GLOSSARIO PER NEOFITI DELL'ASTRONOMIA
Scritto da Loris Lazzati   

CARTE CELESTI, COORDINATE ED EFFEMERIDI

Per chi si avvicina all'astronomia e compra libri o riviste, uno dei primi desideri è di consultare la carta del cielo del mese per avere le informazioni più utili e dirette per osservare. Può però capitare che queste informazioni e questi dati risultino difficili da decifrare. Su richiesta di uno dei nuovi soci del gruppo, che ha incontrato proprio questo problema, forniamo alcune indicazioni che renderanno del tutto comprensibili dati, diagrammi e carte.
Per fare un esempio concreto, analizzeremo la pagina del cielo del mese pubblicata dalla rivista "L'astronomia". Prima, però, è necessario chiarire alcuni concetti fondamentali sulle coordinate celesti, la luminosità e le dimensioni angolari degli oggetti.

Le coordinate celesti. Per definire la posizione di un astro nel cielo, si usano due coordinate. Bastano quindi due numeri per farci capire esattamente dove si trovi una stella o un pianeta. Esistono però sistemi diversi di coordinate: tra questi, occorre padroneggiare agilmente i due che si usano comunemente, se si vuole osservare il cielo con un certo impegno.
Il primo sistema è detto di coordinate altazimutali od orizzontali. Nomi all'apparenza difficili che in realtà non nascondono alcuna complessità particolare. Questo sistema definisce la posizione di una stella attraverso due coordinate: l'altezza e l'azimut, da cui il nome. La denominazione alternativa di "coordinate orizzontali" deriva invece dal fatto che tutto è definito in rapporto all'orizzonte dell'osservatore. Ma spieghiamo meglio e con semplicità, visto che questo è il sistema più intuitivo, perchè definisce la posizione degli astri prendendo come punto di partenza proprio l'osservatore. L'altezza è la distanza di una stella dall'orizzonte. Si misura in gradi, minuti e secondi. Per esempio, se una stella si trova esattamente sull'orizzonte, ha altezza zero. Se si trova sulla verticale dell'osservatore (al cosiddetto zenith) ha altezza 90 gradi (la massima possibile). Se si trova a metà tra questi due punti, ha altezza 45 gradi, come è il caso, per esempio, della Stella Polare. E' chiaro che questa coordinata da sola non basta, a meno che l'astro in questione abbia altezza 90 gradi, cioè si trovi allo zenith. In tutti gli altri casi, ne serve una seconda: l'azimut, che è l'angolo che il piano passante per lo zenith e l'astro forma con il meridiano del luogo (il cerchio passante per il nord, il sud e lo zenith). Questo angolo si misura generalmente a partire da nord. Il concetto può sembrare complesso, ma un esempio concreto faciliterà molto la comprensione: una stella che si trovi sul meridiano dell'osservatore, ma nella metà di esso compresa tra lo zenith e il nord, avrà azimut zero. Una stella che si trovi esattamente a est avrà azimut 90 gradi: Una stella sul meridiano, ma in direzione sud, avrà azimut 180 gradi, a ovest 270 gradi e via dicendo. Concludendo con un esempio completo, se dobbiamo definire con le coordinate altazimutali la posizione di un astro che si trova in direzione sud a metà tra l'orizzonte e lo zenith, esso avrà azimut 180 gradi e altezza 45 gradi. Questo sistema di coordinate ha il vantaggio di mostrare immediatamente ciò che l'osservatore vede, è in un certo senso un sistema "soggettivo". Ha però due grandi svantaggi: poichè la volta celeste gira sopra la nostra testa, per effetto della rotazione terrestre, le coordinate cambiano continuamente. Quindi, occorre dare le coordinate e anche l'ora di osservazione. Inoltre, le coordinate altazimutali variano a seconda della posizione dell'osservatore sulla Terra.
Per ovviare a questi inconvenienti, si usa un altro sistema, di gran lunga il più utilizzato e importante: quello delle coordinate equatoriali. Questo sistema di coordinate gira assieme a tutta la volta celeste, per cui i suoi punti di riferimento sono assoluti e non dipendono dalla posizione dell'osservatore e dall'ora di osservazione. Le due coordinate, la declinazione e l'ascensione retta, sono praticamente l'equivalente della latitudine e della longitudine sulla Terra. Come avviene sul nostro pianeta, la declinazione, che è l'equivalente della latitudine, è la distanza dall'equatore. Naturalmente dall'equatore celeste, che è la proiezione in cielo di quello terrestre. Le declinazioni hanno il segno + per l'emisfero nord e il segno - per l'emisfero sud. Per fare esempi concreti, la stella Capella ha + 46° di declinazione. Sopra la nostra testa passa il parallelo celeste corrispondente alla nostra latitudine. Visto che nel lecchese la latitudine è vicinissima ai 46 gradi nord, vuol dire che allo zenith avremo sempre il parallelo celeste +46°. Capella, quindi, quando è visibile, passa nell'arco della notte allo zenith. Gli abitanti dell'equatore hanno sopra la loro testa, costantemente, l'equatore celeste.
L'ascensione retta corrisponde invece alla longitudine. In cielo non c'è Greenwich, ma c'è il suo equivalente: si chiama punto vernale o punto gamma o primo punto di Ariete. E' il punto del cielo in cui si trova il Sole al momento dell'equinozio di primavera, o, se si preferisce, l'intersezione tra l'equatore celeste e l'eclittica (il cammino apparente che il Sole percorre tra le costellazioni in un anno). Il meridiano fondamentale del cielo è quindi quello che passa per il punto gamma e i due poli celesti. Diversamente dalle altre coordinate, questa non si misura in gradi, ma con il tempo, in ore, minuti e secondi: Poichè la sfera celeste compie un giro al giorno, i meridiani celesti lo dividono in 24 spicchi, uno per ora. L'ascensione retta di un astro è il tempo che intercorre tra il passaggio in meridiano del punto gamma e il passaggio dell'astro in questione.
Nelle pagine delle riviste con gli appuntamenti del mese, sulle carte e sui libri, troveremo sempre gli astri identificati con queste coordinate: Per esempio, la stella Sirio ha declinazione -16° 43° (quindi si trova sotto l'equatore celeste, più vicina di questo all'orizzonte) e 6h 45m di ascensione retta (quindi transita in meridiano 6 ore e 45 minuti dopo il punto gamma).

