Introduzione all'Astronomia Amatoriale Un Giorno da Astrolo: Le giornate didattiche di Andrea Argoli Primo Incontro - 20/07/2013 - Teatro Talia di Tagliacozzo www.progetto-comune.it/astro - [email protected] Adolfo De Sanctis Associazione Culturale Progetto Comune www.progetto-comune.it Sommario L'Astronomia Amatoriale, nota anche come Astrolia, pone le sue basi nell'osservazione del cielo ad occhio nudo. L'uso di strumenti ottici è un passo successivo nello sviluppo di questa disciplina. Osservare il cielo ad occhio nudo è necessario per prendere dimestichezza con i concetti fondamentali dell'Astronomia: le mappe del cielo, i sistemi di coordinate celesti, la posizione degli astri, le costellazioni e la qualità del cielo. Il cielo visibile da una certa posizione non è uguale ogni sera, al di là di eventi metereologici esso cambia in funzione della data e dell'ora. In Italia la parte di volta celeste che vediamo comprende gruppi di stelle (le costellazioni) che appartengono sia all'emisfero boreale (nord), sia all'emisfero australe (sud). In questo incontro impareremo a leggere una mappa stellare, ad orientarla in base alla data e all'ora, ad individuare le costellazioni e gli eventuali intrusi (pianeti, asteroridi o comete), a misurare le distanze sulla volta celeste e inne a giudicare le condizioni di osservabilità del cielo. Alcune regole fondamentali per una buona seduta di osservazione sono indicate nel testo e saranno messe in pratica durante le sessioni notturne di osservazione. Indice 1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 L'occhio e l'osservazione notturna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Dove osservare 3 1.3 Quando osservare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Atmosfera e Seeing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Le mappe stellari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1 La sfera celeste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Mappe mensili e planisfero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 L'Osservazione a occhio nudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.1 Le costellazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.2 Trovare la propria strada 6 3.3 La misura delle distanze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 Materiale didattico fornito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 Indice 3 1 Introduzione L'Astronomia è un hobby aascinante che chiunque può seguire. Non c'è bisogno di conscenze matematiche avanzate o di essere menti scentiche. Ovviamente, come qualsiasi cosa, un serio impegno e una seria passione sono i principali ingredienti per una buona riuscita. L'Astronomia Amatoriale necessita anche di un altro fattore: la perseveranza e la pazienza. Osservare il cielo, infatti, può rivelarsi un'attività sicamente impegnativa nel senso che il sico viene esposto spesso a basse temperature per tempi medio-lunghi. Conoscere bene il territorio in cui si osserva e il suo clima sono elementi fondamentali per scegliere l'abbigliamento adatto alle diverse stagioni dell'anno. Lo scopo di queste lezioni è ben sintetizzato da una frase di P. Clay Sherrod nella prefazione del suo libro A Complete maual of Amateur Astronomy (traduzione da [1]): [...]l'Astronomo non professionista realizza subito che non è lo strumento ma la persona che lo usa che scopre i misteri del cielo. E i misteri sono lì, così come le loro risposte, per coloro che sono preparati per scoprirli. La preparazione di cui parla Sherrod è una preparazione scientica, benchè non tecnicamente (e matematicamente) dettagliata. Anche l'astronmo amatoriale deve conoscere la sica che muove il cosmo, che trasporta la luce e che fa funzionare gli strumenti ottici. E queste conoscenze cercheremo di raggiungerle nel modo più indolore: mettendole in pratica. In questa prima lezione parleremo dei fondamenti dell'osservazione del cielo: come, dove e quando osservare e l'uso delle mappe stellari. Le nozioni qui contenute sono fondamentali per avanzare nella disciplina e intraprendere progetti di osservazione scienticamente rilevanti. 