In questo articolo introduttivo vengono classificati e descritti gli
obiettivi fotografici tradizionali e ne viene suggerito l'utilizzo nella
fotografia astronomica.
L'astrofotografia può essere praticata con ottimi risultati utilizzando i normali obiettivi fotografici, a cominciare dal diffusissimo e spesso disprezzato "50 mm". Questo obiettivo viene sovente chiamato "normale" perché fornito a corredo con la maggioranza delle fotocamere reflex al momento dell'acquisto.
La fotografia astronomica praticata con gli obiettivi fotografici si limita alla ripresa di costellazioni, di oggetti del profondo cielo e di comete, escludendo del tutto la ripresa dei dettagli dei pianeti, che richiedono lunghissime focali. Non è da escludere naturalmente la ripresa dei pianeti con obiettivi di corta focale per scopi estetici o di documentazione di particolari eventi astronomici come le congiunzioni planetarie, ecc. Resta la possibilità di fotografare con teleobiettivi di media e lunga focale la luna (ed anche il sole, impiegando filtri speciali), oltre che i pianetini, le meteore e soprattutto le stelle variabili.
Ma il principale merito dell'astrofotografia con obiettivi fotografici è la sua funzione propedeutica, perché consente all'appassionato di fare pratica con le tecniche astrofotografiche senza tema di incorrere in errori che possano pregiudicare la riuscita delle prime foto. Molto spesso i risultati sono buoni fino dai primi tentativi, e l'appassionato comincia a sentire la necessaria soddisfazione che lo spinge a proseguire nell'esperienza.
FOCALE E CAMPO INQUADRATO
Il campo inquadrato da un obiettivo dipende dalle dimensioni del piano focale che l'obiettivo deve illuminare e dalla lunghezza focale. All'interno dello stesso formato, il campo dipende solo dalla focale dell'obiettivo.
La tabella seguente mostra la relazione tra focale (espressa in millimetri)
e campo (espresso in gradi) per il formato 35mm.
Focale (mm) |
Campo (gradi) |
Categoria |
7.5 |
180 |
supergrandangolare (fish-eye) |
14 |
114 |
supergrandangolare |
17 |
104 |
supergrandangolare |
20 |
94 |
supergrandangolare |
24 |
84 |
grandangolare spinto |
28 |
75 |
grandangolare |
35 |
63 |
grandangolare |
50 |
46 |
normale |
85 |
28 |
piccolo teleobiettivo |
100 |
24 |
piccolo teleobiettivo |
135 |
18 |
teleobiettivo corto |
200 |
12 |
teleobiettivo medio |
300 |
8 |
teleobiettivo lungo |
400 |
6 |
super teleobiettivo |
500 |
5 |
super teleobiettivo |
800 |
3 |
super teleobiettivo |
Per gli usi astronomici, la scelta dell'obiettivo dipende dalle dimensioni angolari dell'oggetto che si intende riprendere. Per fare qualche esempio, se si intende riprendere un'intera costellazione di medie dimensioni, che ha una estensione di alcune decine di gradi, sarà opportuno scegliere obiettivi di focale compresa tra 35 ed 85mm. Se si vuole fotografare tutta la Via Lattea, sarà necessario utilizzare un obiettivo super-grandangolare oppure un fish-eye, cioè obiettivi di focale inferiore ai 24mm. All'estremo opposto, se si intende catturare la luce di una debole nebulosa come la testa di cavallo in Orione, registrandone i dettagli, sarà opportuno scegliere un obiettivo di focale maggiore di 300mm.
FOCALI FISSE E ZOOM
Le case produttrici di macchine fotografiche e obiettivi hanno invaso il
mercato di obiettivi a focale variabile, universalmente noti come "zoom",
molto richiesti dalla clientela per la loro indubbia praticità . Pur avendo
raggiunto una notevole qualità ottica, paragonabile in molti casi a quella
degli obiettivi a focale fissa, gli zoom sono generalmente sconsigliabili
per l'uso astronomico. I motivi principali sono i seguenti:
- il meccanismo della variazione della focale tende a "slittare" nel corso
delle lunghe pose (ad eccezione di alcuni zoom che hanno un meccanismo
di blocco).
- il costo di uno zoom di buona qualità è molto più alto di un obiettivo
a focale fissa.
