I QUADERNI DELL'ALMANACCO
LA SFERA CELESTE
di Franco Martinelli
(2)
- Il moto diurno
- Coordinate astronomiche 1
- Cordinate astronomiche 2
- Il moto annuo
LE COORDINATE ASTRONOMICHE ALTAZIMUTALI
Per rappresentare ed indicare la posizione di un qualunque astro sulla S.C. si utilizzano dei sistemi di coordinate, esattamente come sulla Terra si utilizza la Latitudine e la Longitudine per indicare la posizione geografica di un luogo.
In Astronomia si impiegano correntemente diversi sistemi, a seconda delle circostanze. In questa sede elencheremo soltanto i più semplici ed intuitivi. Il modo più naturale per indicare la posizione di un astro nel cielo è quello di fornire la direzione verso la quale esso è osservabile e la sua elevazione al di sopra dell’orizzonte. Queste due indicazioni, date in forma numerica diventano una coppia di coordinate che prendono nome rispettivamente di azimuth e altezza. Il piano di riferimento di queste due coordinate è l’orizzonte dell’osservatore; per altezza si intende l’angolo verticale compreso tra l’orizzonte e la visuale dell’astro; ha un valore minimo di 0° (astro sull’orizzonte, che sorge o che tramonta) e massimo di 90° (astro allo Zenith, sulla verticale della nostra testa). L’altezza può essere angolarmente estesa anche sotto l’orizzonte: in questo caso l’osservatore non può misurarla non potendo osservare l’astro e l’altezza si esprime con valori negativi (vedi figura sotto).
Anche l’azimuth si esprime sotto forma di angolo e viene misurato sul piano dell’orizzonte. Essendo un angolo viene espresso in gradi. Come direzione di riferimento in genere (in particolare i marinai) si assume la direzione del Nord geografico (gli Astronomi preferiscono però utilizzare la direzione del Sud) e l’angolo viene contato in senso orario da 0° a 360°. In questo modo i punti cardinali Nord, Est, Sud ed Ovest hanno rispettivamente azimuth 0°, 90°, 180°, 270°. L’altezza si misura con uno strumento che i marinai chiamano sestante; l’azimuth si misura con la bussola.
Le coordinate locali altazimutali (o orizzontali)
Questo sistema di coordinate prende il nome di altazimutali ed è legato esclusivamente alla posizione dell’osservatore. Sono cioè coordinate locali e non universali. Questo significa che due osservatori posti in luoghi diversi, vedranno lo stesso astro nello stesso istante con valori di azimuth e altezza diversi. Non solo, poiché la S.C. è dotata di moto apparente e quindi gli astri si muovono rispetto all’orizzonte, le coordinate altazimutali di tutti gli astri sono continuamente mutevoli, per cui, quando si vogliono indicare occorre sempre specificare l’ora di osservazione.
Una applicazione interessante. Descrivendo la S.C., nella prima parte, abbiamo accennato che l’Asse del Mondo forma con l’orizzonte un angolo pari alla Latitudine. Se potessimo direttamente osservare il Polo Celeste Nord e misurarne l’altezza con il sestante otterremmo direttamente e semplicemente la Latitudine del luogo. I marinai, ancora oggi, sebbene sempre più raramente, è così che misurano la Latitudine in mezzo al mare: misurando l’altezza della Stella Polare.Questo metodo estremamente semplice ha consentito agli astronomi e ai geografi sin dalla antichità di misurare la latitudine di un luogo. La determinazione della longitudine è invece stato un grosso problema che solo un paio di secoli addietro ha trovato definitiva soluzione.
L’altezza e l’azimuth essendo legate alla visibilità da parte dell’osservatore sono le uniche direttamente misurabili e sono quelle mediante le quali vediamo, viviamo e descriviamo il cielo; sono, come dire, le coordinate finali dell’utente.
Esistono altri sistemi di riferimento meno immediati ed intuitivi ma più universali e più adatti ai calcoli astronomici.
LE COORDINATE ASTRONOMICHE ORARIE
Abbiamo visto che il piano di riferimento delle coordinate altazimutali è l’orizzonte; bene, se prendiamo come riferimento il piano dell’Equatore celeste ed ad esso applichiamo per analogia i concetti, ovviamente modificati, di azimuth ed altezza otteniamo un sistema di coordinate che prende il nome di sistema locale orario. Locale, perchè in parte è ancora legato alla posizione dell’osservatore (sebbene già con una certa proiezione all’universalità) e orario in quanto almeno una delle coordinate è funzione diretta del tempo ed il sistema è legato alla traiettoria diurna apparente dell’astro sulla S.C.
Un astro per effetto del suo moto (apparente) diurno lascia sulla S.C. una traccia circolare e parallela all’Equatore Celeste; tale traccia prende nome di parallelo di declinazione e la sua posizione è esprimibile con la distanza angolare che lo separa dall’Equatore stesso.
Tale angolo è la declinazione. Se torniamo mentalmente alle coordinate altazimutali essa è, rispetto all’Equatore, ciò che l’altezza è rispetto all’orizzonte.
Anche la declinazione ha valore massimo 90° (Polo Celeste) e minimo 0° (astro sull’Equatore); anch’essa si misura con valori positivi (convenzionalmente per gli astri che appartengono all’emisfero Nord) e negativi (astri dell’emisfero Sud). Esempio: la stella Polare, che coincide con il Polo Celeste Nord ha declinazione +90° (oppure 90° Nord).
Essendo la declinazione di un astro riferita all’Equatore non è legata alla posizione dell’osservatore; non è quindi una coordinata locale bensì universale ed invariabile. Essa vale quindi per tutti gli osservatori, qualunque sia la loro latitudine e qualunque sia l’istante dell’osservazione. Un astro, per il solo effetto del moto diurno, non muterà mai il suo valore di declinazione L’altra coordinata che fa coppia con la declinazione è, sempre per tornare alla nostra analogia, quello che l’azimuth è per l’orizzonte e prende nome di angolo orario o tempo dell’astro (Fig. 4). Il tempo è l’arco di Equatore, misurato in gradi ed in senso orario a partire dal meridiano celeste superiore, da 0° a 360° (gli astronomi preferiscono misurarlo in ore da 0 a 24). Poichè si parla di meridiano, e quindi si fa riferimento alla posizione dell’osservatore, l’angolo orario è una coordinata locale, che vale solo per tale osservatore e per un dato istante. L’angolo orario cambia continuamente ma soprattutto uniformemente (cosa, quest’ultima, che non fanno ad es. nè l’azimuth nè l’altezza) in funzione del tempo che passa e al ritmo di 15° in un ora, 1° ogni 4 minuti, 15’ al minuto ecc.
Fig. 4 - Le coordinate locali orarie
Con esso si può misurare il tempo (non dell’astro, ma nell’accezzione più tradizionale del termine) o la sua variazione (ed è per questo che ne ha assunto anche il nome). Un astro che è al meridiano superiore ha angolo orario pari a 0° e poichè rispetto agli istanti del sorgere e del tramonto ha percorso metà del suo arco diurno è al suo mezzogiorno; in tale istante la sua altezza è la massima raggiungibile. Se il suo angolo orario è 180° è al meridiano inferiore e quindi alla sua mezzanotte.
Un astro che ha declinazione zero si muove lungo l’Equatore: sorge esattamente sul punto cardinale Est (azimuth =90°) e tramonta sul punto Ovest (az.=270°); sorge 90° (6 ore) prima di passare in meridiano e tramonta 90° dopo: il suo arco diurno dura 12 ore esatte, tanto quanto l’arco notturno.
