La sfera celeste …..

La sfera celeste …..
{
È tutta un’illusione
Il cielo stellato
Tremila sono le stelle osservabili ad occhio nudo
La volta
celeste
Una costruzione
che nasce
dall’interazione dei
nostri sensi con il
nostro cervello
Come apprezzano la distanza i nostri occhi?
Oltre un certo
limite tutti i
corpi ci sembrano alla stessa
distanza,
da qui nasce la
sfera celeste:
tutte le stelle
sono alla stessa
distanza
Angolo di
parallasse
B
Ma poi il nostro cervello ragiona e…..
anche i monti dovrebbero appartenere alla sfera celeste, ma il nostro cervello sa che questo non è vero,
quindi per ovviare a questo assurdo, inconsciamente apporta una correzione: la sfera celeste viene
modificata, allargata alla base, per collocare i particolari terrestri prima della sfera celeste
Ulteriore conseguenza
Sulle dimensioni apparente del Sole e della Luna, quando sono vicine all’orizzonte
Sempre ai limiti dei nostri sensi va
attribuito un altro fenomeno
Questo è quello
che vediamo
Questo è quello
che dovremmo
vedere
Il perché……
L’occhio umano
La parte sensibile (retina) nostro occhio è formato
da due tipi di ricettori: i coni e i bastoncelli.
I primi sono poco sensibili, quindi per lavorare
hanno bisogno di una radiazione di una certa
intensità, ma sono in grado di distinguere i vari
«colori»
I secondi sono molto più sensibili, quindi riescono
a vedere anche sorgenti pochissimo luminose come
le stelle, ma purtroppo non sono in grado di
distinguere i colori
Quindi…..
Dato che le stelle, nella stragrande maggioranza, sono
sorgenti molto deboli dobbiamo
usare i ricettori più sensibili e
quindi le vediamo in bianco e
nero.
Sono solo una trentina le stelle
abbastanza luminose da
apparire con il loro colore, per
esempio la rossa Antares
Purtroppo molte di esse sono
stelle bianco-blu e quindi
sembrano bianche come le altre
Fomalhaut A PsA
Luminosità delle stelle
b 2,5
È una
classificazione
soggettiva
a 0,9
t 2,9
e2,3
l 1,6
m 3,1
q 1,9
h 3,3
d 2,3
s 2,9
A causa dei nostri sensi
La risposta dei nostri occhi agli stimoli luminosi è logaritmica:
Magnitudine
6
5
Differenza
di luminosità
1
2,5
4
3
6,25 15,65
2
1
39
100
Falsata dalla distanza
d
F.Mazzucconi
a -1,42 – 8 a.l. - 23 Lʘ
d 1,82 - 2100 a.l. – 60,000 Lʘ
Un’altra conseguenza del modo
di ragionare del nostro cervello
La tendenza a
riconoscere strutture
in cose di per se
indipendenti:
le costellazioni
l Meissa
Ma distribuiamole
nello spazio
a Betelguese
HD34445
HD37605
Gliese 179
g Bellatrix
S637
HD38529
S630
d Mintaka
e Alnilam
HD290327
z Alnitak
h
q
i
b Rigel
k
Terra
250
500
750
1000
.
1250
a.l.
Queste strutture non sono neanche eterne
Perché esistono i moti
propri delle stelle.
z
e
h
Per es. Il grande carro
oggi ci appare così,
g
Fra 20.000 anni sarebbe
irriconoscibile
a
d
b
..e dipendono dal punto di vista
Cassiopea
(una M):
spostandoci
anche di
poco (4 a.l.)
Vista da
aCen
sarebbe una
h
16
F.Mazzucconi
Punti di riferimento?
