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Costruiamo un Indicatore Siderale

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COSTRUIAMO UN
INDICATORE SIDERALE
Giorgio Carboni, Giugno 1996

 


I N D I C E

Introduzione
Il sistema di coordinate celesti
Struttura e funzionamento dell'indicatore
Taratura dell'indicatore
Orientamento dell'indicatore
Orientamento dell'albero principale
Orientamento della scala dell'ascensione retta
Perfezionamento dell'orientamento
Uso dell'indicatore siderale
Osservazioni
Bibliografia

 


INTRODUZIONE
indice

In questa puntata ci occuperemo della costruzione di un indicatore siderale. Si tratta di uno strumento che vi permetterà di localizzare nel cielo notturno ogni oggetto celeste partendo dalle sue coordinate. La televisione, giornali, riviste di astronomia, spesso parlano di oggetti celesti dandone la posizione in modo impreciso, oppure in un modo poco comprensibile. Dal momento che la posizione di ogni astro è definita con precisione in base al sistema di coordinate celesti e dal momento che esistono testi di astronomia che riportano tali valori, perchè non costruire uno strumento che ci aiuti a localizzare ogni oggetto nel cielo? Costruiamo dunque un semplice attrezzo che ci aiuti a passeggiare fra le stelle senza perderci. Esso ci guiderà nelle osservazioni astronomiche a occhio nudo o con il binocolo e con tutti gli strumenti ottici privi di montatura equatoriale. Questo è il caso frequente di cannocchiali, ma anche di molti telescopi riflettori autocostruiti. Questo strumento sarà molto utile anche per imparare a riconoscere le costellazioni, localizzare i corpi celesti non visibili a occhio nudo, rintracciare eventuali comete di cui vengano fornite le coordinate, ecc... Risulterà utile anche per sapere in quale direzione è il centro della nostra Galassia, e per individuare altri importanti punti celesti. L'insieme di queste conoscenze vi aiuterà a localizzarvi nello spazio e a stringere un nuovo e più consapevole rapporto con il Cosmo.


IL SISTEMA DI COORDINATE CELESTI
indice

Per alcuni aspetti, il sistema di coordinate celesti (fig. 2) è simile a quello terrestre. Come questo, è formato da meridiani e paralleli. I due sistemi hanno in comune l'asse polare. Infatti, l'apparente rotazione della volta celeste è dovuta alla rotazione della Terra su se stessa. L'asse terrestre punta verso la Stella Polare, di conseguenza la volta celeste ruota attorno a questa stess 626b13g a stella. In virtù della coincidenza dell'asse terrestre con quello celeste, il piano equatoriale terrestre e quello celeste coincidono. Come quelli terrestri, anche i paralleli celesti vanno da 0° (all'equatore) a +90° (Polo Nord celeste) e -90° (Polo Sud celeste).

Allora quali sono le differenze? Sostanzialmente consistono nel fatto che i meridiani terrestri sono "solidali" alla superficie del nostro pianeta, mentre quelli celesti sono "solidali" alla volta stellata. In questo modo, così come nel sistema terrestre una città ha sempre le stesse coordinate, anche nel sistema celeste una stella ha sempre le stesse coordinate. Queste coordinate si chiamano longitudine e latitudine nel sistema terrestre, ascensione retta (A.R.) e declinazione (D) rispettivamente in quello celeste. Questo per noi resta ampiamente valido, anche se le coordinate di questi oggetti possono variare leggermente nel tempo. Infatti una città, galleggiando sulla crosta terrestre che subisce deriva per i moti convettivi del mantello sottostante, varia la propria posizione. Altrettanto le stelle, in virtù del moto proprio, del variare dell'inclinazione dell'asse terrestre, che descrive un cerchio in cielo in 26.000 anni, etc... mutano la propria posizione. A differenza dagli astronomi, che le studiano, per noi queste variazioni sono del tutto trascurabili. Un'altra differenza fra questi due sistemi di coordinate consiste nel fatto che i meridiani terrestri sono conteggiati in gradi, primi e secondi, mentre quelli celesti sono ripartiti in ore, minuti e secondi. Quindi avremo 24 meridiani orari principali, ciascuno suddiviso in minuti e secondi. La declinazione, invece, è misurata in gradi, come la latitudine.

