.: La lettura della sfera celeste :.

Definizione di sfera celeste e problemi derivanti dalla presenza di inquinamento luminoso
Le stelle ci appaiono distribuite sulla superficie di una sfera contenente la
Terra, una sfera al centro della quale si trova l’osservatore. Tale sfera –
detta Sfera Celeste – è solo apparente: in realtà sappiamo bene che – a questo stadio
osservativo – possiamo considerare l’Universo come illimitato. Nonostante
questo, il nostro occhio non riesce a percepire le differenze di distanze dell’ordine
di grandezza degli anni luce, di conseguenza, abbiamo l’impressione che tutte le
stelle siano alla stessa distanza da noi, e quindi distribuite lungo la
superfice interna di una sfera. Oggi sappiamo che la Sfera Celeste non esiste
e che stelle apparentemente vicine possono anche essere in realtà lontanissime,
l’effetto di vicinanza è dovuto solo ad un motivo prospettico, ma continueremo a riferirci
al cielo come ad una sfera giusto per motivi di comodità e per non distaccarci
da quelle che sono le nostre percezioni quotidiane.
Già ad uno sguardo superficiale, è facile notare che le stelle presentano
diverse luminosità. La luminosità di una stella dipende, ad un
primo esame, dalla quantità di energia da essa irraggiata e dalla distanza
che la separa dalla Terra.
Le luminosità delle stelle sono state misurate ed oggi è possibile
reperire grandi cataloghi ed atlanti stellari nei quali per ogni stella è
indicata la sua luminosità. L’unità di misura della luminosità
di una stella è la magnitudine relativa, la sua scala è
una scala inversa, questo significa che più piccola è
la magnitudine di una stella, più questa sarà luminosa. Come
riferimento per fissare la scala si usa la Stella Polare alla quale si assegna
una magnitudine relativa pari a circa 2.0 (circa perchè è
debolmente variabile).
Tra tutte le stelle fisse visibili dalla Terra, la più luminosa
è Sirio che ha magnitudine -1.46.
 

Il cielo di 
Napoli alle 22.00 del 1° Gennaio

In figura è rappresentato un ipotetico cielo alla latitudine dell’Italia
centro-meridionale visibile ai primi di
gennaio verso le ore 22.00.
Si tratta di un cielo ipotetico perchè in realtà da Napoli, da Roma, o da qualsiasi
altra città, non vedremo mai un elevato numero di stelle. Questo perchè
la nostra atmosfera non è perfettamente trasparente, anzi: lo è così poco
da non lasciarsi attraversare da tutte le luci prodotte da una
città durante la notte. Tutte le luci cittadine diffuse verso l’alto
non si disperdono, ma vengono riflesse e diffuse dall’atmosfera (una sorta di
effetto serra per la luce) generando una illuminazione del cielo detta
inquinamento luminoso che impedisce la vista di un notevole numero di
stelle.
Per questo motivo gli osservatori astronomici vengono oggi realizzati in
deserti o in montagna, cioè in luoghi bui, con l’atmosfera più pulita
possibile e – nel caso di osservatori in montagna – con uno strato di
atmosfera più sottile rispetto al caso di osservatori situati al livello del
mare.
Il cielo mostrato nella figura precedente è, di conseguenza, non il cielo di
Roma, ma il cielo visto da una località situata alla stessa latitudine di Roma
(poco più di 41°) ma buia.

Per fissare le idee, sotto un cielo privo di inquinamento luminoso è
possibile osservare stelle fino ad una magnitudine relativa pari a 6.0,
a volte 6.5… dal centro di una qualunque città difficilmente è
possibile osservare stelle oltre la magnitudine 3.0!
Prima di proseguire, è utile ricordare alcune semplici definizioni.
L’intersezione fra la Sfera Celeste e la verticale del luogo individua un
punto chiamato zenit.
Il meridiano celeste è il cerchio massimo che si ottiene
intersecando la Sfera Celeste con un piano passante per il polo nord celeste
e per lo zenit (oppure: la proiezione sulla Sfera Celeste del meridiano locale).
Si definisce l’orizzonte come l’intersezione della volta celeste ed il
piano orizzontale (piano tangente alla Terra nel punto in cui si trova l’osservatore).
 

