Ogni notte serena mette in scena lo spettacolo dell’universo: Costellazioni che ci parlano di miti antichissimi, migliaia di stelle che sfilano davanti a noi con il passar delle ore e delle stagioni, la fioca nube della Via Lattea, i pianeti con i loro percorsi mutevoli, la Luna ora falce sottile ora piena, le fuggevoli e improvvise tracce di luce delle meteore….

Orientamento e riconoscimento delle costellazioni

Disegno di Stefano Catapano

Di Antonio Catapano

Liceo Scientifico F.Severi Castellammare di Stabia

16/03/2012

Le Stelle solo di notte

Un mare di stelle

Il percorso del Sole

il Sole sorgere a oriente e tramonta a occidente, La rotazione della Terra su se stessa di 360° in 24h , provoca il movimento apparente del Sole di 15° in un’ora

Solstizio Invernale 2005 a Fiumicino - di Daniele Pivato

Di notte vediamo una moltitudine di Stelle e in certi periodi anche la Luna. Se osserviamo per un po' di tempo vediamo che anche le Stelle hanno un movimento simile a quello del Sole, sorgono e tramontano,

Il percorso del Stelle

Il percorso delle stelle

…non tutte però; guardando bene vedremo che una stella rimane fissa verso Nord: è la Stella Polare, intorno alla quale tutte le altre ruotano, da Oriente verso Occidente. Alcune stelle, quelle che si trovano in un cerchio attorno alla Stella Polare, ruotano intorno ad essa senza tramontare mai. Foto Rotazione della sfera celeste - luglio 2001 Antonio Catapano

Il percorso delle stelle

Se ripetiamo le osservazioni nei giorni e mesi successivi noteremo altre variazioni: Il Sole non percorre sempre lo stesso arco: d'estate sorge prima, tramonta più tardi e si alza di più sull'orizzonte rispetto all'inverno. La Luna cambia forma nell'arco di circa un mese.

Cielo 11 Settembre ore 22

Nel percorrere l’orbita intorno al Sole la Terra impiega 365gg, una data stella in 1anno si muoverà di 360gr. percorrendo circa 1° al giorno . Quindi ogni mese allo stesso orario la stessa stella la si vedrà spostata verso Ovest di circa 30°

Cielo 11 Ottobre ore 22

Cielo 11 Novembre ore 22

Cielo 11 Dicembre ore 22

Le Stelle che vediamo nella serate estive non sono quelle visibili nelle serate invernali; per esempio Altair, nella costellazione dell'Aquila è ben visibile d'estate mentre la costellazione di Orione è alta d'inverno. Questo perché le costellazioni si spostano lentamente da oriente verso occidente man mano che passano i giorni e i mesi.

L’orologio delle stelle

Le stelle, Spostandosi nel corso del giorno e dell’anno sono degli orologi e dei calendari naturali

Osserviamo anche che nel loro movimento le costellazioni mantengono la stessa forma

Le costellazioni non sono altro che delle configurazioni temporanee a cui già gli antichi osservatori hanno dato forma unendo con delle linee le stelle più brillanti e apparentemente vicine tra loro.

Cosa sono le costellazioni ?

Le Stelle sono disposte in modo casuale, ma il nostro cervello è portato a individuare alcuni disposizioni più regolari.

Possiamo vedere lo scorrere delle costellazioni durante l’anno in una simulazione

con Starry Night… (percorso del sole)

Le costellazioni

Le costellazioni

la classificazione attuale comprende 88 costellazioni , comprendendo quelle non zodiacali, da Orione alle Orse , dalla Cassiopea ad Andromeda, da Auriga al Centauro, dalla Lira al Cigno…

Per riconoscere, in modo scientifico le stelle J.Bayer nel 1603, le catalogò secondo le lettere greche in ordine crescente di luminosità:

Le stelle - catalogazione

β

α

γ

δ

ε

Per le stelle meno luminose, quando le lettere greche non bastano più, vengono attribuiti dei numeri, nel 1714 Flamsteed pubblicò il suo catalogo stellare es: 27 Persei

indicata anche con 27-Per 57 Cephei indicata anche con 57-Cep

α β γ δ ε ζ η θ ι κ λ μ ν ξ ο π ρ ς σ τ υ φ χ ψ ω

Seguito dal genitivo latino della costellazione: Quindi la stella più luminosa della Lyra è chiamata “ α Lyrae “

Il piu’ delle volte i raggruppamenti di stelle in costellazioni sono del tutto arbitrari:

Riprendiamo ad esempio la Lyra

α Lyr “Vega”, la più brillante,

dista 27 anni luce

β dista circa 1000 a.l.

