aberrazióne

Lessico

sf. [sec. XVIII; dal latino aberratío-ōnis].

1) Deviazione (sia in senso fisico sia morale); traviamento; smarrimento dello spirito. § In neurologia, aberrazione mentale, stato psichico anormale senza le caratteristiche di malattia vera e propria; aberrazione sessuale, sin. di perversione sessuale. § In biologia, aberrazione sistematica, presenza, in un individuo, di caratteri diversi da quelli abituali nella specie; aberrazioni cromosomiche, alterazione del numero dei cromosomi (mutazioni del genoma) e alterazioni della struttura dei cromosomi (mutazioni cromosomiche).

2) Per estensione, eccentricità, stravaganza: aberrazione della moda, dei costumi e simili.

Astronomia

La combinazione della velocità della luce proveniente da una stella, o da un altro oggetto celeste, con la velocità della Terra porta, nell'osservazione, a un apparente spostamento dell'astro dalla sua posizione reale. L'entità del fenomeno è funzione della distanza angolare, υ, della stella dal piano dell'eclittica; tenendo conto del fatto che la velocità della luce, c, anche se non infinita, è pur sempre molto maggiore della velocità dell'osservatore, v, lo spostamento angolare apparente α, angolo di aberrazione, è dato dalla seguente relazione sin α=(v/c) sin υ, la quale (considerando che v/c ≪ 1) fornisce, in ottima approssimazione, direttamente il valore dell'angolo α espresso in radianti. L'osservazione delle stelle situate in prossimità del polo dell'eclittica rende evidente come, nel corso di un'orbitazione completa della Terra intorno al Sole, la direzione della deviazione della loro immagine descriva simultaneamente un cerchio di ampiezza angolare v/c, centrato nel polo suddetto. Questo effetto costituisce la cosiddetta aberrazione annua della luce scoperta da James Bradley nel 1726 nel corso di una serie di osservazioni meridiane della stella γ Draconis (Eltanin), la quale si trova situata appunto nelle adiacenze del polo dell'eclittica. La velocità v è la velocità di rivoluzione della Terra, e il rapporto v/c è anche chiamato k, costante di aberrazione annua, e ha il valore di 20´´,47. Per effetto dell'aberrazione annua, nel corso di un anno, le stelle fisse in direzione del polo dell'eclittica, per le quali cioè υ=90º, sembrano descrivere una circonferenza di raggio angolare α=20´´,47, mentre le stelle sul piano dell'eclittica sembrano muoversi su un tratto rettilineo lungo 2 k; le stelle in posizione intermedia sembreranno muoversi su ellissi con semiasse maggiore k e semiasse minore k sin β (dove β è la latitudine eclittica). Se si prende in esame il moto di rotazione terrestre, si ha il fenomeno dell'aberrazione diurna, che si manifesta in modo sostanzialmente identico (moto apparente su ellissi), anche se quantitativamente meno appariscente. In questo caso però si deve tener conto non solo dell'angolo tra la direzione di osservazione della stella con la direzione di moto, ma anche della latitudine ϕ dell'osservatore, dalla quale dipende la velocità dell'osservatore stesso: si ha allora, per la costante di aberrazione diurna, il valore 0´´,32 cos ϕ. Praticamente, dell'aberrazione diurna si tiene conto solamente nelle osservazioni meridiane di stelle, il tempo di passaggio delle quali in meridiano viene corretto della quantità fissa -0,021 cos ϕ s. Tutto il sistema solare si muove poi verso la costellazione di Ercole: si ha allora il fenomeno dell'aberrazione secolare, in genere trascurato dagli studiosi perché provoca per tutte le stelle uno spostamento identico. Anche per i pianeti si verifica il fenomeno dell'aberrazione planetaria: va allora tenuto conto anche della velocità di spostamento dei pianeti stessi, e quindi del loro movimento fra l'istante in cui sul pianeta si verifica un certo fenomeno e l'istante in cui, sulla Terra, si osserva lo stesso fenomeno. La trattazione classica dell'aberrazione, che conduce ai valori dati per le relative costanti, pur essendo praticamente esatta, in quanto il rapporto v/c è trascurabile, è tuttavia esposta a critiche, in quanto non tiene conto del fatto che la velocità della luce è indipendente dal moto della sorgente o dell'osservatore. La trattazione rigorosa del fenomeno sulla base della teoria della relatività permise la correzione delle piccole discrepanze tra valori calcolati e osservati e costituì un'ulteriore conferma della teoria della relatività stessa .