Orientamento con le stelle
Nella figura successiva si può osservare la Stella Polare (cerchiata in
bianco nella parte bassa della figura) che fa parte della costellazione dell’Orsa Minore, o anche Piccolo
Carro (cerhiata in giallo), della quale è la stella più luminosa. Il Piccolo Carro è formato da
stelle molto meno luminose della Polare, talmente poco luminose da non
essere visibili da luoghi con molto inquinamento luminoso.

Il Cielo 
alle 22.00 del 1° Gennaio
In tal caso la
Polare può essre trovata con l’ausilio dell’asterismo del Grande Carro (una
parte della costellazione dell’Orsa Maggiore) in figura cerchiato in verde.
Si individuano le due stelle opposte all’asse del carro (Dubhè e Merak), la
distanza (angolare) tra queste due stelle va prolungata per quattro o cinque
volte (dipende se si parte da Dubhè o da Merak) e si arriva esattamente alla
Polare.

Se il Grande Carro è invisibile, perchè basso sull’orizzonte come ai primi
di gennaio, allora è possibile trovare la Polare con la costellazione di
Cassiopea (cerchiata in rosso) facilmente riconoscibile perchè assomiglia ad
una M stampatello maiuscolo o – se si preferisce – ad una W. Si considera il lato di
Cassiopea evidenziato in nero, tale lato va prolungato per cinque volte, e si
arriva in una zona di cielo buia nella quale la stella luminosa più vicina
è proprio la Stella Polare.
Il punto in cui si trova la Polare si chiama anche Nord Celeste. Se immaginiamo
di disegnare il prolungamento dell’asse di rotazione della Terra verso il
cielo (dal lato nord) tale prolungamento passa molto vicino alla Polare, ad una
distanza angolare di meno di un grado; la distanza è talmente piccola da non essere
percepibile ad occhio nudo, per cui possiamo anche approssimare la posizione
della Polare e dire che si trova sul prolungamento dell’asse di rotazione
terrestre, da cui il nome di Nord Celeste (= Nord del Cielo). Il Nord
Geografico (che non è un punto, ma una direzione sulla superfice terrestre) è la proiezione del
Nord Celeste (= Polare) sull’orizzonte.

Trovato il nord, siamo perfettamente in grado di trovare tutti gli altri
punti cardinali.
 

Moti apparenti della sfera celeste dovuti alla rotazione della Terra
Come noto, la Terra effettua un moto di rotazione attorno al proprio asse
(oltre naturalmente al moto di rivoluzione attorno al Sole); a tale
moto è dovuto sia l’alternarsi del giorno e della notte sia l’impressione
che la Sfera Celeste ruoti attorno a noi. Tale moto della Sfera Celeste è
un moto apparente dal momento in cui è la Terra a ruotare in senso inverso.
La Terra effettua un giro completo su se stessa in un
giorno siderale (23 ore e 56 minuti), di conseguenza la Sfera
Celeste effettuerà un giro completo apparente attorno a noi in un giorno siderale.
Siccome la Polare si trova molto vicina al prolungamento dell’asse di
rotazione terrestre, ad occhio nudo non riusciremo a percepire il suo moto
apparente, avremo quindi l’impressione che la Polare sia ferma e che tutte
le altre stelle vi girino attorno.
A titolo di esempio, si riporta in figura un cielo come quello di prima, dei primi di
gennaio ma delle ore 24.00, si può facilmente notare come tutte le stelle
si trovino in una posizione ruotata di 30 gradi rispetto alle figure
precedenti.
La Sfera Celeste effettua una rotazione apparente completa (360 gradi) in
24 ore, quindi la rotazione oraria è pari a 360 / 24 = 15 gradi all’ora.

