COORDINATE ASTRONOMICHE - La Sfera Celeste, Sistema Equatoriale

COORDINATE ASTRONOMICHE

Polo Nord Celeste (PNC)

il PNC è individuato dall'intersezione dell'asse del mondo, prolungamento dell'asse di rotazione terreste, con l'emisfero boreale della sfera celeste;

Polo Sud Celeste (PSC)

il PSC è individuato dall'intersezione dell'asse del mondo, prolungamento dell'asse di rotazione terreste, con l'emisfero australe della sfera celeste;

Zenit

lo Zenit è individuato dall'intersezione della verticale passante per il punto di osservazione con la sfera celeste;

Nadir

il Nadir è individuato dall'altra intersezione della verticale passante per il luogo di osservazione con la sfera celeste; esso si trova agli antipodi dello Zenit

La sfera celeste viene utilizzata per la definizione dei sistemi di coordinate celesti. Tali sistemi consentono di associare ad ogni punto del cielo una ed una sola coppia di coordinate celesti e quindi di catalogare gli oggetti celesti. Lo scopo principale nella catalogazione degli oggetti celesti è di definirne la posizione in cielo, in modo che essi possano essere ritrovati in modo univoco da vari osservatori anche a distanza di tempo. Per fare ciò occorre definire un sistema di riferimento e, poiché i corpi celesti appaiono come posti sulla sfera celeste, conviene adottare un sistema di coordinate sferiche.

Definizione

Il sistema equatoriale considera come poli il Polo Nord Celeste (PNC) ed il Polo Sud Celeste (PSC), l'equatore è l'equatore celeste ed il meridiano di riferimento è quello passante per il punto .

Coordinate ascensione retta e declinazione

Considerato un oggetto celeste ed il meridiano che passa per esso (vedi figura), le coordinate equatoriali sono così definite:

l'ascensione retta, R.A. o , è l'angolo, misurato sull'equatore celeste a partire dal punto procedendo verso Est (quindi in senso opposto all'angolo orario), tra detto punto e l'intersezione con l'equatore celeste del meridiano passante per l'oggetto considerato;

la declinazione, , è l'angolo, misurato sul meridiano passante per l'oggetto a partire dall'equatore celeste procedendo verso Nord, tra questo e la posizione dell'oggetto considerato.

Caratteristiche

L'ascensione retta viene solitamente espressa in ore minuti e secondi, avvalendosi delle relazioni:

15° = 1 ora

15' = 1 minuto

15" = 1 secondo

L'ascensione retta di un oggetto celeste non cambia col tempo, poiché rappresenta la distanza tra due punti, che partecipano al movimento della volta celeste.

La declinazione si misura in gradi verso Nord a partire dall'equatore celeste: pertanto tutti i punti dell'emisfero boreale hanno declinazione positiva, tutti i punti sull'equatore celeste hanno declinazione nulla ed i punti dell'emisfero australe hanno declinazione negativa.

Ascensione retta e declinazione, poiche` non cambiano nel tempo e non dipendono dal luogo di osservazione, sono coordinate utili per la catalogazione delle stelle.

Definizione

Nel sistema azimutale i poli della sfera celeste sono dati dalle intersezioni della verticale passante per il luogo di osservazione con la sfera celeste. Essi sono detti Zenit, quello giacente sopra l'osservatore, e Nadir, quello diametralmente opposto.

Il meridiano del luogo è quello passante per il Polo Nord Celeste e per lo Zenit. L'equatore riferito allo Zenit ed al Nadir si chiama orizzonte celeste.

Punti cardinali

Il meridiano del luogo e l'orizzonte celeste definiscono i quattro punti cardinali:

Nord

il Nord è individuato dall'intersezione del meridiano del luogo con l'orizzonte celeste dalla parte in cui si trova il polo nord celeste;

Sud

il Sud è individuato dall'intersezione del meridiano del luogo con l'orizzonte celeste diametralmente opposta al Nord;

Est

la perpendicolare alla direzione Nord-Sud interseca l'orizzonte celeste in due punti Est ed Ovest; l'Est si trova alla destra dell'osservatore rivolto verso Nord;

Ovest

l'Ovest è il punto diametralmente opposto all'Est.