Purtroppo una sfe-ra fermae un piano
non danno possibilità di identificare
un sistema di
riferimento
Potremmo definire
solo il punto
verticale (Zenit) e
un cerchio massimo
(orizzonte)
Zenit
Orizzonte
Ma la presenza
del Sole ci dice
immediatamente che in cielo
qualcosa si
muove
Il moto diurno del Sole
S
N
Il moto diurno del Sole registrato dall’ombra di uno gnomone:
questa è stata l’origine della misura del tempo
e la base dell’orientamento
Ma se guardiamo con attenzione anche le stelle ruotano
Questo ci permette di individuare l’asse di rotazione e ilsuo polo
E un cerchio massimo
Dalle nostre latitudini
Zenit
Il moto
delle stelle
identifica
stelle occidue.circum
polari e
invisibili
Polo Nord
Meridiano
E
N
S
W
Orizzonte
W
Polo Sud
All’equatore
Zenit
Polo
Sud
Polo
Nord
Orizzonte
Latitudine 0°
Al Polo Nord
Polo Nord
90°
Orizzonte
Latitudine 90°
Polo Sud
Quindi l’altezza del polo celeste
Il sistema alto-azimutale
Zenit
Questo ci
permette di
definire il primo
e più semplice
sistema di
riferimento per
gli oggetti
celesti
Altezza
E
N
S
Orizzonte
W
Azimut
Difetti del sistema alto-azimutale
Zenit
Le coordinate cambiano
istante per
istante
E il sistema è locale
Polo Nord
Meridiano
S
N
Orizzonte
Polo Sud
Il Sole sembra spostarsi fra le stelle
di un grado il giorno
Descrivendo una traiettoria detta eclittica
Polo Nord Celeste
Equinozio di
autunno
e in anno descrive una
circonferenza in cielo,
inclinata di
circa 23,5°
Solstizio
Estivo
W
Eclittica
23,5°
Solstizio
invernale
Equatore
celeste
g
Equinozio di
Primavera
Polo Sud Celeste
La durate del giorno è variabile
Appena si ebbero a
disposizione orologi
affidabili ci si accorse
che la durata del giorno
solare durante l’anno
era variabile,
Due sono i motivi
Il tempo che ci mette il Sole a
ritornare nello stesso punto del cielo
dipende dalla velocità di rotazione
della Terra, supposta costante,
ma anche dalla velocità con cui la
Terra si muove nella sua orbita,
Ma essendo l’orbita un ellisse….
Per la seconda legge di Keplero
Sole
Afelio
Perielio
Orbita della Terra
Ma anche per effetto
dell’inclinazione Eclittica-Equatore
Equatore
Eclittica
Equazione del tempo
I due effetti
combinati
danno luogo
alla variazione della
durata del
giorno durante l’anno
Inclinazione dell’orbita
Variazione velocità
perOrbita ellittica
Somma dei due effetti
Sole vero e sole medio
Polo Nord Celeste
Per ovviare a Equinozio di
questi inautunno
convenienti
si ricorre ad
una convenzione, introducendo un
Sole medio,
con il che
anche l’ora
solare non ha
Solstizio
molto a che
spartire con invernale
il Sole
Solstizio
Estivo
W
23,5°
g
Eclittica
Equatore
celeste
Equinozio di
Primavera
Polo Sud Celeste
Ma neanche la velocità di rotazione
della Terra è costante
In effetti la Terra sta rallentando la sua velocità di
rotazione di 2 millesimo di secondo al secolo.
Sembra un fenomeno trascurabile, ma ha conseguenze
importanti: per esempio la durata del giorno si allunga,
come dimostrano le ritmiti mareali, il cui spessore
diminuisca andando indietro nel tempo.
Gli effetti di tale fenomeno trascurabile si accumulano
nel tempo, dando luogo a differenze notevoli nella
posizione delle stelle in cielo:
1 secolo 2 secoli
36
2.5
secondi minuti
4 secoli
9.7
minuti
6 secoli
21.9
minuti
8 secoli
38.9
minuti
10 secoli 15 secoli 20 secoli
1.01 ore 2.28 ore 4.06 ore
Il motivo
La causa va ricercata nella reciproca interazione fra la Terra e la
Luna: la Luna causa le maree, le
quali vengono trascinate dalla
Terra, questo causa un attrito che
rallenta la Terra.
Inoltre questo causa un’accelerazione della luna che quindi è costretta ad allargare la sua orbita,
allontanadosi di 3,82 cm l’anno
Ma il giorno solare coincide con il giorno siderale?
Ricordandosi che tutti questi movimenti sono fasulli, e che il Sole e le stelle
stanno fermi (in prima approssimazione) e quella che si muove è la Terra.
