Incominciamo col dire che non sempre le immagini di campi stellari presentano le classiche "croci" sulle stelle. Ecco, per esempio due immagini della stessa zona delle Pleiadi, senza "croci" e con "croci". L’immagine "senza" è un po’ sgranata per via dell’ingrandimento con cui l’ho ricondotta alla stessa scala, ma la differenza è evidente.
La presenza o meno di queste "croci" (il cui nome accettato, anche se magari non è proprio scientifico, è "baffi di diffrazione", diffraction baffles1 in inglese) è dovuta alla presenza o meno, nello strumento con cui l’immagine è stata ripresa, di un sostegno per lo specchio secondario, normalmente chiamato spider ("ragno"). Si formano a causa della diffrazione della luce creata dalle "stanghette" (razze) che sostengono lo specchio secondario stesso.
I normali obbiettivi fotografici (a lenti) e i telescopi rifrattori non hanno spider e di conseguenza formano immagini stellari senza baffi. Anche i telescopi catadiottrici, che utilizzano cioè un complesso di lenti e specchi per formare l’immagine, hanno di norma lo specchio secondario mantenuto in posizione dalla lente frontale, e quindi senza sostegni opachi che possano creare diffrazione2.
Un telescopio rifrattore. Nessun elemento opaco interferisce col cammino ottico dall’obiettivo al piano focale (dove si forma l’immagine e viene posta la pellicola o il sensore elettronico per la ripresa delle immagini). L’immagine delle Pleiadi a sinistra è stata presa con uno strumento simile a questo.
Un telescopio catadiottrico. Lo specchio secondario (indicato dalla freccia) in questo caso è ottenuto alluminando parte della faccia interna della lente frontale. In alternativa, un sostegno di plastica o metallo è "incastonato" nella lente. Comunque, non ci sono razze. Anche questi strumenti non generano "baffi".
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Un telescopio Newton. Sono evidenti le tre razze di supporto della cella che supporta lo specchio secondario (qui non visibile). Lo stesso si verifica negli schemi ottici Cassegrain, Ritchey-Chrétien (quello dello Space Telescope) e derivati. La foto delle Pleaiadi a destra è stata presa con uno strumento simile, con un sostegno a quattro razze invece che a tre.
Lo specchio secondario può essere sostenuto da un numero di razze variabili da 1 a 4. La razza singola è usata solo in strumenti piccoli e molto luminosi, dove lo specchio secondario scorre longitudinalmente rispetto all’asse ottico per mettere a fuoco. Si noti che questa soluzione produce un unico "baffo" di diffrazione, che è comunque simmetrico rispetto alla stella, in sostanza sembra una riga con la stella in mezzo. Due razze, a quanto mi risulta, sono usate solo dagli autocostruttori per semplicità (è un pezzo unico cui si attacca lo specchio secondario). Producono lo stesso effetto di diffrazione della razza singola. Tre razze sono la soluzione principe per telescopi piccoli e medio-piccoli. Producono immagini con sei baffi separati di 60°, lo stesso tipo di figura che produce un obiettivo a lenti se diaframmato con un diaframma ad iride "classico" a 6 lati. Infine le 4 razze sono pressoché universali in strumenti medi e grandi, sino ai telescopi giganti professionali, e producono le classiche "croci".
Una spiegazione fisica sul fenomeno della diffrazione esula da questa risposta, anche perché risulta comprensibile dal punto di vista matematico solo a chi abbia un po’ di scioltezza coi numeri. Una ottima introduzione all’argomento è la voce "diffrazione" su wikipedia italiana, reperibile qui.
http://it.wikipedia.org/wiki/Diffrazione_%28fisica%29
I baffi di diffrazione sono visibili anche ad occhio, osservando stelle brillanti con strumenti abbastanza grandi. Si formano anche attorno alle stelle meno brillanti, ma in questo caso risultano troppo deboli per essere osservati o fotografati. Se invece, osservando le stelle ad occhio nudo, vi pare che presentino "baffi" di qualche tipo, il problema è l’astigmatismo dell’occhio. La diffrazione non c’entra.
Concludiamo ricordando che gli appassionati di astronomia hanno tentato soluzioni di ogni genere per limitare la diffrazione dovuta allo spider, che in condizioni osservative reali abbassa il contrasto sui soggetti dove è necessaria la massima "incisione" dell’immagine (Luna, pianeti, stelle doppie). Segnalo questo interessante documento, con alcune soluzioni originali (alcune delle quali molto peggio del classico spider, perché pensate senza aver idea della matematica dietro al fenomeno!).
http://24.237.160.4/files/Astronomy/ATM%20stuff/Spiders.PDF
Note:
1 Si noti che baffles NON significa "baffi" in inglese. Il termine italiano deve essere nato per assonanza.
2 In realtà "l’ombra" dello specchio secondario altera la figura di diffrazione di una stella che il telescopio produce, e tale differenza tra rifrattori e altri tipi di strumenti è chiaramente osservabile osservando una stelle nelle condizioni opportune. La figura di diffrazione di una stella è chiamata figura di Airy, e la sua accurata analisi (star test) permette di valutare in maniera oggettiva la qualità di uno strumento astronomico, ed è il banco di prova più severo che si possa immaginare per qualsiasi ottica. Anche un telescopio perfetto, proprio a causa della diffrazione provocata dalla forma del suo obiettivo (che è sempre un cerchio) produce un’immagine di ogni stella che non è puntiforme, ma un dischetto minutissimo circondato da una serie di anelli via via meno luminosi. Tale figura è osservabile solo ad ingrandimento molto elevato. Uno strumento con specchio secondario (telescopio ostruito) produce una figura di Airy dove gli anelli sono più luminosi, e il dischetto centrale meno intenso, che in uno strumento di pari diametro non ostruito. Tale distribuzione della luce riduce in una certa misura la qualità dell’immagine. Si noti che obiettivi più grandi producono dischi di Airy più piccoli. Questo è il motivo ultimo per cui in un telescopio, maggiore è il diametro, più fini sono i dettagli visibili, sempre a parità di tutte le altre condizioni. Sul disco di Airy si veda anche
http://it.wikipedia.org/wiki/Disco_di_Airy