δ dista 800 a.l.

γ dista 360 a.l.

ε dista 180 a.l.

Le costellazioni

β

α

γ

δ

ε

Ecco la reale disposizione delle stelle che compongono la costellazione invernale di Orione

Le costellazioni

in generale tra le stelle che compongono una costellazione non vi è alcuna relazione e le distanze tra loro possono variare enormemente.

Ci rendiamo conto, allora, che le costellazioni ci appaiono su di un piano bidimensionale,

ma in realtà l’universo ha una profondita “straordinaria”

Possiamo vedere la profondità dello spazio in una simulazione con Starry Night…

(viaggio tra le stelle)

Le costellazioni

In particolare ci interessano le 7 stelle che formano una figura detta

il Grande Carro.

Questo “asterismo“ è visibile tutto l'anno dalle nostre latitudini.

Orientamento

Quando si vuole scrutare la volta celeste in cerca delle costellazioni, ci sono dei passi fondamentali che occorre compiere.

Bisogna determinare i 4 punti cardinali partendo dall’individuazione della posizione del Nord. 1) Per prima cosa bisogna cercare l’Orsa Maggiore..

Infatti prolungando la linea , di 4,5 volte che idealmente le unisce si raggiunge una stella di seconda grandezza, che è la Stella Polare.

Ricerca della stella Polare

2- Individuare la Stella Polare Le due stelle del lato opposto al timone del carro sono indispensabili per l'individuazione della polare e non a caso sono chiamate le indicatrici.

I punti cardinali

3- Individuare il Nord A questo punto avendo di fronte a noi alla Stella Polare saremo certi di guardare verso il Nord. Alle nostre spalle ci sarà il Sud, alla nostra sinistra l'Ovest ed alla nostra destra l'Est

Carta Chiave Orientamento in ogni

stagione

Sapendo i punti cardinali potremo riconoscere le stelle più luminose ...

A partire dal gran carro potremo spostarci verso Sud e individuare molte tra le stelle più luminose

Orientamento con gli asterismi

Primavera

Estate

Orientamento con gli asterismi

Estate

Inverno

Abbiamo quindi bisogno di sistemi di coordinate

celesti che possano indicarcele

Riconoscendo le costellazioni sappiamo riconoscere le stelle più luminose...

L'asse di rotazione terrestre è l'asse immaginario attorno al quale avviene tale rotazione.

I due punti immaginari di intersezione tra questo asse e la volta celeste sono detti Polo Nord e Polo Sud Celesti.

Noi non percepiamo la rotazione della Terra ed abbiamo così l'impressione che questa sia ferma mentre tutti gli altri corpi celesti sembrano ruotarvi attorno muovendosi da Est verso Ovest.

Elementi della Sfera Celeste

Dinamica della volta Celeste

Fanno eccezione le cosiddette stelle circumpolari, che descrivendo dei cerchi completi attorno ai poli non sorgono e non tramontano mai, rimanendo sempre al di sopra dell'orizzonte fra il polo celeste visibile e quel cerchio

La sfera celeste è osservabile da un qualsiasi punto della superficie terrestre ma solo per metà.

Le traiettorie stellari appaiono infatti come due semicerchi, situati uno sopra e l'altro sotto l'orizzonte, a partire dal parallelo fondametale l’Equatore celeste

Dinamica della volta Celeste

L'altezza dei poli celesti è legata alla latitudine del luogo d'osservazione. Tanto piu' ci si allontana o ci si avvicina all'equatore, tanto piu' cresce o diminuisce la latitudine, e altrettanto i due poli celesti si alzeranno o si abbasseranno nel cielo.

Ai poli - le stelle visibili non sorgeranno e non tramonteranno mai descrivendo delle traiettorie parallele all'orizzonte; all'equatore - tutte le stelle appariranno sorgere e tramontare descrivendo delle traiettorie perpendicolari all'orizzonte; alle latitudini intermedie - solo alcune stelle sorgeranno e tramonteranno descrivendo delle traiettorie inclinate rispetto all'orizzonte.

