Il cielo è lo spazio che ricopre la Terra, a forma di cupola, di colore azzurro a causa delle radiazioni azzurre e violette diffuse in misura maggiore per la loro minore lunghezza d’onda. Di notte sono visibili, in condizioni climatiche ottimali, circa 3.000 stelle, tutte localizzabili nei pressi della Via Lattea. Il cielo, le stelle e il Sole compiono una rotazione completa da est a ovest in ventiquattro ore. La zona visibile all’uomo varia a seconda delle stagioni.
Con l’aiuto di mappe celesti e planisferi, è possibile individuare le diverse costellazioni visibili a seconda della latitudine, della stagione e dell’ora d’osservazione. Un occhio esperto sarà in grado di trovare velocemente la Stella Polare che è prossima al Polo Nord celeste. In realtà esiste anche un semplice strumento che ci permette di farlo, l’astrolabio.
L’astrolabio
L’astrolabio è composto da due dischi. Sul primo c’è la mappa stellare e il calendario annuale (mesi e giorni). Al centro, proprio sotto al perno, c’è il Polo Nord celeste e quindi la Stella Polare. L’alidada (dall’arabo, asticella) è la striscetta mobile (con la scritta “data”) che serve per far ruotare il disco fissando un punto preciso (infatti c’è una linea di fede nera).
Astrolabio
Il secondo disco contiene il cerchio orario giornaliero, da 0 a 24, e la finestra del nostro orizzonte con i punti cardinali.
Il funzionamento dell’astrolabio si basa sul fatto che il movimento (apparente) della sfera celeste è il risultato della combinazione dei movimenti terrestri di rotazione in un giorno e di rivoluzione in un anno. Pertanto in un disco si sceglie il giorno dell’anno e sull’altro l’ora del giorno: la coincidenza dei due punti scelti ci darà la rappresentazione del cielo in quel momento.
I punti cardinali e il moto delle stelle
I punti cardinali
Per orientarsi nella nostra esplorazione dobbiamo avere familiarità con i punti cardinali (nord, sud, est e ovest): partendo dalla Stella Polare si traccia la verticale sull’orizzonte fino a intersecarlo in un punto che indicherà il nord; 90° a destra troveremo l’est, 90° a sinistra l’ovest e, dalla parte opposta, a 180°, il sud.
Le stelle appaiono ferme (da qui la locuzione “stelle fisse”), ma in realtà vengono trascinate da est verso ovest in un moto contrario a quello terrestre, secondo traiettorie parallele e concentriche ai poli terrestri, semicerchi situati uno sopra e l’altro sotto l’orizzonte. L’orizzonte nasconde cioè una metà della sfera celeste (i punti di massima e minima altezza del percorso giornaliero di ogni stella sono rispettivamente chiamati culminazione superiore e culminazione inferiore). Solo le stelle circumpolari, vicine al polo celeste visibile, restano sempre sopra l’orizzonte. Quelle circumpolari vicine al polo invisibile invece non saranno mai visibili.
L’altezza dei poli celesti è strettamente legata alla latitudine del luogo d’osservazione. Infatti, tanto più ci si allontana o ci si avvicina all’equatore terrestre (aumenta o diminuisce la latitudine), di altrettanto i due poli celesti si alzano o si abbassano rispetto all’orizzonte. Pertanto ai poli terrestri le stelle visibili non sorgono e non tramontano mai descrivendo delle traiettorie parallele all’orizzonte. All’equatore tutte le stelle sorgono e tramontano descrivendo delle traiettorie perpendicolari all’orizzonte; a latitudini intermedie esiste un insieme di stelle che sorgono e tramontano descrivendo delle traiettorie inclinate rispetto all’orizzonte.
I riferimenti assoluti
Per orientarci sulla sfera celeste è importante fissare certi riferimenti assoluti.
L’eclittica
L’asse celeste è la retta immaginaria che passa tra i punti nord e sud della Terra e che giunge, dopo essere stata prolungata all’infinito, alla sfera celeste, in due punti detti poli nord e sud celesti. La rotazione completa compiuta dalla sfera celeste attorno all’asse celeste avviene in un giorno sidereo. L’asse celeste può variare posizione nel tempo a causa del fenomeno della precessione (in un corpo che ruota attorno a un asse, per esempio una trottola, è il lento moto dell’asse di rotazione attorno a un secondo asse, tale da descrivere un cono con il vertice nel punto di intersezione tra i due assi).
L’equatore celeste è il circolo massimo della sfera celeste, sullo stesso piano dell’equatore terrestre; è uno dei cerchi di riferimento nel sistema di coordinate equatoriali celesti.
L’eclittica è la circonferenza massima che il Sole descrive apparentemente in un anno sulla sfera celeste attraverso le costellazioni dello Zodiaco. Il piano dell’eclittica forma con il piano equatoriale un angolo di 23°27′; la linea che congiunge i punti d’intersezione dei due piani è detta linea degli equinozi. Il Sole transita il 21 marzo dall’equinozio di primavera, passando dall’emisfero celeste australe a quello boreale; il 23 settembre dall’equinozio d’autunno, passando dall’emisfero celeste boreale a quello australe.
Mentre quelli visti sono riferimenti assoluti, è possibile considerare anche riferimenti relativi all’osservatore.
Lo zenit è il punto della volta celeste perpendicolare al luogo in cui si trova l’osservatore.
Il nadir è l’opposto dello zenit.
Il meridiano celeste è il cerchio massimo passante per lo zenit, il nadir e i poli celesti (la corrispondente proiezione del meridiano geografico). Il passaggio al meridiano rappresenta la culminazione della traiettoria diurna di un astro e permette di calcolare l’ora siderale locale. In particolare, quando l’astro osservato è il Sole, l’ora è il mezzogiorno vero locale.
L’orizzonte astronomico è il circolo massimo della sfera celeste perpendicolare alla verticale che passa per il punto dal quale si effettua l’osservazione; incrociando a sua volta il meridiano e l’equatore crea rispettivamente i punti cardinali nord, sud, est e ovest.
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