SEEING


Spesso sentiamo parlare di seeing ma questo termine viene altrettanto spesso confuso con altri, quali l'inquinamento luminoso o la trasparenza atmosferica. Qui cercherò di spiegare cos'è il seeing, naturalmente senza pretesa di completezza o di rigorosa precisione scientifica. Mi rifaccio in particolare alle spiegazioni approfondite che potete trovare nel "Libro dei telescopi" di Ferreri e in "Le stelle doppie" di Moltisanti.

L'aria che è presente nell'atmosfera non rimane immobile, bensì si muove. Il termine seeing si riferisce dunque alla turbolenza dell'aria. La luce attraversando i vari strati dell'atmosfera viene alterata nella sua composizione da queste fluttuazioni dell'aria. L'intensità della turbolenza può variare a causa di molteplici fattori che analizzeremo. Per ora basti solo dire che osservando al telescopio ci possiamo fin da subito rendere conto che non sempre si vede allo stesso modo: alcune sere l'aria è calma e si può ingrandire di più; altre sere l'aria è agitata e si può ingrandire di meno.


Facciamo subito un esempio concreto: mettiamo di avere un telescopio che sopporta ingrandimenti pari al doppio del suo diametro. Quindi teoricamente con un telescopio da 400 mm potrei osservare normalmente i pianeti a 800x. Invece non è così, anzi magari quella sera non si riescono a superare i 300x a causa del seeing. Più gli ingrandimenti saranno alti e più sarà difficile trovare una sera con un'aria così calma da permettere di sfruttarli, e questo indipendentemente da quanto possa essere grande di diametro o ben lavorato il nostro telescopio.

Vediamo di spiegarlo con un po' di teoria. Le celle d'aria che compongono l'atmosfera non presentano tutte un identico indice di rifrazione a causa del fatto che hanno una diversa temperatura e densità. Queste celle inoltre si muovono: quelle più in alto salgono mentre quelle più fredde scendono; inoltre vengono spostate orizzontalmente dal vento. Quindi accade che il fronte d'onda luminoso passa attraverso queste celle e viene deformato: non avremo più raggi paralleli ma raggi ondulati. Queste ondulazioni saranno meno frequenti e pronunciate in un certo intervallo se il seeing è buono; invece avremo ondulazioni maggiori e più profonde nel medesimo intervallo in caso di seeing cattivo.

Questo spiega perchè comunemente si crede (ma è un argomento molto dibattuto) che abbia senso, quando il seeing mediamente non consente di sfruttare appieno un telescopio di grande diametro, privilegiare un telescopio di diametro più piccolo. Infatti il fascio di luce raccolto da un telescopio di più piccolo diametro è composto da raggi quasi del tutto paralleli. Invece un telescopio dal diametro più grande intercetta una porzione maggiore del fronte d'onda e quindi anche raggi più ondulati. Detto in altro modo un piccolo telescopio intercetta solo una piccola parte della curvatura delle ondulazioni invece un grande telescopio intercetta una parte con più ondulazioni. Un corollario di questo ragionamento è che sia preferibile diaframmare il telescopio in caso di pessimo seeing, in certi casi se ne potrebbe trarre addirittura un giovamento. Non solo, si afferma anche che potendo scegliere sia preferibile un rifrattore piuttosto che un riflettore infatti piccoli errori inevitabili di lavorazione finiscono per determinare un errore maggiore sul fronte d'onda in un telescopio riflettore a causa del fatto che il difetto interessa il fronte d'onda due volte (quando la luce cade sullo specchio e poi quando si riflette) e che l'inclinazione dello specchio secondario a 45° determina, se esso ha un difetto, un errore amplificato rispetto a quello presente sul vetro. Anche la qualità ottica alla luce di quanto abbiamo detto è importante infatti un telescopio con meno imperfezioni deformerà di meno il fronte d'onda, così amplificando di meno la turbolenza atmosferica.


