Il riflettore Cassegrain

Lo stesso anno in cui Newton proponeva il suo telescopio (1672), il francese Guillaume Cassegrain, insegnante al collegio di Chartres, propose un progetto di telescopio riflettore con il primario concavo e il secondario convesso; il fuoco veniva a trovarsi dietro il primario che doveva essere forato nel mezzo. Grazie allo specchio secondario convesso, di forma iperbolica, questa configurazione ottica presenta un ingombro molto inferiore alla lunghezza focale: ad esempio un tubo lungo solo 1 metro ne contiene 3 di focale.

Nella disposizione prevista originariamente da Cassegrain, cioè nel "Cassegrain vero", lo specchio primario deve avere sezione parabolica, come il Newton. Esso quindi, da solo, forma immagini corrette in una piccola zona intorno all'asse, a differenza di altre configurazioni ottiche che per dare immagini buone esigono sempre entrambi gli specchi.

Mediamente i Cassegrain lavorano a f/15, come i rifrattori classici, ma col vantaggio di essere completamente acromatici e molto più compatti ed economici a parità di diametro. Ad esempio, nel classico diametro di 15 cm, un Cassegrain a f/15 e lungo si e no 80 cm contro i 225 cm del meno popolare rifrattore da 15 cm e il prezzo circa 1/3.

Per la sua grande lunghezza focale il Cassegrain è ritenuto molto consigliabile nelle osservazioni planetarie e di stelle doppie, al pari del rifrattore. Un esempio è il riflettore francese di 106 cm piazzato al Pic du Midi (Pirenei) che nella fotografia dei pianeti e della Luna ha fornito risultati migliori del rifrattore di 60 cm dello stesso Osservatorio.

Un altro caso è dato dal Cassegrain di 152 cm del Lunar and Planetary Laboratory di Tucson (Arizona), che ha prodotto fotografie dei pianeti tra le migliori che siano mai state eseguite da terra, indipendentemente dall'apertura utilizzata.

Nei telescopi professionali la soluzione Cassegrain è spesso utilizzata in unione ai fotometri fotoelettrici. La relazione d'apertura di f/15 offre una scala sufficientemente grande da limitare il rischio che nel foro della cellula entrino altri astri - oltre a quello sotto osservazione - cosi da alterare le misure.

La presenza di sole superfici riflettenti non crea problemi di assorbimento selettivo, tipici dei rifrattori in fotometria fotoelettrica.

Per l'amatore il Cassegrain rappresenta l'alternativa economica al rifrattore, ma non si può negare che il Newton offra di più a parità di prezzo.

Al Cassegrain rimane il vantaggio del minor ingombro e del fatto - importante per alcuni - che si guarda come in un rifrattore e non lateralmente al tubo.

Poiché l'immagine si forma dietro allo specchio parabolico, ne consegue che quest'ultimo dev'essere forato al centro, operazione delicata, che comporta sempre qualche rischio. Come si diceva sopra, a livello amatoriale il Cassegrain si consiglia per lo stesso tipo di osservazioni del rifrattore, ma in quest'ultimo l'immagine normalmente è più incisa e tranquilla. Come al solito, le cause sono da ricercarsi nell'ostruzione causata dal secondario (che nel Cassegrain, in media, e notevole più che nel Newton), nelle sue barre di sostegno, nel tubo aperto, nella maggiore precisione (4 volte) richiesta alle superfici riflettenti rispetto a quelle rifrangenti e nella maggiore sensibilità degli specchi agli sbalzi di temperatura. Per quanto possa sembrare strano, anche sui pianeti un Cassegrain tipico (che lavora a f/15) non e superiore ad un Newton f/8 a parità di soluzioni costruttive poiché il suo fattore di otturazione è maggiore.

Un problema di questa configurazione ottica è la luce parassita, che più facilmente che in altre soluzioni può raggiungere il piano focale, atte nuando il contrasto di quella dell'oggetto sono osservazione. Per risolverlo occorrono dei paraluce interni esattamente dimensionati, che comunque rendono piuttosto ridotto il campo di veduta. Lo specchio secondario, di forma asferica, e difficile da realizzare esattamente, con la conseguenza che spesso non da la resa prevista.

La minor resa ottica che in genere esso presenta rispetto al rifrattore (e spesso anche al Newton) può essere mitigata o addirittura annullata con una serie di accorgimenti. In primo luogo bisogna cercare di ridurre il diametro del secondario. Questo si ottiene con un primario molto aperto, ad esempio f/3 e con un iperbolico che ingrandisca di molto l'immagine data dal grande specchio, ad esempio 6x. In questa situazione il rapporto focale finale è di f/18 ma l'otturazione di neppure 0,2! Quindi il "fastidio" provocato dal piccolo specchio passa quasi inosservato.

Il problema del tubo aperto si elimina ponendo una finestra ottica davanti al secondario. La lamina che chiude il tubo (purtroppo costosa) se trattata contro i riflessi comporta una perdita di luce irrisoria e di contro consente di sostenere il secondario eliminando le apposite barre.

La maggior precisione richiesta dagli specchi è raggiungibile nei migliori laboratori ottici italiani: forse si spende di più ma si hanno buoni risultati. Le deformazioni degli specchi si possono superare acquistando materiale che non risenta degli sbalzi di temperatura, ad esempio l'ULE e lo Zerodur, il cui solo inconveniente è quello d'essere più costosi.