Filtri Solari H-alpha CORONADO

La Coronado Instruments ltd., si interessa della progettazione e dello sviluppo di filtri solari H-alfa a banda strettissima fin dal 1965.

I filtri Coronado sono stati utilizzati nell'astronomia satellitare, nell'interferometria e in molti altri settori che coinvolgono la spettroscopia.

Nel 1998 la Coronado, grazie ad alcune importanti innovazioni nella tecnologia costruttiva, ha deciso di allargare il suo mercato agli astrofili.

Analizzando lo spettro...

di David Lunt, presidente e progettista Coronado Technologies

La luce del Sole ha una sua "firma" inconfondibile, derivante dai vari elementi che lo compongono. Quando se ne osserva lo spettro si possono notare molte linee scure (linee di assorbimento) dovute all'azione di filtraggio esercitata sulla luce continua (quella che va dal lontano rosso al violetto) da quegli stessi elementi a diversi livelli della struttura solare mentre la luce procede verso lo spazio esterno.

Se si utilizzano degli strumenti che permettono di osservare il Sole in una di queste linee, il suo disco verra osservato solo nella lunghezza d'onda di emissione dell'elemento che le ha prodotte. I filtri Coronado servono proprio a questo scopo.

Sebbene vengano fatte osservazioni su quasi tutte le innumerevoli linee dello spettro, ve ne sono alcune che sono piu importanti delle altre al fine di osservare i piů significativi fenomeni solari.

Alla lunghezza d'onda di 656.28 nanometri (nm) si ha l'emissione piu importante dellelemento Idrogeno (H). Poiché questa e stata la prima linea mappata nello spettro solare, gli si e dato il nome di Idrogeno-Alfa (Ha). Proseguendo nel profondo violetto, troviamo un'altra importante riga di emissione, quella del Calcio-K (CaK), alla lunghezza donda di 393.3 nm.

Queste due sole linee ci consentono di trarre informazioni sulla maggior parte dei fenomeni veramente importanti che avvengono nel Sole: le protuberanze, le strutture che circondano le macchie solari (facole), la granularita, i flare, e molte altre. Poiché l'elemento che costuisce in maggior misura il Sole e lIdrogeno, la piu importante di queste righe e proprio quella dell'Ha.

La struttura del Sole

Spicole. Sono strutture a forma di spighe osservabili nella cromosfera solo con i filtri h-alfa. Nella fattispecie, sono particolarmente visibili col filtro Solarmax 90.

Cromosfera. E uno strato di gas che circonda la fotosfera, spesso alcune migliaia di chilometri. Puo essere considerata la parte inferiore dell atmosfera solare.

Protuberanze. Sono enormi getti di gas che si innalzano dalla cromosfera e appaiono come gigantesche lingue di fuoco. E forse il fenomeno solare piu spettacolare osservabile con i filtri h-alfa. Si vedono molto bene con i filtri SolarMax 40, Solarmax 60 e Solarmax 90, nonche col telescopio solare NearStar. Quando le protuberanze non si stagliano sullo sfondo del cielo, ma vengono proiettate verso l osservatore, all interno del disco solare, si parla di filamenti.

Fotosfera. E uno strato di gas molto sottile (dello spessore di circa 200 Km), che circonda la zona interna e che emette radiazione nella banda ottica. Puo essere considerato la superficie del Sole, anche se in realta il Sole non possiede una superficie fisica ben definita, perché gassoso. La temperatura della fotosfera e di circa 4700°K.

Macchie solari. Sono fenomeni che compaiono sulla fotosfera, sulla quale sono facilmente visibili sia con i filtri in luce bianca (es. Astro Solar) che con quelli h-alfa. Le macchie risultano piu scure rispetto alla fotosfera perché la loro temperatura e piů bassa (circa 4500°K). Il loro numero sembra variare secondo un ciclo di 11 anni. Possono avere forma e dimensioni molto differenti. La loro origine sembra dovuta al campo magnetico solare: le macchie sono infatti caratterizzate da intensi campi magnetici.