Ma da cosa dipende la qualità del seeing? Possiamo manipolarlo, possiamo gestire il seeing? Diciamo subito che se il seeing è pessimo c'è poco da fare. Quello che noi possiamo fare è metterci nelle condizioni migliori per sfruttare il seeing di quella certa nottata. Per spiegarlo è utile scindere il seeing in tre categorie:

  • Seeing strumentale: si tratta del semplice acclimatamento del telescopio. Non è da sottovalutare affatto l'importanza che riveste il fatto che il telescopio sia in perfetto equilibrio termico con l'ambiente circostante. Se non lo è le immagini rese dal telescopio saranno agitate tali e quali a quelle visibili in caso di turbolenza atmosferica. Noi dobbiamo concedere il tempo al telescopio di acclimatarsi, anzitutto nel modo più naturale possibile e cioè aspettando il tempo necessario di cui ha bisogno. La quantità di tempo richiesta a volte può essere anche consistente, quindi è molto importante cercare di ridurre al minimo il gap di temperatura che il telescopio deve colmare; per esempio potreste lasciare il telescopio in garage o in altro luogo dove d'inverno non accendete i riscaldamenti, e così facendo velocizzerete moltissimo la procedura. Non dimentichiamoci delle ventole, le quali sono utilissime per operare un ricambio d'aria; per far questo però è importante che la ventola aspiri l'aria e la butti all'esterno, e non che soffi l'aria all'interno, operazione che potrebbe perturbare ancora di più l'aria all'interno del tubo. Le condizioni in cui opera la ventola sono importanti: se il tubo è chiuso e se sono presenti dei diaframmi interni al telescopio la portata d'aria della ventola aumenterà e questo è un fattore cruciale. In proposito bisogna scegliere tra un flusso d'aria potente che ricambi rapidamente l'aria interna ma al prezzo di non ottenere buone immagini fintanto che la ventola è in funzione, proprio a causa dei moti d'aria turbolenti interni, e tra un'aspirazione lenta dell'aria, che richiederà un tempo maggiore per completare il lavoro ma che rimuoverà lo strato limite (cioè l'aria calda che staziona sopra lo specchio) con dolcezza, senza turbolenze. In proposito nei riflettori si consiglia comunemente di chiudere ermeticamente la cella dello specchio primario in modo da far si che l'aria aspirata dalla ventola provenga effettivamente dall'interno del telescopio e che poco sopra lo specchio primario sia posizionato un diaframma ad una distanza ben precisa, il quale ha la funzione di rendere laminare il flusso d'aria aspirato piuttosto che una massa caotica d'aria in movimento.
  • Seeing locale: ci si vuole riferire molto semplicemente al luogo di osservazione. La conformazione geografica del luogo ha un impatto notevole sul seeing. Così si consiglia sempre di osservare in aperta pianura piuttosto che in luoghi con notevoli dislivelli a causa del fatto che gli strati d'aria hanno qui la possibilità di disporsi in strati laminari, sottili, di piccole dimensioni così che la luce che li oltrepassa non ne venga deviata. Come leggeremo il vento normalmente è nemico del seeing ma quando soffia dal mare potreste trovare un buon seeing dalla spiaggia, infatti la distesa perfettamente orizzontale del mare avrà dato modo al vento di disporre l'aria in strati con quelle caratteristiche che abbiamo visto. Un consiglio importante è quello di non osservare dal terrazzo: non che sia vietato o spiacevole, però le mura delle nostre case accumulano durante il giorno una gran quantità di calore che rilasciano durante le ore notturne e quel miscuglio di aria calda e fredda che si viene a creare è il responsabile di una turbolenza maggiore a quella dettata dalla singola nottata e dal luogo. A maggior ragione non vi venga in mente di osservare attraverso una finestra aperta: pensate che se state in mezzo alla stanza ed osservate fuori e se c'è un termosifone acceso in mezzo avrete un seeing tanto cattivo da essere in grado di agitare l'immagine già a 10x con un binocolo. Andarvene fuori in giardino potrebbe non salvarvi: se osservate sopra una casa ancora una volta non avrete un buon seeing perchè le case sono una grande fonte di calore che si irraggia di notte nell'atmosfera (pensate solo all'aria calda che esce dai camini). La miglior cosa in assoluto è andare sopra un bel prato in campagna, in pianura e lontano dalle abitazioni; pare infatti che la vegetazione migliori il seeing. Si sente anche dire che il seeing trae