Ma dato che mentre gira su se stessa la
Terra si sposta nell’orbita
Quanto tempo ci mette la Terra a fare
un giro completo? misurato in ore solari
medie ci mette circa 23h e 56m,
corrispondenti al giorno siderale.
Moto del Sole
Come si traduce il moto
sull’eclittica nel moto
giornaliero del Sole?
21 giugno
Equatore
Orizzonte
Eclittica
Equinozi
21 dicembre
Variazione dei punti di alba e tramonto
del Sole nel corso dell’anno
21 giugno
21 marzo
21 dicembre
E
S
N
W
Dipendenza del sorgere e tramontare del
Sole dalla data e dalla latitudine
Luogo
Data
Firenze
Sorgere
01/10
Tramontare
06:13:46 17:55:13
Durata
11h 35m 09s
43° 44’ N
30/10
06:49:32 17:07:30
10h 11m 08s
Napoli
01/10
06:00:50 17:44:24
11h 37m 33s
40° 52’ N
30/10
06:32:29 17:00:47 10h 21m 48s
Altri corpi visibili in cielo
Se osserviamo il cielo
con attenzione non ci
possono sfuggire alcuni
corpi che, più (Luna) o
meno (pianeti) facilmente riconosciamo
non essere stelle
Come si fa a distinguere i pianeti dalle
stelle?
Perché le prime scintillano e i pianeti no!
Dipende dalle dimensioni apparenti degli oggetti: le stelle, viste da
Terra, sono puntiformi, mentre i pianeti, anche se sembrano
puntiformi come le stelle, in effetti sono dei dischetti che hanno una
certa dimensione.
Inoltre…..
Mercurio
I pianeti si trovano sempre nelle vicinanze dell’eclittica e si muovono
rispetto alle stelle, talvolta di moti molto particolari
Sole
Mercurio
01/01/02
Sole
Mercurio
26/02/02
Venere
Venere e Mercurio sono sempre nelle vicinanze del Sole
Venere
10/04/02
Sole
Sole
Venere
01/01/02
Sole
Venere
Marte
Anche gli altri tre pianeti visibili ad occhio nudo,
hanno moti simili, ma solo quando si trovano
opposti al Sole
Eclittica
Marte
16/12/03
Marte
01/06/03
Giove
Eclittica
Giove
29/05/02
Giove
30/06/01
Saturno
Eclittica
Saturno
10/07/00
Saturno
01/05/01
Spiegazione di Copernico per il
moto retrogado dei pianeti
Orbita della Orbita del pianeta
Terra
inferiore
Sole
Sfera
delle
stelle
Orbita
della
Terra
Orbita
del
pianeta
superiore
Sole
Sfera
delle
stelle
Moto della Luna
Sole
Lo spostamento è di circa 13° al giorno
su di un’orbita inclinata di 5° rispetto
all’eclittica
Sole
10/01/02
Luna
17/01/02
Luna
Eclittica
Inclinazione dell’orbita
Orbita della Luna
Eclittica
Equatore
23,5°
5°
Il fatto che l’orbita della Luna sia ellittica
si ripercuote sulle dimensioni apparenti
Rotazione e rivoluzione
Il periodo di rotazione e quello di
rivoluzione sono uguali, questo
porta come conseguenza che la Luna
ci mostra sempre la stessa faccia, in
prima approssimazione .
Questo fenomeno è dovuto al fatto
che la Luna non è omogenea e
quindi, con il tempo , la parte più
densa si è bloccata in direzione della
Terra
Perché ho detto in prima
approssimazione?
In effetti noi vediamo sempre solo il 41% della superficie
lunare, mentre un altro 41% rimane sempre invisibile.
Il restante 18% può essere visibile o no a causa di tre motivi
diversi che ci offrono la possibilità di vedere porzioni variabili
della superficie.
Tali effetti si chiamano ……….
La librazione
Il Fenomeno delle fasi
S
O
L
E
Luna piena il 21 dicembre
La composizione
delle orbite e la
fase, fanno si
che la Luna
piena, che si
trova sempre
dalla parte
opposta del Sole,
in dicembre sia
sempre molto
alta nel cielo e
…..