Coordinate Azimut ed Altezza

Considerato un oggetto celeste ed il meridiano che passa per esso (vedi figura), le coordinate altazimutali sono così definite:

l'azimut, A, è l'angolo, misurato sull'orizzonte celeste a partire dal punto Sud e muovendosi verso Ovest, tra il punto Sud e l'intersezione del meridiano considerato,

l'altezza, h, è l'angolo, misurato sul meridiano passante per l'oggetto a partire dall'orizzonte celeste, tra questo e la posizione dell'oggetto considerato.
A volte, in luogo dell'altezza viene usata la distanza zenitale, z, che è l'angolo complementare: si ha z=90°-h.

Caratteristiche

Nel sistema altazimutale le coordinate di un corpo celeste variano nel corso del tempo per effetto della rotazione della Sfera Celeste e dipendono dal punto di osservazione. Esse non possono quindi venire utilizzate per catalogare gli oggetti celesti. Per fare ciò occorre utilizzare un sistema che non dipenda dall'osservatore e nel quale le coordinate non mutino nel tempo ( vedi il sistema equatoriale

Definizione

Il sistema orario considera come poli il Polo Nord Celeste (PNC) ed il Polo Sud Celeste (PSC), l'equatore è l'equatore celeste ed il meridiano di riferimento è quello del luogo.

Coordinate angolo orario e declinazione

Considerato un oggetto celeste ed il meridiano che passa per esso (vedi figura), le coordinate orarie sono così definite:

l'angolo orario, H, è l'angolo, misurato sull'equatore celeste a partire dal meridiano del luogo e procedendo verso Ovest, tra l'intersezione del meridiano del luogo con l'equatore celeste e l'intersezione con questo del meridiano passante per l'oggetto considerato;

la declinazione, , è l'angolo, misurato sul meridiano passante per l'oggetto a partire dall'equatore celeste procedendo verso Nord, tra questo e la posizione dell'oggetto considerato.

Caratteristiche

L'angolo orario viene solitamente espresso in ore minuti e secondi, avvalendosi delle relazioni:

15° = 1 ora

15' = 1 minuto

15" = 1 secondo

L'angolo orario di un oggetto in meridiano è 0°. Col passare del tempo l'oggetto si sposta e l'angolo orario aumenta sino ad annullarsi di nuovo al successivo passaggio in meridiano. Nel suo moto l'oggetto descrive in cielo un circolo orario e la sua declinazione non cambia. La declinazione si misura in gradi verso Nord a partire dall'equatore celeste: pertanto tutti i punti dell'emisfero boreale hanno declinazione positiva, tutti i punti sull'equatore celeste hanno declinazione nulla ed i punti dell'emisfero australe hanno declinazione negativa.

Nel sistema orario l'angolo orario di un oggetto muta valore al passare del tempo e riassume gli stessi valori dopo 24 ore siderali (vedi sotto tempo siderale). La sua declinazione invece rimane costante.

Tempo siderale

L'intervallo di tempo definito da due successivi transiti di una stella (del punto più precisamente) al meridiano di un luogo definisce la durata del giorno siderale.

Il giorno siderale ha inizio quando il punto passa al meridiano ed il suo angolo orario vale H=0^h; esso termina dopo una rotazione completa della volta celeste, quando il punto ritorna al meridiano, H=24^h.

Il giorno siderale è diviso in 24 ore siderali, di 60 minuti.
Il tempo siderale in un luogo è dato dall'angolo orario del punto .

Tempo solare vero e tempo solare medio

L'intervallo di tempo definito da due successivi transiti del Sole al meridiano di un luogo definisce la durata del giorno solare vero.

Il giorno solare vero ha inizio quando l'angolo orario del sole vale H=12 ^h (cioè quando il Sole transita all'antimeridiano del luogo, a mezzanotte) e termina al successivo transito all'antimeridiano.

Anche il giorno solare è diviso in 24 ore solari, di 60 minuti.

Il tempo solare vero in un luogo è dato dall'angolo orario del sole aumentato di 12 ore (Tempo solare vero=H_Sole+12^h).