Cinematografia

Difetto tipico del cinema, che non permette di far percepire allo spettatore l'esatta sensazione del movimento rotatorio degli oggetti, i quali a volte sembrano immobili, a volte appaiono ruotare nel verso opposto alla direzione del moto. L'aberrazione è dovuta allo sfasamento tra frequenza dei fotogrammi e velocità di rotazione del soggetto. Per esempio, nel caso di una ripresa normale a 24 fotogrammi al secondo, se una ruota di 24 raggi compie sempre un giro ogni secondo, le successive immagini proiettate saranno sincronizzate in modo tale che i raggi della ruota appariranno immobili; se, invece, quella ruota compie meno di un giro al secondo, le immagini dei singoli raggi appariranno sfasate in ritardo, per cui la ruota sembrerà rallentare o addirittura girare in senso opposto a quello reale.

Ottica: generalità

Per aberrazione di un sistema ottico si intende ogni deformazione dell'immagine rispetto all'oggetto dovuta non a difetti di costruzione del sistema, ma alle leggi generali della riflessione e della rifrazione. Si possono distinguere in aberrazioni assiali e aberrazioni extrassiali a seconda che l'oggetto sia posto sull'asse ottico del sistema o fuori di esso. Sono aberrazioni assiali, l'aberrazione cromatica assiale e l'aberrazione di sfericità, sono aberrazioni extrassiali, l'astigmatismo, il coma, la curvatura del campo, la distorsione e l'aberrazione cromatica extrassiale.

Ottica: aberrazione cromatica assiale

È dovuta al diverso indice di rifrazione delle lenti rispetto alle diverse radiazioni monocromatiche che le attraversano. Poiché la distanza focale delle lenti è funzione della lunghezza d'onda dei raggi luminosi da esse rifratti, la lente formerà tante immagini diverse di una stessa sorgente luminosa quante sono le componenti monocromatiche da cui è costituita. Se la sorgente è posta sull'asse del sistema ottico le varie immagini si formano sull'asse stesso con una certa deviazione longitudinale (o assiale) rispetto a un'immagine di riferimento. L'aberrazione cromatica assiale può essere misurata dalla distanza tra due immagini determinate (per esempio, tra l'immagine della radiazione di massima lunghezza d'onda osservata e quella di minima). La correzione dell'aberrazione cromatica si realizza con i doppietti (doublet) acromatici. I sistemi ottici per i quali questa aberrazione è stata corretta si dicono acromatici.

Ottica: aberrazione di sfericità

Si presenta nei sistemi ottici dotati di simmetria di rivoluzione (specchi sferici, lenti semplici, ecc.) ed è dovuta al fatto che, se si immagina di suddividere il sistema in tante zone circolari, da queste si dipartono coni di raggi luminosi convergenti in punti diversi dell'asse ottico i quali, se l'oggetto è posto all'infinito, coincidono con altrettanti fuochi del sistema . Di questi, il fuoco per i raggi provenienti dalla zona più vicina all'asse (zona parassiale) è detto fuoco parassiale, quello per la zona più lontana dall'asse (zona marginale) è detto fuoco marginale. L'insieme dei raggi uscenti dal sistema ottico inviluppa una superficie rigata di rotazione detta caustica. Se il fuoco marginale è più vicino al sistema di quanto lo sia il fuoco parassiale, il sistema si dice sottocorretto, in caso contrario si dice sopracorretto. La distanza tra questi due fuochi, detta bastoncino, costituisce una misura dell'aberrazione di sfericità (aberrazione longitudinale o aberrazione di apertura in quanto dipende dal diametro di apertura del sistema). Se si taglia poi il fascio emergente dal sistema ottico con uno schermo perpendicolare all'asse, sullo schermo si osserva un cerchio il cui raggio è minimo per una posizione intermedia tra i due fuochi. Il raggio di questo cerchio (cerchio di minima confusione) costituisce una misura della cosiddetta aberrazione trasversale di sfericità. L'aberrazione di sfericità, presente praticamente in tutti i sistemi ottici a eccezione degli specchi piani e degli specchi parabolici, può essere parzialmente corretta negli specchi sferici interponendo nel cammino dei raggi una lente piano-convessa (lamina di Schmidt) che tende a compensare l'aberrazione dello specchio con la sua. Per minimizzare gli effetti dell'aberrazione di sfericità si può sempre diaframmare opportunamente il sistema ottico che ne è affetto. Un sistema nel quale sia stata corretta l'aberrazione di sfericità si dice aplanatico.

Ottica: astigmatismo

Aberrazione che si presenta quando la sorgente puntiforme non giace sull'asse ottico (è pertanto un'aberrazione extrassiale). Poiché in questo caso l'insieme sorgente-sistema ottico non possiede simmetria di rotazione attorno all'asse ottico, anche il fascio emergente dal sistema non è più conico, ma possiede un solo piano di simmetria individuato dalla sorgente e dall'asse ottico. Le sezioni del fascio non sono più circolari, ma, se si riduce opportunamente l'apertura del sistema ottico con un diaframma circolare, assumono la forma di ellissi che vanno restringendosi man mano che ci si allontana dal sistema, sino a ridursi a un segmento (linea focale astigmatica tangenziale o focale tangenziale). Al di là di questa posizione il fascio si allarga nuovamente, gli assi delle ellissi che ne costituiscono la sezione modificano le proprie dimensioni relative e si restringono ancora sino a ridursi a un segmento (linea focale astigmatica sagittale o focale sagittale) ortogonale alla focale tangenziale. Al di là di questa posizione il fascio, ellittico, si allarga indefinitamente. Come misura dell'astigmatismo si può prendere la distanza tra le due focali.

