I Colori Nelle Osservazioni Deep Sky (si possono vedere?)

[etruscastro]

I COLORI: SE CI SIETE FATEVI VEDERE


Dopo aver parlato della magnitudine integrata e della luminosità superficiale degli oggetti astronomici osservabili nei nostri strumenti amatoriali, possiamo alzare un pochino l’asticella della difficoltà per tutti quegli astrofili che dedicano le loro serate all’ osservazione visuale di oggetti del profondo cielo (DSO). L’aver capito in base a delle semplici tabelle quali siano gli oggetti alla portata del nostro strumento e dei nostri cieli ci pone di fronte ad una domanda che prima o poi assillerà l’osservatore:

si possono percepire tonalità di colore negli oggetti osservati?
Se sì, quali sono e perché?

È possibile osservare dettagli debolissimi in strutture galattiche debolissime?
Se sì, come?

Il discorso non è semplice, e bisogna progredire per gradi, iniziamo con il parlare dello strumento più importante….. il nostro occhio!
L’occhio sarà l’obiettivo che regolerà ogni valore che andremo ad analizzare, come ne abbiamo già parlato qua seppur in maniera molto superficiale, sarà bene ripassare velocemente il funzionamento e come esso cambia al variare della luminanza:

I coni: Essi sono di tre tipi, ognuno dei quali sensibile ad una diversa lunghezza d’onda (Rosso, Verde e Blu), il cervello ha il compito di ricevere ed elaborale l’informazione e formare così l’immagine finale a colori.
Essi non hanno una sensibilità elevata, e sono delegati alla visione diurna detta fotopica, tralasciando calcoli particolari possiamo considerare che i Coni posso arrivare alla percezione di luminanza entro una Magnitudine per arcosecondo^2 di +11.2

I bastoncelli: I bastoncelli sono concentrati nella parte periferica della retina, sono ben 10000 volte più
sensibili e consentono la visione a livelli bassissimi di illuminazione, detta, quindi, scotopica.
Diversamente dai coni, essi possono rilevare solo variazioni di luminosità e non di colore, fornendo quindi una visione totalmente monocromatica. Questi possono arrivare ad una magnitudine per arcosecondo^2 di + 16.5/17.

Mentre nella visione fotopica (con i coni) si percepiscono la varianza dei colori, con il calare della luminanza (visione mesopica ) la visione cromatica sarà via via sempre più ristretta perdendo le sfumature più evidenti fino a rendere il rosso di un colore opaco e di difficile risoluzione, soltanto il verde ed il blu (che hanno lunghezze di sensibilità maggiore per i nostri occhi) saranno percepiti arrivando così alla visione scotopica (con i bastoncelli).

Capito quale funzionamento si cela nei nostri occhi, possiamo parlare cosa accade nelle osservazioni dei DSO.
La cosa principale e da ricordare è che la Luminosità Superficiale non varia con il diametro del nostro telescopio, anche se potrà essere contro-intuitivo soprattutto tra gli astrofili osservatori , le cose sono davvero così.
Ciò che cambia nei diametri superiori è il CONTRASTO DI SOGLIA, che varia diminuendo con l’aumentare del diametro, aumentando il diametro si percepiranno maggiori dettagli che, apparentemente, il cervello elaborerà come un guadagno luminoso, il problema è che il diametro non potrà mai essere infinito e soprattutto il risultato finale è strettamente legato alla Pupilla di Uscita (P.U.) che con la sua semplice funzione ci dice che: PU = D/I.
Vien da se, sapendo che in un individuo adulto la P.U. raramente arriva a 7mm, anche l’ingrandimento è fortemente condizionato da essa.
Tutti i valori della P.U. superiori a 7mm (o alla vostra massima pupilla di uscita [calcolatela qua ]) porterà ad una perdita drastica del fascio di luce che giungerà al nostro personale obiettivo (l’occhio) perdendo anche il relativo CONTRASTO DI SOGLIA.
Ciò che è stato appena detto, anche se potrà sembrare banale, ci porta a non sottovalutare l’importantissimo fattore dell’ingrandimento ottimale, esso si calcola semplicemente dalla seguente formula I = D/PU

Possiamo riassumere dicendo che per ottenere la massima luminosità superficiale telescopica e di conseguenza avere la massima probabilità di poter osservare tenui sfumature di colore, occorre lavorare ad ingrandimenti prossimi a quello ottimale, ingrandimenti superiori renderanno più scura l’immagine e ostacoleranno la possibile percezione del colore, quindi, da come abbiamo già visto, sapendo che la magnitudine limite per poter osservare tenui sfumature di colore con i bastoncelli del nostro occhio è + 16.5/17, osservando all’ingrandimento ottimale abbiamo la massima possibilità della percezione cromatica!