STRUTTURA E FUNZIONAMENTO DELL'INDICATORE
indice

L'indicatore siderale (fig. 3 e 4) è costituito da 2 assi che portano l'uno il disco orario (per l'ascensione retta), l'altro il disco angolare (per la declinazione). Questi due assi sono fra loro ortogonali, quindi anche i 2 dischi che essi sostengono sono disposti fra loro a 90°. Sul disco dellal declinazione è fissata una piastrina che porta alle estremità due viti appuntite. Per mezzo di queste viti appuntite si effettua il puntamento, proprio come con un fucile. Su di ogni disco è incollato un quadrante con una scala che ci permette di orientare convenientemente lo strumento. Poi ci sono 2 indici, uno per ogni quadrante. Infine sono presenti dei morsetti per frenare o bloccare un disco o l'altro. Tutto questo viene sostenuto da una forcella che ha un foro filettato per il montaggio su di un cavalletto da fotografia.

L'intero strumento è sostenuto da una forcella che a sua volta può essere montata sopra un cavalletto per fotografia. La forcella può essere ricavata da un profilato a "C", tagliandone uno spezzone, oppure può essere realizzata piegando una barra piatta di acciaio (# 6 x 25 x 250 mm). Entrambi gli alberi sono di acciaio rettificato del diametro di 10 mm e ruotano ciascuno su due boccole elastiche. In commercio, presso i rivenditori di semilavorati di acciaio, si trovano comunemente barre di C40 rettificato. Una barra intera, lunga 4 m e di 10 mm di diametro, costa circa 5.000 lire.

Potete acquistare le boccole presso le rivendite di "forniture industriali". Di queste boccole ne occorrono 4. Se non sono aperte, praticate un intaglio lungo una generatrice. I supporti, nei quali sono alloggiate le boccole, sono anch'essi elastici e sono regolati con viti per la ripresa dei giochi. Ricavateli da una barra piatta di alluminio della sezione di 12 x 25 mm. In testa ad ogni albero è sistemata una flangia di plastica per il collegamento con i rispettivi dischi.

Il disco della declinazione è di plastica dello spessore di 4 mm. Il suo diametro esterno è di 120 mm. Il disco dell'ascensione è di plastica dello spessore di 4 mm. Il suo diametro esterno è di 140 mm. Notate come questo disco sia libero e venga bloccato solo dal freno laterale. E' conveniente che il colore della plastica dei dischi sia nero per ridurre il riflesso sullo strumento della luce della torcia elettrica che illumina le viti di mira. Il disco dell'indice, invece, è di plastica trasparente (Plexiglass), sempre dello spessore di 4mm e del diametro esterno di 136 mm.

Il sistema di mira è costituito da una striscia di plastica nera spessa 4 mm che porta 2 viti appuntite. L'indice del quadrante della declinazione può essere ricavato da una strisciolina di alluminio spessa 2 mm, opportunamente piegata. Il "disco indice" è trasparente e deve essere montato su quello dell'ascensione in modo coassiale. Sotto il disco indice occorre tracciare un sottile solco radiale per mezzo di una punta metallica. Questo solco, riempito di inchiostro di china, farà da indice per il cerchio orario. Tale indice deve essere a 90° rispetto all'albero trasversale (vedi figura 3).

Per incollare i quadranti, utilizzate una bomboletta spray di vernice trasparente per carrozzerie di automobili. La stessa vernice servirà anche per ricoprire i quadranti di un sottile strato protettivo trasparente. Prima di iniziare l'incollatura, procuratevi un rullo di gomma o di plastica per espellere le bolle d'aria e la vernice in eccesso.

La maggior parte delle lavorazioni meccaniche può essere effettuata a mano o con attrezzi di bricolage comune. Alcune invece devono essere effettuate con il tornio. Per queste rivolgetevi ad un tornitore. I pezzi che devono essere lavorati al tornio sono i dischi angolare, orario e quello indice, poi le 2 flange e il contrappeso. Queste parti devono essere lavorate solo nei diametri esterno e interno. Si tratta di poche cose, quindi il costo di queste lavorazioni sarà limitato.

TARATURA DELL'INDICATORE
indice

Quando avrete finito di costruire il puntatore, prima di usarlo, dovrete tararlo. La figura 5 descrive come effettuare la taratura dello strumento.

