Istituto Tecnico Nautico "Artiglio" - Viareggio

Introduzione al Planetario
(Parte prima)

Mauro Bertolini



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Planetario




Sommario

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  • Parte terza
    • Moto annuo della Terra
    • Altri sistemi di coordinate
    • Moto diurno del Sole

  • Parte quarta
    • La Luna e le sue fasi
    • I Pianeti
    • Precessione degli equinozi

  • Parte quinta
    • La navigazione
    • Il punto nave astronomico




Premessa

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Più di quindici anni fa, l'Amministrazione Comunale di Viareggio, su nostra richiesta, decise di dotare l'istituto Tecnico Nautico "Artiglio" di un Planetario Galileo che servisse sia per le esercitazioni di astronomia dei nostri studenti sia per le attività didattiche e promozionali a favore di tutte le altre scuole e della cittadinanza in generale.

Il Planetario è uno strumento didattico di notevole importanza per tutte le scuole di ogni ordine e grado essendo lo studio dei fenomeni celesti comune a tutti i programmi di geografia, scienze e fisica.

La seguente pubblicazione non ha la pretesa di insegnare l'Astronomia, in quanto si ritiene che gli elementi trattati siano generalmente un patrimonio culturale comune ai vari insegnanti accompagnatori. Esso rappresenta piuttosto una guida alla visita al Planetario e serve a far meglio comprendere le possibilità dell'apparato e a suscitare un interesse per argomenti che possono essere facilmente studiati e verificati nella realtà sia dai bambini delle scuole elementari che dagli scolari delle scuole medie inferiori e superiori.

La visita al Planetario può essere vista come un momento didattico di estremo interesse se è preceduta però da un adeguato lavoro preparatorio nelle scuole di provenienza degli spettatori, altrimenti rischia di essere semplicemente uno "spettacolo" fine a se stesso.

La presente edizione è la riproduzione di quella tipografica edita nel 1986 e distribuita gratuitamente in migliaia di copie ai vari visitatori; appena possibile si provvederà a farne un'edizione aggiornata.

Introduzione

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La più antica tra tutte le scienze è certamente l'Astronomia, infatti i fenomeni astronomici hanno sempre occupato un posto preminente nella vita dell'umanità e lo studio della sua storia corre quasi parallelamente a quello del pensiero filosofico e di tutte le scienze naturali di cui può essere considerata la madre.

L'Astronomia è una delle poche discipline, o forse l'unica, che consenta uno studio veramente interdisciplinare di materie come fisica, matematica, scienze naturali, chimica, filosofia, storia, religione ed osservazioni scientifiche. Il suo studio purtroppo è spesso nelle nostre scuole unicamente teorico e descrittivo per cui l'aspetto osservativo, così ricco di interesse, viene trascurato.

Sfortunatamente l'inquinamento atmosferico e la luce diffusa dagli impianti di illuminazione cittadini ci impediscono di osservare il cielo in tutto il suo splendore. In qualche raro caso, lontano dalle città e con l'atmosfera particolarmente trasparente, è possibile anche per noi ammirare tale spettacolo.

Anche in condizioni ideali esistono comunque delle difficoltà ad osservare direttamente il cielo in quanto certi fenomeni avvengono soltanto in tempi molto lunghi e in luoghi molto diversi dai nostri. E' facile quindi comprendere quale importanza possa avere un Planetario che consente di riprodurre quasi tutti i fenomeni astronomici, osservabili sia di giorno che di notte e a tutte le latitudini, e soprattutto di poterli vedere accelerati nel tempo.


Descrizione dell'apparato

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Esistono diversi tipi di Planetari: alcuni sono apparati meccanici che riproducono i moti dei corpi celesti del sistema solare come sarebbero visti dallo spazio esterno al sistema, altri riproducono i fenomeni celesti come sono visti dalla Terra e quindi dall'interno del sistema.

Il Planetario Galileo, in dotazione al nostro Istituto, è del secondo tipo e riproduce i fenomeni celesti dovuti ai movimenti della Terra e degli altri corpi, così come li può vedere un osservatore situato sulla superficie terrestre. Lo strumento consiste in una sfera metallica cava, sulla cui superficie sono praticati 1098 piccoli fori di diverso diametro. Ogni foro ha la posizione corrispondente esattamente a quello di una stella ed il suo diametro è proporzionato all'intensità luminosa apparente della stella stessa, ossia alla sua magnitudine (Luminosità delle stelle).

