto alone di luce rossastra. Non è consigliabile utilizzare questo tipo di materiale come filtro solare.
Il mylar ed i filtri in vetro sono i materiali che offrono le migliori prestazioni. La maggior parte degli oggetti studiati specificatamente per proteggere gli occhi soddisfano facilmente tutti i criteri di trasmittanza che rendono un filtro sicuro. Eviterei il mylar alluminizzato utilizzato per il confezionamento di prodotti alimentari per via dell'inconsistenza della qualità ottica, anche se alcune confezioni che ho provato si sono comportate sorprendentemente bene.
Tra i filtri pericolosi elenchiamo qualsiasi emulsione fotografica che contiene immagini, emulsioni cromogeniche (non a base di sali d'argento) in bianco e nero, pellicole a colori, filtri fotografici e polarizzati. Nonostante questi materiali presentino bassissimi livelli di trasmittanza, lasciano passare un livello inacettabilmente alto di radiazione del vicino infrarosso. Una pellicola a colori troppo esposta è un buon esempio, avendo un indice di opacità di 15 per la luce visibile ma trasmettendo almeno il 50 per cento della radiazione infrarossa!
Per diverse generazioni, i vetri affumicati (vetri anneriti con la fiamma di una candela di cera) sono stati offerti come filtri solari ma la facilità con cui si può rimuovere lo strato annerito li rende pericolosi. Confezioni per alimenti in mylar, CD e floppy disk (una volta rimossa la plastica) sono stati presi in considerazione solo recentemente come filtri solari ma, anche questi, sono da considerare poco sicuri.
I livelli di trasmittanza della radiazione infrarossa indicati nella tabella precedente, dovrebbero essere presi come esempio del limite superiore per le lunghezze d'onda comprese tra 780 e 14.000 angstrom. Il rapporto segnale/rumore delle misure a queste lunghezze d'onda è estremamente basso e quindi questi dati sono meno affidabili rispetto a quelli relativi a frequenze più corte. Posso assicurare, per esempio, che persino alcuni filtri con un ottimo curriculum presentano livelli di trasmissione infrarossa superiori allo 0,4 per cento.
I vetri anneriti hanno ottime performance in termini di trasmissione della radiazione, tuttavia si tratta di un tipo di filtro pericoloso per due ragioni: la prima è che è estremamente difficile realizzare una spessa copertura uniforme di fuliggine sul vetro; la seconda è che la patina è estremamente fragile. E' molto facile rovinare il filtro maneggiandolo: sul mio campione, la maggior parte della patina è venuta via a causa del contatto con la sua confezione protettiva.
Tra i filtri solari per l'osservazione ad occhio nudo troviamo il Mylar alluminizzato specificamente studiato per osservare il Sole, gli schermi per saldatura, filtri in polimeri neri e due strati di pellicola negativa in bianco e nero completamente esposta e successivamente sviluppata.
(29K GIF) In alto a sinistra: i filtri da saldatore con grado di opacità 12 e più ed i filtri a strati metallici sono assai diffusi e sicuri. In alto a destra: Polimero nero e mylar sono i materiali più comuni utilizzati nei cosiddetti "occhiali da eclissi",
filtri solari poco costosi e facili da utilizzare. Alcuni produttori di filtri in mylar producono degli accessori da utilizzare con binocoli e telescopi con un grado di trasmittanza ancora più basso. In basso a sinistra: I compact disc ed i sacchetti per alimenti non sono prodotti con uno spessore uniforme; lo strato di fuliggine si leva troppo facilmente ed i floppy disk danno una cattiva immagine del disco solare. Anche se i campioni testati di questi materiali rientrano nei limiti di trasmissione, in generale possiamo dire che nessuno di loro puà essere considerato veramente sicuro. In basso a destra: Una volta esposta alla luce e sviluppata, un doppio strato di pellicola in bianco e nero ai sali d'argento può essere considerata sicura come filtro mentre una pellicola a colori non lo è. Differenti pellicole presentano leggere variazioni dei livelli di trasmissione ma, in ogni caso, sono tutt sicure. Tutti i dati del grafico sono dell'autore.
Per l'uso fotografico o con degli strumenti ottici, in particolare con binocoli e telescopi, tra i filtri accettabili elenchiamo quelli in mylar appositamente studiati per questo scopo ed i filtri in vetro di tipo T1 e T2. Il filtro Thousand Oaks T3 dovrebbe essere utilizzato con molta cautela solamente per uso fotografico.
Non sono raccomandabili i filtri in mylar che non sono fatti specificatamente per l'osservazione solare, i vetri anneriti, floppy disk, pellicore a colori (diapositive) e compact disc (a causa della scarsa qualità del metallo che li ricopre).
I miei dati ed i commenti sui filtri solari sicuri appariranno nel bollettino sulle eclissi solari della NASA stilato da Fred Espenak e Jay Anderson, che inizierà con la NASA Reference Publication 1398 per l'eclissi totale dell'undici agosto 1999.
Ralph Chou è professore associato alla School of Optometry presso l'Università di Waterloo. Eì anche registrar al College of Optometrists dell'Ontario.