ORIENTAMENTO DELL'INDICATORE
indice

E' notte, il cielo stellato è ben visibile, vi siete recati in un luogo buio e senza luci. Avete portato con voi l'indicatore, il cavalletto, una pila munita di filtro rosso, le mappe delle costellazioni di riferimento con le coordinate delle stelle e degli oggetti celesti che volete localizzare. La pila vi serve per leggere i valori delle coordinate delle stelle di riferimento e per illuminare i quadranti e le viti del sistema di puntamento. Il riflesso della pila sulle punte delle viti vi servirà per indirizzare lo strumento.

ORIENTAMENTO DELL'ALBERO PRINCIPALE
indice

Affinchè il vostro strumento possa lavorare, dovete riferirlo al sistema di coordinate celesti. La prima cosa che dovete fare è quella di orientare l'asse principale verso laStella Polare, poi dovrete orientare il disco dell'ascensione retta. Dopo la taratura dell'indicatore (figura 5), regolando la declinazione a 90°, la linea che passa per le punte di mira è parallela all'albero principale. Quindi, per orientare l'albero principale verso la Stella Polare:

- regolate il disco della declinazione a +90°;
- muovendo la testa del cavalletto, puntate lo strumento verso la Stella Polare;
- fissate la testa del cavalletto;
- verificate che la declinazione sia rimasta a +90°.

Da qui in avanti, non muovete più il cavalletto o l'asse principale dello strumento. A questo punto, l'albero principale punterà alla Stella Polare e il piano del disco orario sarà parallelo al piano equatoriale terrestre e celeste. Il quadrante della declinazione è regolato, non resta che orientare il solo quadrante del cerchio orario ai meridiani orari celesti. Una cosa che potete già fare è questa: dopo aver riportato la declinazione a 0°, ruotate lo strumento e osservate dove passa l'equatore nella volta celeste.

ORIENTAMENTO DELLA SCALA DELL'ASCENSIONE RETTA
indice

Ora dovete orientare il cerchio orario alla volta celeste. Scegliete allora una stella che sapete riconoscere e della quale conoscete le coordinate. Per esempio la stella "eta" dell'Orsa Maggiore o l'"alfa" della Cassiopea (vedete nella figura 6 le coordinate di queste stelle). Perchè queste costellazioni? Perchè esse sono sempre visibili alle medie ed elevate latitudini dell'emisfero nord del pianeta e non tramontano mai. La gente che vive nell'emisfero australe dispone di altre costellazioni che non tramontano mai. Coloro che invece abitano entro la fascia dei tropici, possono fare riferimento direttamente a costellazioni equatoriali, come vedremo fra poco.

Torniamo alle nostre costellazioni circumpolari. Quando sono basse sull'orizzonte, possono venire nascoste dalla foschia. Poichè l'Orsa Maggiore e la Cassiopea sono l'una opposta all'altra rispetto alla Polare, se una sarà bassa, l'altra sarà alta, quindi almeno una delle due costellazioni sarà sempre visibile in una serata decente per osservazioni astronomiche. Perchè queste stelle in particolare? Perchè, fra quelle più luminose di queste costellazioni, hanno la declinazione più bassa.

Per orientare la scala dell'A.R. dovete:

- puntate lo strumento sulla stella di riferimento, manovrando i cerchi di ascensione e declinazione;
- stringete il morsetto dell'albero principale (si blocca il disco dell'indice);
- ruotate la scala dell'ascensione fino a portare il valore dell'ascensione di quella stella in corrispondenza dell'indice;
- bloccate la scala dell'ascensione con l'apposito freno;
- infine, sbloccate il disco dell'indice.

A questo punto lo strumento è orientato: entrambe le scale sono riferite al sistema di coordinate celesti.. Tuttavia, anche se queste due costellazioni hanno il vantaggio di essere sempre visibili, possiedono l'inconveniente di una declinazione elevata, quindi la regolazione del disco orario potrà essere affetta da un errore abbastanza alto rispetto a quello che può dare lo strumento. Per migliorare la precisione della regolazione, possiamo utilizzare costellazioni più vicine all'equatore celeste.

