9 - Elioscopio: gli inventori

Il cannocchiale, in realtà, ha molti e troppi padri. Vanno citati tra i tanti l'ottico tedesco naturalizzato olandese Hans Lippershey, Zacharias Janssen (olandese), Giambattista Della Porta, Keplero e non può mancare Galileo Galilei.

Ciò che è sicuro è che l'invenzione dell'elioscopio è frutto proprio di Galileo Galilei. Il primo decennio del 1600 è un periodo di rilevante importanza per l'astronomia, diversi sono gli studiosi e progettisti (tra cui ottici) che cercano di dar vita a strumenti che possano permettere l'ingrandimento della realtà che ci circonda: a cavallo tra 1608 e 1609, piccoli strumenti per ingrandire le immagini erano in vendita a Parigi, Londra e Milano, è merito di questa proliferazione se si è arrivati alla realizzazione del cannocchiale.

L'elioscopio porta ad una rivoluzione sia nel mondo dell'astronomia che a livello di conoscenze scientifiche. Alcuni pionieri dell'osservazione telescopica eseguirono osservazioni del sole direttamente con il telescopio privo di qualunque protezione, procurandosi danni spesso irreparabili alla vista. 

Galileo adottò invece un metodo inventato dal suo allievo Benedetto Castelli che consiste nel proiettare per mezzo del telescopio l'immagine del Sole su un foglio di carta situato a circa un metro dall'oculare. Il metodo, efficace e del tutto sicuro, permetteva così di disegnare con grande esattezza direttamente sul foglio le macchie solari. L'immagine così ottenuta era però specularmente invertita. 

Galileo capì anche che era anche possibile osservare direttamente il Sole, ma solo ponendo una lente oscurata davanti all'oculare: l'elioscopio.

Il metodo della proiezione e l'elioscopio si diffusero velocemente nel mondo astronomico, Galileo, oltre ad aver apportato un'innovazione, osservando le macchie solari mise in dubbio il dogma aristotelico dell'immutabilità dei corpi celesti.

fonti 1 - 2
biografia Galileo Galilei

8 - Elioscopio: analisi materica

L'elioscopio rappresenta una delle diverse lenti che posso far parte di un cannocchiale/telescopio. 

Realizzato in vetro, presenta facce piane e parallele al fine di non alterare la direzione dei raggi luminosi trasmessi. Per attenuare la luminosità stessa del sole, queste facce venivano o affumicate oppure colorate.

Il vetro è un materiale utilizzato al giorno d'oggi negli ambiti più disparati, ad esempio: contenitore di fluidi (bottiglie per alimenti, boccette per profumi cosmetici, recipienti per soluzioni chimiche), vetri per serramenti ed infissi, display (smartphone, televisori e pc), elementi di arredo (sculture, lampadari e bicchieri come quelli prodotti a Murano), e tanti altri prodotti.

A differenza del passato, oggi in molti ambiti il vetro viene sostituito dalle plastiche trasparenti o colorate, ma in alcuni settori le sue proprietà sia fisiche che ottiche non possono essere rimpiazzate. Ne sono un esempio gli schermi dei telefoni, le lenti sia di occhiali che di attrezzature ottiche come telescopi, microscopi e binocoli. 

Grazie all'acquisizione di nuove capacità tecniche lavorative (ad esempio il processo di tempra), alcune caratteristiche di questo materiale riescono ad essere modificate e migliorate.
Il vetro al giorno d'oggi può presentarsi come resistente agli urti, alle incisioni superficiali, allo sbalzo termico. Esistono anche lenti polarizzate (nel mondo dell'ottica) che appunto polarizzano le radiazioni solari.

7 - Il mito: Elio

L'elioscopio è associato all'osservazione diretta del Sole e dei suoi fenomeni, come ad esempio le macchie solari, già citate precedentemente per il contributo dato da Galilei.

