Latitudine e longitudine

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1 La volta celeste Fin dall antichità gli uomini si orientavano osservando le stelle e, a tale scopo, hanno conesse costruito dei sistemi di riferimento: le costellazioni. Le stelle vengono tradizionalmente raggruppate secondo figure geometriche illusorie legate a un animale, a un oggetto o a un personaggio mitico e ogni cultura aveva le sue costellazioni. Con il passare del tempo, il cielo si riempì di troppe costellazioni, finche l'unione Astronomica Internazionale riuscì a fare ordine nelle mappe nel Adottò una lista di 88 costellazioni ufficiali e assegnò le varie aree del cielo ai loro nomi. Bisogna notare, tuttavia, che non venne posto alcun requisito di forma o di dimensione, per esempio che la costellazione fosse facilmente visibile o che la leggenda ad essa associata avesse un senso. Per questo molte costellazioni non somigliano veramente alle creature o a personaggi dai quali prendono il nome, quindi non bisogna preoccuparsi se ci sembra di non riconoscerle. Osservando il cielo notturno, notiamo da subito che non è possibile percepire le diverse distanze che ci separano dai corpi celesti. Gli astri appaiono tutti alla stessa distanza, come dei puntini luminosi incastonati su di un enorme cupola, al cui centro ci troviamo noi osservatori. Es.: immagine delle stelle che compongono la costellazione di Orione. Le costellazioni sono un modo molto utile per aiutarci a identificare la posizione di una stella in cielo. Per gli antichi osservatori del cielo la Terra si trovava al centro di un enorme sfera tempestata di stelle, in costante rotazione attorno al pianeta. Fu probabilmente questo ad alimentare la convinzione (durata per millenni) che noi fossimo al centro dell Universo. Se potessimo rendere la Terra trasparente, la volta celeste apparirebbe ai nostri occhi come un enorme sfera di raggio indeterminato, avente come centro il nostro pianeta. Tale astrazione è, per convenzione, il sistema di rappresentazione del cielo usato in astronomia: la sfera celeste. Dunque la sfera celeste è una grande sfera che ruota su se stessa, al cui centro sta la Terra immobile, e sulla cui superficie stanno le stelle e tutti i corpi celesti. Tale rappresentazione non corrisponde alla realtà poiché sappiamo che il moto di rotazione appartiene alla Terra (l apparente moto giornaliero dei corpi celesti che attraversano il cielo da est verso ovest vien detto Moto Diurno) e non al cielo e che le stelle sono a distanze molto diverse tra loro; tuttavia l'immagine della sfera celeste è perfettamente sufficiente a spiegare tutti i fenomeni astronomici percepibili dall'occhio umano. Che gli astri sorgano e tramontino perché trascinati dalla volta celeste oppure per la rotazione della Terra su se stessa è assolutamente indifferente: il fenomeno visuale rimane il medesimo; così come è indifferente che le stelle distino poco o molto dalla Terra, poiché conta solo la distanza angolare. Tutti questi fenomeni visuali rimangono i medesimi e sono completamente rappresentabili con il modello della sfera celeste utilizzato dagli antichi astronomi ed ancora oggi usato nell'astronomia di posizione. 1

2 La sfera celeste L'asse di rotazione o asse del mondo, è la retta attorno alla quale ruota la sfera celeste. I poli celesti sono i due punti in cui l'asse di rotazione interseca la sfera celeste: il polo Nord celeste è la proiezione del polo Nord terrestre e il polo Sud celeste è la proiezione del polo Sud terrestre. L'asse di rotazione non è perfettamente immobile su se stesso. Un cerchio massimo è l'intersezione di una sfera con un piano che passa per il suo centro ed è anche il più grande cerchio che possa essere disegnato su una sfera. I cerchi massimi sono le geodetiche (gli equivalenti delle linee rette) delle sfere. L'equatore celeste è il circolo massimo della sfera che contiene tutti i punti equidistanti dai poli; corrisponde alla proiezione dell'equatore terrestre sulla sfera celeste. Il suo nome deriva dal fatto che all'equatore terrestre la durata del giorno è sempre uguale (aequus) a quella della notte. L'equatore celeste divide la sfera in due metà: l'emisfero celeste Nord che contiene il polo Nord celeste, l'emisfero celeste Sud che contiene il polo Sud celeste. Anche i meridiani sono dei cerchi massimi. Latitudine e longitudine Per fissare univocamente un punto su una superficie sferica, è necessario utilizzare sistemi di riferimento adeguati che permettano la definizione di sistemi di coordinate. Per il nostro pianeta, si è fissato un sistema di riferimento immaginando di tracciare sulla superficie terrestre delle circonferenze, i meridiani e i paralleli. I meridiani o linea di longitudine, sono circoli massimi passanti per i poli, che si ottengono immaginando di intersecare la Terra con infiniti piani passanti per l'asse terrestre: si determinano così sulla superficie terrestre infinite circonferenze immaginarie, tutte uguali, dette circoli meridiani. Ciascuno di essi viene diviso dai poli in due semicirconferenze, dette meridiano e antimeridiano. Pur essendo infiniti, per convenzione si prendono in esame solo 360 meridiani geografici, distanti uno dall'altro un arco di ampiezza pari a 1. La longitudine (λ) di un punto corrisponde alla sua distanza angolare dal meridiano fondamentale e si misura in gradi e frazioni di grado sul parallelo che passa per quel punto. La longitudine può essere compresa tra 0 e -180 Est (se il punto si trova a est del meridiano fondamentale) e tra 0 e +180 Ovest (se il punto si trova a ovest del meridiano fondamentale). Tutti i punti che si trovano sul meridiano fondamentale hanno longitudine 0 Talvolta la longitudine si esprime in ore e minuti: ad 1 corrispondono 4 minuti di longitudine; a 15 corrisponde 1 ora di longitudine. Ciò si spiega facilmente. La Terra compie una rotazione in 24 ore circa, il tempo cioè impiegato per ruotare su sé stessa di 360. È sufficiente fare il rapporto 360/24 h per ottenere che il Sole copre ogni ora 15 di longitudine nel suo moto apparente sopra le nostre teste. 2

