di Andrea Milanesi
Muoversi sulla Terra richiede necessariamente la definizione di punti di riferimento fissi e conosciuti a tutti, a cui affidarsi. A maggior ragione queste esigenze sono fondamentali quando ci si muove in mare. La navigazione portolana richiedeva precise carte geografiche in cui fosse esattamente riportata la conformazione delle coste ed indicati tutti i porti e gli anfratti naturali atti a dare riparo alle navi eventualmente in difficoltà.
La sfida del mare aperto, ed in modo particolare la navigazione transoceanica, poneva problemi tali da richiedere un genere ben diverso di cartografia che non riportasse solo le terre emerse ma anche un sistema di coordinate, distribuite per tutto il globo terrestre, cui fare riferimento affidabile.
LA SFERA TERRESTRE
Nacque perciò la necessità di suddividere il globo terrestre grazie ad un reticolato di linee immaginarie che ben conosciamo oggi col nome di MERIDIANI e PARALLELI.
Prendendo come riferimento l'asse di rotazione terrestre, definiamo MERIDIANI i semi-circoli massimi passanti per i poli, originati dall'intersezione del globo terrestre con piani passanti per l'asse di rotazione.
Definiamo PARALLELI i circoli minori (ad eccezione dell'equatore che è un circolo massimo) ottenuti dall'intersezione del globo terrestre con piani perpendicolari all'asse di rotazione. I paralleli degenerano in un punto ai poli.
Il parallelo fondamentale è, come già detto, l'EQUATORE.
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.
Il meridiano fondamentale è stato ritenuto, per convenzione, quello passante per l'Osservatorio Astronomico di Greenwich in Inghilterra, per questo detto MERIDIANO DI GREENWICH.
La distanza angolare di un punto sulla superficie terrestre dal meridiano di greenwich è detta LONGITUDINE e si misura in gradi da 0° a + 180° procedendo verso ovest e da 0° a - 180° verso est.
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.
LA SFERA CELESTE
La Terra ha una forma particolare detta geoide ma ai fini pratici si può considerare una sfera di cui noi calpestiamo la superficie esterna. Anche gli astri sembrano apparentemente disposti su di una sfera di cui occupano la superficie interna e della quale ci sembra di occupare il centro. La sfera celeste si muove apparentemente da est ad ovest a causa della rotazione retrograda (cioè opposta al moto delle lancette dell'orologio) del nostro pianeta attorno al proprio asse, compiendo un giro completo in circa ventiquattro ore.
Per i navigatori del mare aperto, l'assenza di riferimenti emersi in mezzo all'Oceano rese indispensabile cercare negli astri i punti fissi che venivano a mancare sulla Terra e cosa fondamentale fu riportare sulla volta celeste le coordinate geografiche tracciate idealmente sulla superficie del pianeta, un po' come “esplodendo” il reticolato di meridiani e paralleli fino al farli intersecare con la volta celeste.
La prima linea da riportare sarà l'equatore terrestre che, virtualmente espanso e trasferito in cielo, diviene l'equatore celeste. Con esso trasferiremo tutti gli altri paralleli, i quali andranno a coprire tutti i circoli minori della sfera celeste, cioè tutte le latitudini celesti (per così dire) dal polo nord celeste, indicato dalla stella Polare, sino al Polo Sud.
Di seguito riporteremo sulla sfera celeste la proiezione del meridiano passante dal nostro luogo di osservazione, generando in cielo il meridiano locale, e con esso tutti gli altri meridiani che andranno a formare la seconda coordinata, una sorta di longitudine celeste, grazie a tutti i semi-circoli massimi passanti per i poli nord e sud celesti e perpendicolari ovviamente all'equatore celeste.
Si dice transito al meridiano o culminazione, il punto più alto sull'orizzonte visivo raggiunto da un astro nel suo moto da est ad ovest, moto diurno, sulla volta celeste.
I SISTEMI DI COORDINATE CELESTI
Come per i luoghi geografici sulla Terra, anche per dare un ordine agli astri si è dovuto fare ricorso a dei sistemi di coordinate convenzionali. Esamineremo ora i sistemi più comunemente impiegati.
Primo sistema
Definisce un punto sulla sfera celeste grazie a
due coordinate: l'ALTEZZA e l'AZIMUT.
L'altezza (h) si misura in gradi da 0° a + 90° partendo dall'orizzonte visivo, verso un punto immaginario posto sulla verticale dell'osservatore, detto ZENIT e da 0° a - 90° verso il punto diametralmente opposto allo zenit, chiamato NADIR.
L'azimut (A) si misura in gradi lungo l'orizzonte, dal punto geografico sud, cioè dove il meridiano locale interseca l'orizzonte, in misura crescente verso ovest; quindi i punti cardinali sud, ovest, nord ed est avranno rispettivamente azimut 0°, 90°, 180° e 270°.
Il polo nord celeste avrà quindi azimut 180° ed altezza pari alla latitudine del luogo di osservazione.
In Marina l'azimut si misura a partire dal punto nord, sempre in senso retrogrado, attenzione quindi alle eventuali conversioni di coordinate.