Nell'antichità il Sole era però osservabile solo ad occhio nudo e senza strumenti, data la sua importanza per la vita stessa ne derivarono diversi miti che cercavano di dare una spiegazione non scientifica al fenomeno.

(rappresentazione di Elio su vasellame, epoca greca)

Elio (divinità greca) aveva il compito di portare la luce agli uomini, ogni mattina si sollevava sulle acque del fiume Oceano che circonda tutta la Terra, per guidare nel cielo un cocchio d'oro trainato da quattro cavalli che gettano fuoco dalle narici. Durante il dì percorre il cielo da oriente a occidente, per poi immergersi nuovamente nel fiume Oceano la sera.
Per tornare ad oriente utilizza una barchetta d'oro, una volta giunto a destinazione riposa nel suo magnifico palazzo

La più antica attestazione greca del dio Elio è nel III canto dell'Iliade

(Omero, busto marmoreo)

«Zeus padre, signore dell'Ida, grande e glorioso,

Sole che tutti vedi e tutto ascolti,

fiumi e terra, e voi che sotto terra

punite da morti coloro che giurano il falso,

siate testimoni, e custodite i patti.»

fonti 1 - 2

6 - Elioscopio: il simbolo

 Jusepe De Ribera - LA VISTA (1614)

Questo dipinto rappresenta la prima rappresentazione pittorica del cannocchiale, realizzata all'indomani della pubblicazione de "istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari" (1613).

fonti

Bruegel il Vecchio - ALLEGORIA DELLA VISTA (1617)

In questo dipinto il cannocchiale, posato a terra su di un tappeto, diventa allegoria della vista.

L'osservatore è portato quindi ad associare all'immagine del cannocchiale il concetto generale del senso della vista.

fonti

CANNOCCHIALE SINONIMO DI DETERMINAZIONE (attuale)

In questa immagine digitale il cannocchiale rappresenta la determinazione a raggiungere un obiettivo: la capacità del protagonista di non perdere la sua attenzione e concentrazione dal profitto, obiettivo ancora lontano ma raggiungibile. 

 

The Noun Project - ICONA CANNOCCHIALE (attuale)

Moltissime sono le icone trovabili online che rappresentano il cannocchiale, nonostante questo tipo di rappresentazione si basi sulla stilizzazione, lo strumento rimane del tutto riconoscibile.

CANNOCCHIALE COME GESTO (attuale)

In questa fotografia lo strumento è assente, ma ne rimane la gestualità. Due mani sovrapposte e posizionate davanti ad un occhio rimandano ad un'osservazione con cannocchiale. Un gesto molto semplice ma chiaro anche ai più piccoli, che non perdono l'occasione di giocare ad esempio a fare i pirati.  

5 - Il principio fisico

IL CANNOCCHIALE GALILEIANO

 

In ogni sistema telescopico l’obiettivo (anche se costituito da più elementi, sia convergenti, sia divergenti) deve sempre essere complessivamente convergente.

Il cannocchiale galileiano consta di una lente convergente (piano-convessa o biconvessa), con funzione di obiettivo, e da una lente divergente (piano-concava o biconcava) in funzione di oculare. L’oculare viene a trovarsi prima del fuoco dell’obiettivo, a una distanza da detto fuoco pari alla distanza focale dell’oculare. Poiché le lenti convergenti sono, per convenzione, positive (o di potenza ottica positiva) e quelle divergenti negative (o di potenza ottica negativa), possiamo dire anche che la distanza tra obiettivo e oculare è pari alla somma algebrica delle loro distanze focali. L’oculare negativo intercetta i raggi convergenti provenienti dall’obiettivo rendendoli paralleli e formando così, all’infinito (posizione afocale), un’immagine virtuale, ingrandita e diritta. L’ingrandimento del sistema è dato dal rapporto tra la lunghezza focale dell’obiettivo e quella dell’oculare. Sebbene fornisca immagini diritte senza l’ausilio di dispositivi erettori, il cannocchiale galileiano presenta il grave inconveniente di un campo visuale estremamente ridotto (il che lo rende, nella pratica, inutilizzabile oltre la trentina di ingrandimenti).