Il Cielo di Napoli alle 24.00 del 1° Gennaio

Le stelle circumpolari e le stelle occidue
Le stelle apparentemente più vicine alla Polare, per la precisione tutte le
stelle che presentano una distanza angolare dalla Polare inferiore alla
distanza angolare della Polare dall’orizzonte, effettuano in un giorno
siderale un giro completo centrato sulla Polare senza mai intersecare
l’orizzonte, si tratta allora di stelle che girano attorno alla Polare (anche
questa volta apparentemente) senza mai tramontare.
Queste stelle che non tramontano vengono chiamate stelle circumpolari.
Stelle che presentano distanze angolari dalla Polare maggiori del suddetto
angolo Polare/orizzonte, dovranno invece forzatamente sorgere e tramontare;
queste sono dette stelle occidue dal latino occipites:
che muoiono, che cadono.
Ci sono anche stelle molto lontane (angolarmente) dalla Polare, talmente
lontane da non potere sorgere mai, alla nostra latitudine: queste stelle
sono dette stelle invisibili.
Quando un corpo celeste passa per il meridiano celeste, raggiunge la massima
o la minima altezza sull’orizzonte, si dice che l’astro culmina. Le
stelle occidue presentano un solo punto di culminazione osservabile (l’altro
è sotto l’orizzonte) mentre le stelle circumpolari ne presentano due,
detti culminazione superiore (quello più alto sull’orizzonte)
e culminazione inferiore.
 

Effetti di latitudine
Il Cielo di Stoccolma

In figura è rappresentato il cielo visibile da Stoccolma. Si può facilmente
notare come sia aumentato l’angolo Polare/orizzonte.
Con le regole usuali
della geometria euclidea, è possibile dimostrare che tale angolo vale
esattamente quanto l’angolo di latitudine geografica del luogo da cui si
osserva. Da questo momento ci si riferirà all’angolo Polare/orizzonte
usando il termine appropriato angolo di latitudine.
Essendo aumentato l’angolo di latitudine, sarà automaticamente aumentato il
numero di stelle circumpolari: stelle che a latitudini inferiori
intersecavano l’orizzonte ora non lo intersecheranno più; analogamente
sarà aumentato anche il numero di stelle invisibili: stelle che a
latitudini inferiori riuscivano a sorgere, ora rimarranno confinate nella
regione di Sfera Celeste perennemente sotto l’orizzonte. Alla luce di tutto
questo si può facilmente concludere che all’aumentare dell’angolo di
latitudine decresce il numero di stelle occidue.
Quindi…
 

Il Cielo Boreale
Abbiamo appena concluso che più si aumenta la
latitudine, più aumenta il numero di stelle circumpolari. Di conseguenza,
spostandosi al Polo Nord (massima latitudine possibile: 90°) ci si troverà nella
situazione limite in cui tutte le stelle saranno circumpolari e nessuna
stella potrà essere occidua.

In questa figura è mostrato il cielo visibile dal Polo Nord: la Polare è
posizionata sullo zenit e nessuna stella potrà mai tramontare.
Questo
perchè la Sfera Celeste effettua il suo moto apparente parallelamente
all’orizzonte
.
La conseguenza importante è che al Polo Nord non si potrà mai vedere
tutto il cielo: le stelle situate sotto l’orizzonte sono tutte
invisibili ed anch’esse presentano un moto apparente parallelo all’orizzonte stesso.
Di conseguenza, al Polo Nord è visibile solo metà cielo, quella
metà storicamente chiamata Cielo Boreale.
L’altra metà (il
Cielo Australe) sarà visibile al Polo Sud. Anche lì le stelle
sono tutte circumpolari.
 