beneficio se il telescopio viene rialzato da terra e se ci troviamo nei pressi di grandi distese d'acqua (l'acqua rilascia il calore accumulato di giorno più lentamente di notte). Inoltre un ottimo seeing si può trovare in cima alle montagne, dove vengono costruiti gli osservatori astronomici, in virtù del fatto che c'è una minore quantità di atmosfera che la luce deve attraversare. Anche una cupola astronomica può determinare una deteriorazione del seeing a causa dello sbalzo termico tra dentro e fuori e a causa della turbolenza locale causata dalla forma della cupola stessa. Ma non c'è luogo che regga se la serata non è buona! Ogni notte fa una storia a se e quindi accade normalmente che il seeing un giorno sia divino mentre il giorno dopo sia terribile. Tendenzialmente si può dire che quando il cielo è molto trasparente, quando la temperatura la notte cambia repentinamente, quando soffia forte il vento il seeing sarà pessimo; invece quando l'aria è immobile, quando l'umidità sale e quando ci sono le velature in cielo il seeing sarà ottimo. A riprova di questo porto il mio caso, in cui quelle poche sere dall'aria immota e con forte umidità che il seeing era così perfetto da farmi commuovere dopo poco tempo sono stato privato dello spettacolo dalla nebbia, che cresceva rapidamente. Ma queste sono solo indicazioni generali che ammettono molte eccezioni, infatti niente è più volubile del seeing e può accadere anche in luoghi non particolarmente adatti, anche quando il cielo è limpidissimo, anche quando tira un forte vento che il seeing sia ugualmente fantastico ... in quel caso approfittatene e siatene grati! Infine il seeing è in grado di cambiare progressivamente nel corso della stessa notte col trascorrere delle ore, e le sue micro fluttuazioni sono ben visibili anche rimanendo all'oculare: in certi momenti l'immagine si rischiara e si vedono più dettagli. Ricordiamo che il seeing può essere ben peggiore di giorno che di notte, dato che il Sole provoca un surriscaldamento del suolo con il conseguente effetto calore. Questo ha degli effetti sull'osservazione del Sole, che di regola obbliga ad ingrandimenti minori rispetto alla notte usando il medesimo telescopio su un pianeta, ad esempio. Se vi interessano le osservazioni terrestri a forti ingrandimenti vi consiglio di aspettare quelle giornate in cui uno spesso strato di nuvole oscura il Sole: il seeing migliora molto.
  • Seeing angolare: un'altro fattore importantissimo che influisce direttamente sul seeing è l'altezza dell'oggetto che stiamo osservando: allo zenit avremo il seeing migliore possibile, osservando oggetti via via più bassi sull'orizzonte invece il seeing peggiorerà sempre di più. Con oggetti molto bassi potremo addirittura osservare del cromatismo con un telescopio che ne è immune: ciò è dovuto alla scintillazione cromatica dell'atmosfera, che si comporta come un prisma. Questo se ci pensiamo è logico infatti osservando allo zenit intercettiamo la minore quantità possibile di atmosfera, invece la luce di un oggetto basso deve attraversare una maggiore quantità di atmosfera, dato che la taglia obliquamente e non perpendicolarmente.
Strati laminari e turbolenti
Dalla cima della montagna si osserva attraverso meno atmosfera
Allo zenit si osserva attraverso meno atmosfera
Ma concretamente cosa comporta il seeing? Quali sono i suoi effetti? Li possiamo vedere benissimo su un pianeta ad esempio; il livello dei dettagli percepibili cambia drasticamente, potendo passare da osservare un pianeta da fotografia ad una palla sfuocata senza nessun dettaglio. Il cattivo seeing ha degli effetti diversi a seconda del diametro del telescopio. In un telescopio piccolo vedremo le immagini planetarie bollire ma in modo nitido e dettagliato e una stella apparirà con gli anelli di diffrazione, anche se saltellante. In un telescopio grande invece la stella apparirà più quieta ma senza mostrare il disco e gli anelli, e deformata, mentre i pianeti appariranno sfuocati e con pochi dettagli. Ciò è ancora una volta dovuto al diverso intervallo di fronte d'onda che il telescopio intercetta. Da tutto questo concludiamo che gli effetti nefasti del seeing sono un movimento e/o una deformazione dell'oggetto che stiamo osservando, ed in ultima istanza un peggioramento della visione. Questa serie di immagini rende bene l'idea degli effetti del seeing: si parte dalla situazione peggiore per arrivare alla migliore.