1.1 L'occhio e l'osservazione notturna Lo strumento fondamentale per l'osservazione del cielo è l'occhio. L'osservazione del cielo senza strumenti ottici (binocoli o telescopi) è detta Osservazione ad occhio nudo. Per poter osservare al meglio il cielo notturno, data la poca luminosità degli oggetti celesti, è necessario raccogliere la maggior luce possibile che proviene dagli oggetti in questione. La pupilla dell'occhio risponde quasi istantaneamente ai cambiamenti di luminosità espandendosi o contraendosi, facendo cioè passare più o meno luce a seconda dell'intensità della sorgente. Per poter però ottenere la massima luce possibile, e quindi la massima dilatazione della pupilla, è necessario tenere gli occhi al buio per almeno 30 minuti. L'adattamento dell'occhio al buio è quindi un processo lento che richiede il suo tempo. Luci brillanti distruggono facilmente questo adattamento (quasi istantaneamente), per cui quando si osserva il cielo (con o senza strumenti) è necessario mantenere l'adattamento della pupilla al buio. Per poter fare questo è necessario SPEGNERE cellulari o altre fonti di luce (macchine fotograche in particolare). Quando è necessario leggere una mappa o orientarsi al buio si può utilizzare una debole torcia di colore ROSSO (il rosso è il colore della luce che meno disturba l'occhio), sempre puntata verso il BASSO, specialmente se si osserva assieme ad altre persone. Quando l'occhio raggiunge il massimo adattamento al buio sarà comunque molto facile orientarsi e vedere attorno a se, in particolare in una notte di luna o vicino ad una città. L'occhio umano percepisce i colori distintamente in piena luce. I colori degli oggetti celesti, però, non sono così immediati. Quando l'occhio si adatta al buio in un certo senso perde leggermente la sensibilità ai colori. Inoltre l'intensità della luce delle stelle o di altri corpi celesti è molto bassa e l'informazione sul colore non può essere ottenuta dall'occhio. 1.2 Dove osservare Un luogo buio è la cosa più importante. L'interferenza con luci esterne disturba l'adattamento dell'occhio al buio, necessario per osservare oggetti poco luminosi. Osservare all'ombra di una costruzione o di un muro può evitare che si venga accidentalmente a contatto con luci forti. In città l'inquinamento luminoso è un enorme fattore di disturbo. Questo purtroppo non può essere eliminato, neanche spostandosi in alta montagna (almeno nella nostra zona). A causa di questa fonte di inquinamento la maggior parte del cielo non è visibile, spesso in direzione delle grandi città se si osserva dalla campagna o dalla montagna. Combattere l'inquinamento luminoso dovrebbe essere il primo obiettivo di ogni Astrolo. La legislazione europea prevede norme speciche per limitarlo in quanto è tra i Diritti Fondamentali dell'Uomo l'osservazione del cielo notturno (UNESCO) ed è Patrimonio dell'Umanità la volta celeste. Queste norme prevedono, ad esempio, l'uso di lampade al sodio e non al mercurio (gialle anzichè bianche) per l'illuminazione esterna stradale, pubblica e privata; tutte le luci non dovrebbero mai essere proiettate verso il cielo, ma verso terra: questo vale in particolare per l'illuminazione dei monumenti e per i fari estetici di luoghi pubblici e privati. In gura 1 è mostrata la dierenza tra la volta celeste visibile in un ambiente di campagna lontano da città (sinistra) e quella visibile in prossimità di una città (destra). 2 Le mappe stellari 4 Fig. 1: Inquinamento luminoso: dierenza tra la volta celeste visibile in un ambiente di campagna lontano da città (sinistra) e quella visibile in prossimità di una città (destra). 1.3 Quando osservare Non tutta l'astronomia è fatta di notte. Al di là dello studio del Sole, che richiede particolari attrezzature, alcuni corpi celesti vengono osservati di giorno, o meglio, al tramonto o all'alba. Il tramonto civile (segnato sui calendari) è denito quando il sole si trova sotto l'orizzonte di Quindi da quando il sole scompare a quando si trova 6 ◦ 6◦ (vedi cap. 2 per informazioni sulle misure). sotto l'orizzone abbiamo il tramonto civile. Il tramonto astronomico è denito quando il sole si trova sotto l'orizzone di 18◦ . Da questo momento in poi possiamo iniziare una osservazione notturna. La durata del tramonto (e dell'alba) dipende da dove ci troviamo sulla terra e, soprattutto, dal mese dell'anno. La durata della notte, infatti, dipende dal mese in cui ci troviamo e quindi anche la quantità di oggetti osservabili cambia mese per mese. L'osservazione ad occhio nudo può essere fatta dal tramonto all'alba, la maggior parte degli oggetti visibili, infatti, non necessitano di trovarsi in posizioni particolari, anche se le condizioni migliori sono quando questi si trovano sulla nostra testa. 