Il cronometrista

su scala annuale riferendoci alla rivoluzione della Terra intorno al Sole

Per calcolare ora e data ci basiamo su riferim. esterni: Sole e Stelle, orologi e calendari sono sincronizzati sui moti apparenti che gli astri compiono in cielo

Cosa posso osservare stasera ? … dipende dall'orario e dalla Stagione

Misuriamo il tempo su scala giornaliera basandoci sulla rotazione assiale della Terra,

Il giorno solare è per convenzione il tempo intercorso tra due attraversamenti successivi del meridiano da parte del Sole (24h)

… poiché il moto del Sole non è costante , ma varia con il variare della velocità orbitale terrestre attraverso le stagioni, dobbiamo basarci su di un fittizio Sole Medio

Misura del tempo su scala giornaliera

Ma saremo più precisi e senza ricorrere a convenzioni facendo riferimento ai passaggi in meridiano di una stella , rispetto alle quali la Terra ruota su se stessa compiendo un giro da Ovest verso Est in 23 ore e 56 minuti.

Il movimento apparente delle Stelle e del Sole sulla volta celeste è di 360/24 = 15° in ora, -> 1 grado ogni 4min

Si è inoltre stabilito che il Tempo Universale = tempo solare medio di Greenwich, alla long. 0

Il giorno siderale (stellare) è più breve di quello solare di circa 4m , la differenza è dovuta al fatto che la terra si sposta insieme al Sole. E’ per la stessa ragione che le stelle si spostano verso ovest di circa 1° ogni notte, 30° al mese, se le osserviamo alla stessa ora solare, e possiamo ammirare la parata stagionale delle costellazioni

Misura del tempo su scala annuale

Nel suo moto lungo l’eclittica il Sole sopravanza le stelle di circa 1° al giorno e poiché 1° equivale a 4m di tempo , l’intervallo tra due passaggi consecutivi di una stella al meridiano celeste è circa 4m più breve , 23h56m, di quello relativo al Sole che è 24h.

Misura del tempo su scala annuale

L’ora possiamo calcolarla basandoci sulle stelle. Poiché le stelle si spostano l’una rispetto all’altra, adottiamo un punto di riferimento, l’equinozio di primavera, l’ora siderale è definita dalla sua posizione rispetto al meridiano celeste , come quello solare lo è per la posizione del Sole

Mentre un orologio solare ci dice dov’è il Sole, un orologio siderale ci dice dove si trova l’equinozio di primavera, e poiché conosciamo attraverso le coord. AR e DEC le posizioni delle stelle , ci dice dove trovare le stelle. Nessun osservatorio potrebbe funzionare senza un orologio siderale . Il tempo adottato come standard mondiale è quello siderale, facilmente convertibile in quello solare. Le stelle , non il Sole, ci dicono a che ora alzarci la mattina

Sulla “sfera celeste” abbiamo la rappresentazione bidimensionale dello spazio che ci circonda...

Potremo individuare una stella sulla nostra cartina conoscendo solo due valori

Iniziamo con il sistema di coordinate alt-azimutale

Sistema di coordinate : AltAzimutale

E’ il più intuitivo ed è largamente usato per osservazioni ad occhio nudo o anche con semplici strumenti.

È basato sulla verticale del filo a piombo nel luogo di osservazione:

Sullo Zenit e sull’ Orizzonte dove individuiamo i 4 punti cardinali,

sul Meridiano celeste e sui circoli massimi passanti per lo zenit

permette di individuare un oggetto in base : - alla sua Altezza dall’orizzonte allo Zenit da 0° a 90 ° - e alla direzione o Azimut che è la l’angolo misurato a partire da Nord in senso Orario (verso Est) da 0° a 360°

Sistema di coordinate : AltAzimutale

facciamo un esempio pratico con Starry Night ”altazimutale”…

Poiché il sistema si basa su 2 riferimenti che variano nel tempo, l’ altezza e l’ azimut, questo tipo di coordinate per una certa stella saranno valide solo per quell’ istante e per quella località…

Potremo usare la bussola con i riferimenti graduati per individuare l’Azimut.. E un goniometro per l’altezza

Il terzo elemento in campo è il tempo, che è una variabile !