Facole. Sono aree brillanti visibili intorno alle macchie solari. Esse sono prodotte da gas convogliato dall'interno lungo le linee del campo magnetico.

Flares o brillamenti. Sono esplosioni di brevissima durata durante le quali dalla cromosfera (nelle vicinanze delle macchie) vengono emesse radiazioni e getti di gas a temperature elevatissime; la frequenza di questo fenomeno č legata all'attivitŕ solare, in particolare a quella magnetica.

La tecnologia dei filtri H-alpha Coronado

I filtri solari Coronado sono basati sul principio dell'interferometro di Fabry-Perot. Tale strumento e costituito sostanzialmente da due strati altamente riflettenti e non assorbenti, separati da uno spazio (gap) parallelo. Questa struttura viene chiamata "etalon".


	Linea di montaggio degli *etalon*

Se si fa passare un fascio parallelo di luce bianca attraverso un etalon, la maggior parte dell'energia verra riflessa dagli strati riflettenti ma, se il gap tra questi ultimi ha uno spessore esattamente uguale a un multiplo della meta della lunghezza d'onda della luce incidente, quest'ultima attraversera totalmente il sistema. I filtri Coronado sono progettati in modo tale che questo picco di trasmissione si verifichi in corrispondenza di una delle righe significative dello spettro, come ad esempio quella dell'Idrogeno alfa. Se poi la struttura del filtro e tale che il picco di trasmissione dell'etalon non sia piu largo della riga spettrale desiderata e vi sia la presenza di un filtro ausiliario che elimini tutti gli altri picchi di trasmissione, si ottiene un sistema che fa passare solo la luce dell'Idrogeno alfa.

Queste strutture di tipo etalon sono componenti ottici fra i piu critici che si possano costruire. Pensate che, per isolare la sola lunghezza d'onda desiderata, le lastre su cui vengono depositati i trattamenti riflettenti e il gap parallelo fra di esse devono essere realizzati con tolleranze inferiori a 1/100 l (lunghezza d'onda). In parole povere, nessuna parte della struttura puo avere imperfezioni o scostamenti dal parallelismo superiori a 0.000005 mm!

Gli etalon della Coronado sono disponibili in due versioni base:

Spaziati in aria
Spaziati in solido

Partendo da queste due alternative fondamentali, sono disponibili una grande varieta di schemi e materiali speciali per ottenere sintonizzabilita, stabilita, bande passanti modificate ed altre specifiche, cosi come modelli utilizzabili in zone dello spettro che vanno dal profondo UV (<190 nm) fino allinfrarosso lontano (>30mm).

Qui di seguito riportiamo una tabella che riassume i parametri fondamentali e le tolleranze che determinano e guidano i diversi processi di fabbricazione:

Procedure di trattamento proprietarie per ottenere trattamenti a bassissima perdita
Altissima stabilita termica
Tolleranza di planeita superficiale	Fino a 0.003 l
Tolleranza di rugosita superficiale	<1l RMS
Tolleranza di parallelismo fra le superfici ottiche a contatto	<0.02 arcsec


	Gli strumenti e le tecniche utilizzati per verificare che questi parametri rientrino nelle tolleranze e nelle specifiche richieste sono i seguenti:

Planeita	interferometria con risoluzione <1 nm
Struttura superficiale	microscopio a profilo interferenziale WYKO ToPo con risoluzione <0.05 nm
Parallelismo	Blue Sky Research WaveAlyser Interferometro Haidinger
Spaziatura	Mitutoyo 2300 con risoluzione <0.5 mm
Sintonia	Monocromatore Jobin-Yvon THR1000

I filtri solari H-alfa CORONADO.

Oltre ai telescopi solariH-alfa NearStar e Maxscope, gia configurati e pronti all'uso, la Coronado produce una serie di filtri solari Ha da applicare sui telescopi.

Si tratta dei filtri SolarMax .

Questi filtri, che vengono installati anteriormente al telescopio, sono caratterizzati da una struttura e un montaggio piuttosto semplici. Possono essere adattati a qualsiasi strumento, preferibilmente rifrattori a corta e media focale. Ideali per l uso visuale, sono eccellenti anche per l imaging con camere CCD e con le fotocamere digitali. Funzionano ottimamente anche con le videocamere per astronomia in b/n e con l'oculare elettronico MEADE.