Visualizziamo la sfera celeste. Abbiamo dato qualche accenno alla posizione della Polare, dell'equatore celeste e di alcuni "meridiani" e "paralleli" celesti. Vediamo di visualizzare gli elementi della sfera celeste come ci si presentano durante la notte, ovviamente osservando dalla nostra zona. Noi ci troviamo su un corpo sferico, la Terra. Questo comporta che, in qualsiasi istante, possiamo vedere al massimo metà della sfera celeste, perchè l'altra metà si trova sotto i nostri piedi, agli antipodi. In realtà, la presenza di ostacoli come montagne, case o alberi, l'inquinamento luminoso e l'assorbimento della luce degli astri all'orizzonte, riduce la frazione di cielo visibile a meno di metà. Però i movimenti della Terra ci danno una mano: con la rotazione terrestre, che fa scorrere sopra di noi le costellazioni, e con la rivoluzione attorno al Sole, che orienta l'emisfero notturno del nostro pianeta verso regioni diverse dello spazio nel corso dei mesi, in un anno un osservatore alle nostre latitudini può riuscire a vedere addirittura i 2/3 della sfera celeste.
Quanta parte di cielo riusciamo a vedere dipende dalla nostra latitudine. La volta celeste sembra ruotare attorno a un punto fisso, il Polo Nord celeste, che è la proiezione nel cielo del Polo Nord terrestre. E' facile identificare questo punto perchè quasi in coincidenza di esso si trova la Stella Polare. L'altezza della Polare sull'orizzonte dipende dalla latitudine del luogo d'osservazione, ed è sempre fissa. Per noi, è di circa 45 gradi. Per un osservatore che si trovi al Polo Nord, la Polare sarà allo zenith, per un osservatore all'equatore sarà all'orizzonte.
Anche l'altezza dell'equatore celeste dipende dalla latitudine: è sempre uguale a 90 gradi meno la latitudine stessa. Quindi, per noi èèdi 45 gradi (in posizione opposta rispetto alla Polare, cioè verso sud), per un osservatore al Polo è di zero gradi e per un osservatore all'equatore di 90 gradi. E' facile capirlo, se cominciamo a visualizzare con un colpo d'occhio la sfera celeste sopra di noi: da un capo all'altro dell'orizzonte ci sono ovviamente 180 gradi. Volgiamoci verso nord: a 45 gradi di altezza abbiamo la Polare e salendo fino allo zenith la declinazione (cioè la latitudine celeste) comincia a scendere fino al valore di 45 gradi, esattamente sopra la nostra testa. Tutte le stelle che si trovano tra lo zenith e la Polare non tramontano mai, in quanto il cerchio che descrivono intorno al Polo ha un raggio minore della distanza che c'è tra la Polare e l'orizzonte nord. E' come disegnare un cerchio con un compasso centrato sul Polo: se l'apertura del compasso è minore dei 45 gradi che separano il Polo dall'orizzonte, l'intero cerchio sarà al di sopra di esso. Le stelle che si trovano a una distanza dal Polo inferiore alla latitudine del luogo d'osservazione sono dette circumpolari. Per noi lo sono tutte quelle di declinazione maggiore a 45 gradi, appunto perchèèsi trovano a meno di 45 gradi dal Polo.
Ora volgiamoci in direzione sud, e scendiamo verso l'orizzonte partendo dallo zenith. Come detto, sopra di noi avremo il "parallelo celeste" + 45°. Quindi, se scendiamo di altri 45 gradi, cioè metà della strada che ci separa dall'orizzonte, arriveremo all'equatore celeste. Ne restano altrettanti per arrivare fino all'orizzonte: questo significa che possiamo osservare 45 gradi di cielo dell'emisfero sud (in teoria, perchè in realtà, come abbiamo già detto, l'inquinamento luminoso e l'assorbimento all'orizzonte riducono questo limite).