Effetti di latitudine all’Equatore
Il cielo dell'Equatore
All’Equatore ci si trova nella situazione inversa rispetto a quella del Polo:
la Stella Polare (in figura cerchiata in bianco) si trova sulla linea dell’orizzonte,
naturalmente in direzione settentrionale. Nessuna stella potrà essere
circumpolare: all’Equatore tutte le stelle sono occidue. Inoltre dalla
figura si evince che la Polare non serve a nulla per l’orientamento, trovandosi
sull’orizzonte. Essendo tutte le stelle occidue, all’Equatore l’orientamento
con le stelle è possibile solo con l’ausilio di altre costellazioni che,
proprio perchè occidue, saranno diverse a secondo della stagione e dell’orario.
La linea rossa al centro della figura è l’Equatore Celeste, la proiezione
sulla Sfera Celeste dell’Equatore Terrestre, oppure il luogo geometrico che
separa il Cielo Boreale dal Cielo Australe.
Come è facilmente osservabile, all’Equatore abbiamo sopra l’orizzonte
metà Cielo Boreale e metà Cielo Australe. La Terra in un giorno
siderale effettua una rotazione completa su se stessa, di conseguenza la
Sfera Celeste effettua una rotazione apparente completa, allora se ci troviamo
esattamente sull’Equatore della Terra, nell’arco di un giorno siderale
ogni stella riesce a sorgere e tramontare
, pertanto l’Equatore è l’unico
luogo geometrico della Terra dal quale è visibile tutto il cielo.
 

I pianeti
I pianeti visibili ad occhio nudo sono: Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno. Il
loro moto apparente sulla sfera celeste è piuttosto complesso, infatti
oltre a muoversi di moto apparente rotatorio come tutta la Sfera Celeste, appaiono
anche in movimento rispetto alle stelle fisse. La distanza angolare di un pianeta
dal Sole, lungo la sfera celeste, è detta elongazione; Mercurio e
Venere, essendo pianeti interni all’orbita terrestre, hanno basse elongazioni,
e risultano quindi visibili attorno all’alba ed al tramonto.
Giove
Solitamente i pianeti si muovono (rispetto alla Sfera Celeste) da ovest verso
est, tale tipo di moto è detto moto diretto o moto progressivo.
Questo non significa che, durante la notte, vedremo un pianeta sorgere ad ovest
e tramontare ad est! Significa che, se annotiamo la posizione di un pianeta
in una data notte, la notte successiva lo troveremo spostato un pò
più ad est rispetto alle stelle fisse. Quando un pianeta interno
viene a trovarsi fra la Terra ed il Sole (punto di congiunzione inferiore),
o la Terra si trova tra un pianeta esterno ed il Sole (punto di opposizione),
il pianeta appare muoversi di moto retrogrado, da est verso ovest.
Nel corso degli anni, quindi, osserveremo un pianeta prima muoversi di moto diretto,
poi (apparentemente) fermarsi (punto di prima stazione), tornare indietro
in moto retrogrado, fermarsi di nuovo (punto di seconda stazione) ed
infine riprendere a muoversi di moto diretto. In questo modo il pianeta percorrerà,
rispetto alle stelle fisse, una traiettoria a cappio.
 

Il moto del Sole e le stagioni
Se si osserva la posizione del Sole rispetto alle stelle fisse, si nota che
questa varia di giorno in giorno e – nel giro di un anno – percorre un cerchio
massimo sulla sfera celeste. Questo cerchio massimo prende il nome di
eclittica e non è altro che l’intersezione tra il piano
dell’orbita terrestre e la Sfera Celeste. Il moto apparente del Sole lungo
l’eclittica è causato dal moto di rivoluzione della Terra attorno ad esso.
Equatore ed 
Eclittica
In questa figura, oltre all’Equatore Celeste tracciato in rosso, è
graficata anche l’eclittica in verde.
Il Sole percorre l’eclittica da ovest ad est (moto diretto) con velocità
variabile, la sua velocità angolare media è di circa 1 grado al giorno.
L’eclittica è inclinata rispetto all’equatore celeste di un angolo
pari a 23° 27′, le due intersezioni tra queste due curve si chiamano punti equinoziali:
uno prende il nome di punto vernale o punto gamma, l’altro invece
punto Libra o punto Omega.
Si chiama equinozio di primavera l’isante in cui il Sole, percorrendo
l’eclittica, si trova nel punto vernale: il Sole attraversa l’equatore celeste passando
dall’emisfero australe a quello boreale. Prendendo come origine il punto vernale e
spostandoci lungo l’eclittica, definiamo successivamente, ogni 90°, il solstizio d’estate
(massima distanza nel cielo boreale tra eclittica ed equatore celeste), l’equinozio d’autunno
(l’altra intersezione) ed il solstizio d’inverno (massima distanza nel cielo australe
tra eclittica ed equatore celeste).
Ai due equinozi il Sole sorge esattamente ad est e tramonta esattamente ad ovest,
descrive un arco diurno di 180° e quindi la durata del giorno è uguale a
quella della notte.
Al solstizio d’estate è massima la distanza angolare del punto in cui
sorge il Sole verso nord rispetto ad est, tale distanza angolare è detta
amplitudo. L’arco diurno del Sole è massimo e maggiore di 180°
(nel nostro emisfero), e quindi è massima la durata del giorno.
Al solstizio d’inverno si è nella situazione opposta: arco diurno del
Sole minimo, minima durata del giorno.
 