- la luminosità degli zoom è piuttosto bassa, ed obbliga ad allungare i
tempi di posa.
- solitamente gli zoom soffrono di distorsione.
Di recente sono però apparsi sul mercato alcuni obiettivi zoom
di ottima fattura e grande luminosità , con sistemi ottici corretti in
modo eccellente dalle aberrazioni. Il costo di questi obiettivi resta però
molto elevato.
FOCALE E LUMINOSITA'
Un obiettivo fotografico convenzionale viene identificato dalla sua lunghezza
focale e dalla sua luminosità massima. Siccome gli astrofili si riferiscono
ad un telescopio indicandone i valori dell'apertura dell'obiettivo e della
lunghezza focale, talvolta nell'ambiente astronomico si rischia di fare
confusione tra gli uni e gli altri. Quante volte vi è capitato di sentire
che una certa foto astronomica è stata fatta con un "200" e vi siete chiesti
se si trattava di un teleobiettivo da 200mm di focale o di un telescopio
da 200mm di apertura?
Se si dice che un obiettivo è un 200mm f/4, si intende che la sua lunghezza
focale è di 200mm, e la sua luminosità massima (a diaframma completamente
aperto) è di f/4. Se lo si considera come un telescopio, questo obiettivo
ha una apertura massima di 200/4 = 50 mm.
L'apertura massima di un obiettivo fotografico convenzionale varia a
seconda del tipo di progetto e naturalmente della focale presa in considerazione.
L'apertura tipica di un obiettivo super-grandangolare e grandangolare è
di f/2.8-4. Gli obiettivi "normali" sono quelli in proporzione più luminosi,
ed oscillano tra f/1.2 e f/2. I teleobiettivi "corti", di focale compresa
tra 80 e 135mm offrono aperture comprese tra f/1.8 e f/3.5, mentre i tele
più lunghi hanno luminosità compresa tra f/2.8 ed f/5, giungendo alla
luminosità f/8 nella categoria dei super-tele, di focale maggiore di 400mm.
Si è parlato di apertura "massima" riferendosi al fatto che la maggior
parte degli obiettivi a lenti sono dotati di un diaframma regolabile che
consente il controllo del diametro dell'obiettivo. Gli obiettivi catadiottrici,
composti da lenti e specchi, hanno uno schema ottico praticamente identico
a quello dei telescopi riflettori tipo Maksutov Cassegrain, e non possono
essere diaframmati.
Il valore dell'apertura di un obiettivo fotografico è estremamente
importante perché è uno dei fattori che consente di calcolare i tempi
di esposizione delle fotografie.
SCHEMI OTTICI E ABERRAZIONI
La lunghezza fisica di un obiettivo non ha una stretta correlazione con
la lunghezza focale, perché viene ampiamente utilizzato un schema ottico
noto come "retrofocus" che consente di portare il fuoco dei grandangolari
molto all'indietro anche se la focale è cortissima (come farebbe altrimenti
un obiettivo da 20mm di focale ad andare a fuoco 45mm più indietro, dove
si trova la pellicola?). Allo stesso modo i moderni teleobiettivi a lenti
sono spesso molto più corti di quanto si potrebbe supporre, perché incorporano
un gruppo ottico negativo (una specie di lente di Barlow) che allunga la
focale del sistema di lenti anteriore, che ha una focale più corta per
poter contenere le dimensioni dell'obiettivo.
Le aberrazioni ottiche degli obiettivi sono dei difetti ottici
che limitano il potere risolvente, il contrasto ed altre caratteristiche
che concorrono a definire la "nitidezza" o la "fedeltà di riproduzione"
di una foto.
Per correggere le numerose aberrazioni ottiche degli obiettivi, i progettisti
impiegano molte lenti concave o convesse, separate o incollate tra loro.
In alcuni teleobiettivi vengono impiegati sia lenti che specchi. All'aumentare
della luminosità e al diminuire della lunghezza focale dell'obiettivo
deve aumentare il numero delle lenti per correggere le aberrazioni che
entrano in gioco, e che diventano spiacevolmente evidenti ai bordi del
campo. A causa di esigenze di progettazione e di produzione, le lenti che
compongono gli obiettivi fotografici hanno quasi sempre le superfici sferiche.
