Capita che i visitatori dell’Osservatorio ci chiedano di guardare qualche stella al telescopio, salvo poi restare delusi quando vedono dei semplici puntini di luce. Perché non si riesce a vedere il disco delle stelle? Cerchiamo di capirlo.
La dimensione angolare.
In astronomia si ha a che fare con oggetti di dimensioni molto diverse (Luna, pianeti, stelle, galassie…) che si trovano a distanze molto diverse (da qualche centinaio di migliaia di Km a milioni di anni luce). Per tenere conto di questi due fattori (la dimensione effettiva di un oggetto, e la sua distanza) si usa il concetto di dimensione angolare.
La dimensione angolare o diametro angolare ɑ (alfa) è l’angolo sotteso da un oggetto di diametro d a distanza D. Come suggerisce il nome, la dimensione angolare è un angolo, che in astronomia si misura tipicamente in secondi d’arco (o arcosecondi). Un arcosecondo è 1/3600 di grado, che corrisponde alla dimensione angolare di una moneta da 1€ a 5 Km di distanza: si tratta quindi di una misura veramente piccola!
Se le distanze D sono molto maggiori delle dimensioni d (cosa sempre vera per gli oggetti astronomici) la dimensione angolare in arcosecondi si può calcolare come:
ɑ ≈ 206369.43 d / D
dove le distanze vanno espresse nella stessa unità di misura. Possiamo usare questa formula per calcolare, ad esempio, la dimensione angolare della Luna al perigeo, cioè alla minima distanza dalla Terra. Il nostro satellite ha un diametro di circa 3500 Km e dista al perigeo 363000 Km. La sua dimensione angolare è quindi:
ɑ ≈ 206369.43 × 3500 / 363000 ≈ 1990 arcosecondi
Dimensioni angolari di oggetti astronomici
Veniamo ora al problema da cui eravamo partiti: perché le stelle al telescopio si vedono come puntini e non come piccoli dischi? Per capirlo riportiamo nella tabella sotto le dimensioni in arcosecondi di alcuni oggetti astronomici.
| Oggetto | Dimensione angolare in arcosecondi |
|---|---|
| Luna | 1760 – 2046 |
| Sole | 1887 – 1952 |
| Venere | 9.7 – 66 |
| Risoluzione approssimativa dell’occhio umano | 60 |
| Giove | 29.8 – 50.1 |
| Marte | 3.5 – 25.1 |
| Risoluzione limite dei telescopi terrestri (senza ottica adattiva) | 0.5 – 1.0 |
| Risoluzione del telescopio spaziale James Webb | 0.1 (infrarosso)1 |
| Risoluzione del telescopio spaziale Hubble | 0.05 (luce visibile)2 |
| Betelgeuse | 0.06 |
| Sirio | 0.006 |
| Altair | 0.003 |
| Deneb | 0.002 |
| Proxima Centauri | 0.001 |
| Risoluzione del Very Large Telescope | 0.001 |
| Orizzonte degli eventi del buco nero M87* | 0.000025 |
Sole, Luna e pianeti non hanno sempre la stessa distanza dalla Terra, per cui le dimensioni angolari variano in un intervallo. Abbiamo anche inserito la risoluzione angolare di alcuni strumenti di osservazione, dall’occhio umano a grandi telescopi. La risoluzione angolare è la più piccola dimensione angolare che uno strumento ottico è in grado di distinguere: più questo valore è basso, più lo strumento ha una vista “acuta”. A meno di utilizzare ottiche sofisticate o elaborazioni delle immagini, un telescopio non può distinguere dettagli di dimensione minori della sua risoluzione.
La risoluzione dell’occhio umano è circa 60 secondi d’arco, che è la dimensione angolare del pianeta Venere: chi ha una vista perfetta può percepire Venere come un piccolo disco piuttosto che un singolo punto di luce.
La risoluzione angolare dei telescopi terrestri è limitata dalla turbolenza atmosferica a circa mezzo arcosecondo (per gli strumenti professionali) o un arcosecondo (per quelli amatoriali). Le ottiche adattive consentono di migliorare la risoluzione, ma per ora si possono applicare solo ai grandi telescopi usati dagli astronomi professionisti.
La stella gigante Betelgeuse della costellazione di Orione ha una dimensione angolare di 0.06 secondi d’arco, poco sopra la risoluzione del telescopio spaziale Hubble. Per questo motivo, Hubble è stato in grado di mostrare Betelgeuse come un piccolo disco sfocato usando tecniche digitali. Purtroppo gli strumenti usati dagli astrofili non sono al livello di Hubble, per cui ci dobbiamo accontentare di vedere Betelgeuse (e tutte le altre stelle) come semplici puntini.
Conclusione
La dimensione angolare delle stelle del cielo notturno è molto minore della risoluzione dei telescopi amatoriali, e quindi le stelle non appaiono come piccoli dischi ma come puntini di luce. Poco male: ci sono tantissimi altri oggetti interessanti da vedere.
Approfondimenti
- Diametro angolare su Wikipedia.it.
- Risoluzione angolare su Wikipedia.it.
- James Webb FAQ (NASA) ↩︎
- Hubble space telescope design (NASA) ↩︎