Ovviamente, ci sono altri parametri da considerare oltre alla Luminosità Superficiale e sono la forma geometrica dell’oggetto e la sua composizione (la nebulosa Helix ad esempio sarà più ostica da osservare della snowball), il seeing, le condizioni ottiche dello strumento e, marginalmente anche il diametro del telescopio con il relativo contrasto di soglia!

Ma in pratica, quali saranno gli oggetti dotati di una L.S. adatta per poter osservare dettagli cromatici?
Vediamo quali sono le più semplici nel nostro emisfero:
sicuramente la già citata NGC 7662 e l’altrettanto famosa NGC 6543 occhio di gatto, ma anche la NGC 2392 la Eskimo, la NGC 6826 tra le planetarie e M42 (la parte centrale del “trapezio”), M8 la nebulosa Laguna, M17 nebulosa Omega.

ma come si mostreranno i colori ai nostri occhi?
È bene dire, come già detto per la visione mesopica e scotopica, i colori si percepiranno sempre come non ben definiti, soprattutto saranno visibili sfumature di azzurro e di verde (infatti alcuni astrofili come il sottoscritto scrivono nei loro report di percepire il “cuore” della M42 con una tonalità di verde) ma quasi mai rosso dato che i nostri “famosi” bastoncelli hanno una sensibilità quasi nulla nella sua frequenza, quindi MAI si osserveranno nei nostri telescopi immagini come nelle foto astronomiche, al limite, con strumenti dal diametro >40cm e sotto cieli cristallini i più dotati potranno percepire lievissime tonalità di rosa.

Possiamo dire di aver risposto positivamente alla prima domanda che siamo posti inizialmente?
Potremo dire di si, in realtà, oltre ai calcoli sulla L.S. e sulla capacità che la nostra pupilla ha di dilatarsi, c’è un’ultima grande barriera che è il nostro cervello.
Il nostro cervello è molto fallace nell’elaborare dati (in questo caso ottici) e sul risultato che esso ci darà, soprattutto sarà “ingannato” da 2 tipologie di illusione,
l’illusione mnemonica causata da immagini già viste (magari in passato, basta pensare alle numerosissime immagini Hubbleiane che circolano in rete)
e l’illusione osservativa causata cioè da chiaro/scuri e dalla bassa luminanza che alterano (o che possono alterare) in parte la visione d’insieme.

Del resto, però, ognuno ha la sua vista, chi più accentuata e predisposta all’osservazione di dettagli, ed altri che o per cause della vista imperfetta o per fretta o più semplicemente per imperizia osservativa possono portare ad evidenti differenze di osservazione anche sullo stesso strumento, sugli stessi oggetti e, guarda caso, nella stessa serata, e questo ci porta a rispondere alla seconda domanda:

[etruscastro]

È possibile osservare dettagli debolissimi in strutture galattiche debolissime?

Questa è una domanda che mi sta particolarmente a cuore, e so già che la risposta ad alcuni lettori farà storcere il naso.
Mi capita spesso di scrivere report osservativi e di appuntare aggettivi riguardanti il deep sky (soprattutto galassie) e di usare aggettivi come “diafano”, “evanescente” o “spirali ben avvolte nel nucleo”.
Sapendo che molto spesso si riferiscono ad oggetti di Magnitudine Integrata (M.I.) > + 13, il lettore o il compagno di serata è portato a pensare se forse “vedo doppio” o se ho “l’occhio bionico” o se sono un sognatore e vedo quello che non esiste.
In realtà, per poter rispondere (a livello personalissimo intendiamoci!) a queste “frecciatine” bisogna spiegare alcune cose:
prima di tutto, bisogna sempre rapportarci al cielo di cui disponiamo, ad esempio osservare in Pianura Padana è profondamente diverso dall’osservare in località costiere dato che i venti laminari “spazzolano” il più delle volte i nostri cieli, così come i cieli cristallini di montagna non sono paragonabili ai cieli costieri e così via…
come seconda cosa c’è sempre da tener presente con quale diametro dei nostri strumenti osserviamo ed il conseguente contrasto di soglia, osservare con un 10” in pianura è diverso ad un 10” sul mare che sarà diverso ad un 10” in montagna, e, cosa non da poco c’è da considerare il fattore esperienza!