1.4 Atmosfera e Seeing Non tutte le notti sono uguali per osservare. L'insieme delle condizioni (dette Seeing) che concorrono alla qualità dell'osservazione del cielo possono essere messe su una scala (composta da Antoniadi) e riportata in tabella 1. Grado I Seeing perfetto, senza scintillio Condizioni II Piccole ondulazioni, con periodi di calma di parecchi secondi III Seeing moderato, con tremolii più importanti IV Seeing povero, con costanti ondulazioni e scintillio V Seeing pessimo, dicoltà nel realizzare uno schizzo dell'oggetto Tab. 1: Scala di Antoniadi del Seeing. Molto dipende dalle condizioni meteorologiche, ma anche altri eetti dovuti agli strumenti possono essere messi in conto. Quando si ha forte turbolenza, la variazione della densità negli strati di aria provoca rifrazione della luce, causando la scintillazione delle stelle. turbolenza atmosferica. Le stelle, infatti, scintillano nelle notti umide con forte Questi eetti sono comunque vistosi, quasi sempre, se si osserva un oggetto molto vicino all'orizzonte, dove l'aria calda del terreno sale, provocando tubolenza. Le nuvole, ovviamente, non permettono di osservare il cielo, anche se spesso i cumulonembi (le grandi nubi temporalesche) lasciano degli spazi in cui le condizioni sono perfette. Le nubi più fastidiose sono quelle straticate ad alta quota, quasi invisibili, ma che compromettono seriamente la quantità, e la qualità, degli oggetti visibili. 2 Le mappe stellari Per poter ossservare il cielo è necessario sapere che cosa si sta osservando. La conoscenza degli astri ci è stata trmandata dagli antichi attraverso mappe e dati. I popoli antichi avevano raggruppato le stelle in insiemi, detti Costellazioni, nei quali vedevano personaggi mitologici o animali e le usavano per tramandare storie. Oggi le 2.1 La sfera celeste 5 costellazioni che riconosciamo derivano in particolare dalla cultura greca e romana e sono un ottimo strumento per individuare un oggetto nella volta celeste. 2.1 La sfera celeste Le stelle e tutti gli altri corpi celesti, come il Sole e la Luna, appaiono come su una vasta sfera, centrata sull'osservatore, e che ruota da Est a Ovest. Nonostante sappiamo che questa visione non è corretta, risulta comunque un utile modo per pensare al cielo e per ragurarlo nella nostra mente. Così come la latitudine e la longitudine sono usate per individuare un punto sulla supercie della Terra, un sistema di coordinate celesti è usato per individuare un punto sulla sfera celeste. Il nord e il sud della Terra sono prolungati e deniscono il Nord ed il Sud celesti, l'equatore celeste è in linea con l'equatore terrestre. Questo sistema di coordinate è detto Equatoriale. Aronteremo questo sistema di coordinate quando parleremo di telescopi. Un sistema di coordinate più conveniente e di più immediato uso è il sistema Altazimutale ragurato in gura 2. Fig. 2: Sistema di coordinate Altazimutale. In questo sistema la posizione di un astro è data in termini di Altezza e Azimuth. L'Altezza è l'elevazione, in gradi sessagesimali, al di sopra (+) o al di sotto (-) dell'orizzonte; il punto al di sopra dell'osservatore è detto ◦ ◦ Zenith (+90 ), mentre quello al di sotto è detto Nadir (−90 ). L'Azimuth è l'angolo, in gradi sessagesimali, ◦ ◦ ◦ ◦ misurato dal Nord (0 ), verso Est (90 ), Sud (180 ), Ovest (270 ) e di nuovo Nord (360 ◦ /0◦ ). Si può immaginare una linea che passi da Nord a Sud e attraversi lo Zenith: questa è detta Meridiano (essa è infatti l'equivalente di un meridiano terrestre). Quando un oggetto si trova sopra questa linea immaginaria si dice che transice al meridiano. Il transito delle stelle al meridiano è stato per secoli l'unico modo per conoscere l'ora esatta o la posizione sulla Terra. 