PERFEZIONAMENTO DELLA REGOLAZIONE
DELL'ASCENSIONE RETTA

indice

Per quanto impreciso, il riferimento alla volta celeste che avete già ottenuto, è sufficiente a farci individuare per mezzo dell'indicatore celeste la stella che dovrete utilizzare per la regolazione più precisa. Costellazioni facilmente riconoscibili e utili a tale scopo sono le seguenti:

Costellazione Periodo
Orione novembre-marzo
Leone gennaio-giugno
Aquila giugno-ottobre
Pegaso agosto-dicembre

- Impostate sulle scale le coordinate di una stella della costellazione di riferimento (figura 7);
- lo strumento punterà abbastanza vicino alla stella da consentirne l'identificazione. Con la piantina della costellazione, verificate che si tratti proprio della stella giusta. Riconosciuta la stella, noterete un certo errore nel puntamento;
- puntate lo strumento esattamente sulla stella che avete scelto come riferimento;
- bloccate l'indice;
- sbloccate la scala dell'ascensione;
- regolate il quadrante al valore di A.R. di quella stella;
- bloccate la scala dell'ascensione;
- rilevate sul vostro orologio l'ora (è conveniente che la lancetta dei minuti segni un valore tondo, per es. sulle decine di minuti. Oppure fate partire un cronometro), fra poco vedremo perchè;
- sbloccate l'indice.

Ricapitoliamo per chiarezza quanto avete fatto:
avete puntato l'asse dello strumento verso la Polare; avete regolato la scala dell'ascensione retta con una stella dell'Orsa Maggiore o della Cassiopea. Aiutandovi con questa regolazione imprecisa, avete individuato una stella vicina all'equatore celeste e avete corretto il riferimento della scala oraria ai meridiani celesti.

IMPIEGO DELL'INDICATORE
indice

Ora lo strumento è pronto a indicare un corpo celeste qualsiasi di cui conosciate le coordinate. Il suo impiego è adesso estremamente semplice: basta impostare sulle scale dello strumento le coordinate del corpo celeste perchè il dispositivo di mira vi indichi la direzione nel cielo dove tale oggetto si trova. Per vedere le viti di mira al buio utilizzate una torcia elettrica attenuata con un filtro rosso, tenuta a circa un metro di distanza. Il riflesso di questa luce sulle punte delle viti vi apparirà come una stella, quindi avrete 2 punti luminosi che vi guideranno nel cielo.

Impiegando questo strumento, potete considerare di fare un errore di alcuni decimi di grado. Può essere interessante sapere che il primo a determinare la posizione delle stelle nel cielo fu un certo Ipparco di Nicea, astronomo dell'età ellenistica, che circa 2100 anni fa compilò un catalogo con la posizione di 850 stelle. Questo lavoro gli permise di compiere importanti scoperte fra le quali la precessione degli equinozi. Una volta individuato, potete guardare l'astro ad occhio nudo oppure con un binocolo, un cannocchiale o un telescopio a specchio.

Mentre effettuate tutte queste manovre, la volta celeste continua a ruotare alla velocità di circa 1 grado ogni 4 minuti. Quindi il vostro apparecchio perde rapidamente il riferimento ai meridiani celesti. Niente paura! Supponete di avere effettuato la regolazione alle 22 esatte, se alle 22 e 15' vorrete individuare un oggetto, sottraete all'ascensione retta dell'oggetto i 15' trascorsi dall'azzeramento dello strumento:

AR'= AR - dt     (dove dt sta per differenza di tempo)

e non dite che è una faccenda complicata!
E' interessante sapere che anche così si compie un certo errore, per noi comunque abbastanza piccolo. infatti la volta celeste, sebbene ciò possa apparire strano, non compie un giro intero in 24 ore. Il giorno siderale dura 3' e 56" meno di quello solare. Moltiplicando questo valore per i 365 giorni (solari) dell'anno, otteniamo un altro giorno che è quello che la Terra "perde" con una rotazione intera attorno al Sole. Detto in un altro modo, rispetto al Sole la Terra in un anno compie 365,25 rotazioni circa, mentre rispetto ad una stella ne compie una in più. Quindi, se utilizzeremo tutta la notte lo strumento, all'alba compiremo un errore di un minuto e mezzo nell'ascensione retta.