Un astrofilo con anni di esperienza di visualista e soprattutto migliaia di oggetti osservati (alcuni tra i più esperti arrivano anche a 6000 DSO in elenco) sono più predisposti a percepire dettagli minutissimi in evanescenti galassie.
Cosa non da ultimo sono le preferenze personali…. Un visualista appassionato di oggetti estremamente deboli, avrà una preparazione osservativa di scorgere dettagli che, ad esempio, ad un appassionato di astrofotografia (solo a titolo di esempio, per carità) saranno “invisibili”, è anche impossibile generalizzare su questa domanda, dato che, come abbiamo ben capito, le variabili in gioco sono molteplici anche senza contare fattori estremamente personali.

posso solo parlare per la mia esperienza personale e portare esempi su alcuni oggetti osservati con lo stesso strumento in luoghi diversi.
Ad esempio NGC7331 dove nei cieli del litorale laziale con un CPC 11” mostra evidente il bulge e la luminosità principale delle spirali prossime al nucleo, mentre con lo stesso strumento a 1100mt slm lo stesso oggetto mostrava evidenti chiaro/scuri tali da evidenziare la struttura periferica galattica, e dare la reale dimensionalità dell’oggetto.
M51 dove in postazione slm si intravedono i 2 nuclei interagenti, mentre in media montagna esce prepotente all’oculare la materia densa (a volte addirittura scura) che collega la M51 con la NGC 5195
O la M101 che slm appare con una forma indistinta (potremmo dire diafana!) mentre in media montagna sono evidenti porzioni molto più luminose di altre nella zona periferica.

Una cosa che non faccio mai è quella di portarmi foto o disegni degli oggetti che osservo, per non essere fuorviato nella visione finale di forma/colori (eventuali)/dimensioni, solo in fase di report comparo le osservazioni con il materiale fotografico.

Ovviamente non tutti gli oggetti saranno visibili nei loro minutissimi dettagli neanche in montagna, è allora bene avere delle piccole accortezze che, per alcune costellazioni, specie quelle particolarmente basse alle nostre latitudini, saranno impossibili da attuare, vediamo le principali:
osservare galassie in orari e in periodi dove transitano al loro culmine e in costellazioni abbastanza “alte” (meglio se dalla fascia zodiacale allo zenit), e dotarsi di oculari di ottima fattura compensando eventuali strati antiriflesso delle lenti, è superfluo dire che il telescopio deve essere perfettamente collimato.

Quindi alla risposta È possibile osservare dettagli debolissimi in strutture galattiche debolissime?
La risposta, con buona pace di chi non le vede, è SI!

[Caronte]

Grande etru veramente molto interessante!

[garmau]

CHAPEAU.......

inviato da Maurizio con Tapatalk

[mingo80]

Grande Antonio...come al solito una spiegazione lineare ed efficente...

[marcom73]

Grazie ! Un ottimo articolo !

[medved]

Molto importante oltretutto. Da divulgare specie per i neofiti e ridimensionare le loro aspettative.

[Beppe]

Molto bello e chiaro, veramente ben fatto. Nel mio piccolo avrei voluto lanciare una discussione sulla percezione dei colori ma adesso mi sento ancora più piccolo. Etruscastro‎ con questo articolo ha già toccato i tre quarti di quello che avrei voluto fare io; e molto meglio! Bravo!

[CapitanFred]

Grazie mille! E' stato utile

[Dead Space]

Il nostro cervello è molto fallace nell’elaborare dati (in questo caso ottici) e sul risultato che esso ci darà, soprattutto sarà “ingannato” da 2 tipologie di illusione,
l’illusione mnemonica causata da immagini già viste (magari in passato, basta pensare alle numerosissime immagini Hubbleiane che circolano in rete)
e l’illusione osservativa causata cioè da chiaro/scuri e dalla bassa luminanza che alterano (o che possono alterare) in parte la visione d’insieme.