3 L'Osservazione a occhio nudo 6 Poichè la volta celeste sembra una sfera, tutte le distanze tra gli oggetti possono essere espresse come angoli, in gradi sessagesimali. Attenzione però: è solo una rappresentazione dal nostro punto di vista (la Terra), queste distanze non corrispondono alla distanza reale tra gli oggetti. 2.2 Mappe mensili e planisfero Un planisfero mostra la mappa delle stelle così come visibili dalla Terra, se la terra fosse un punto al centro della sfera celeste... Per sapere quale porzione di cielo è eettivamente visibile dalla propria posizione sulla Terra e in un determinato periodo dell'anno si ricorre alle mappe mensili, ovvero mappe elaborate appositamente per riportare la posizione delle stelle e dei principali oggetti ssi in un preciso mese, ad una precisa ora del giorno e da una precisa località sulla Terra. 3 L'Osservazione a occhio nudo Ci sono molte cose che si possono fare senza l'uso di strumenti ottici. La cosa più importante è imparare le costellazioni e come individuare gli oggetti nel cielo. Oggi sono disponibili strumenti ottici (telescopi) detti GOTO, ovvero dotati di un computer in grado di puntare automaticamente gli oggetti presenti in memoria. Questo può sembrare una grande semplicazione, ma in realtà nasconde un tranello. I telescopi GOTO nascono per gli esperti del cielo che, prima di tutto, sanno come trovare ciò che vogliono osservare e, cosa importante, sanno capire se il computer sbaglia oppure punta l'oggetto giusto. Usare un computer senza aver mai messo gli occhi su una mappa stampata ed essersi creati una propria mappa mentale può creare confusione e portare ad errori. Uno dei principali oggetti visibili ad occhio nudo, al di là della Luna (di cui parleremo in un successivo incontro), è la via Lattea, ovvero la nostra Galassia. In condizioni di cielo buio essa appare in tutto il suo splendore come una striscia lattiginosa di stelle. Alcune stelle doppie possono essere intraviste ad occhio nudo, tra queste la principale è sicuramente Mizar (ζ UMa) nella costellazione dell'Orsa Maggiore. In tabella 2 è riportata una lista dei principali oggetti visibili ad occhio nudo. Non sono elencati gli oggetti più importanti: le meteore e le aurore. L'osservazione delle meteore richiede una buona conoscenza delle costellazioni e delle distanze sulla volta celeste. Costellazione Sigla Descrizione And M31 Grande galassia di Andromeda Ammasso aperto - Presepe Cnc M44 CVn M3 Ammasso globulare Cen ω Ammasso globulare Her M13 Ammasso globulare Lyr Stella doppia, dicile Nebulosa di Orione Ori M42 Per M34 Ammasso Aperto Tau θ Stella doppia, facile Tau M45 Pleiadi, ammasso aperto UMa ζ Mizar - doppia con Alcor Tab. 2: Principali oggetti visibili ad occhio nudo. In tabella 3 sono riportate le sigle delle costellazioni. 3.1 Le costellazioni In tabella 3 sono riportati i nomi e le abbreviazioni delle 88 costellazioni attualmente riconosciute dall'Unione Astronomica Internazionale. Nella quarta colonna è rappresentata anche la stagione in cui queste sono visibili da una media latitudine (ad esempio l'Italia). Nonostante l'Uomo abbia raggruppato le stelle in costellazioni, creando disegni ed immagini, queste non rappresentano nessun legame tra le stelle stesse. Come si vede in gura 3 le stelle che a noi appaiono piatte a formare la costellazione di Orione, in realità nello spazio sono distanti milioni di chilometri le une dalle altre. 3.2 Trovare la propria strada Per poter trovare oggetti nella volta celeste è necessario saper camminare tra le stelle no a raggiungere il punto desiderato. Una volta acquisita la conoscenza delle principali costellazioni, per individuarne altre, o per individuare oggetti all'interno di queste, si può ricorrere allo Star Hopping (Salto tra le Stelle). 3.3 La misura delle distanze 7 Fig. 3: La costellazione di Orione, come appare dalla Terra (sinistra) e come sono in realtà distribuite le stelle nello spazio (destra). In gura 4 a sinistra è riportata una mappa con le principali costellazioni dell'emisfero boreale che si trovano attorno al polo Nord celeste, individuato dalla Stella Polare (Polaris, α UMi). Seguendo le frecce è possibile individuare le diverse costellazioni, partendo dalle due più visibili: l'Orsa Maggiore (UMa) e Cassiopea (Cas). Nella stessa gura a destra sono riportate le costellazioni estive con le direzioni per individuare i diversi oggetti a partire, ad esempio, dal Cigno (Cyg). Fig. 4: Star Hopping, costellazioni circumpolari (sinistra) e costellazioni estive (destra). 