Testo originale di Plinio Camaiti (socio UAI e Associazione Astronomica Milanese).
Trasposizione WWW a cura di Stefano Iacus (mc7414@mclink.it)
Obiettivi fotografici per l'astronomia
L'astrofotografia può essere praticata con ottimi risultati utilizzando i normali obiettivi fotografici, a cominciare dal diffusissimo e spesso sottovalutato "50 mm". Questo obiettivo viene sovente chiamato "normale" perchè fornito a corredo con la maggioranza delle fotocamere reflex al momento dell'acquisto.
La fotografia astronomica praticata con gli obiettivi fotografici si limita alla ripresa di costellazioni, di oggetti del profondo cielo e di comete, escludendo del tutto la ripresa dei dettagli dei pianeti, che richiedono lunghissime focali. Non è da escludere naturalmente la ripresa dei pianeti con obiettivi di corta focale per scopi estetici o di documentazione di particolari eventi astronomici come le congiunzioni planetarie, ecc.
Resta la possibilità di fotografare con teleobiettivi di media e lunga focale la Luna (ed anche il Sole, impiegando filtri speciali), oltre che i pianetini, le meteore e soprattutto le stelle variabili.
Ma il principale merito dell'astrofotografia con obiettivi fotografici è la sua funzione propedeutica, perchè consente all'appassionato di fare pratica con le tecniche astrofotografiche senza tema di incorrere in errori che possano pregiudicare la riuscita delle prime foto. Molto spesso i risultati sono buoni fin dai primi tentativi, e l'appassionato comincia a sentire la necessaria soddisfazione che lo spinge a proseguire nell'esperienza.
Focale e campo inquadrato
Il campo angolare inquadrato da un obiettivo dipende dalle dimensioni del piano focale che l'obiettivo deve illuminare e dalla lunghezza focale. All'interno dello stesso formato (della pellicola impiegata), il campo dipende solo dalla focale dell'obiettivo.
La tabella seguente mostra la relazione tra focale (espressa in millimetri) e campo (espresso in gradi) per il formato 35mm.
Focale | Campo | Categoria
(mm) | (gradi) |
---------+---------+----------------------
7.5 | 180 | supergrandangolare
14 | 114 | supergrandangolare
17 | 104 | supergrandangolare
20 | 94 | supergrandangolare
24 | 84 | grandangolare spinto
28 | 75 | grandangolare
35 | 63 | grandangolare
50 | 46 | normale
85 | 28 | piccolo teleobiettivo
100 | 24 | piccolo teleobiettivo
135 | 18 | teleobiettivo
200 | 12 | teleobiettivo
300 | 8 | teleobiettivo lungo
400 | 6 | super teleobiettivo
500 | 5 | super teleobiettivo
800 | 3 | super teleobiettivo
Per gli usi astronomici, la scelta dell'obiettivo dipende dalle dimensioni angolari dell'oggetto che si intende riprendere. Per fare qualche esempio, se si intende riprendere un'intera costellazione di medie dimensioni, che ha una estensione di alcune decine di gradi, sarà opportuno scegliere obiettivi di focale compresa tra 35 ed 85mm. Se si vuole fotografare tutta la Via Lattea, sarà necessario utilizzare un obiettivo super-grandangolare oppure un fish-eye, cioè obiettivi di focale inferiore ai 24mm.
All'estremo opposto, se si intende catturare la luce di una debole nebulosa come la testa di cavallo in Orione, registrandone i dettagli, sarà opportuno scegliere un obiettivo di focale maggiore di 300mm.
Focali fisse e zoom
Le case produttrici di macchine fotografiche e obiettivi hanno invaso il mercato di obiettivi a focale variabile, universalmente noti come zoom, molto richiesti dalla clientela per la loro indubbia praticità. Pur avendo raggiunto una notevole qualità ottica, paragonabile in molti casi a quella degli obiettivi a focale fissa, gli zoom sono generalmente sconsigliabili per l'uso astronomico. I motivi principali sono i seguenti:
Di recente sono però apparsi sul mercato alcuni obiettivi zoom di ottima fattura e grande luminosità, con sistemi ottici corretti in modo eccellente dalle aberrazioni. Il costo di questi obiettivi resta però molto elevato.
Focale e luminosità
Un obiettivo fotografico convenzionale viene identificato dalla sua lunghezza focale e dalla sua luminosità massima. Siccome gli astrofili si riferiscono ad un telescopio indicandone i valori dell'apertura dell'obiettivo e della lunghezza focale, talvolta nell'ambiente astronomico si rischia di fare confusione tra gli uni e gli altri. Quante volte vi è capitato di sentire che una certa foto astronomica è stata fatta con un 200 e vi siete chiesti se si trattava di un teleobiettivo da 200mm di focale o di un telescopio da 200mm di apertura?