Scritto all’inizio del 1997 per motivi di lavoro. Ero giovane, all’epoca.
(e prendevo più caffè di ora)





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10 risposte a .: La lettura della sfera celeste :.

  1. keroppa ha detto:

    Ho preso il mio primo (e unico) telescopio nell’anno in cui tu scrivevi questo papiro. 🙂
    A dieci anni di distanza l’inquinamento luminoso della mia zona è aumentato così tanto da renderlo del tutto inservibile. Da due anni attende, cieco, l’arrivo di tempi migliori.

  2. ilpizzo ha detto:

    Ne ho letto un pezzo ma adesso non ho il tempo di arrivare in fondo. Dove abito io le stelle si vedono piuttosto bene, essendo un paesino in campagna, e devo dire che quando esco in cortile a fumare una sigaretta di notte è proprio bello stare un po’ col naso per aria.

    Buona settimana

  3. tiptop ha detto:

    ecco… non ho il coraggio… capito sempre poco di astronomia, va bene lo stesso se adoro guardare il cielo, di giorno e di notte e le nuvole?
    un bacione
    cri

  4. cercacoccole2 ha detto:

    Caspita, che mega post!! 🙂 Fatto copia,incolla, stampa e leggerò con calma.. magari in qualche serata speciale cercherò di applicare qualche informazione, visti i DUE telescopi casalinghi a disposizione, attualmente dentro le loro custodie alquanto impolverate… 🙂
    Buona settimana! Ciao. E.

  5. 1KONAN ha detto:

    Niente male caro….
    di solito quando studiavo geografia astronomica pensavo sempre e con una certa ossessione alle distanze stellari….anni luce, parsec etc. Oggi in verità mi occupo di altro, ma le distanze intergalattiche mi affascinano sempre e non riesco a fare a meno di pensare a quanto siamo piccoli ed insignificanti nel cosmo….e quindi quanto siamo immensamente stupidi a comportarci come un virus su questo bellissimo piccolo puntino blu che galleggia……

  6. dodo712 ha detto:

    Capperi che bel post ‘didattico’. Viene voglia di andarsi a comprare un telescopio… (ma perchè non mi decido mai a farlo?).

  7. alex321 ha detto:

    Carissimi,
    prima di comprare un telescopio, che dai nostri centri abitati è praticamente inutilizzabile, pensate ad un’alternativa molto più economica e comoda: un binocolo.
    Costa meno. Ha il vantaggio di avere una visione bi-oculare, quindi vi stancate meno gli occhi. E’ più leggero. Ve lo portate a spasso. I binocoli moderni hanno un’ottima luminosità.
    🙂

  8. lorypersempre ha detto:

    Polvere di stelle, eh? 😉
    io da ragazina adoravo l’astronomia, poi sono diventata un’albero ed i mie interessi sono un tantino cambiati. Ma non troppo.
    Leela

  9. maredidirac ha detto:

    L’infinitamente grande ha sempre avuto un grande ascendente su di me! Grazie per questo post perchè dentro c’è tutto il necessario!
    A presto!

  10. mazzetta ha detto:

    mmmmm
    questo
    http://earth.google.com/sky/skyedu.html
    e soprattutto questo:
    http://www.stellarium.org/it/

    potrebbero quindi interessare diversi di voi 😀

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