fonti

ELIOSCOPIO HERSCHEL 

Il principio di questo elioscopio si basa sul fatto che il vetro riflette circa il 4% della luce incidente. La luce assorbita (energia luminosa) viene tramutata in calore che porta al surriscaldamento dello strumento stesso. L'elioscopio sopra rappresentato porta nel suo assemblaggio tre prismi al posto che un vetrino. Questo sistema viene riconosciuto come uno dei migliori, poiché l'azienda Clavé è riuscita ad associare la polarizzazione del vetro sotto l'angolo di Browsted con una riflessione del vetro bassa (4% x 4% x 4%). 

E' anche possibile utilizzare un pentaprisma, in questo caso il coefficiente di riflessione totale è solo dello 0,16%.

fonti

4.1 - ESTRATTO DI "Elioscopio ed astronomia: come uno strumento ha cambiato le conoscenze scientifiche"

 

ASTRONOMIA: ORIGINI

L'astronomia è una delle scienze più antiche, studiata da egizi e greci nell'area mediterranea, babilonesi, indiani e cinesi nell'oriente, fino ai maya e agli incas nelle Americhe. Durante il Rinascimento ebbe inizio la svolta conosciuta come rivoluzione astronomica, a cominciare dal lavoro di Niccolò Copernico, sostenitore del sistema eliocentrico. Il suo lavoro fu difeso, sviluppato e corretto da Galileo Galilei e Keplero. 

L'esistenza della nostra galassia, la Via Lattea, e la comprensione che essa fosse un ammasso isolato di stelle rispetto al resto dell'Universo, fu provata solamente nel XX secolo, assieme alla scoperta dell'esistenza di altre galassie.

GALILEO GALILEI (1564 - 1642): ELIOSCOPIO e la scoperta delle MACCHIE SOLARI

1.       Nell’estate del 1609 Galileo Galilei venne a conoscenza di alcuni occhialai olandesi che avevano realizzato un curioso strumento ottico (il cannocchiale). Non appena conobbe i dettagli costruttivi, Galileo si dedicò al perfezionamento dello stesso, riuscendo in pochi mesi ad aumentarne il potere d’ingrandimento.

2.       Nel 1610 riuscì ad osservare per la prima volta le macchie solari. L'osservazione delle macchie solari mise in crisi sia la secolare concezione del Sole come astro perfetto sia l'immutabilità dei cieli, teorie sostenute dagli aristotelici.

3.       Nel marzo del 1613 Galileo pubblicò a Roma un resoconto delle osservazioni e riflessioni sulle macchie solari dal titolo “Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari e loro accidenti". Le macchie solari possono essere facilmente viste proiettando su un foglio di carta l'immagine del Sole osservata con un telescopio.

ASTRONOMIA: XX secolo

L'esistenza della nostra galassia, la Via Lattea, e la comprensione che essa fosse un ammasso isolato di stelle rispetto al resto dell'Universo, fu provata solamente nel XX secolo, assieme alla scoperta dell'esistenza di altre galassie.

BIBLIOGRAFIA

Vi racconto l'astronomia - Margherita Hack

Atlante dello spazio. Le mappe dell'universo e oltre - James Trefil

La teoria del tutto. Origine e destino dell'Universo - Stephen Hawking

FONTI

wikipedia

museo Galileo

Istituto e Museo di Storia della Scienza 

4.0 - Elioscopio ed astronomia: come uno strumento ha cambiato le conoscenze scientifiche

 

ASTRONOMIA: ETIMOLOGIA e DEFINIZIONE
L'astronomia (dal latino astronomĭa, che a sua volta proviene dal greco ἀστρονομία (astronomia) composta da ἄστρον (astron) “stella” e da νόμος (nomos) “legge, norma”) è la scienza che si occupa dell'osservazione e della spiegazione degli eventi celesti. Studia le origini e l'evoluzione, le proprietà fisiche, chimiche e temporali degli oggetti che formano l'universo e che possono essere osservati sulla sfera celeste.