Per determinare l'azimut di un astro è necessario rilevare il punto di intersezione tra l'orizzonte e la linea che congiunge lo zenit con l'astro stesso. In pratica l'azimut sarà la distanza angolare tra l'astro in questione ed il meridiano locale, misurata lungo l'equatore. Questi parametri fanno sì che il primo sistema di coordinate celesti sia estremamente legato al luogo di osservazione; infatti l'altezza varierà in funzione della latitudine dell'osservatore e dell'ora di osservazione, mentre l'azimut dipenderà dalla longitudine del punto di osservazione.
Secondo sistema
È detto Sistema Orario e definisce un punto sulla sfera celeste tramite le coordinate DECLINAZIONE, che sostituisce l'altezza usata nel Primo sistema, ed ANGOLO ORARIO, che sostituisce l'azimut.
La declinazione si misura in gradi da 0° a + 90° partendo dall'equatore celeste verso il polo nord, definito approssimativamente dalla stella Polare e da 0° a - 90° dall'equatore verso il polo sud celeste.
Per l'angolo orario si utilizza ciò che abbiamo definito in precedenza come meridiani celesti, ovvero i semi-circoli passanti per i poli celesti e perpendicolari all'equatore celeste. L'angolo orario di una stella diventa quindi la distanza angolare misurata, sull'equatore, tra il meridiano celeste passante per l'astro ed il meridiano locale, espressa in ore e minuti in crescendo verso ovest. Quindi i punti cardinali ovest ed est avranno rispettivamente angolo orario 6 h e 18 h.
In questo sistema una coordinata, la declinazione, rimane fissa per ogni stella in quanto riferita ad un circolo, quale l'equatore, invariabile rispetto al cambiamento di latitudine dell'osservatore. Non così per l'angolo orario che varierà in funzione del tempo, ovvero della longitudine del luogo di osservazione, essendo legato al meridiano locale.
Terzo sistema
Per ottenere la posizione di un astro in cielo tramite coordinate fisse e quindi indipendenti dal luogo di osservazione e dal moto apparente della volta celeste dovremo affidarci a riferimenti celesti fissi.
Il terzo sistema di coordinate celesti, detto Equatoriale, definisce un punto sulla sfera celeste grazie alle coordinate DECLINAZIONE, già definito per il secondo sistema, ed ASCENSIONE RETTA.
L'ascensione retta (abbreviato in AR) di un astro è la distanza angolare tra il meridiano celeste passante per l'astro in questione ed un'altro meridiano celeste di riferimento che faremo passare per il punto di intersezione (nodo ascendente) tra l'equatore celeste e l'eclittica, il circolo che identifica il percorso annuo del Sole sulla volta celeste. In pratica il meridiano di riferimento passerà per il punto assunto dal Sole il giorno dell'equinozio di primavera.
L'ascensione retta si misura in ore e minuti partendo dal meridiano fondamentale in misura crescente, questa volta, verso est.
Equatore celeste e meridiano fondamentale sono riferimenti fissi quindi declinazione ed ascensione retta di una stella saranno universalmente noti e quindi tabulati negli Almanacchi Astronomici.
LA STELLA POLARE
Abbiamo già detto che il polo nord celeste è identificato con buona precisione dalla stella Polare, la stella a (alfa) della costellazione dell'Orsa Minore. La Polare non occupa esattamente il polo ma ne dista 48', una quantità per certi versi trascurabile ma che aumenterà nel tempo, facendo sì che altre stelle vadano ad occupare il suo posto. Tutto questo accadrà a causa di un lento moto conico dell'asse di rotazione terrestre rispetto al piano dell'eclittica, che si completa in 26.000 anni e che porta ad uno spostamento del punto dell'equinozio di primavera, detto “punto gamma” o punto d'Ariete, che in 26.000 anni appunto compirà un giro completo sull'eclittica (Fig. 3).
Nel corso degli anni il punto gamma (g) si sposterà quindi verso ovest lungo l'eclittica, anticipando, per così dire, la posizione dell'equinozio; di qui il nome di PRECESSIONE DEGLI EQUINOZI dato al fenomeno.
Ciò comporterà un aumento progressivo nel tempo del valore di ascensione retta delle stelle.
A dimostrazione vi è il fatto che il punto d'Ariete non si trova già più in questa costellazione bensì si è spostato verso ovest, entrando nella costellazione dei Pesci.
Gli astrologi non tengono conto del fenomeno di precessione nelle loro previsioni, per cui quando astrologicamente il Sole entra in una certa costellazione zodiacale, astronomicamente si troverà in quella immediatamente ad ovest.
Il moto di precessione (circolo in neretto)
ed il moto di nutazione (oscillazione periodica) dell'asse terrestre
Esiste anche un moto periodico di oscillazione dell'asse terrestre attorno al circolo descritto dalla precessione. Questo movimento, detto NUTAZIONE dell'asse terrestre, è di piccola entità, circa 9" d'arco, e si compie con un periodo di poco inferiore ai 19 anni.
La piccola oscillazione e la periodicità della nutazione fanno sì che il fenomeno si ripercuota in modo quasi irrilevante sulla posizione degli astri sulla volta celeste.
Testo della dipensa per il corso
“Amici della Vela” (ARAR, 14 novembre 1994)
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