 

La luminosità degli astri. Per indicare la luminosità di una astro, sia esso una stella, un pianeta o anche un oggetto di profondo cielo, in astronomia si usa la scala delle magnitudini. Nell'osservazione, ciò che interessa non è la luminosità intrinseca di una stella, ma semplicemente quella apparente. La magnitudine è indicata da un numero: più alto è questo numero, più bassa è la luminosità. Tra un numero intero e l'altro c'èàun rapporto di luminosità di 2,5. Quindi, una stella di magnitudine 1 è 2,5 volte più luminosa di una stella di magnitudine 2; la progressione è esponenziale, perciò una differenza di 5 magnitudini implica una differenza di luminosità di circa 100 volte. Ovviamente, non si usano semplicemente numeri interi, ma anche decimali. Per gli astri più luminosi, si usano poi le magnitudini negative.
Passiamo ora a qualche esempio concreto per avere un'idea immediata. La Stella Polare ha magnitudine 2, Arturo ha magnitudine 0, le stelle al limite della visibilità a occhio nudo magnitudine 6:Sirio, la stella più luminosa, ha magnitudine negativa (-1,6). I pianeti più luminosi brillano ancora di più (Giove -2,8, Venere -4,2): La Luna Piena arriva a -12, il Sole a -26. Quanto agli astri meno luminosi, invisibili a occhio nudo, con un binocolo si arriva alle stelle di magnitudine 10, con un telescopio di 114 mm si sfiora la magnitudine 12. Con i telescopi professionali si scende a dismisura, fino ad arrivare agli estremi del telescopio spaziale Hubble, capace di raggiungere addirittura la magnitudine 31.