ASTRONOMIA: ORIGINE
È una delle scienze più antiche e molte civiltà arcaiche in tutto il mondo hanno studiato in modo più o meno sistematico il cielo e gli eventi astronomici: egizi e greci nell'area mediterranea, babilonesi, indiani e cinesi nell'oriente, fino ai maya e agli incas nelle Americhe. Questi antichi studi astronomici erano orientati verso lo studio delle posizioni degli astri (astrometria), la periodicità degli eventi e la cosmologia e quindi, in particolare per questo ultimo aspetto, l'astronomia antica è quasi sempre fortemente collegata con aspetti religiosi. Oggi, invece, la ricerca astronomica moderna è praticamente sinonimo di astrofisica.

• ASTRONOMIA: antecedente all’invenzione del TELESCOPIO
  I primi studi sulle stelle furono condotti a occhio nudo, come fecero in particolare le civiltà che vivevano in Mesopotamia, in Grecia, in Persia, in India, in Cina, in Egitto e in America centrale, che costruirono osservatori astronomici iniziando a esplorare la natura dell'universo. In realtà l'astronomia di quei tempi consisteva principalmente nel mappare la posizione di stelle e pianeti.
  Da queste osservazioni si formarono le prime teorie sui movimenti dei pianeti e sulla natura del Sole, della Luna e della Terra, che inizialmente si pensava fosse al centro dell'universo. Questa concezione dell'universo era nota come sistema geocentrico, o sistema tolemaico, dal nome dall'astronomo greco Claudio Tolomeo.
  
  
• ASTRONOMIA: BABILONESI, EGIZI E GRECI
  Di particolare importanza fu l'applicazione all'astronomia della matematica, che ebbe inizio con i Babilonesi, che fondarono le basi per tradizioni riprese successivamente da altre civiltà, mentre all'astronomia egizia si deve il perfezionamento del calendario.
  Dopo i Babilonesi, significativi progressi astronomici avvennero in Grecia e nel mondo ellenistico, con l'astronomia greca volta alla ricerca di una spiegazione fisica razionale per i fenomeni celesti. Nel III secolo a.C., Aristarco di Samo stimò le dimensioni e la distanza di Luna e Sole, e fu il primo a proporre un modello eliocentrico del sistema solare, mentre nel II secolo a.C., Ipparco scoprì la precessione degli equinozi, calcolò le dimensioni e la distanza della Luna e inventò uno dei primi strumenti astronomici, l'astrolabio. Ipparco creò anche un catalogo completo di 1020 stelle, e la maggior parte delle costellazioni dell'emisfero boreale furono definite dall'astronomia greca.

• ASTRONOMIA: il periodo del MEDIOEVO
  L'astronomia, per lo più stagnante nell'Europa medievale, fiorì nel mondo islamico e in altri luoghi, portando alla nascita dei primi osservatori astronomici tra i popoli musulmani, ad iniziare dal IX secolo.
  Nel 964, l'astronomo persiano Azophi descrisse per primo la Galassia di Andromeda, la più grande galassia del Gruppo Locale, nel suo Libro delle stelle fisse. Gli astronomi di quel periodo diedero molti nomi arabi tradizionali alle stelle, ancora oggi in uso.
  La Chiesa cattolica romana diede un sostegno finanziario e sociale per lo studio dell'astronomia per oltre sei secoli, con la principale motivazione di trovare la data della Pasqua.
  