Occorre ricordare che la differenza tra giorno solare e giorno siderale non si mantiene costante nel corso dell'anno, poiché il moto del Sole lungo l'eclittica non è uniforme. In conseguenza di ciò la durata del giorno solare vero cambia nel corso dell'anno e quindi non può essere usata efficacemente come misura di tempo. Per ovviare a ciò ed al fine di definire una misura del tempo basata sul Sole, in astronomia viene definito un corpo fittizio, detto Sole medio , il quale non si muove sull'eclittica, ma sull'equatore celeste di moto uniforme. La posizione del Sole medio in ogni istante può essere calcolata a partire da quella del Sole vero: l' Equazione del tempo rappresenta la differenza temporale tra posizione del Sole vero e quella del Sole medio.

L'intervallo di tempo tra due transiti consecutivi al meridiano di un luogo del Sole medio si chiama giorno solare medio, mentre il tempo solare medio è basato sull'angolo orario del sole medio.

I fusi orari ed il tempo universale

Per tutti gli usi civili è conveniente definire il giorno come un intervallo di tempo, di durata pari a 24 ore e con inizio alla mezzanotte. Poiché, come abbiamo visto, risulta conveniente utilizzare il sole medio per la misura del tempo, si definisce tempo civile, l'angolo orario del sole medio incrementato di 12 ore.

Quando in un posto il sole medio transita al meridiano (ed il suo angolo orario vale 0^h) il tempo civile è pari a 12 ^h, mezzogiorno.
Una tale definizione del tempo civile risulterebbe tuttavia assai poco pratica: infatti in luoghi posti su meridiani diversi, seppur vicini, il tempo civile avrebbe valore diversi con conseguenze facilmente immaginabili. Onde ovviare all'inconveniente si sono pertanto definiti i fusi orari , che corrispondono a zone dai confini opportunamente scelti e spesso irregolari, all'interno dei quali il tempo civile ha per definizione ovunque lo stesso valore di quello di un sito posto su di un meridiano di riferimento.
Il tempo civile dell'Europa occidentale è detto tempo universale (T.U.) e corrisponde a quello del meridiano di Greenwich, che è il meridiano principale, origine delle longitudini. In Italia e nelle nazioni dell'Europa centrale si utilizza il tempo medio dell'Europa centrale (T.M.E.C.), che è riferito al meridiano di longitudine 15° E, passante per Stargard ed il vulcano Etna. La relazione tra T.M.E.C. e T.U. è

T.M.E.C. = T.U. + 1^h.

La linea del cambiamento di data

Quando al meridiano di Greenwich il tempo è pari a 12 ore, all'antimeridiano di Greenwich, cioè al meridiano di longitudine 180° sono le ore 24 dello stesso giorno. Ne consegue che in tutti i punti ad Est di detto meridiano è già iniziato il giorno successivo.

Per tale fatto il suddetto meridiano è detto linea internazionale del cambiamento di data. Chi, viaggiando, attraversa tale linea da Ovest verso Est vede il proprio calendario spostarsi di un giorno in avanti e viceversa in senso contrario.

Il mese siderale e sinodico

Un'altra misura di tempo molto utilizzata nell'uso civile è il mese, legato al moto della Luna. In astronomia si distingue tra

mese siderale

definito come il periodo di tempo impiegato dalla Luna per compiere una rivoluzione completa attorno alla Terra partendo da una posizione, misurata rispetto alle stelle fisse, e ritornandovi;
il mese siderale dura in media 27.32166 giorni solari e varia di una quantità inferiore alle 7 ore a causa delle perturbazioni sul moto della Luna dovute al Sole ed agli altri pianeti;

mese sinodico

definito come il periodo di tempo impiegato dalla Luna per ritornare nell'identica posizione rispetto al Sole ed alla Terra, cioè nella stessa fase (esempio Luna nuova);
il mese sinodico dura in media 29.53059 giorni solari e varia di una quantità che arriva a 13 ore, a causa dell'ellitticità dell'orbita lunare.

Anno solare ed anno tropico

Un'altra misura di tempo fondamentale negli usi civili è l'anno. Dal punto di vista astronomico si distingue:

anno siderale

definito come l'intervallo di tempo necessario affinchè il Sole, compiuto un percorso completo sull'eclittica, ritorni nella medesima posizione rispetto alle stelle fisse;
l'anno siderale dura 365.25636 giorni solari;

anno tropico, che costituisce la base del nostro calendario

definito come l'intervallo di tempo necessario affinchè il Sole ritorni nella stessa posizione sull'eclittica, precisamente al punto ; l'anno tropico dura 365.2422 giorni solari.