Orientamenti e angoli in cielo

Per fare delle stime utilizziamo la nostra mano , alla distanza del braccio teso il nostro mignolo misura ~ 1° - un pollice ~ 2° - lo spazio tra le nocche di indice e medio ~ 3° - il pugno chiuso ~ 7° - la spanna aperta ~ 15°

Come faremo a misurare le distanze di quello che osserviamo, possiamo abituarci a misurare “a occhio” gli angoli in cielo. Per esempio la Luna “sottende” un angolo di 0°,5 .

Per indicare la distanza tra Megrez e Alkaid, “il timone” dell’ orsa maggiore , diremo che è circa una spanna

Sistemi di coordinate

Avremo ancora bisogno dei riferimenti come i Poli celesti e del parallelo fondamentale l’ Equatore celeste,

ma dovremo aggiungere ancora altri riferimenti fondamentali:

Abbiam detto che l’AltAzimutale è un sistema di coordinate relativo Che dipende dalla posizione e dall‘orario di osservazione

Allora se vogliamo un sistema di coordinate assoluto, indipendente dall'osservatore, dovremo adottare sistema diverso

l'eclittica - il percorso annuale ed apparente del Sole lungo lo zodiaco, che non è altro che la proiezione celeste del piano orbitale disegnato dalla Terra, e che risulta essere quindi inclinata di 23,5° dall'equatore celeste;

il punto d'ariete - chiamato anche punto equinoziale, punto gamma o punto vernale, è quel punto della sfera celeste dove appare proiettato il Sole quando la Terra si trova all'equinozio di primavera.

Sfera Celeste

Sistemi di coordinate Equatoriale

Il “sistema equatoriale” è un sistema simile a quello dei meridiani e paralleli, però proiettato all'infinito sulla sfera celeste.

Consideriamo quindi il sistema di coordinate terrestri :

Con la Latitudine e Longitudine che misuriamo in Ore e Angoli,

Sistemi di coordinate Equatoriale

Questo sistema si basa sui poli celesti e sull'equatore celeste, mentre sono importanti anche i cerchi orari (circoli

massimi passanti per i poli celesti), il meridiano celeste ed il punto che rappresenta l'equinozio di primavera, il punto d'ariete.

Declinazione - espressa in gradi e frazioni di essi sul cerchio passante per i poli celesti ed il punto del cielo in osservazione, si conta da 0 a 90° a partire dall'equatore celeste, positivamente verso il polo Nord e negativamente al contrario.

Ascensione retta - si misura sull'equatore celeste in ore (o gradi) e frazioni di esse, in senso antiorario (verso Est), a partire dal punto di ariete fino all'intersezione dello stesso equatore con il cerchio massimo passante per il punto osservato. E' compresa tra 0 e 24 ore (o fra 0 e 360°);

Sistemi di coordinate Equatoriale

A.R. 0h

Dec. 90°

Esempio pratico con Starry Night (equatoriale)

Dec. 60°

A.R. 4h

Sistemi di coordinate Equatoriale

Equatore celeste Eclittica

Quindi il sistema equatoriale ci indicherà precisamente in ogni istante la posizione della stella indipendentemente

dal trascorrere del tempo

MAPPA CELESTE

A.R. 6h 6’

Dec.7° 5’

Esempio pratico : supponiamo di voler fare un'osservazione, di Betelgeuse in Orione: dove si trova? Apriamo una carta del cielo, cerchiamo la stella e prendiamo le coordinate del sistema Equatoriale: A.R. 6h 6’ - Declinazione 7° 5’ Nord.

L’astrolabio

Uno strumento leggerissimo, semplice ed efficace ci consente di sapere in ogni momento cosa osservare e permette di orientarci: l’Astrolabio. Per sapere se la costellazione di Orione sarà visibile , oggi, a che ora . E se ci sarà, in che direzione si troverà e a quale altezza sull'orizzonte.

l'Astrolabio: è un’alternativa alla bussola , infatti possiamo ricavarci i punti cardinali, basta fissare la data e l'ora e nella finestra dell'orizzonte abbiamo tutte le stelle visibili in questo momento; ma c'è di più: possiamo vedere come sarà il cielo in ogni giorno dell'anno e ad ogni ora del giorno e della notte.