3.3 La misura delle distanze In astronomia, dimensione angolare è riferita a quanto un oggetto appare grande se visto da una certa distanza. Più lontano è da noi, più l'oggetto sembra piccolo. Il termine separazione angolare di due corpi celesti indica il numero di gradi sessagesimali che separano i due oggetti, come visti dalla Terra. Per misurare la separazione Riferimenti bibliograci 8 angolare di due oggetti (ad esempio due stelle) si può usare la propria mano. Nonostante noi tutti abbiamo mani di dimensioni diverse e braccia di lunghezze diverse, la proporzione tra lunghezza del braccio e dimensione della mano è uguale. Infatti osservando con un occhio solo il nostro mignolo, con il braccio teso in avanti, questo sarà visto sotto un'angolo di 1◦ . In gura 5 sono riportate le diverse misure angolari sotto cui vediamo le diverse parti della nostra mano con il braccio teso in avanti. In questo modo è facile stimare la distanza angolare i due oggetti celesti, senza ricorrere a compassi o goniometri. Questa pratica è molto utile per stimare la posizione e la traccia delle meteore. Fig. 5: Diverse misure angolari sotto cui vediamo le diverse parti della nostra mano con il braccio teso in avanti. 4 Materiale didattico fornito 1. Copia dispense; 2. Mappa del Cielo mensile (Luglio); 3. Planisfero; 4. Blocco appunti; 5. Raccoglitore; 6. Penna e matita. Riferimenti bibliograci [1] A complete manual of Amateur Astronomy - Tools and Techniques for Astronomical Observations - P. Clay Sherrod, Thomas L. Koed - Dover Publications, ISBN: 0486428206 [2] Practical Astronomy, Storm Dunlop, PHILIP'S Riferimenti bibliograci Abbr. And Ant Aps Aqr Aql Ara Ari Aur Boo Cae Cam Cnc CVn CMa CMi Cap Car Cas Cen Cep Cet Cha Cir Col Com CrA CrB Crv Crt Cru Cyg Del Dor Dra Equ Eri For Gem Gru Her Hor Hya Hyi Ind Nome Latino Andromeda Antlia Apus Aquarius Aquila Ara Aries Auriga Bootes Caelum Camelopardalis Cancer Canes Venatici Canis Maior Canis Minor Capricornus Carina Cassiopeia Centaurus Cepheus Cetus Chamaeleon Circinus Columba Coma Berenices Corona Australis Corona Borealis Corvus Crater Crux Cygnus Delphinus Dorado Draco Equuleus Eridanus Fornax Gemini Grus Hercules Horologium Hydra Hydrus Indus 9 Nome Andromeda Macchina Pneumatica Uccello del Paradiso Acquario Aquila Altare Ariete Auriga Boote Bulino Giraa Cancro Cani da Caccia Cane Maggiore Cane Minore Capricorno Carena Cassiopea Centauro Cefeo Balena Camaleonte Compasso Colomba Chioma di Berenice Corona Australe Corona Boreale Corvo Cratere Croce del Sud Cigno Delno Dorado Dragone Cavallino Eridano Fornace Gemelli Gru Ercole Orologio Idra Idro Indiano Stagione Aut. Pri. Est. Aut. Est. Est. Aut. Inv. Pri. Inv. Inv. Inv. Pri. Inv. Inv. Aut. Pri. Aut. Pri. Aut. Aut. Pri. Pri. Inv. Pri. Est. Est. Pri. Pri. Pri. Est. Est. Inv. Est. Aut. Inv. Aut. Inv. Aut. Est. Inv. Pri. Aut. Aut. Abbr. Lac Leo LMi Lep Lib Lup Lyn Lyr Men Mic Mon Mus Nor Oct Oph Ori Pav Peg Per Phe Pic Psc PsA Pup Pyx Ret Sge Sgr Sco Scl Sct Ser Sex Tau Tel Tri TrA Tuc UMa UMi Vel Vir Vol Vul Nome Latino Lacerta Leo Leo Minor Lepus Libra Lupus Lynx Lyra Mensa Microscopium Monoceros Musca Norma Octans Ophiuchus Orion Pavo Pegasus Perseus Phoenix Pictor Pisces Piscis Austrinus Puppis Pyxis Reticulum Sagitta Sagittarius Scorpius Sculptor Scutum Serpens Sextans Taurus Telescopium Triangulum Triangulum Australis Tucana Ursa Maior Ursa Minor Vela Virgo Volans Vulpecula Tab. 3: Lista delle 88 costellazioni. Nome Lucertola Leone Leone Minore Lepre Bilancia Lupo Lince Lira Mensa Microscopio Unicorno Mosca Regolo Ottante Ouco Orione Pavone Pegaso Perseo Fenice Pittore Pesci Pesce Australe Poppa Bussola Reticolo Freccia Sagittario Scorpione Scultore Scudo Serpente Sestante Toro Telescopio Triangolo Triangolo Australe Tucano Orsa Maggiore Orsa Minore Vela Vergine Pesce Volante Volpetta Stagione Aut. Pri. Pri. Inv. Est. Est. Inv. Est. Inv. Aut. Inv. Pri. Est. Aut. Est. Inv. Est. Aut. Inv. Aut. Inv. Aut. Aut. Inv. Pri. Inv. Est. Est. Est. Aut. Est. Est. Pri. Inv. Est. Aut. Est. Aut. Pri. Est. Pri. Pri. Inv. Est.