Equatore
Orizzonte
Eclittica
Orbita della Luna
Luna piena il 21 giugno
Eclittica
Equatore
In estate sia
sempre molto
bassa
Orizzonte
Orbita della Luna
Mese sidereo e
sinodico
Il fenomeno delle fasi ha una
periodicità di circa 29,53 giorni,
mentre il tempo che impiega la
Luna a compiere un giro completo
attorno alla Terra è di 27,32
giorni, la causa è sempre il moto
della Terra attorno al Sole
Importanza del mese sinodico
Il fenomeno delle fasi (e quindi il mese sinodico) è alla base del
concetto stesso di mese ed è alla base di gran parte dei calendari
più antichi (sumero-babilonese , ebraico e arabo) e inizialmente
anche di quello egiziano e romano
La Terra all’orizzonte
Eclissi di Sole
Orbita della Luna
Eclittica
Il fatto che la Luna ed il Sole viaggino con velocità
angolari differenti su orbite che si intersecano, porta
come conseguenza che talvolta si sovrappongano: dando
origine ad una eclisse di Sole
Eclisse di Luna
Oppure che la Luna transiti nel cono d’ombra delle
Terra: eclissi di Luna
Eclittica
Orbita della Luna
Sistema equatoriale relativo
Zenit
Polo nord
celeste
Meridian
o Equatore
Celeste
Ma più usato è
un sistema
misto
d
E
AO
NN
S
Orizzonte
W
Polo sud
celeste
Sistema equatoriale assoluto
Se vogliamo
avere un
sistema di
riferimento
più generale
conviene
usare punti
di riferimento legati al
moto della
sfera celeste
Zenit
Polo nord
celeste
Meridian
o Equatore
Celeste
d
E
AO
NN
S
g
Orizzonte
Eclittica
AR
W
Polo sud
celeste
Costanza dei punti di riferimento
Quando si parla di sistemi di riferimento, occorre far notare che i
punti che noi usiamo per definire le coordinate non sono stabili.
In particolare cambia la posizione del punto g (di due diametri
lunari al secolo), in quanto cambia la direzione dell’asse
terrestre.
Questo è un fenomeno, ben noto dai tempi di Ipparco di Nicea
(II secolo a.C.) ,che fa ruotare l’asse terrestre attorno alla
perpendicolare al piano dell’orbita con periodo 26,000 anni,
Quindi quando si danno le coordinate occorre sempre definire a
quale anno il sistema fa riferimento.
La trottola
La causa della precessione
P = 26.000 anni
Luna
Terra
23,5°
Sole
Polo nord dell’eclittica
Polare
Vega
Polo Sud dell’eclittica
Canopo
a Car
Achernar - a Eri
Equinozio
21 Marzo 2010
Equinozio nel 130 a.C.
21 marzo 130 a.C.
A cui vanno aggiunti…..
La nutazione
e la deriva dei poli
A proposito del Sole…..
Anche il suo bel colore bianco-giallo è un’illusione
dei nostri occhi e dell’atmosfera:
Se prendiamo le curve di Planck, quella
corrispondente alla temperatura del Sole
(≈6,000°K) , il massimo dell’emissione
corrisponderebbe al colore verde
Questo in parte dipende dalla sensibilità cromatica
del nostro occhio, che ha un massimo nel giallo
E in parte ………..
L’effetto dell’atmosfera
A causa della rifrazione, che è
selettiva in lunghezza d’onda, tutte
passano indisturbate attraverso
l’atmosfera, salvo la radiazione
corrispondente al colore blu, che
viene in parte diffusa in tutte le
direzioni, finendo per illuminare il
cielo, colorarlo di azzurro e spostare
la somma dei colori dal verde al giallo
Il tramonto
Per lo stesso motivo all’alba e al
tramonto il cielo si colora di rosa e poi
di rosso, in quanto, aumentando lo
strato di atmosfera da attraversare a
causa dell’obliquità dei raggi solari,
anche le radiazioni a lunghezza d’onda
maggiore (rosso) vengono diffuse su
tutto il cielo
Con il che si dimostra che tutto quello che, in
cielo, pensiamo sia il reale aspetto delle cose,
in effetti è solo una più o meno marcata
mediazione fra la realtà e i nostri sensi
Fine