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cannocchiale

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Descrizione generale

sm. [sec. XVII; da canna+occhiale]. Strumento ottico che consente l'osservazione di oggetti lontani sotto un angolo maggiore che a occhio nudo, in modo che se ne possano distinguere particolari altrimenti non visibili. È basato su dispositivi ottici quali lenti, prismi e specchi. In astronomia, se fa uso anche di specchi è chiamato riflettore, o telescopio riflettore; se non fa uso di specchi è anche chiamato rifrattore o telescopio rifrattore. Nella pratica sono chiamati in generale cannocchiali i rifrattori e telescopi i riflettori, per quanto spesso in astronomia si designino con il termine generico di telescopio gli uni e gli altri.

Storia

Accenni e notizie sull'uso e sulle proprietà delle lenti si trovano già in molti autori arabi e medievali, i più noti dei quali furono Alhazen e R. Bacone. Tuttavia trascorsero alcuni secoli prima dell'invenzione del cannocchiale, la cui origine fu certamente empirica e casuale anche per lo scarso credito attribuito dagli scienziati medievali e del primo Rinascimento ai dati sperimentali e, in particolare, all'esperienza visiva. I primi cannocchiali comparvero in Olanda verso il 1608, fabbricati a Middelburg da artigiani vetrai fra cui un certo H. Lippershey che presentò agli Stati Generali domanda di brevetto; ma, secondo una testimonianza di I. Beeckmann, Zacharias Janssen rivendicò la priorità della scoperta per suo padre Hans che aveva costruito nel 1604 un cannocchiale imitandone uno italiano giunto in Olanda nel 1590. Ed è infatti del 1589 la nota descrizione di G. B. Della Porta riguardo la possibilità di accoppiare lenti concave e convesse per fabbricare strumenti ottici. I primi cannocchiali tuttavia, a causa della scadente qualità delle lenti, fornivano solo 3 ingrandimenti angolari e non erano effettivamente utilizzabili. Nel 1609 la situazione cambiò totalmente quando Galileo, venuto in possesso di un esemplare olandese, lo ricostruì e vi apportò perfezionamenti tali da ottenere fino a 30 ingrandimenti "Per il cannocchiale di Galilei vedi schema pag. 341 del 5° volume." . "Per il cannocchiale di Galilei vedi schema al lemma del 5° volume." La teoria del cannocchiale galileiano (composto da una lente convessa come obiettivo e da una concava come oculare) venne esposta da Keplero nell'opera Dioptrice del 1611. Keplero diede inoltre la teoria del cannocchiale chiamato astronomico o kepleriano "Per i cannocchiali astronomico e terrestre e gli elementi di un cannocchiale vedi schemi pag. 341 del 5° volume." , avente una lente convessa anche come oculare. Questo cannocchiale, che offre un campo visivo molto più ampio, fu costruito per la prima volta verso il 1615 da C. Scheiner. Nel corso del sec. XVII si tentò in vari modi di ovviare alle aberrazioni, in particolare a quella cromatica, che rendevano indistinte le immagini oltre un certo limite di ingrandimento. Per evitare almeno in parte questo difetto non si trovò altro metodo che adoperare obiettivi di focale lunghissima rispetto al loro diametro aumentando quindi la lunghezza dei cannocchiali fino ai limiti della maneggevolezza (si costruirono esemplari lunghi anche qualche decina di metri). L'aberrazione cromatica venne eliminata nel 1758 da J. Dollond con l'invenzione degli obiettivi a doppietto acromatico. Costruiti in dimensioni normali, i cannocchiali divennero il più comune strumento di rilevazione e di navigazione.

