28 - La Sintesi Finale

Siamo giunti al post che chiude il breve blog sull'elioscopio, ripercorriamo quindi con una sintesi ciò che abbiamo imparato su questo strumento astronomico, così da poter rinfrescare alcuni concetti e dare un quadro generale degli argomenti che sono trattati.

L'elioscopio è un dispositivo ottico che si adatta davanti all'oculare di un cannocchiale per osservare direttamente l'immagine del Sole (post_1). La sua origine va però rintracciata in un cannocchiale usato per proiettare su di un foglio di carta (post_2) ciò che si sarebbe visto dall'oculare, così da poter ricalcare a mano alcuni fenomeni come le macchie solari.

Questo tipo di cannocchiale è composto da diversi componenti e più lenti (post_3), prende anche il nome di "cannocchiale di Galileo", poiché fu proprio lo scienziato pisano a perfezionare primi modelli di strumenti ottici con potere d'ingrandimento, inventati dagli olandesi (post_9) (i cannocchiali) e riuscire nel 1610 ad osservare per la prima volta le macchie solari (post_4.1).

Il cannocchiale di Galileo, elioscopio seicentesco, non possiede un grande potere d'ingrandimento (post_5), così che negli anni, grazie al progresso tecnologico, si sono iniziati a produrre elioscopi come accessori esterni per i cannocchiali/telescopi, come quelli a tre prismi marchiati Clavé.

L'elioscopio è stato uno strumento rivoluzionario nel campo dell'astronomia poiché ha iniziato a dare una spiegazione scientifica di che cosa fosse il Sole, superando le rappresentazioni mitologiche (post_7). Si iniziò a parlare di Sole, fenomeni ad esso annessi e strumenti in libri e pubblicazioni (post_10), iniziarono a comparire rappresentazioni sui francobolli (post_18), nel mondo del cinema (post_12) per arrivare fino ai fumetti (post_21) e alle pubblicità (post_13). Anche il mondo dell'arte si è interessato al cannocchiale, oggi lo strumento è talmente radicato nella società da diventare simbolo del raggiungimento di obiettivi (post_6).

Da sempre per la produzione di elioscopi ci si è affidati al vetro (post_8) sfruttando le sue proprietà di solido amorfo (post_26), passando dai triplo prisma firmati Clavé (post_16) ai filtri solari prodotti da Baarder (post_11). 

Nel mondo degli accessori ottici per telescopi (post_14), i filtri solari (evoluzione tecnologica dell'elioscopio) devono rispettare specifiche norme per la tutela degli utenti (post_23). Trasmettendo circa 1/100.000 della luce assorbita (post_15), richiedono comunque una particolare attenzione durante l'utilizzo (post_22), poiché una piccola distrazione può causare gravi danni irreversibili alla vista.

Numerosi sono i brevetti di elioscopi e filtri solari (post_17), come d'altronde lo sono i marchi che li producono (post_20).
L'elioscopio, il cannocchiale e i filtri solari hanno lasciato un segno nella storia in periodi differenti (post_24) portando ad una rivoluzione in campo astronomico, un mondo in continua evoluzione, ricco di concetti (post_27) e termini ad esso legati (post_19).

 

27 - La Mappa Concettuale

L'elioscopio, strumento dell'astronomia legato allo studio del Sole, basa il suo funzionamento su di un prisma che ha la funzione di attenuare la luce emessa dalla stella stessa. Grazie ad una trasmissione luminosa pari a 1/100.000 della luce, questo strumento permette quindi l'osservazione e lo studio delle macchie solari.

24 - Le Parole nella Storia

 TELESCOPE, SUNSPOT and SOLAR FILTER

grafici da Ngram Viewer

La parola "telescope" (cannocchiale) fa la sua comparsa già nel 1500: corrisponde alla comparsa nel mercato di primi oggetti, di manifattura ottica olandese, col potere di mostrare da vicino oggetti che nella realtà sono distanti.

Il primo importante picco si ha agli inizi del 1600 a causa dell'invenzione del telescopio galileiano (noto come elioscopio) e la conseguente osservazione delle macchie solari, infatti negli stessi anni troviamo un picco anche per la parola "sunspot".

Negli anni 20 del 1700 "telescope" inizia una crescita (sono anni in cui la tecnologia inizia a fare importanti progressi) che raggiunge il picco massimo (assoluto e relativo) negli anni 50 del 1800 per poi iniziare una lunga decrescita.

La parola "sunspot" segue un andamento diverso, poiché inizia un'importante crescita solo verso gli anni 60 del 1800 per raggiungere il suo massimo (assoluto e relativo) negli anni 60 del 1900, corrispondente ad un picco di "telescope": sono gli anni della conquista dello spazio e l'allunaggio.

"solar filter" (filtro solare) fa comparsa solo nel 1900, infatti in questo secolo l'innovazione tecnologica fa si che lo stesso filtro solare diventi il sostituto del tradizionale elioscopio.

La ricerca non ha portato a risultati per quanto riguarda la parola "elioscope" (elioscopio).