  
• ASTRONOMIA: RINASCIMENTO e RIVOLUZIONE ASTRONOMICA
  Durante il Rinascimento ebbe inizio la svolta conosciuta come rivoluzione astronomica, a cominciare dal lavoro di Niccolò Copernico, sostenitore del sistema eliocentrico, fu il primo ad argomentare in maniera scientifica la sua teoria. Il suo lavoro fu difeso, sviluppato e corretto da Galileo Galilei e Keplero. Quest'ultimo fu il primo astronomo a fornire leggi che descrivessero correttamente i dettagli del movimento dei pianeti intorno al Sole, anche se non comprese le cause fisiche delle sue scoperte, chiarite poi in seguito da Newton che elaborò i principi della meccanica celeste e la legge di gravitazione universale, eliminando completamente la distinzione tra i fenomeni terrestri e celesti.
  
  
• GALILEO GALILEI (1564 - 1642): ELIOSCOPIO e la scoperta delle MACCHIE SOLARI

1. Nell’estate del 1609 Galileo Galilei venne a conoscenza di alcuni occhialai olandesi che avevano realizzato un curioso strumento ottico (il cannocchiale):
   un tubo munito alle estremità di due lenti, guardando attraverso il quale gli oggetti lontani apparivano più vicini. Non appena conobbe i dettagli costruttivi, Galileo si dedicò al perfezionamento dello stesso, riuscendo in pochi mesi ad aumentarne il potere d’ingrandimento.
   
   
2. Fu però verso l’autunno del 1609 che Galileo compì un atto davvero straordinario: spinto dalla curiosità scientifica, diresse il proprio cannocchiale verso il cielo: gli astri conosciuti svelarono fisionomie inattese e nuovi astri si aggiunsero a quelli del vecchio Cosmo tolemaico. Galileo comprese subito l’inestimabile valore delle sue scoperte telescopiche e come esse costituissero nuove basi osservative per promuovere la dottrina copernicana sul moto della Terra.
   
   
3. Nel 1610 riuscì ad osservare per la prima volta le macchie solari. Per lo scienziato pisano erano nubi piatte incollate sulla superficie del Sole; dallo spostamento costante di esse, dedusse che il Sole doveva ruotare sul proprio asse con velocità uniforme. L'osservazione delle macchie solari mise in crisi sia la secolare concezione del Sole come astro perfetto sia l'immutabilità dei cieli, teorie sostenute dagli aristotelici.
   
   
4. Nel marzo del 1613 Galileo pubblicò a Roma un resoconto delle osservazioni e riflessioni sulle macchie solari dal titolo “Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari e loro accidenti”. Oggi sappiamo che le macchie solari, spesso riunite in coppie o in gruppi, presentano una forma approssimativamente circolare e spesso frastagliata. Appaiono scure per ragioni di contrasto trattandosi di zone con temperatura inferiore rispetto al resto della superficie solare; emettono dunque meno energia delle regioni circostanti. Le macchie solari possono essere facilmente viste proiettando su un foglio di carta l'immagine del Sole osservata con un telescopio.

• ASTRONOMIA: tra XVII e XIX secolo
  Lo studio del problema dei tre corpi di Euler, Clairaut e D'Alembert portò a ottenere previsioni più precise sui movimenti di Luna e pianeti, e tale studio fu successivamente perfezionato da Lagrange e Laplace, permettendo di ottenere le masse dei pianeti e della Luna dalle perturbazioni che essi esercitavano.
  Progressi significativi in astronomia avvennero con l'introduzione di nuove tecnologie, come la spettroscopia e l'astrofotografia. Con l'avvento della spettroscopia fu infatti possibile studiare la natura fisica degli astri, che portò all'astrofisica, ovvero alla fisica applicata allo studio dei corpi celesti.

• ASTRONOMIA: XX secolo
  L'esistenza della nostra galassia, la Via Lattea, e la comprensione che essa fosse un ammasso isolato di stelle rispetto al resto dell'Universo, fu provata solamente nel XX secolo, assieme alla scoperta dell'esistenza di altre galassie. Molto presto, grazie all'utilizzo della spettroscopia, ci si accorse che molti oggetti presentavano redshift, venne formulata allora la teoria dell'espansione dell'Universo. L'astronomia teorica portò a speculazioni sull'esistenza di oggetti come i buchi neri e le stelle di neutroni, che furono usati per spiegare fenomeni come quasar, pulsar, blazar e radiogalassie.