Se si dice che un obiettivo è un 200mm f/4, si intende che la sua lunghezza focale è di 200mm, e la sua luminosità massima (a diaframma completamente aperto) è di f/4. Se lo si considera come un telescopio, questo obiettivo ha una apertura massima di 200/4 = 50 mm.
L'apertura massima di un obiettivo fotografico convenzionale varia a seconda del tipo di progetto e naturalmente della focale presa in considerazione. L'apertura tipica di un obiettivo super-grandangolare e grandangolare è di f/2.8-4. Gli obiettivi normali sono quelli in proporzione più luminosi, ed oscillano tra f/1.2 e f/2. I teleobiettivi corti, di focale compresa tra 80 e 135mm offrono aperture comprese tra f/1.8 e f/3.5, mentre i tele più lunghi hanno luminosità compresa tra f/2.8 ed f/5, giungendo alla luminosità f/8 nella categoria dei super-tele, di focale maggiore di 400mm.
Si è parlato di apertura massima riferendosi al fatto che la maggior parte degli obiettivi a lenti sono dotati di un diaframma regolabile che consente il controllo del diametro dell'obiettivo. Gli obiettivi catadiottrici, composti da lenti e specchi, hanno uno schema ottico praticamente identico a quello dei telescopi riflettori tipo Maksutov-Cassegrain, e non possono essere diaframmati.
Il valore dell'apertura di un obiettivo fotografico è estremamente importante perchè è uno dei fattori che consente di calcolare i tempi di esposizione delle fotografie. E' necessario dire che l'apertura dichiarata dai costruttori è l'apertura geometrica dell'obiettivo, che spesso è superiore e non coincide con la sua luminosità effettiva,
Schemi ottici e aberrazioni
Le aberrazioni ottiche degli obiettivi sono dei difetti ottici che limitano il potere risolvente, il contrasto ed altre caratteristiche che concorrono a definire la nitidezza o la fedeltà di riproduzione di una foto.
Per correggere le numerose aberrazioni ottiche degli obiettivi, i progettisti impiegano non una ma molte lenti, da 4 a più di 10, concave o convesse, separate o incollate tra loro. In alcuni teleobiettivi vengono impiegati sia lenti che specchi.
All'aumentare della luminosità e al diminuire della lunghezza focale dell'obiettivo deve aumentare il numero delle lenti per correggere le aberrazioni che entrano in gioco, e che diventano spiacevolmente evidenti ai bordi del campo. A causa di esigenze di progettazione e di produzione, le lenti che compongono gli obiettivi fotografici hanno quasi sempre le superfici sferiche. I progettisti, avvalendosi di potenti super-computer e potendo contare sulla disponibilità di centinaia di tipi differenti di vetro, raggiungono ugualmente elevati livelli di correzione delle aberrazioni ottiche.
La lunghezza fisica di un obiettivo non ha una stretta correlazione con la lunghezza focale, perchè viene ampiamente utilizzato un schema ottico noto come retrofocus che consente di portare il fuoco dei grandangolari molto all'indietro anche se la focale è cortissima (come farebbe altrimenti un obiettivo da 20mm di focale ad andare a fuoco 45mm più indietro, dove si trova la pellicola?). Allo stesso modo i moderni teleobiettivi a lenti sono spesso molto più corti di quanto si potrebbe supporre, perchè incorporano una specie di lente di barlow che allunga la focale del sistema di lenti anteriore, che ha una focale più corta per poter contenere le dimensioni dell'obiettivo..
Trattamenti
Un normale obiettivo fotografico moderno è composto da un numero di lenti che può variare da 4 a più di 10. Siccome ogni superficie aria-vetro perderebbe per riflessione almeno il 12% della luce è facile calcolare quale sarebbe la perdita netta di luminosità e di contrasto di un obiettivo dotato di lenti non trattate antiriflesso.
Oggigiorno anche gli obiettivi più economici sono dotati di lenti trattate su tutte le superfici con molti strati di sostanze chimiche con proprietà anti-riflettenti, caratterizzati da un indice di rifrazione intermedio tra quello del vetro e quello dell'aria. Il materiale più noto e più utilizzato è il fluoruro di magnesio che conferisce al vetro una caratteristica colorazione violetta.
Un obiettivo così trattato perde per riflessione solo una minima percentuale della luce incidente. Il trattamento viene eseguito con la tecnica della metallizzazione in alto vuoto. Ciascuno degli strati depositati ha uno spessore calcolato di pochi micron.
Filtri colorati e Minus Violet
Tutti gli obiettivi fotografici sono dotati una filettatura (oppure di un cassettino presente prima dell'innesto) prevista per l'applicazione di filtri. Nell'utilizzo astronomico (in particolare usando pellicole pancromatiche in bianco e nero) questa possibilità può essere sfruttata con eccellenti risultati, ottenendo due grandi vantaggi:
Di recente sono comparsi sul mercato alcuni filtri chiamati Minus Violet che eliminano la banda violetta dello spettro, consentendo di ottenere immagini stellari molto nitide e secche (eliminando in pratica lo spettro secondario degli obiettivi acromatici) senza alterare in modo significativo il colore delle immagini. Essi possono quindi essere usati anche con pellicole a colori.