Il sistema ottico

Il sistema ottico di un cannocchiale comprende sostanzialmente due sistemi di lenti: l'obiettivo e l'oculare. In tutti i cannocchiali l'obiettivo è un sistema ottico convergente che dà dell'oggetto osservato un'immagine reale e capovolta, ovviamente rimpicciolita; questa si forma praticamente sul piano focale posteriore dell'obiettivo. In base al tipo di oculare utilizzato i cannocchiali si distinguono in cannocchiali galileiani (di interesse storico), in cannocchiali astronomici o kepleriani e in cannocchiali terrestri. "Per i cannocchiali astronomico e terrestre e gli elementi di un cannocchiale vedi schemi al lemma del 5° volume." "Per i cannocchiali astronomico e terrestre e gli elementi di un cannocchiale vedi schemi pag. 341 del 5° volume." L'oculare dei cannocchiali galileiani è un sistema ottico divergente, al limite una singola lente divergente, che dà dell'immagine prodotta dall'obiettivo una seconda immagine ingrandita, virtuale e capovolta, diritta quindi rispetto all'oggetto. L'oculare dei cannocchiali astronomici è un sistema ottico convergente che dà dell'immagine prodotta dall'obiettivo una seconda immagine ingrandita, virtuale e diritta, capovolta quindi rispetto all'oggetto. L'oculare dei cannocchiali terrestri, detto anche oculare terrestre, è costituito da un oculare dello stesso tipo di quello dei cannocchiali astronomici e da un sistema ottico non divergente, detto gruppo raddrizzatore, che può essere costituito anche da una sola lente convergente. Il gruppo raddrizzatore ha la funzione di capovolgere preventivamente l'immagine data dall'obiettivo in modo che essa appaia diritta all'osservatore. I cannocchiali astronomici (rifrattori) sono usati nelle osservazioni astronomiche per scopi diversi; si hanno, per esempio, cannocchiali cercatori, cannocchiali equatoriali, cannocchiali meridiani, cannocchiali verticali, ecc. I cannocchiali astronomici, nonostante diano immagini capovolte, sono utilizzati, per la maggiore semplicità costruttiva rispetto a quelli terrestri, anche nelle osservazioni terrestri in quei casi in cui ciò non costituisca un inconveniente. Per esempio, cannocchiali astronomici sono usati negli strumenti topografici (cannocchiali diastimometrici o distanziometrici, nelle armi da fuoco, nelle macchine fotografiche per individuare una visuale o una linea di mira (cannocchiali di mira o cannocchiali collimatori); a questo scopo si usano anche cannocchiali terrestri: il cannocchiale di puntamento è, per esempio, un cannocchiale terrestre collimatore (vedi periscopio). Un tipo particolare di cannocchiale terrestre è il cannocchiale prismatico in cui il gruppo raddrizzatore è costituito da un sistema di prismi, detto veicolo di Porro. In generale i cannocchiali prismatici vengono usati in coppia in modo da permettere la visione binoculare. Si noti che sono chiamati binocoli sia le coppie di cannocchiali prismatici sia le coppie di piccoli cannocchiali di Galileo di basso ingrandimento (binocoli da teatro).

Caratteristiche

Le caratteristiche principali di un cannocchiale sono l'ingrandimento, il potere risolutivo e la luminosità "Per i cannocchiali astronomico e terrestre e gli elementi di un cannocchiale vedi schemi pag. 341 del 5° volume." . L'ingrandimento angolare è dato dal rapporto in cui αa è il campo apparente, cioè il campo che l'oculare permette di vedere, e αr è il campo reale, cioè l'angolo sotto il quale si osserva, attraverso l'obiettivo, il campo apparente. Si trova che questo rapporto è uguale al rapporto tra il diametro dell'obiettivo, dob, e il diametro della pupilla di uscita, d, o, equivalentemente, al rapporto tra la distanza focale dell'obiettivo, fob, e quella dell'oculare, foc; si ha pertanto: . Il potere risolutivo, invece, è definito come l'angolo η sotto il quale appaiono distinti due punti di un oggetto. Ammettendo che per l'occhio nudo tale angolo sia η0=1º il potere risolutivo del cannocchiale, o meglio del complesso occhio-cannocchiale, è pari a η0/G; ma al crescere di G tale relazione vale in pratica finché le aberrazioni e i fenomeni di diffrazione non rendano impossibile l'osservazione dei due punti vicini distinti. La luminosità, nel caso di osservazione di oggetti di diametro apparente apprezzabile a occhio nudo, è definita dal rapporto tra gli illuminamenti delle immagini retiniche viste attraverso lo strumento e a occhio nudo.