I progettisti, avvalendosi di potenti super-computer e potendo contare
sulla disponibilità di centinaia di tipi differenti di vetro, raggiungono
ugualmente elevati livelli di correzione delle aberrazioni ottiche. Alcune
aberrazioni, come il coma e l'astigmatismo, dipendono dall'apertura, cioè
dal diaframma utilizzato.
TRATTAMENTI
Un normale obiettivo fotografico moderno è composto da un numero di lenti
che può variare da 4 a più di 10. Siccome ogni superficie aria-vetro
perderebbe per riflessione almeno il 12% della luce, è facile calcolare
quale sarebbe la perdita netta di luminosità e di contrasto di un obiettivo
dotato di lenti non trattate antiriflesso. Oggigiorno anche gli obiettivi
più economici sono dotati di lenti trattate su tutte le superfici con
molti strati di sostanze chimiche con proprietà anti-riflettenti, caratterizzati
da un indice di rifrazione intermedio tra quello del vetro e quello dell'aria.
Un obiettivo così trattato perde per riflessione solo una minima percentuale
della luce incidente. Gli obiettivi moderni sono ormai trattati antiriflesso
in modo molto efficace, e le perdite di luce sono ridotte al minimo.
FILTRI COLORATI E MINUS VIOLET
Tutti gli obiettivi fotografici sono dotati una filettatura (oppure di
un cassettino presente prima dell'innesto) prevista per l'applicazione
di filtri. Nell'utilizzo astronomico (in particolare usando pellicole pancromatiche
in bianco e nero) questa possibilità può essere sfruttata con eccellenti
risultati, ottenendo due grandi vantaggi:
- selezionare la banda di trasmissione dell'oggetto che si vuole riprendere
(filtro rosso per le nebulose ad emissione, blu per le stelle, ecc.)
- ridurre al minimo i residui di aberrazioni cromatiche dell'obiettivo, che
tendono a dilatare le dimensioni delle immagini stellari.
Di recente sono comparsi sul mercato alcuni filtri chiamati "Minus Violet"
che eliminano la banda violetta dello spettro, consentendo di ottenere
immagini stellari molto nitide e "secche" (eliminando in pratica lo spettro
secondario degli obiettivi acromatici) senza alterare in modo significativo
il colore delle immagini. Essi possono quindi essere usati anche con pellicole
a colori. OBIETTIVI APOCROMATICI
Da qualche anno sono comparsi sul mercato alcuni obiettivi di lunga focale
caratterizzati da una luminosità straordinaria, enormi dimensioni e ...
prezzi astronomici. Questi obiettivi, progettati principalmente per riprese
sportive in condizioni di scarsa luminosità , offrono immagini di nitidezza
eccezionale a tutte le aperture. Infatti la resa degli obiettivi a lenti
non è la medesima a tutte le aperture; ed in genere la migliore nitidezza
e correzione delle principali aberrazioni si ottiene ai diaframmi intermedi,
cioè f/8-11.
I primi supertele apo ad essere prodotti furono i 300 mm f/2.8, ma ora
si possono trovare senza problemi anche i 200 f/2, i 400 f/2.8, i 500 f/4,
i 600 f/4. Questi super-tele includono lenti speciali a bassa dispersione
cromatica ed alto indice di rifrazione, costruite in vetro ED (extra low
dispersion = bassissima dispersione cromatica) o in cristallo di Fluorite
(fluoruro di calcio). Utilizzando queste lenti l'obiettivo può essere
progettato per avere una correzione molto spinta delle aberrazioni ottiche,
ed in particolare esso è molto ben corretto dall'aberrazione cromatica.
Questi obiettivi non sono più soltanto "acromatici", come la maggior parte
degli altri, ma "apocromatici", corretti cioè per l'intero spettro cromatico.
L'uso di questi costosi obiettivi per le riprese astronomiche consente
di ottenere immagini che rivaleggiano con le camere Schmidt, ma con il
vantaggio di una maggiore praticità e versatilità . Ho visto in più occasioni
le immagini di alcune zone della Via Lattea riprese con un obiettivo Tamron
ED 300/2.8 (faccio notare che l'apertura di questo "mostro" è di 300/2.8=
107 mm): le immagini delle stelle, anche le più luminose, erano piccolissime,
e perfette anche ai bordi. Le nebulose erano ricche di dettagli, nitidissime.
Purtroppo questi obiettivi costano come minimo 5-6 milioni.
