sabato, ottobre 30, 2010

Qualità dell'immagine e perfezione della figura di diffrazione.


Andreste a dire ad un audiofilo che per migliorare la qualità del suono del suo impianto HiFi è meglio dotarsi in registrazione di un microfono poco sensibile?
Vi guarderebbe stralunato e vi spiegherebbe che la qualità di un sistema di riproduzione è data dalla fedeltà della riproduzione all'originale. Argomenterebbe che un microfono meno sensibile non è la strada per eliminare il rumore ambientale, perchè come raccoglie meno rumore raccoglie anche meno segnale e non modifica in alcun modo il rapporto segnale rumore. Non è diventando sordi che si sente meglio.

Eppure l'idea che la qualità è la fedeltà della riproduzione, che è tanto assodata nel modo degli audiofili, sembra non essere compresa dal un bel gruppo di astrofili.
Mi è capitato di leggere, sostenuto con forza e insistenza, che un piccolo rifrattore di circa 6 cm di apertura produce immagini di diffrazione perfette, come se questo volesse dire qualità.

In realtà la perfezione della figura di diffrazione può essere usata a metro di paragone e di giudizio solo quando si confrontano aperture identiche.
La spiegazione è nella figura in apertura (cliccare sulla foto per vederla in scala più opportuna).

A sinistra abbiamo le figure di diffrazione di uno strumento perfetto di 6 cm di apertura su di una ipotetica stella doppia di circa 10" di separazione. I dischi di diffrazione, tanto perfetti, sono grandi circa 4" in diametro (la risoluzione secondo Rayleigh è il raggio del disco di Airy).
Questa è la "riproduzione" che il sistema telescopio fa della stella doppia reale, la cui immagine dovrebbe però essere quella di destra: vale a dire due punti separati da 10". Il telescopio trasforma i due punti in due dischi.
Si può argomentare che i dischi sono perfettamente circolari, ma è indubitabile che l'immagine riprodotta sia alquanto lontana e quindi non fedele all'originale.

Al centro l'immagine che potrebbe essere restituita da un telescopio con apertura 5 volte maggiore (30 cm). Anche in questo caso l'immagine riprodotta è diversa dall'originale, ma non c'è dubbio che si avvicina di più ai due punti che dovrebbe essere.

Si potrebbe argomentare che in questo caso le figure di diffrazione sono "brutte" poiché non sono simmetriche (vedere nell'immagine a scala piena cliccando sopra).
In realtà la figura di diffrazione del 6 cm è un grande disco, dovuto ai fenomeni di interferenza causati dal fatto che l'apertura è limitata, mentre nel telescopio di 30 cm la figura di diffrazione è un speckle dovuta i fenomeni di interferenza causati dalla atmosfera.
In un certo senso il telescopio di 6 cm è limitato dalla sua apertura e non è abbastanza sensibile da leggere il seeing. Esattamente come usando un microfono poco sensibile non si rileva il rumore ambientale (ma nemmeno tutti i suoni interessanti che hanno l'intensità di quel rumore).
Il telescopio di 30 cm è invece abbastanza sensibile da cogliere questi segnali.

Si potrebbe argomentare che nel caso del telescopio di 6 cm è possibile ridurre l'ingrandimento in modo da far sembrare i dischi dei punti, in questo modo ripristinando la "fedeltà" all'originale. Già... ma è abbastanza evidente che a quel punto anche le figure di diffrazione del telescopio di 30 cm sarebbero puntiformi, e lo sarebbero da un bel pezzo.
Esiste un intervallo di ingrandimenti nel quale il 30 produce già punti e il 6 cm ancora dischi, come è evidenete, per esempio riducendo l'ingrandimento a un terzo nella figura che segue.


La conclusione di tutto questo è che la perfezione della figura di diffrazione non ha significato se non è posta in relazione alla dimensione della figura. E' fin troppo facile ottenere una grande figura perfetta, così come è fin troppo facile registra un son senza rumori se si riduce la sensibilità del microfono.

Come considerazione aggiuntiva bisognerebbe dire che non solo il confronto va fatto a pari ingrandimento (a quale ingrandimento le stelle diventano punti?) ma andrebbe anche fatto su stelle che hanno la medesima intensità apparente, altrimenti di nuovo si rischia di non vedere i i problemi per mancanza di segnale.