Sono utilizzabili (ad eccezione del SolarMax 40) anche sui telescopi Schmidt-Cassegrain, che normalmente presentano notevoli difficolta di adattamento per i filtri Ha. Un altro vantaggio della serie SolarMax e che i filtri sono termicamente molto stabili e possono essere quindi utilizzati senza un dispositivo di controllo della temperatura.

I filtri SolarMax (SM 40 - SM 60 - SM 90) hanno una larghezza di banda <1 Angstrom centrata sulla lunghezza dell Ha e sono ottimizzati per l'osservazione delle protuberanze solari e di altri fenomeni superficiali.

Disponibilita dei filtri solari H-alfa Coronado.

La produzione di filtri solari H-alfa, come abbiamo gia spiegato, e molto complessa. La disponibilita dei filtri e quindi limitata. In questa sezione vi terremo costantemente informati sui prodotti che sono attualmente disponibili sia in fabbrica che presso il nostro magazzino.

PRODOTTO	DISPONIBILITA' IN FABBRICA	DISPONIBILITA' IN ITALIA
NearStar	Si	Si
SOLARMAX 40	Si	Si
SOLARMAX 60	Si	Si
SOLARMAX 90	Si	Su richiesta
AS1-140	Su richiesta	Su richiesta

Come funzionano

I filtri CORONADO SolarMax sono costituiti da diversi elementi, ciascuno dei quali assolve una funzione particolare.

Il gruppo anteriore (front cell ) e costituito da:

A. una lamina frontale che agisce da filtro di reiezione (ERF)

B. un elemento interno a banda stretta (etalon)


	Il filtro di reiezione (ERF, Energy Rejection Filter) taglia le lunghezze d'onda dell'infrarosso e del blu fino all'ultravioletto, evitando che il calore penetri all'interno dello strumento. Qui di fianco riportiamo il diagramma di trasmissione.

	Dietro il filtro di reiezione si trova l'elemento a banda stretta (etalon). Esso opera un secondo taglio, generando una serie di picchi di trasmissione con larghezza di banda ridottissima intorno alla lunghezza d'onda dell'Ha.


	Il gruppo posteriore va montato nel tubo portaoculari del telescopio e comprende il filtro di bloccaggio (Blocking Filter);


	Il filtro di bloccaggio (BF, Blocking Filter) esegue un ultimo taglio, eliminando i picchi di trasmissione generati dall'etalon e lasciandone passare solo uno, quello centrato sulla riga dell'idrogeno alfa (656.28 nm).


	Il filtro di bloccaggio puo' essere scelto fra tre tipi disponibili.


	I modelli BF5, BF10 e BF15 (rispettivamente con 5, 10 e 15mm di diametro) vengono montati all'interno di un diagonale da 1.25". Particolarmente indicati per l'uso visuale, sono meno costosi del modello BF30.

	Del modello BF10 esiste una versione diretta, che puo' essere utilizzata esclusivamente con il Solarmax 40 nei telescopi Meade ETX 60 e 70.

	Il modello BF30 a visione diretta da 2 pollici e molto utile nella fotografia e nell'imaging. Questo filtro consente infatti di evitare il fastidioso posizionamento del dispositivo di ripresa sul diagonale dei filtri di bloccaggio BF10 e BF15.

I dispositivi di sintonia sono dei sistemi meccanici che consentono di inclinare con precisione la cella frontale contenente il filtro a banda stretta in modo da sintonizzarlo alla perfezione. In questo modo e' possibile osservare anche i dettagli piu' critici di quei fenomeni che avvengono lungo l'asse di osservazione e che vanno fuori banda a causa
dell'effetto Doppler.


	I T-Max, cosi' si chiamano i dispositivi di sintonia, vanno montati tra la cella frontale e la flangia di adattamento all'obiettivo del telescopio. Sono disponibili nei tre diametri da 40, 60 e 90 mm.