ATTREZZATURA MINIMA:
28mm f/2.8, 50mm f/1.8, 200mm f/3.5. Con questa terna di obiettivi si possono
fotografare oggetti molto estesi come le costellazioni o grandi estensioni
di Via Lattea (28mm, 50mm). Usando il 200mm si catturano oggetti più piccoli
con buoni risultati (M31, M33, la rosetta, M42, comete di media estensione,
ecc.)
ATTREZZATURA IDEALE
Supergrandangolare 16-20mm, normale 50mm f/1.4, tele 180 o 200mm f/2.8,
supertele apo 300 o 400mm f/2.8-4. Con il supergrandangolo si possono fare
spettacolari riprese quasi "a tutto cielo", ottime per la cattura di scie
meteoriche, grandi comete, luce zodiacale, Via Lattea, ecc.). Con il 50
super luminoso non è difficile riprendere i dettagli nebulari più deboli
delle grandi nebulose (l'anello di Barnard in Orione, per esempio), contenendo
i tempi di esposizione a pochi minuti anche se si usano filtri molto scuri.
Con il 180 o 200 mm f/2.8 si catturano le nebulose più sfuggenti di medie
dimensioni in pochi minuti. Con il super-tele apocromatico si riprendono
oggetti di piccola dimensione (per esempio il velo del Cigno o l'ammasso
di galassie della Vergine) con una nitidezza non lontana da quella di una
camera Schmidt.
PROVE ASTRONOMICHE DI ALCUNI OBIETTIVI FOTOGRAFICI
In questa breve rassegna viene descritta la resa complessiva di alcuni
obiettivi che ho avuto la possibilit di provare personalmente, oppure
di cui ho visto i risultati. Naturalmente molti altri obiettivi, originali
o universali, offrono prestazioni di tutto rispetto nella fotografia astronomica.
Sarebbe interessante raccogliere eventuali "prove" di vari obiettivi, da
pubblicare periodicamente su una rivista o su Internet.
Minolta MD 16mm f/2.8 fisheye
Questo spettacolare obiettivo fisheye (180ø di campo sulla diagonale)
offre una correzione notevole delle aberrazioni anche a tutta apertura.
Le stelle appaiono perfettamente rotonde e puntiformi fino ai bordi estremi
del fotogramma.
Nikon Nikkor 20mm f/2.8
Molto usato nel settore fotogiornalistico professionale, questo supergrandangolare
da 20mm ha un ottimo comportamento alle maggiori aperture, senza produrre
distorsioni apprezzabili. Le stelle restano puntiformi fino al bordo del
campo.
Minolta MD 24mm f/2.8
Questo supergrandangolare offre buone immagini anche a tutta apertura,
ma con residui di coma a f/2.8. Permangono leggerissime sfrangiature di
colore ai bordi del campo, ma le stelle restano puntiformi in modo soddisfacente.
Olympus Zuiko 24mm f/2.8
Questo obiettivo offre immagini stellari molto nitide in tutto il campo,
ma soffre di un po' di coma a tutta apertura. È pertanto consigliabile
diaframmarlo almeno a f/4.
Canon FD 50mm f/1.4
Questo "normale luminoso" mostra un coma moderato ed una caduta di luce
ai bordi di medio valore. Si consiglia di diaframmarlo a f/2.
Contax Zeiss Planar 50mm f/1.4
Questo obiettivo dal nome altisonante ha un buon comportamento complessivo,
e mostra un coma modesto ed una vignettatura migliore della media.
Minolta 50mm f/1.7
Questo obiettivo viene fornito a corredo con le macchine fotografiche Minolta
non-autofocus. La sua resa nella fotografia astronomica è piuttosto buona
anche a tutta apertura. L'unico difetto facilmente riscontrabile è una
forte caduta di luce ai bordi.
Minolta 58mm f/1.4
Questo vecchio obiettivo (uscito di produzione) soffre, a tutta apertura,
di un evidente coma e di cromatismo residuo. Diaframmandolo a f/2 la resa
migliora in modo considerevole.
Nikon Nikkor 50mm f/1.4
Questo costoso obiettivo ha un buon comportamento complessivo, e mostra
un coma modesto ed una vignettatura un po' peggiore della media.