Le dimensioni angolari. Spesso i neofiti hanno difficoltà nell'identificare le costellazioni perchè non hanno un'idea giusta delle dimensioni apparenti delle configurazioni che cercano. Molte volte, per esempio, si sente confondere le Pleiadi con l'Orsa Minore, per via della somiglianza che questo ammasso stellare ha con il disegno del Piccolo Carro. In realtà, oltre a trovarsi in una regione del cielo completamente diversa, l'Orsa Minore occupa un'area di cielo enormemente più grande. La dimensione apparente di un oggetto si misura in gradi, primi e secondi. Infatti ciò che si misura è l'angolo sotteso dall'oggetto. Anche qui, valgono più gli esempi concreti delle spiegazioni. Abbiamo già visto che tra l'orizzonte e lo zenith ci sono 90 gradi. La larghezza del Gran Carro, dalle prime due stelle (quelle che indicano la direzione della Polare) all'estremità del timone, è di poco meno di 30 gradi. Si tratta quindi di una configurazione molto grande, visto che mettendone in fila tre della stessa dimensione copriremmo tutto il cielo dallo zenith all'orizzonte. Il Piccolo Carro ha una dimensione di poco meno di 20 gradi. Le Pleiadi, tanto per tornare all'equivoco di cui si diceva poc'anzi, hanno un diametro apparente di circa mezzo grado: sono quindi molto più piccole dell'Orsa Minore, avendo un diametro simile a quello della Luna Piena.
Il Sole ha lo stesso diametro della Luna Piena (mezzo grado). Basti pensare al fatto che nelle eclissi i due dischi si sovrappongono esattamente, anche se istintivamente verrebbe da pensare che il Sole appaia molto più grande per via della sua luminosità. Il diametro apparente dei pianeti, che sembrano puntini, è di pochi secondi d'arco. Nebulose e galassie possono avere diametri da qualche secondo fino a qualche grado, ma essendo oggetti solitamente invisibili a occhio nudo, si rivelano in tutta la loro grandezza solo attraverso le fotografie. Le stelle, per quanto luminose, hanno sempre dimensione zero: anche nei telescopi più grandi appaiono come punti e non come dischetti.