Ottica: coma

Particolare tipo di astigmatismo che si ha quando sia la sorgente luminosa sia il diaframma sono fuori dall'asse ottico . Le sezioni del fascio emergente dal sistema ottico non sono ora ellittiche, ma assumono una caratteristica forma allungata a cometa (da cui il nome coma). Un sistema ottico corretto per l'aberrazione di coma si dice isoplanatico.

Ottica: curvatura del campo

Aberrazione che generalizza l'aberrazione di astigmatismo. Se si dispone un oggetto non più puntiforme, ma piano, dietro il sistema ottico, per ogni punto dell'oggetto si hanno due linee focali; le due superfici inviluppo corrispondenti sono ricurve e costituiscono i luoghi delle immagini (per quanto a rigore non si possa parlare di immagini, non essendo puntiformi) dei punti dell'oggetto considerato. Come superficie di miglior fuoco si può prendere il luogo delle focali tangenziali, o delle focali sagittali o una superficie intermedia tra le due. Il nome di curvatura di campo deriva dal fatto che tutte queste superfici non si presentano piane, ma ricurve. La correzione della aberrazione di curvatura di campo si effettua cercando di far coincidere le tre superfici su una superficie piana.

Ottica: distorsione

Sono affetti da aberrazione di distorsione i sistemi ottici per i quali l'ingrandimento trasversale lineare non è costante, ma varia in funzione della distanza dell'oggetto dall'asse ottico. L'immagine di un segmento rettilineo non passante per l'asse ottico risulta allora distorta a causa del diverso ingrandimento delle varie parti. A seconda che l'ingrandimento aumenti o diminuisca al crescere della distanza dell'asse si hanno distorsioni dette, rispettivamente, a cuscinetto e a barile. Come misura dell'aberrazione di distorsione, che è manifestamente un'aberrazione extrassiale, si assume in pratica la distanza tra l'immagine di una sorgente puntiforme, che appaia sul bordo del campo, e l'immagine che si sarebbe ottenuta se il sistema non fosse stato affetto da aberrazione di distorsione. I sistemi ottici per i quali questa aberrazione viene corretta si dicono ortoscopici.

Ottica: aberrazione cromatica extrassiale

Sono affetti da questi tipi di aberrazione quei sistemi per i quali l'ingrandimento trasversale lineare varia in funzione della lunghezza d'onda della luce usata. È dovuta, come l'aberrazione cromatica assiale, alla diversa dispersione cui sono soggetti i vari colori; ponendo una sorgente puntiforme policromatica al di fuori dell'asse di un sistema ottico affetto da questa aberrazione, se ne osservano tante immagini quante sono le componenti monocromatiche della sorgente usata. Queste immagini al contrario di quanto avviene per l'aberrazione cromatica assiale si dispongono trasversalmente rispetto all'asse ottico. Per sorgenti policromatiche estese l'effetto complessivo si manifesta con un bordo iridato intorno all'immagine.

Ottica elettronica

Anche nel caso di immagini fornite da un sistema ottico elettronico realizzato con campi elettrici e magnetici si possono avere aberrazione cromatiche, aberrazione di apertura e aberrazione per ionizzazione del gas residuo all'interno del sistema ottico elettronico. L'aberrazione cromatica è dovuta al fatto che il fascio di particelle cariche che attraversa il sistema non è mai perfettamente monocromatico (monoenergetico) in quanto le particelle vengono emesse dalla sorgente (catodo) sempre con una distribuzione statistica dell'energia; pertanto il sistema ottico elettronico provoca una dispersione delle traiettorie che dà luogo a immagini sfumate. L'aberrazione di apertura è dovuta al fatto che le traiettorie non sono perfettamente parassiali, cioè formano un angolo troppo grande con l'asse ottico. Il terzo tipo di aberrazione elettronica è provocato dalla ionizzazione per collisione del gas residuo che disponendosi intorno al fascio lo concentra dannosamente.

Bibliografia

Per l'astronomia

W. M. Smart, Textbook on Spherical Astronomy, Cambridge, 1966; L. Ferioli, Appunti di ottica astronomica, Milano, 1987.

Per l'ottica

V. Ronchi, Corso di ottica tecnica, Firenze, 1954; M. Herzberger, Modern Geometric Optics, Londra, 1958; J. Strong, Concepts of Classical Optics, San Francisco, 1958; F. Fleury, J. P. Mathieu, Immagini ottiche, Bologna, 1966; S. Ratti, Appunti di ottica geometrica, Pavia, 1984.