La dipendenza del seeing dalla lunghezza d'onda

Attenzione: post tecnico!

Nell'imaging in alta risoluzione dei corpi del sistema solare, uno degli argomenti di cui si discute maggiormente si basa sull'affermazione ben radicata, ma forse mai veramente provata, secondo cui il seeing, ovvero la turbolenza atmosferica, migliora all'aumentare della lunghezza d'onda di ripresa.
A detta di molti astroimager, a meno che la turbolenza atmosferica non sia del tutto assente, lunghezze d'onda rosse o infrarosse restituiscono immagini più definite e meno rovinate dal seeing rispetto a riprese effettuate a lunghezze d'onda più corte.
E' vero tutto questo? Alcuni dicono di si, altri dicono di no.

A livello astrofisico, la dipendenza del seeing dalla lunghezza d'onda è un fenomeno accertato e ben studiato. Non è un caso se nella radioastronomia la parola seeing non esiste neanche, tanto che si possono ottenere immagini con una risoluzione altissima.
La domanda che possiamo porci, allora, è la seguente: visto che gli astrofili lavorano in una parte ristretta di lunghezze d'onda (da 350 nm a 1000 nm), si può osservare effettivamente il diverso comportamento della turbolenza atmosferica in questo intervallo? Il seeing migliora davvero andando verso l'infrarosso, oppure è semplicemente una sensazione?

Nel corso degli anni ho accumulato un numero di riprese di pianeti, Luna e Sole in diverse lunghezze d'onda che mi permettono di avere un quadro abbastanza completo di questa intricata situazione.
Il problema non è semplicissimo, perché dobbiamo tenere conto anche del fatto che anche la risoluzione di uno strumento dipende dalla lunghezza d'onda. Ad una lunghezza d'onda maggiore corrisponde una risoluzione inferiore, quindi il miglioramento della turbolenza che possiamo osservare in infrarosso potrebbe essere dovuto al fatto che lo strumento si comporta effettivamente come se avesse un diametro inferiore di circa il 30% rispetto alle riprese in visibile.

Rispondere con dimostrazioni matematico/fisiche sarebbe troppo complicato e non avrebbe neanche senso; la cosa migliore è proporre dei confronti diretti, osservare alcuni filmati ed indagare la risoluzione ottenuta.
Se il seeing ci dovesse apparire migliore in infrarosso rispetto al visibile, così come la risoluzione, saremmo sicuri che il miglioramento è reale, visto che le leggi dell'ottica affermerebbero il contrario.

Bene, capito questo, osserviamo il confronto tra quattro riprese prese a caso nella mia libreria e vediamo quali possono essere le conclusioni:

Sole, seeing nel visibile pessimo (confronto IR e Verde)
Venere, seeing nel visibile appena sufficiente (Confronto IR 1 micron e UV)
Giove, seeing nel visibile buono (Confronto R-IR  e Verde)
Giove, seeing nel visibile molto buono (Confronto R-IR e Blu)
 
In tutti e quatto i confronti si nota come l'agitazione atmosferica sia sensibilmente minore nelle riprese a lunghezze d'onda maggiori.
Particolarmente significativi i confronti di Venere e del Sole, nei quali l'effetto nocivo della turbolenza atmosferica viene attenuato moltissimo riprendendo in infrarosso.

A questo punto dobbiamo capire se la maggiore turbolenza osservata deriva dal fatto che la risoluzione aumenta con l'aumentare dell'apertura. Se fosse così ci aspettiamo che le immagini a lunghezze d'onda corte abbiano comunque maggiore risoluzione di quelle riprese a lunghezza d'onda maggiore.
Si può intuire anche dai video che la risoluzione raggiunta è sempre maggiore nelle riprese effettuate a lunghezze d'onda rosse e infrarosse, contrariamente alle leggi dell'ottica.
Se non siete sicuri, date un'occhiata alla seguente immagine, nella quale ho inserito alcuni confronti presi da video diversi (per aumentare il campione esaminato):

Clicca sull'immagine per ingrandirla

La conclusione quindi non può che essere una: il seeing dipende effettivamente dalla lunghezza d'onda, anche quando essa varia relativamente poco.
Questo è evidente proprio nei primi due filmati, ripresi con forte turbolenza nel visibile.
Meno impressionante, ma comunque evidente, la differenza nelle riprese di Giove effettuate con seeing nel visibile decisamente migliore. Come è lecito aspettarsi, quando la turbolenza è poca non ci sono miglioramenti significativi in termini di qualità tra due lunghezze d'onda, fino al caso limite in cui (purtroppo molto raramente) la turbolenza è così bassa che le differenze tra le lunghezze d'onda si invertono e rispecchiano le leggi della fisica.
Nella mia carriera di astrofotografo questo mi è successo non più di 3 volte con un telescopio da 23 cm e mai con il mio attuale strumento da 35 centimetri.

Qualche puntino sulle "i":
Il confronto sui video e sulle immagini è stato fatto con telescopi diversi, diversi filtri, con e senza elementi ottici aggiuntivi. I risultati non sono mai cambiati, quindi è da escludere la presenza di difetti negli strumenti/accessori utilizzati.
I video dei confronti sono stati ripresi a distanza di qualche decina di secondi o al limite qualche minuto, in sequenza casuale, quindi qualche volta è stato ripreso prima il video in blu, poi in rosso-infrarosso e viceversa. Sono state utilizzate le medesime impostazioni di registrazione (luminosità, gamma, esposizione).
Questo eslcude dipendenze da elementi sensibili, come il tempo di esposizione, e rende estremamente improbabile che le eventuali variazioni delle condizioni atmosferiche nel tempo abbiano influenzato il risultato sempre in una sola direzione.