Si può misurare la qualità del seeing? Certo, esistono delle scale del seeing pensate proprio per questo. Vediamole una ad una.

Scala di Pickering A (per telescopi da 15 cm)

0 = dischi e anelli formano una massa confusa in violenta agitazione; l'immagine, che varia continuamente in dimensioni, è più grande della figura di diffrazione.
2 = il disco e gli anelli sono ancora una massa confusa in continuo movimento, ma l'immagine non è ingrandita.
4 = disco ben definito, anelli indistinti.
6 = disco ben definito, anelli visibili ma interrotti.
8 = disco ben definito, anelli completi ma in movimento.
10 = disco ben definito, anelli fermi; immagini fluttuante nel campo.
12 = disco ben definito, anelli ed immagine fermi. 

Scala di Pickering B (per telescopi da 13 cm)

1 = disco e anelli confusi; immagine circa doppia del diametro del terzo anello (di diffrazione).
2 = disco e anelli confusi; immagine a tratti doppia del diametro del terzo anello.
3 = disco e anelli confusi; immagine che ha circa lo stesso diametro del terzo anello ma più brillante al centro.
4 = disco spesso visibile; occasionai mente anche brevi archi degli anelli.
5 = disco sempre visibile; archi frequentemente visibili su stelle brillanti.
6 = disco sempre visibile, sebbene non ben definito; brevi archi degli anelli sempre visibili.
7 = disco talvolta ben definito e distinto dagli anelli .
8 = disco sempre ben definito; anelli completi ma in movimento.
9 = disco sempre ben definito; anello interno fermo, quelli esterni a tratti.
10 = disco sempre ben definito; tutti gli anelli fermi.
 
 Scala di Antoniadi

I = visibilità perfetta, senza un tremito.
II = leggere ondulazioni, con momenti di calma che durano diversi secondi.
III = visibilità moderata, con larghi tremolii.
IV = visibilità cattiva, con persistenti e fastidiosi tremolii.
V = visibilità molto cattiva che a stento permette di fare schizzi approssimativi. 

Scala di Antoniadi modificata

1 = immagini ottime
2 = immagini buone
3 = immagini sufficienti
4 = immagini insufficienti
5 = immagini cattive
6 = immagini pessime

 Scala di Texereau 



V = immagine perfetta e immobile.
IV = leggere ondulazioni.
III = deformazioni del disco centrale, anelli interrotti.
II = disco centrale frantumato, anelli evanescenti o assenti.
I = ribollimento dell'immagine. 

Scala in secondi d'arco
           
0 = 10"
1 = 5"
2 = 2,5"
3 = 1,25"
4 = 0,6"
5 = 0,3"
6 = 0,15"
7 = 0,08"
8 = 0,04"
9 = 0,02"
10 = 0,01"