OSSERVAZIONI
indice

Questo piccolo strumento si dimostrerà utile per tante osservazioni astronomiche. Anche le osservazioni a occhio nudo, con l'aiuto di testimoni fissi o semplici strumenti quali quello che abbiamo descritto, possono fornire tante conoscenze. La figura 8 vi dà le coordinate di alcuni punti celesti notevoli e di alcuni oggetti interessanti da osservare. Fra questi la famosissima galassia di Andromeda, una nebulosa di magnitudine sufficiente per essere osservata ad occhio nudo o con un binocolo, le altre sono visibili solo con strumenti di grande apertura. Tuttavia anche questa galassia risulterà appena visibile, come un tenue chiarore dai contorni poco definiti. Sappiate comunque che quella luce, per giungere alla Terra, ha viaggiato per circa 2.000.000 di anni. Altri oggetti che possono essere osservati senza disporre di strumenti particolarmente luminosi, sono gli ammassi di stelle, come per esempio quello delle Pleiadi. Le coordinate della stella centrale dell'elegante costellazione del Cigno, sono state fornite come esempio di come si possa utilizzare questo strumento per riconoscere le costellazioni.

Un punto interessante da localizzare è quello del centro della nostra Galassia AR=17h 42' 30" Decl=-28° 59' 18". Fra gli altri punti interessanti da individuare c'è il famoso punto gamma, o punto d'Ariete, di coordinate AR=0 Decl=0. Questo punto, è considerato il riferimento del sistema di coordinate celesti, ed è situato all'intersezione del piano equatoriale con quello dell'eclittica (piano sul quale giace l'orbita della Terra attorno al Sole).

Puntando l'albero principale del vostro strumento (quindi bisogna perdere il riferimento con il sistema di coordinate celesti), verso il punto di coordinata AR=18h 00' Decl=66° 34', il piano orario sarà complanare con il piano dell'eclittica. Su questo piano è disposta la maggior parte dei pianeti. Inoltre è su questo piano che si rincorrono le costellazioni dello Zodiaco in un maestoso girotondo. Poichè esse sono disposte a 30° l'una dall'altra, dopo aver localizzato la prima, le altre dovrebbero essere individuate facilmente con lo strumento. Non solo: è lungo l'eclittica che si svolge il moto apparente del Sole sulla sfera celeste. Quando la Luna si muove sull'eclittica, la sua ombra può correre sulla Terra, e chi vi finisce sotto vedrà il Sole oscurarsi: è l'eclissi.

Le coordinate delle stelle delle costellazioni di riferimento che vi abbiamo fornito e quelle che potete trovare in figura 8 sono sufficienti per orientare lo strumento e per compiere alcune osservazioni. Potete trovare le mappe delle costellazioni, e le coordinate di una grande quantità di oggetti celesti di interesse astronomico, in testi di astronomia come quello indicato in bibliografia che costa poco, ed è fatto molto bene. Con questo libro e con l'indicatore siderale che avrete costruito, potrete localizzare facilmente tutte le costellazioni che volete e imparare finalmente a conoscerle. Non solo, ma questo testo fornisce anche numerose altre informazioni che potranno soddisfare la vostra curiosità e desiderio di conoscenza in astronomia.

Per quello che riguarda i pianeti, che si muovono rispetto alle stelle e le cui coordinate ovviamente non sono fisse, sono utili le tabelle dette "effemeridi" pubblicate annualmente e reperibili presso le librerie. In queste tabelle potrete trovare la posizione nel cielo anche di pianetini e di comete vicine.
Ricordatevi anche che se lo strumento dovesse indicarvi un punto sotto terra, non vuol dire che si è sbagliato. Se non vi siete sbagliati di 180°, e se non avete fatto errori di altro genere, quell'oggetto è proprio là sotto, o meglio, in quella direzione.
Ecco allora che questo strumento, nella sua semplicità, si rivelerà una preziosa guida all'astronomia. Con la sua costruzione, avrete compiuto anche un'interessante esercitazione di meccanica e di fisica, avrete imparato come è organizzato il sistema di coordinate celesti e avrete visto in quale direzione è il centro della nostra Galassia. Uno dei pregi maggiori dell'astronomia non è tanto quello di mostrare oggetti lontani, quanto quello di portarci a riflettere su noi stessi, sulla nostra condizione, sul senso della vita e del Tutto.

BIBLIOGRAFIA
indice

Patrick Moore - Il guinness dell'astronomia - Milano 1990, BUR, 29.000 (1993).


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