La correzione apocromatica
Da qualche anno sono comparsi sul mercato alcuni obiettivi di lunga focale caratterizzati da una luminosità straordinaria, enormi dimensioni e...prezzi astronomici. Questi obiettivi, progettati principalmente per riprese sportive in condizioni di scarsa luminosità, offrono immagini di nitidezza eccezionale a tutte le aperture. Infatti, la resa degli obiettivi a lenti non è la medesima a tutte le aperture; in genere la migliore nitidezza e correzione delle principali aberrazioni si ottiene ai diaframmi intermedi, cioè f/8-11.
I primi super-tele apo ad essere prodotti furono i 300 mm f/2.8, ma ora si possono trovare senza problemi anche i 200 f/2, i 400 f/2.8, i 500 f/4, i 600 f/4. Questi super-tele includono lenti speciali a bassa dispersione cromatica ed alto indice di rifrazione, costruite in vetro ED o in cristallo di Fluorite (fluoruro di calcio). Utilizzando queste lenti l'obiettivo può essere progettato per avere una correzione molto spinta delle aberrazioni ottiche, ed in particolare esso è perfettamente corretto dall'aberrazione cromatica.
Questi obiettivi non sono più soltanto acromatici, come la maggior parte degli altri, ma apocromatici, corretti cioè per l'intero spettro cromatico. L'uso di questi costosi obiettivi per le riprese astronomiche consente di ottenere immagini che rivaleggiano con le camere Schmidt, ma con il vantaggio di una maggiore praticità e versatilità. Si sono viste in più occasioni le immagini di alcune zone della Via Lattea riprese con un obiettivo Tamron ED 300/2.8 (faccio notare che l'apertura di questo mostro è di 300/2.8= 107 mm): le immagini delle stelle, anche le più luminose, erano piccolissime, e perfette anche ai bordi. Le nebulose erano ricche di dettagli, nitidissime. Purtroppo questi obiettivi costano come minimo 3-4 milioni di Lire.
Attrezzatura minima
28mm, 50mm, 200mm. Con questa terna di obiettivi si possono fotografare oggetti molto estesi come le costellazioni o grandi estensioni di Via Lattea (28mm, 50mm). Usando il 200mm si catturano oggetti più piccoli con buoni risultati (M31, M33, la rosetta, M42, comete di media estensione, ecc.)
Attrezzatura ideale
Super-grandangolare 16-21mm, normale 50mm f/1.4, tele 200mm f/2.8, super-tele apo 300 o 400mm f/2.8-4. Con il supergrandangolo si possono fare spettacolari riprese quasi a tutto cielo, ottime per la cattura di scie meteoriche, grandi comete, luce zodiacale, Via Lattea, ecc.).
Con il 50 super luminoso non è difficile riprendere i dettagli nebulari più deboli delle grandi nebulose (l'anello di Barnard in Orione, per esempio), contenendo i tempi di esposizione a pochi minuti anche se si usano filtri molto scuri.
Con il 180 o 200 mm f/2.8 si catturano le nebulose più sfuggenti di medie dimensioni in pochi minuti.
Con il super-tele apocromatico si riprendono oggetti di piccola dimensione (per esempio il velo del Cigno o l'ammasso di galassie della Vergine) con una nitidezza non lontana da quella di una camera Schmidt.
Prove sul cielo di alcuni obiettivi
In questa breve rassegna viene descritta la resa complessiva di alcuni obiettivi che si sono potuti provare sul cielo, oppure di cui si sono visti i risultati. Naturalmente, molti altri obiettivi, originali o universali, offrono prestazioni di tutto rispetto nella fotografia astronomica.
L'inseguitore automatico
La fotografia astronomica con obiettivi fotografici convenzionali richiede che la macchina sia montata su un telescopio che insegue il moto apparente della volta celeste. In questo caso si sfrutta il telescopio come guida dell'obiettivo. In alternativa si può montare la macchina fotografica su una montatura equatoriale motorizzata che insegue senza guida il moto della sfera celeste. Sul mercato internazionale vengono offerte alcune montature dedicate a questo scopo, chiamate Inseguitori Automatici.
Uno dei primi modelli, di produzione tedesca, aveva un meccanismo a molla e poteva guidare una macchina per qualche minuto con una precisione non eccelsa ma sufficiente se si usavano obiettivi di corta focale. Gli inseguitori automatici moderni sono molto più precisi perchè sono dotati di cannocchiale polare e motore passo-passo che consente l'esecuzione di foto bene inseguite con tempi di esposizione fino a 15 minuti senza guida, anche se si usano teleobiettivi di focale medio-lunga.
Tutti gli inseguitori sono progettati per essere montati su un normale cavalletto fotografico.
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