Specchi

La superficie riflettente viene deposta a vapore su un vetro speciale. Ma quale? E perché è importante?

Sir Isaac Newton progettò il telescopio Newton nel 1672, convinto che le aberrazioni cromatiche dei rifrattori non fossero completamente correggibili. Usò specchi in metallo levigato, le cui asperità portavano a immagini dal contrasto piuttosto basso. Ancora 100 anni più tardi Sir William Herschel conduceva esperimenti con specchi metallici che si corrodevano rapidamente. Bisogna arrivare al 1880 per avere la completa padronanza nella produzione di precisi substrati in vetro ricoperti da uno strato di argento. La separazione tra substrato e superficie riflettente divenne la norma.

Oggi, oltre al vetro normale, per i substrati degli specchi dei riflettori vengono usate moderne tipologie di vetro e vetroceramica, che riflettono grazie a uno strato di alluminio depositato a vapore. Per quanto riguarda la forma, si distinguono gli specchi curvi sferici e gli specchi parabolici asferici. I primi sono facili da produrre, tuttavia con rapporti focali inferiori a f/7 mostrano immagini sfocate e povere di contrasto, a causa dell’aberrazione sferica. Gli specchi parabolici sono molto più complessi da costruire, ma non presentano errori d’immagine; sono essenziali nei riflettori veloci e dalla struttura corta.

Indipendentemente dalla forma del substrato dello specchio, per soddisfare i requisiti di qualità delle osservazioni astronomiche la superficie non può discostarsi più di 0,05 micrometri dalla forma sferica o parabolica ideale. Un micrometro è un millesimo di millimetro, la tolleranza quindi è di appena 1/10 della lunghezza d’onda della luce visibile!

I materiali usati per il substrato sono diversi e nella pratica si distiguono soprattutto per la loro diversa dilatazione termica:

• Vetro per finestre
• BK7
• Pyrex, LK5
• Zerodur

Il vetro per finestre ha la deformazione termica maggiore, Zerodur quella minima; per il prezzo invece è il contrario. Zerodur, marchio registrato dell’azienda Schott, è una vetroceramica inorganica, non porosa, a base di litio, alluminio e ossido di silicio. Il Pyrex, un marchio registrato dell’azienda statunitense Corning, è un vetro borosilicato temperato. LK5 è la versione russa, che si distingue per una struttura più sottile.

In linea di principio, un substrato in vetro economico può dare immagini di qualità esattamente come il più costoso Zerodur. Nella produzione in serie si usano di solito vetri BK7 o Pyrex, con un vantaggio per quest’ultimo, che presenta una dilatazione termica del 50% inferiore. Nella pratica quindi uno specchio primario in Pyrex garantisce immagini migliori durante la fase di acclimatamento, recuperando così più velocemente le prestazioni del telescopio. Un altro vantaggio del Pyrex è la sua durezza, che permette una rettifica piuttosto precisa.

I tempi di acclimatamento differiscono di poco e dipendono dalla resistenza del materiale di substrato: più è sottile, più velocemente si adatta alla temperatura ambientale. Lo specchio in Pyrex è un vantaggio anche quando la temperatura varia durante la notte. Questo vale soprattutto per i telescopi di grandi dimensioni, in cui è d’obbligo usare un materiale il più resistente possibile alle variazioni termiche.

Quando il substrato ha assunto la forma desiderata, viene ricoperto da uno strato di alluminio riflettente depositato a vapore sottovuoto. Poiché l’alluminio è esposto a una lenta corrosione se esposto all’aria, di solito la superficie riflettente viene ricoperta da uno strato di quarzo. Questo rende lo specchio primario più robusto e resistente all’invecchiamento.

Un riflettore medio ha una riflettanza di circa il 90%. Esistono però anche costosi specchi primari che raggiungono valori del 96%-98%. Una differenza che non è decisiva: una riflettanza del 91% sia per lo specchio primario che per il secondario significherebbe una perdita teorica di circa 0,2 punti rispetto a una riflettanza del 99%; un “miglioramento” praticamente irrilevante dal punto di vista ottico. Anche la spesso citata precisione della superficie dello specchio primario può essere confrontata al massimo con quella di altri strumenti di uno stesso produttore, dato che ogni marchio ha la propria procedura di collaudo.