Olympus Zuiko 50mm f/1.4
Come il Minolta, anche questo obiettivo soffre, a tutta apertura, di un
coma e di una aberrazione cromatica piuttosto evidenti. Fotografando il
cielo con apertura f/1.4, le stelle assumono la forma di "boomerang" mano
a mano che ci si allontana dal centro del campo. Chiudendo il diaframma
a f/2 o 2.8 l'effetto diminuisce gradualmente fino a scomparire.
Pentax "A" 50mm f/1.4
Il comportamento di questo obiettivo è medio, sia dal punto di vista del
coma che da quello della vignettatura e dell'aberrazione cromatica. Le
immagini stellari sono buone usando il diaframma f/2.
Minolta 100mm f/2.5
Questo piccolo teleobiettivo offre immagini di notevole qualità anche
a piena apertura, e le immagini stellari restano puntiformi anche ai bordi
estremi del campo. Non è stato osservato alcun residuo evidente di aberrazioni.
Canon FD 200mm f/2.8
Questo medio tele offre immagini perfette fino ai bordi, salvo mostrare
una leggera traccia di aberrazione cromatica residua.
Contax Zeiss Sonnar 180mm f/2.8
Questo "180" è il precursore della categoria e si comporta egregiamente
nelle riprese astronomiche. Le stelle sono puntiformi fino ai bordi, e
resta solo una traccia di aberrazione cromatica.
Minolta Rokkor MC 200mm f/3.5
Questo 200mm non è più in produzione da molti anni ma è possibile reperirlo
sul mercato dell'usato a buon prezzo. La sua resa è molto buona fino ai
bordi, ma permane un piccolo residuo di aberrazione cromatica che dilata
le immagini stellari.
Nikon Nikkor 180mm f/2.8
Questo obiettivo di classe professionale è grosso e pesante ma offre immagini
molto nitide e corrette in tutto il campo, anche a tutta apertura. Non
si osserva alcun residuo di aberrazione cromatica.
Leica 180mm f/3.4 APO
Questo teleobiettivo è apocromatico, e la sua resa è strepitosa, con
immagini stellari perfettamente nitide e incise in tutto il campo. Non
si osservano residui di aberrazioni. Le immagini stellari che produce questo
obiettivo sono talmente piccole e nitide che si può credere di avere a
che fare con una piccola camera Schmidt.
Olympus Zuiko 180mm f/2.8
Questo "180" è il peggiore del lotto perché mostra residui evidenti di
aberrazione cromatica e di coma (nel blu) agli angoli del fotogramma. Considerando
però l'eccezionale qualità della media dei "180", la sua resa complessiva
è da considerarsi buona.
Pentax ED 200mm f/2.8
Questo medio tele è, al pari del Leica 180, il migliore del lotto, a testimonianza
degli effetti positivi che derivano dall'uso di lenti in vetro a bassa
dispersione ed alto indice di rifrazione (ED). Le immagini sono perfettamente
nitide e simmetriche al centro come ai bordi del campo. Non si osservano
tracce di coma e di aberrazione cromatica
Tamron ED 300mm f/2.8
Questo obiettivo ha una correzione apocromatica e fa parte della categoria
dei super-teleobiettivi di grande luminosità . Le immagini che questo obiettivo
produce sono paragonabili a quelle ottenibili con una piccola camera Schmidt.
L'inseguitore automatico
La fotografia astronomica con obiettivi fotografici convenzionali richiede
che la macchina sia montata su un telescopio che insegue il moto apparente
della volta celeste. In questo caso si sfrutta il telescopio come "guida"
dell'obiettivo. In alternativa si può montare la macchina fotografica
su una montatura equatoriale motorizzata che insegue senza guida il moto
della sfera celeste. Sul mercato internazionale vengono offerte alcune
montature "dedicate" a questo scopo, chiamate Inseguitori Automatici.
Uno
dei primi modelli, il PURUS di produzione tedesca, aveva un meccanismo
a molla e poteva guidare una macchina per qualche minuto con una precisione
non eccelsa ma sufficiente se si usavano obiettivi di corta focale. Gli
inseguitori automatici moderni sono molto più precisi perché sono dotati
di cannocchiale polare e motore passo-passo che consente l'esecuzione di
foto bene inseguite con tempi di esposizione fino a 15 minuti senza guida,
anche se si usano teleobiettivi di focale medio-lunga. Quasi tutti gli
inseguitori sono progettati per essere montati su un normale cavalletto
fotografico.
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