3 I paralleli geografici sono circoli idealmente tracciati sulla superficie del globo. Il loro piano è perpendicolare all'asse terrestre e appunto per questo sono tutti paralleli fra di loro. Il parallelo massimo è l'equatore, il circolo equidistante dai poli che divide la Terra nei due emisferi, nord (boreale) e sud (australe). Attraverso i paralleli si può definire la latitudine, cioè la misura dell'angolo fra un determinato punto (preso sul proprio parallelo) e l'equatore. Oltre all'equatore, anche ad altri paralleli sono stati assegnati nomi particolari: si tratta dei due circoli polari, Artico e Antartico, e dei due Tropici, del Cancro e del Capricorno, rispettivamente a N e a S dell'equatore. Reticolato geografico I meridiani e i paralleli si intersecano secondo angoli retti e, nel loro insieme, formano il reticolato geografico, cioè una rete immaginaria che avvolge la superficie terrestre con maglie a forma di trapezio sferico (tranne quelle triangolari tra l'ultimo parallelo e il polo). Come in tutti i sistemi di coordinate, è necessario fissare dei riferimenti; come meridiano di riferimento è stato scelto il meridiano di Greenwich che passa per l'osservatorio astronomico situato nell'omonima località presso Londra, detto anche meridiano fondamentale. Il parallelo di riferimento è l'equatore, che divide la Terra in due emisferi. La distanza angolare dall'equatore di un punto sulla superficie terrestre è detta Latitudine e si misura in gradi da 0 a + 90 verso il Polo Nord e da 0 a - 90 verso il Polo Sud. Tutti i punti che si trovano sull'equatore hanno latitudine 0. La posizione assoluta di un luogo sulla superficie terrestre risulta esattamente determinata conoscendo le sue coordinate geografiche: la latitudine, la longitudine. Eclittica L eclittica è la fascia del cielo lungo la quale si muove apparentemente il Sole. Il nome significa cerchio delle eclissi, in quanto affinchè possa verificarsi una di queste, è necessario che la Luna sia in prossimità di quei punti chiamati nodi che sono le intersezioni del suo piano orbitale con l eclittica. Dicevo: l eclittica è il circolo massimo che il Sole sembra descrivere sulla sfera celeste durante il suo cammino annuale apparente (eclittica è anche chiamata l'orbita descritta dalla Terra nel suo moto di rivoluzione intorno al Sole); l'eclittica è inclinata di circa 23,27 rispetto all'equatore celeste e taglia quest'ultimo in due punti, detti punti equinoziali, o equinozi (nodi dell'eclittica). Il Sole passa rispettivamente per i punti equinoziali, attraversando l'equatore celeste in corrispondenza 3