Come leggere mappe e dati sulle riviste. Adesso abbiamo tutti gli elementi per affrontare e risolvere il problema posto all'inizio: la lettura delle carte e dei dati del cielo del mese sulle riviste specializzate. Come esempio concreto prendiamo il numero di novembre 2000 de "L'astronomia". Alle pagine da 50 a 57 c'è la rubrica "Astroagenda". In particolare, le prime due pagine riportano una cartina del cielo e la tabella per l'osservazione dei pianeti. Per quanto riguarda la cartina, la spiegazione fornita a più di pagina dì tutti gli elementi necessari per utilizzarla in modo semplice e chiaro. In alto a destra compaiono tre date con l'ora: "primi di novembre 1h", "metà novembre 0h", "fine novembre 2h". Questo significa che la cartina rappresenta l'aspetto del cielo in quel periodo e a quell'ora. Come si nota, ogni quindici giorni si scivola indietro di un'ora: l'aspetto del cielo quindi si ripete identico ma anticipando di un'ora ogni 15 giorni. Questo è dovuto al moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole, e lo si può scorgere addirittura da una sera all'altra: prendiamo un riferimento preciso del paesaggio, per esempio un comignolo o un albero, e misuriamo l'istante esatto in cui una stella passa sopra di esso. Se ripetiamo l'osservazione la sera dopo, noteremo che il passaggio della stella avviene con quattro minuti di anticipo. Questo proprio perchè la Terra si è spostata di un breve tratto lungo la sua orbita.
Quindi, in 15 giorni l'anticipo accumulato arriva a un'ora, in un mese a due ore e in un anno a 24 ore. Ciò significa che dopo un anno esatto l'aspetto del cielo si ripeterà identico alla stessa data e alla stessa ora.
Torniamo alla cartina. Essa non ? centrata sul Polo, ma sullo zenith: questo ? pi? comodo specialmente per il neofita, perchè mettendo la cartina sopra la propria testa, essa riporterà esattamente il cielo come lo si vede. L'importante, naturalmente, è far corrispondere i punti cardinali sulla mappa con quelli reali. Per avere una corrispondenza perfetta tra la cartina e l'aspetto del cielo occorre osservare alle ore indicate. Se si cambia l'ora, l'aspetto del cielo sarà tanto pià diverso quanto più ci si discosta da quello indicato, ma non sarà un problema se non si sfora di più di un paio d'ore.
Passiamo alla più impegnativa tabella dei pianeti e leggiamola. Sulla sinistra ci sono i disegni in scala: si ha così un'idea immediata delle dimensioni relative dei pianeti quando li si osserva al telescopio. Nella altre colonne sono riportate una serie di dati numerici: Leggiamoli uno per uno, prendendo come esempio concreto Giove. La prima colonna riporta le cinque date a cui si riferiscono i numeri nelle colonne. Supponiamo di scegliere il 10 dicembre. Leggendo tutte le informazioni su questa riga avremo tutti i dati per quanto riguarda l'osservazione in quel giorno (poco cambierebbe osservando nei giorni immediatamente precedenti o successivi, ma in ogni caso si possono effettuare interpolazioni tra le cinque date se si vuole essere precisi anche per i giorni intermedi).
Il 10 dicembre, come ci dicono la seconda, terza e quarta colonna, Giove sorge alle 15 e 31, culmina alle 22e 50 e tramonta alle 6 e 14 della mattina successiva. Come viene spiegato a più di pagina, questi orari sono però dati in Ora Estiva, quindi occorre anticipare tutto di un'ora, visto che in dicembre è in vigore l'Ora Solare: Perciò Giove sorge alle 14 e 31, in pieno pomeriggio, culmina (cioè arriva sul meridiano nord-sud, quindi nel punto più alto del suo arco attraverso il cielo) alle 21 e 50 e così via. Levata e tramonto si riferiscono all'orizzonte piatto. Perciò, se abbiamo davanti a noi una montagna o un altro ostacolo, è ovvio che la levata sarà ritardata e il tramonto anticipato. La quinta e la sesta colonna riportano due latitudini: 36°e 48°. Siccome la tabella è riferita a un punto d'osservazione nell'Italia centrale, se si osserva, come noi, dal lecchese, si dovrà apportare qualche leggera correzione negli orari di levata, culminazione e tramonto. La nostra tabella, per la latitudine 48° (un po' superiore alla nostra) riporta -20 e +20. Questo significa che a 48° di latitudine la levata avviene con 20 minuti di anticipo sulla tabella e il tramonto con 20 minuti di ritardo. Noi ci troviamo esattamente in mezzo tra i 42° a cui si riferisce la tabella e i 48° a cui si riferisce la correzione. Possiamo quindi approssimare la nostra correzione a 10 minuti di anticipo per la levata e a 10 minuti di ritardo per il tramonto di Giove.
Settima e ottava colonna danno le coordinate del pianeta, che ora ci sono familiari: Giove il 10 dicembre si trova a 4 ore e 11 minuti di ascensione retta e a +20° e 10 primi di declinazione. La terzultima colonna indica la costellazione in cui il pianeta si trova: il Toro. Nelle ultime due ecco altri dati che abbiamo imparato a conoscere: la penultima dà il diametro equatoriale, che è di 48,3 secondi d'arco, nettamente il maggiore tra tutti i pianeti osservabili quel giorno. Si tratta comunque di una dimensione minima, tanto che a occhio nudo non è possibile vedere il disco del pianeta, che apparirà come un punto brillantissimo. Infine, l'ultima colonna dà la luminosità: Giove ha magnitudine -2,8.

 

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