L’astrolabio

Ci mostra : - cosa vedremo in cielo per ogni giorno dell'anno e per ogni ora del giorno e della notte - ci dice anche l'ora del sorgere e tramontare del Sole - ci permette di fare una simulazione del movimento della sfera celeste

Il funzionamento è semplice in un disco dobbiamo scegliere il Giorno dell'anno e sull’ altro l'Ora del giorno: facendo coincidere i due punti scelti avremo la rappresentazione del cielo in quel momento.

L'Astrolabio è uno strumento antichissimo, sicuramente lo usava Ipparco di Nicea , astronomo dell'antica Grecia due secoli a.C.

Inoltre se non sappiamo l’ora e la data in un dato luogo potremo ricavarcela , basterà misurare col metodo AltAzimutale una stella luminosa in una costellazione conosciuta e posizionando la finestra del cielo cosi’ come ci appare sull’astrolabio potremo ricavarci la data e l’ora del momento.

L’astrolabio

Nel primo disco c'è la mappa stellare ed il calendario annuale, con i mesi ed i giorni. Al centro della mappa c'è il Polo Nord celeste, ossia la stella Polare

Il secondo disco contiene il cerchio orario giornaliero, da 0 a 24, e la finestra del nostro Orizzonte con i punti cardinali ( l'ovale non colorato )

PLANETARI PER SMARTPHONE

Droid Sky View Google Sky Map,

SkEye Astrotools.

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molto diffuse e utilissime per chi osserva il cielo con un telescopio.

Per Android si può puntare su un suo corrispettivo, Google Sky Map, che ovviamente rende portatile Google Sky,

Sky Map of Constellations (gratuito) 26 dicembre 2012

The Night Sky Lite (gratuito)

iCandi Apps - 02 aprile 2013

** STAR WALK (3,99€, per Apple iOS)

Un planetario portatile, che vi mostra la posizione delle stelle in cielo in qualsiasi momento,

ed in tempo reale, usando l’accelerometro e il gps per inquadrare la porzione di cielo che volete

e aiutarvi così a riconoscere le stelle. Il migliore in questo genere di

MAPPA CELESTE

A.R. 6h 6’

Dec.7° 5’

Esempio pratico : supponiamo di voler fare un'osservazione, di Betelgeuse in Orione: dove si trova? Apriamo una carta del cielo, cerchiamo la stella e prendiamo le coordinate del sistema Equatoriale: A.R. 6h 6’ - Declinazione 7° 5’ Nord.

L’astrolabio

Andando fuori a guardare… Orione sarà visibile qui, oggi, a quest'ora? E se ci sarà, in che direzione si troverà? Alto o basso sull'orizzonte? Qui andrebbe bene il sistema Altazimutale, ma come facciamo a convertire i dati da un sistema all'altro? Possiamo fare qualche calcolo trigonometrico…

oppure usare l'Astrolabio: basta fissare la data e l'ora e nella finestra dell'orizzonte abbiamo tutte le stelle visibili in questo momento; ma c'è di più: possiamo vedere come sarà il cielo in ogni giorno dell'anno e ad ogni ora del giorno (o della notte).

L’astrolabio

Ci mostra : - cosa vedremo in cielo per ogni giorno dell'anno e per ogni ora del giorno e della notte - ci dice anche l'ora del sorgere e tramontare del Sole - ci permette di fare una simulazione del movimento della sfera celeste

Il funzionamento è semplice in un disco dobbiamo scegliere il Giorno dell'anno e sull’ altro l'Ora del giorno: facendo coincidere i due punti scelti avremo la rappresentazione del cielo in quel momento.

L'Astrolabio è uno strumento antichissimo, sicuramente lo usava Ipparco di Nicea , astronomo dell'antica Grecia due secoli a.C.

L’astrolabio

Nel primo disco c'è la mappa stellare ed il calendario annuale, con i mesi ed i giorni. Al centro della mappa c'è il Polo Nord celeste, ossia la stella Polare

Il secondo disco contiene il cerchio orario giornaliero, da 0 a 24, e la finestra del nostro Orizzonte con i punti cardinali ( l'ovale non colorato )

Per le prove sul campo Ci vediamo martedi’ 20/3

Ore 19,30

Disegni di Stefano Catapano