4 dell'equinozio primaverile e autunnale. Il punto dell'equinozio di primavera (21 marzo) è detto punto gamma, o primo punto d'ariete, perché in corrispondenza dell'equinozio di primavera di 2100 anni fa il Sole si trovava nella costellazione dell'ariete; oggi a causa della precessione degli equinozi si è spostato nella costellazione dei Pesci. In astronomia viene chiamano anche punto vernale. Coordinate Altazimutali L'azimut è definito come l'arco di orizzonte compreso tra il punto Sud e il punto in cui il circolo verticale passante per l'astro incontra l'orizzonte. L'azimut si misura dal sud verso ovest e varia da 0 a 360. Il vantaggio di questo sistema è che si ottengono immediatamente le coordinate di un astro rispetto a un osservatore, in quanto queste sono riferite semplicemente al suo orizzonte e alla sua verticale. Lo svantaggio del sistema altazimutale è che gli assi del sistema di riferimento che adotta (il piano dell orizzonte e la direzione dello zenit) sono legati alla posizione dell osservatore sulla superficie terrestre (la sua latitudine e longitudine). Osservatori posti in punti diversi della Terra misureranno per lo stesso oggetto, anche nello stesso istante, coordinate altazimutali differenti l asse di rotazione terrestre. Coordinate equatoriali Nel sistema altazimutale il circolo di riferimento è l'orizzonte visivo dell'osservatore (cioè la linea dell'orizzonte terrestre) e le due coordinate, che permettono di definire la posizione angolare degli astri, sono l'altezza e l'azimut. L'altezza è l'arco di circolo verticale compreso fra l'astro e l'orizzonte. Varia da 0 a 90. Il complemento all'altezza è detto distanza zenitale ed è la distanza angolare tra astro e lo zenit. Zenit, parola di origine araba, significa sopra la testa, nel punto opposto troviamo il Nadir cioè sotto i piedi dell'osservatore. Le coordinate equatoriali sono costruite in base a riferimenti celesti e sono perciò, in prima approssimazione, solidali con le stelle fisse. Questo implica che i due angoli usati per individuare un astro: l'ascensione retta e la declinazione, sono gli stessi per qualunque osservatore terrestre. Per determinare la posizione di una stella in modo assoluto, indipendentemente dal punto di vista di un osservatore qualsiasi, si ricorre a due coordinate astronomiche, determinate da due angoli, misurati utilizzando un riferimento equatoriale. Tale sistema, conosciuto come sistema delle coordinate equatoriali, è utilizzato nelle mappature stellari in quanto indipendente dalla posizione dell osservatore. Come dicevo gli angoli da misurare sono due. 4

5 Il primo, detto declinazione δ, è quello compreso tra la stella da rilevare e il piano dell equatore celeste. Il secondo l'ascensione Retta (spesso indicato con la sigla AR, o anche RA dalla sua traduzione inglese) è analoga alla longitudine, ma proiettata sulla sfera celeste anziché sulla superficie terrestre. Viene definita come distanza angolare fra il meridiano fondamentale e il meridiano passante per l'oggetto scelto. Lo zero corrisponde al γ o Primo Punto d'ariete. Per comodità l'ar è misurata in ore, minuti e secondi, partendo dal meridiano fondamentale in misura crescente, questa volta, da ovest verso est. Gli oggetti che orbitano attorno al Sole (pianeti, asteroidi, comete) hanno invece coordinate equatoriali variabili che devono essere riportate in funzione del tempo in apposite tabelle che sono chiamate effemeridi (dalla parola greca ephemeris = giornaliero) sono tabelle che contengono valori calcolati, nel corso di un particolare intervallo di tempo; Sono pubblicate negli annuari di astronomia. Altezza della stella polare sull orizzonte La stella polare è la stella più famosa non per la sua luminosità, quanto per la sua posizione. Essa è infatti collocata vicinissima al prolungamento dell asse terrestre e rappresenta il Polo Nord celeste; dista in realtà 50 di grado da esso e compie come tutte le stelle un giro completo in 24 ore, ma il suo moto è impercettibile ad occhio nudo. E considerata da sempre una stella fissa, guida per esploratori e naviganti; per la sua fissità è stata cantata da Dante, Shakespeare e molti altri poeti; Dai fenici era chiamata Doube e dagli arabi Alruccabah, cioè la guida. L'asse terrestre subisce una precessione (una rotazione dell'asse attorno alla verticale, simile a quella di una trottola) a causa della combinazione di vari fattori: la forma non perfettamente sferica della Terra e le forze gravitazionali della Luna e del Sole che, cercano di allineare l'asse della Terra con la perpendicolare al piano dell'eclittica. Il risultato è un moto di precessione che compie un giro completo ogni anni circa. Trovare in cielo la Stella Polare non presenta difficoltà, una volta individuato il Grande Carro: partendo dal quadrilatero che rappresenta il corpo del carro, occorre tracciare una linea immaginaria che colleghi dapprima le due stelle ad oriente, la β e la α, chiamate rispettivamente Merach e Dubhe, e in seguito prolungando questa linea di cinque volte verso l esterno si giunge a trovare così una stella isolata di luminosità simile alle altre due stelle: quella è la Stella Polare. Un astro circumpolare è un astro che nel moto apparente diurno di rotazione della volta celeste, non tramonta mai. 5