Se grazie a una "illusione" mi godo uno spettacolo migliore...non è poi meglio? Alla fine guardo le stelle per godere e sognare, se grazie a un pò di fantasia dovessi vedere qualche sfumatura di più tanto meglio!

Un’astrofilo con anni di esperienza di visualista e soprattutto migliaia di oggetti osservati (alcuni tra i più esperti arrivano anche a 6000 DSO in elenco) sono più predisposti a percepire dettagli minutissimi in evanescenti galassie.
Cosa non da ultimo sono le preferenze personali…. Un visualista appassionato di oggetti estremamente deboli, avrà una preparazione osservativa di scorgere dettagli che, ad esempio, ad un’appassionato di astrofotografia (solo a titolo di esempio, per carità) saranno “invisibili”, è anche impossibile generalizzare su questa domanda, dato che, come abbiamo ben capito, le variabili in gioco sono molteplici anche senza contare fattori estremamente personali.

Dipende molto non solo dall'occhio ma proprio dal cervello. Il cervello è fondamentalmente una sofisticatissima rete neurale e senza addentrarci nelle implicazioni che questo comporta possiamo dire che come tutte le reti neurali impara e da il massimo risultato dopo svariate "iterazioni", dove per iterazione si intende il ciclo nel quale il segnale entra nella rete, viene elaborato e il risultato viene confrontato con un parametro di riferimento (in questo caso il cielo visto dal telescopio più la memoria esperenziale in quel campo), poi il segnale viene reimmesso e sottoposto a successiva rielaborazione fase nella quale la rete modifica le sue connessioni neuronali. Ad ogni ciclo (potenzialmente il cervello umano può svolgere iterazioni infinite su ogni singola esperienza ecco perche non si finisce ma di imparare in nessun campo) la rete "impara" e si perfeziona fino a dare un risultato sempre più ottimizzato.
A livello ottico cosa significa?
Facciamo un esempio più lampante.
Prendiamo un soldato delle forze speciali (Delta force, ranger, spetnaz) o un indigeno della foresta amazzonica e una persona qualunque e mettiamoli in una foresta. Entrambi devono camminare nella foresta e individuare altri soldati mimetizzati accuratamente nella vegetazione.
Inevitabilmente entrambi passano davanti a un soldato mimetizzato e i loro occhi cadono su tale soldato con la differenza che l'uomo qualunque non lo vede minimamente mentre il tizio delle forze speciali o l'indigeno lo vede.
Perche? Perche il cervello dell'uomo comune non è abituato a muoversi in quell'ambiente e quindi la sua rete neurale non ha eseguito sufficenti iterazioni che gli consentono di distinguere le forme "al volo" (ossia incosciamente) mentre il tizio delle forze speciali è allenato per quell'ambiente e l'indigeno addirittura ci vive!
Ecco perche i vietcong erano invisibili per i marines americani!
Idem per il visuale di cui parliamo qui. Il cervello deve fare esperienza e a quel punto la connessione occhio-inconscio sarà ottimizzata e ci permetterà di vedere qualcosina di più. Ho sottolineato più volte il ruolo dell'inconscio per il semplice motivo che la visione distolta coinvolge maggiormente proprio le strutture inconsce mentre la visione centrata quelle consce. E' inutile intestardirsi a voler fissare gli oggetti direttamente pretendendo di vedere qualcosa di più, è molto meglio rilassarsi, lasciare l'occhio sull'oculare in posizione comoda proprio come quando si fissa l'orizzonte distesi sotto un albero e ci si perde, i dettagli arriveranno da soli.

In realtà, per poter rispondere (a livello personalissimo intendiamoci!) a queste “frecciatine” bisogna spiegare alcune cose:
prima di tutto, bisogna sempre rapportarci al cielo che disponiamo, ad esempio osservare in Pianura Padana è profondamente diverso dall’osservare in località costiere dato che i venti laminari “spazzolano” il più delle volte i nostri cieli, così come i cieli cristallini di montagna non sono paragonabili ai cieli costieri e così via…

Non ho capito quello che vuoi dire.
In pratica il cielo della pianura padana è buono a causa dei venti?
Te lo chiedo perche non abito in pianura padana ma ho sempre pensato che fosse una zona umida e piena di foschia e che ci fosse molto inquinamento luminoso.