Volete osservare il Sole con uno strumento ma non volete comprare un filtro costoso? Non vi preoccupate! Potete farvene uno sicuro con poca spesa. I componenti principali sono il mylar alluminizzato ed i tappi di chiusura del vostro binocolo, macchina fotografica o piccolo telescopio.
Alcuni rivenditori di materiale per l'astronomia o fotografia vendono filtri in mylar appositamente studiato per l'osservazione solare ma se il vostro rivenditore locale non l'ha disponibile, potete ordinarlo per posta (vedere in fondo all'articolo). Un foglio di 30 cm quadrati di mylar dovrebbe costare tra 20 e 50 dollari. Informatevi se è garantito per l'osservazione solare con uno strumento. Alcuni tipi infatti, sono da intendersi esclusivamente per l'utilizzo ad occhio nudo.
Solitamente, binocoli e telescopi vengono forniti di tappi di chiusura delle lenti principali fatti di materiale plastico morbido. Se vi sentite di sacrificarli o se ne avete in più, questi oggetti sono la base ideale da cui partire per la costruzione dei filtri solari fatti in casa. Con un taglierino, tagliate quasi tutta la parte piana del vostro coprilente di plastica, lasciando circa mezzo centimetro intorno al bordo.
Tagliate il foglio di mylar a cerchio, in modo che una volta appoggiato sopra a faccia in giù il vostro coprilente tagliato, da tutti i bordi ne fuoriescano almeno 0,5-1 cm. Fate un piccolo taglio ogni 0,5-1 cm circa sulla parte eccedente del mylar partendo dal bordo e dirigendosi verso il centro. Assicuratevi di avvicinarvi al lato del coprilente ma senza oltrepassarlo mai. Sistemate il mylar sulla parte esterna del tappo, con il lato riflettente all'esterno, e fermatelo con del nastro. Non è necessario che la superficie del materiale sia perfettamente tesa. Non tirate forte il materiale, si potrebbe danneggiare il rivestimento e ridurre l'efficacia del filtro. Rinforzatene i lati con una lunga striscia di nastro isolante per elettricisti pressandolo bene intorno al bordo esterno.
Prima di provare il vostro filtro sul Sole, tenetelo di fronte agli occhi mentre guardate una lampadina accesa. Qualsiasi difetto o forellino dovrebbe essere coperto da un pezzettino di mylar o, in casi estremi, va sostituito tutto il pezzo. Quindi provate il vostro filtro sul vostro strumento, assicurandovi innanzitutto che non possa togliersi facilmente, eventualmente fisssatelo con del nastro. Usate il binocolo o il telescopio per proiettare l'immagine del Sole su un foglio di carta bianca. Un'immagine luminosa o abbagliante è un'altro segno di un difetto. Infine quando guardate nello strumento, sempre con il filtro inserito, l'immagine del Sole dovrebbe essere uniforme. Qualsiasi anomalia è indice di un sistema difettoso.
Ma poiché molti tappi per le lenti degli strumenti sono fatti di plastica dura o di metallo, potete anche ricavare il filtro da altri coperchi di plastica altrimenti potete fare un salto dal vostro rivenditore di fiducia o in un negozio di ottica e prendere le apposite coperture.
Per le macchine fotografiche il discorso è più semplice anche se leggermente più oneroso: i filtri solari possono essere costruiti utilizzando gli anelli adattatori. Si tratta di accessori utilizzati per adattare filtri di dimensioni diverse da quelle delle lenti della vostra macchina fotografica. Quello che vi serve è un adattatore che sia in grado di montare un filtro più grande delle vostre lenti di almeno ¼ del diametro. Con del nastro biadesivo assicurate un pezzo circolare di mylar alla parte interna dell'anello, con la parte riflettente rivolta all'esterno. Dopo aver posto il filtro sulla macchina, per provarne l'efficacia seguite la stessa procedura indicata in precedenza. Per maggiore sicurezza potete mettere un secondo filtro sul primo, coprendo le zone dove il mylar è attaccato con il nastro.
Rivenditori di filtri solari
ABEL Express
230 East Main St., Carnegie, PA 15106; 412-279-0672; fax: 412-279-5012
Celestron International
P.O. Box 3578, Torrance, CA 90510; 310-328-9560; fax: 310-212-5835
Day Star Filters
P.O. Box 5110, Diamond Bar, CA 91765; 909-591-4673; fax: 909-591-6886
Edwin Hirsch
8740 Egret Isle Terrace, Lake Worth, FL 33467; 407-641-2851; fax: 407-641-2851
Orion Telescopes & Binoculars
P.O. Box 1815-S, Santa Cruz, CA 95061-1815; 408-763-7000; fax: 408-763-7017
Rainbow Symphony
6860 Canby Ave., #120, Reseda, CA 91335; 818-708-8400
Thousand Oaks Optical
P.O. Box 4813, Thousand Oaks, CA 91359; 805-491-3642; fax: 805-491-2393
Roger W. Tuthill Inc.
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