sfera celeste

APPUNTI DI ASTRONOMIA
Prof.ssa Patrizia Moscatelli
Sfera celeste
Liceo Scientifico Statale Vito Volterra
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1.1 L’ambiente celeste
L’astronomia, la scienza che studia i corpi celesti, ha origini antiche. In India
l’osservazione del cielo era praticata già nel III millennio a.C., in Cina e in
Mesopotamia nel I
millennio. Inizialmente gli
astronomi svilupparono
l’astronomia descrittiva e si
dedicarono principalmente alla
determinazione della posizione
e alla previsione dei
movimenti degli astri. In
questo campo vennero
raggiunti già dai Greci risultati
talvolta sorprendentemente
accurati, considerati i limiti
degli strumenti disponibili.
La ricerca delle cause di tali
movimenti ebbe inizio solo nel
XVI secolo, grazie agli studi
di Keplero, Galileo e Newton.
L’astronomia ha raggiunto il
suo massimo sviluppo nel XX
secolo: accanto agli studi della
meccanica celeste sono sorte nuove branche di ricerca:
 l’astrofisica, che applica le leggi fisiche allo studio dei corpi celesti;
 la cosmologia, che studia l’origine e l’evoluzione dell’universo;
 la cosmogonia, che si occupa dell’origine e dell’evoluzione delle strutture
che costituiscono l’attuale universo (galassie, sistemi planetari, ecc..).
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1.2 La sfera celeste e le costellazioni
Se in una notte serena guardiamo il cielo da un qualsiasi luogo della Terra,
esso ci appare come una grande cupola cosparsa di innumerevoli punti più o
meno luminosi. Sembra che
girino intorno ad un punto fisso,
la stella Polare. Abbiamo così
l’impressione di trovarci sempre
al centro di una sfera cava, di
raggio infinito, detta sfera
celeste, sulla cui superficie sono
disposti i corpi celesti. La sfera
celeste non esiste realmente: i
corpi celesti non si trovano tutti
alla medesima distanza dalla
Terra, ma lo sguardo non riesce a percepire e a misurare tali distanze.
Li vediamo come se fossero proiettati su uno schermo, così che stelle lontane
appaiono vicine.
Nonostante questo limite, la sfera celeste costituisce un valido artificio, un
modello matematico utile per rappresentare e studiare la disposizione dei vari
corpi celesti che circondano la Terra. In base alla diversa natura è possibile
distinguere vari tipi di corpi celesti: stelle, galassie, pianeti, satelliti. Lo
spazio tra gli astri appare vuoto, anche se è costituito in realtà da un gas di
particelle molto rarefatte o da polveri, la materia interstellare.
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1.3 Gli elementi di riferimento assoluto
Per stabilire la posizione esatta di un astro è utile costruire sulla sfera celeste
un sistema di riferimento che abbia un valore universale, indipendente cioè
dalla posizione dell’osservatore (orientamento assoluto).
I due elementi di riferimento fondamentali sono l’asse del
mondo e l’equatore celeste.
Prima di definirli diamo la definizione di
asse terrestre.
L’asse terrestre è l’asse di rotazione
intorno al quale ruota la terra. Tale asse
interseca la superficie terrestre in due
punti detti : polo nord terrestre e polo sud
terrestre.
1.3.1 Asse del mondo
L’asse del mondo è la linea ideale che si
ottiene prolungando all’infinito l’asse di
rotazione della Terra; esso interseca la
sfera celeste in corrispondenza di due punti, denominati polo
nord celeste e polo sud celeste.
Il polo nord celeste attualmente si trova in prossimità della Stella Polare,
nella costellazione dell’Orsa Minore.
Il polo sud celeste si trova nella costellazione dell’Ottante, vicino alla stella s
Oct (una stella poco brillante e difficilmente osservabile).
1.3.2 Equatore celeste
Il piano dell’equatore terrestre è perpendicolare all’asse del mondo e passa
per il centro della sfera celeste. Se immaginiamo di prolungare questo piano
fino ad intersecare la superficie della sfera celeste, otteniamo un circolo,
detto equatore celeste.
L’equatore celeste divide la sfera celeste in un emisfero settentrionale o
boreale, e un emisfero meridionale o australe.
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Come sulla Terra, è possibile immaginare sulla superficie della sfera
celeste un reticolo, formato da paralleli e meridiani.
I paralleli terrestri sono linee chiuse immaginarie che si ottengono
dall’insieme dei punti di intersezione tra
piani perpendicolari all’asse terrestre e la
superficie terrestre, distanti di un grado
l’uno dall’altro. I paralleli sono diversi tra
di loro, il più grande si chiama equatore e
diminuiscono avvicinandosi ai poli, dove
si riducono ad un punto. Ne abbiamo 89 a
Nord e 89 a Sud partendo dall’equatore.
I meridiani terrestri sono
semicirconferenze che vanno da Nord a
Sud, con gli antimeridiani rappresentano
l’insieme dei punti di intersezione tra i
piani passanti per l’asse terrestre e la
superficie terrestre, distanti di un grado l’uno
dall’altro. I meridiani sono tutti uguali l’uno
all’altro, distinti in 180 meridiani e 180
antimeridiani. Il meridiano di riferimento è il
meridiano 0 o di Greenwich, località nei pressi di
Londra che ospita un famoso osservatorio
astronomico oggi adibito a museo.