 

21 - Nei Fumetti

Su Topolino n.2824 e n.2825 compare la storia "Galileo e l'albero della Scienza", nella quale lo scienziato pisano viene interpretato da Archimede Pitagorico. Il racconto ripercorre parte delle tappe più significative della vita di Galileo: dalla sua formazione alle sue più grandi scoperte.

Nella copertina possiamo vedere rappresentato Archimede pitagorico con lo sguardo rivolto verso il cielo, intento ad usare proprio il cannocchiale di Galileo, riprodotto fedelmente nel fumetto.
 

In questa scena è rappresentato Archimede Pitagorico nel momento di una delle sue scoperte, in particolare con il cannocchiale galileiano rivolto verso il cielo, pronto a rappresentare ciò che vede: non è noto se si tratti delle macchie solari (poco probabile data l'ambientazione notturna) o di osservazioni inerenti alla teoria eliocentrica copernicana 

19 - Elioscopio: l'abbecedario

1. Astronomia: scienza di cui fa parte l'evaporimetro
   
   
2. Baarder: tra le maggiori ditte produttrici di elioscopi 
   
   
3. Cannocchiale: primo strumento usato per l'osservazione delle macchie solari
   
   
4. Divergente: tipo di lente usata da Galileo in funzione di oculare per l'osservazione del Sole
   
   
5. Elio: primo elemento della parola "elioscopio", significa sole
   
   
6. Foglio di carta: supporto su cui venivano proiettate le macchie solari per rappresentarle
   
   
7. Galileo Galilei: l'inventore dell'elioscopio 
   
   
8. Herschel: gruppo ottico più usato per la realizzazione di elioscopi 
   
   
9. Ingrandimento: processo che aumenta le dimensioni di un oggetto a livello ottico, fondamentale per l'osservazione delle macchie solari
   
   
10. Lunghezza focale: l'ingrandimento di un sistema ottico è dato dal rapporto tra la lunghezza focale dell'obiettivo e quella dell'oculare
    
    
11. Macchie solari: ciò che è possibile vedere osservando il sole con un elioscopio
    
    
12. Nubi: ciò che Galileo teorizzò di osservare durante lo studio delle macchie solari
    
    
13. Oculare: lente o gruppo ottico che serve da interfaccia tra l'occhio dell'osservatore e la strumentazione ottica da utilizzare, compreso l'elioscopio
    
    
14. Prisma: usato a gruppi di 3 o 5 elementi per la realizzazione di alcuni modelli nel passato
    
    
15. Quanto d'azione: costante fisica per descrivere la ripartizione delle vibrazioni provocate dal calore di un corpo, Sole compreso
    
    
16. Radiazione solare: è l'energia radiante emessa dal Sole nello spazio interplanetario 
    
    
17. Sole: soggetto dell'osservazione elioscopica
    
    
18. Temperatura: la cui differenza sulla superficie solare identifica le macchie solari come regioni scure
    
    
19. Universo: il complesso che racchiude tutto lo spazio e ciò che contiene, tra cui il Sole 
    
    
20. Vetro: principale materiale usato per la produzione di lenti elioscopiche
    
    
21. Zacharis Janssen: olandese, tra i diversi padri del cannocchiale

15 - I Numeri

Come sappiamo l'elioscopio nasce per l'osservazione del Sole, la cui distanza
(unità astronomica) dalla Terra varia da un minimo di circa 147 milioni di chilometri (perielio)
ad un massimo di circa 152 milioni di chilometri (afelio).

Per quanto riguarda l'elioscopio, i modelli più noti (prodotti da Clavé) possono avere 3 oppure 5 prismi per sfruttare la rifrazione e diminuire l'intensità luminosa del Sole.

L'elioscopio è stato sorpassato e sostituito negli anni più recenti dai filtri solari, che in media trasmettono una frazione di circa 1/100.000 della luce totale.

Le macchie solari risultano visibili all'osservatore poiché prendono le sembianze di macchie scure, questa differenza di colore è data da una differenza di temperatura: le macchie solari hanno una temperatura di circa 4000 kelvin, mentre le regioni circostanti raggiungono all'incirca i 6000 kelvin.

10 - I Libri

Monografia: Galielo GALILEI, Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari e loro accidenti, Roma: appresso Giacomo Mascari, 1613

Monografia: Bray R.J, Sunspots, London: Chapman and Hall, 1964

Articolo di periodico scientifico: Irastorza G, Towards a new generation axion helioscope, in "Journal of Cosmology and Astroparticle Physics", United States: IOP Publishing, giugno 2012

Articolo di periodico scientifico: Aparicio J. P, Sunspot Numbers and Areas from the Madrid Astronomical Observatory (1876-1986), in "Solar physics", Dordrecht: Springer Netherlands, novembre 2014

Articolo di periodico scientifico: Dafni T, An update on the Axion Helioscopes front: current activities at CAST and the IAXO project, in "Nuclear and particle physics proceedings", United States: Elsevier B. V., aprile 2016

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

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

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 

2 - Rappresentazione storica

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

fonte iconografica