BIBLIOGRAFIA
Vi racconto l'astronomia - Margherita Hack

Atlante dello spazio. Le mappe dell'universo e oltre - James Trefil

La teoria del tutto. Origine e destino dell'Universo - Stephen Hawking

FONTI

wikipedia
museo Galileo

Istituto e Museo di Storia della Scienza 

3 - Cannocchiale: glossario

 

Il CANNOCCHIALE, la cui lunghezza è data dalla somma delle focali di oculare e obiettivo, è composto da:

1. ANELLINO: per fermare posteriormente la lente oculare;
2. ANELLINO: per il  centraggio dell'oculare;
3. OCULARE: lente da 20-50 mm di focale, negativa piano concava o biconcava
   ELIOSCOPIO: lente di vetro affumicato o colorato con facce piane e perfettamente parallele, posizionato davanti all'oculare
4. ANELLO: per fermare anteriormente la lente oculare;
5. TUBO OCULARE: realizzabile in diversi materiali, il suo diametro interno deve essere tale da contenere la lente oculare;
6. MANICOTTO: funzione  di raccordo fra il tubo oculare e quello principale. Questo manicotto deve rimanere inserito a forza nel tubo principale, ma deve permettere al tubo oculare di scorrere per effettuare la messa a fuoco;
7. TUBO PRINCIPALE: realizzabile in diversi materiali, la sua lunghezza deve essere circa pari alla focale dell'obiettivo;
8. OBIETTIVO: lente da 500-1000 mm di focale di forma piano convessa;
   
9. DIAFRAMMA: componente circolare di diametro pari a quello dell’obiettivo, con foro centrale di 15 mm circa di diametro;
10. TAPPO: per fermare l'obiettivo, l'elioscopio e il diaframma, con un foro centrale di alcuni millimetri più piccolo dell’obiettivo.

fonti

2 - Rappresentazione storica

Uso dell'elioscopio (C. Scheiner, Rosa ursina, 1630)

fonte iconografica

1 - Cos’è l’Elioscopio?

Da Enciclopedia Treccani, capiamo che l'elioscòpio consiste in un “dispositivo ottico che si adatta davanti all’oculare di un cannocchiale astronomico per osservare direttamente l’immagine del Sole, senza che l’occhio ne sia offeso. Nella forma più comune è una lastrina di vetro affumicato o colorato con facce piane e perfettamente parallele”.

Da Wikipedia, invece troviamo la definizione dell'elioscopio Herschel, che consiste in "un vetrino trasparente i cui due lati non sono paralleli. Viene utilizzato in astronomia per evitare il surriscaldamento dello strumento durante l'osservazione non diretta. Per l'osservazione diretta l'elioscopio deve quindi essere abbinato ad un filtro solare, l'elioscopio serve solo a proteggere il filtro dal rischio di scoppio"

L'elioscopio, come lente di vetro affumicato o colorato a facce piane parallele, oggi prende il nome di filtro solare

 

ELIOSCOPIO NEL MONDO

- helioscope (inglese)

- hélioscope (francese)

- helioscopio (spagnolo)

- ヘリオスコープ (giapponese)

- الهليسكوب (arabo)

 

ETIMOLOGIA

L’origine di questa parola è data dalla composizione di “elio” e “scopio”.

• elio- : dal greco hḗlios, primo elemento di composti formati modernamente, col significato di “sole, solare”.
• -scopio: dal greco  -skópion, da skopéō, secondo elemento di composti formati modernamente, per indicare strumenti adatti all'osservazione di determinati fenomeni ( telescopio ), nello specifico quelli usati per eseguire le osservazioni indicate dagli astratti in –scopia.

(Definizioni da Oxford Languages)