1.3.3 Paralleli celesti
I paralleli celesti
sono linee chiuse
immaginarie che si ottengono dall’insieme dei
punti di intersezione tra piani perpendicolari
all’asse del mondo e la sfera celeste, distanti di
un grado l’uno dall’altro. I paralleli sono
diversi tra di loro, il più grande si chiama
equatore celeste e diminuiscono avvicinandosi
ai poli, dove si riducono ad un punto Ne
abbiamo 89 a Nord e 89 a Sud partendo
dall’equatore celeste.
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1.3.4 Meridiani celesti
I meridiani celesti sono i semicerchi che
uniscono polo nord e polo sud celesti, con gli
antimeridiani rappresentano l’insieme dei punti
di intersezione tra i piani passanti per l’asse del
mondo e la sfera celeste, distanti di un grado
l’uno dall’altro.
I meridiani sono tutti uguali l’uno all’altro,
distinti in 180 meridiani e 180 antimeridiani. Il
meridiano di riferimento è il meridiano celeste
fondamentale cioè quello passante per il punto
γ, mentre il punto diametralmente opposto è detto punto ω.
L’equatore celeste e l’eclittica, cioè l’orbita apparente di rotazione del sole
intorno alla Terra, si intersecano in due
punti detti punti equinoziali.
Tali punti corrispondono all’equinozio di
primavera (punto γ) o nodo ascendente
cioè punto dell’orbita giacente sul piano
equatoriale oltre il quale il sole si innalza,
per poi abbassarsi ed intersecare di nuovo
il piano equatoriale nel punto ω
(equinozio d’autunno) o nodo
discendente.
1.3.5 Coordinate astronomiche
Il sistema di coordinate che prende come riferimento l’equatore celeste e
l’asse del mondo è detto sistema delle coordinate equatoriali.
Le coordinate equatoriali definiscono la posizione dell’astro dalla
misura di due angoli, la declinazione e l’ascensione retta.
La declinazione (δ) è la distanza angolare di un astro dall’equatore celeste.
La declinazione è Nord nell’emisfero boreale (o positiva), SUD
nell’emisfero australe (o negativa). I punti posti sull’equatore celeste hanno
declinazione 0º ; il polo nord e il polo sud celesti hanno rispettivamente
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declinazione +90º e -90º. La declinazione quindi varia dal +90º a -90º.
L’ascensione retta (α) è la distanza angolare di un astro dal meridiano
fondamentale. Tale angolo si misura in senso antiorario, partendo dal
meridiano fondamentale. In genere si esprime in ore, minuti e secondi,
tenendo presente che ogni 4 min la volta celeste si sposta di circa 1º.
Il sistema delle coordinate equatoriali è indipendente dalla posizione dell’
osservatore, perciò viene utilizzato per la costruzione delle mappe del cielo.
1.4 Gli elementi di riferimento relativo
Dalla posizione dell’osservatore
dipende invece la prospettiva con
cui si osserva la sfera celeste. Gli
elementi di riferimento in questo
caso sono la verticale e il piano
dell’orizzonte astronomico.
La verticale è la retta
immaginaria che passa per il
punto in cui si trova l’osservatore
e per il centro della Terra. Essa
interseca la sfera celeste in due
punti: lo zenit, sopra la testa
dell’osservatore, e il nadir, sotto i
suoi piedi.
Il piano dell’orizzonte celeste è
il piano passante per il centro
della sfera celeste e perpendicolare alla verticale
del luogo. Esso interseca la sfera celeste secondo
una circonferenza, che prende il nome di
orizzonte astronomico del luogo.
La posizione dello zenit e del piano dell’orizzonte astronomico variano secondo
la latitudine dell’osservatore: il piano dell’orizzonte di un osservatore al polo
nord coincide con il piano dell’equatore, mentre il piano dell’orizzonte di un
osservatore all’equatore passa per l’asse terrestre.
Il piano dell’orizzonte celeste, comunque sia inclinato rispetto all’asse del
mondo, divide la sfera celeste in due semisfere: quella superiore visibile,
che contiene lo zenit, e quella inferiore non visibile, che contiene il nadir.
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Sull’orizzonte, inoltre, è possibile identificare quattro punti cardinali: l’est
e l’ovest sono i punti in cui l’equatore celeste interseca il piano
dell’orizzonte; il nord e il sud sono i punti in cui il circolo meridiano locale
interseca l’orizzonte, ognuno nella direzione del corrispondente polo.
1.4.1 Coordinate altazimutali
Le coordinate altazimutali definiscono la
posizione di un astro dalla misura di due
angoli, l’altezza e l’azimut.
L’altezza (h) è la distanza angolare di un
astro dal piano dell’orizzonte. Essa
corrisponde all’angolo compreso tra il
segment
o che
unisce il centro della sfera con l’astro ed
il segmento che unisce il centro della
sfera con la proiezione dell’astro sul
piano dell’orizzonte. Varia da 0º (sul
piano dell’orizzonte) a +90º (allo zenit)
a -90º (al nadir).
L’azimut (a) è l’angolo compreso tra il
segmento che unisce il centro della sfera
ed il Sud dell’orizzonte celeste ed il
segmento che unisce il centro della sfera
e la proiezione dell’astro sul piano
dell’orizzonte.
Si misura sull’orizzonte astronomico dell’osservatore, partendo dal punto
cardinale sud e procedendo in senso orario.
Le coordinate altazimutali variano durante il giorno a causa dei movimenti
della sfera celeste. Nel medesimo istante, inoltre, sono diverse da luogo a
luogo in relazione alla latitudine dell’osservatore.