Le stelle riportate sono quelle fino alla magnitudine 4,75 che corrispondono, praticamente, a tutte quelle che sono visibili ad occhio nudo in una notte con buone condizioni meteorologiche e con buona trasparenza dell'atmosfera. Pertanto non è possibile la visione della Via Lattea in quanto di luminosità inferiore a quella limite dell'apparato.

Una lampadina a sorgente luminosa puntiforme, posta al centro della sfera, proietta su uno schermo a forma di cupola una macchia luminosa corrispondente a ciascun foro; l'insieme delle proiezioni riproduce il cielo stellato. Sullo schermo possono inoltre essere proiettate le immagini del Sole, della Luna e dei cinque pianeti a noi più vicini.

Lo schermo è una cupola di tela a forma emisferica avente un diametro di sei metri e la cui base è a circa due metri dal suolo. Al di sotto della cupola possono trovare posto comodamente seduti circa cinquanta spettatori.

Un apposito motorino elettrico consente la rotazione della sfera cava e degli altri apparecchi ausiliari in modo da simulare il moto apparente diurno della volta celeste. Variando opportunamente l'inclinazione dell'asse di rotazione della sfera è possibile riprodurre l'aspetto del cielo alle varie latitudini sia dell'emisfero boreale che di quello australe.

La cupola può essere illuminata con lampade di colore rosso e azzurro in modo da simulare l'effetto dei crepuscoli durante il passaggio graduale dal giorno alla notte e viceversa. Appositi proiettori supplementari consentono la rappresentazione sulla cupola dei vari sistemi di coordinate, del polo elevato, dello zenit, del meridiano, dei verticali e del triangolo di posizione.


L'universo e le sue dimensioni

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Negli anni 80 abbiamo seguito con interesse l'affascinante viaggio delle due sonde americane Voyager, lanciate nel 1977, che ci hanno consentito di avere immagini ravvicinate di Giove e di Saturno, oltre che dei loro satelliti naturali. Dopo circa nove anni dalla partenza, nel Gennaio 1986, il Voyager 2 passò nelle prossimità di Urano e nell'Agosto 1989 sorvolò Nettuno; alla data attuale (1998) esso si trova ad una distanza dalla Terra di circa dieci miliardi di chilometri, ben al di la dell'orbita di Plutone, il più esterno dei Pianeti.

Sono distanze enormi che, rapportate a quelle delle stelle, diventano però quasi trascurabili. Spesso è difficile rendersi conto esattamente di tali distanze se non si propongono modelli in scala come quello riportato in "Al di là della Luna" di Paolo Maffei (Edizioni EST Mondadori). Riducendo tutte le dimensioni ad un decimiliardesimo del loro valore, il Sole diventerebbe una palla del diametro di 14 cm mentre la Terra diventerebbe un granello del diametro di poco più di 1 mm situato ad una distanza di 15 metri dal Sole.

Urano verrebbe rappresentato con una piccola sfera di circa 0,5 cm di diametro e a una distanza dal Sole di 300 metri. A 600 m di distanza, e con dimensioni inferiori a quelle della Terra, troveremmo Plutone, il più freddo e distante dei pianeti, e che segna i confini conosciuti del sistema solare. Il Voyager sarebbe rappresentato da un puntino infinitamente piccolo e ad una distanza di 1000 m.

Costruito tale modello per il sistema solare, troveremmo enormi difficoltà a rappresentare anche le stelle. Infatti, prima di incontrarne una, sempre nel modello ridotto, dovremmo percorrere ben 4000 chilometri.

Per misurare tali enormi distanze gli astronomi usano l'anno luce che corrisponde alla distanza percorsa dalla luce in un anno alla fantastica velocità di 300.000 km/sec. Con questa unità di misura il Sole dista "appena" otto minuti luce e la stella a noi più vicina (la Proxima Centauri) dista circa quattro anni luce.

Con i suoi strumenti più sofisticati l'uomo riesce oggi a captare la debole luce di stelle situate a distanze di miliardi di anni luce e che è stata emessa molto prima della formazione del nostro sistema solare.


La luminosità delle stelle

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Non tutte le stelle ci appaiono con la stessa luminosità e quindi, fin dall'antichità, quelle visibili ad occhio nudo sono state suddivise in sei classi di "grandezza".

Le stelle più luminose sono quelle di prima grandezza, o meglio di prima magnitudine, come si preferisce dire oggi; quelle un po' meno luminose sono di seconda magnitudine e così via, fino a quelle di sesta magnitudine appena visibili ad occhio nudo in condizioni di buona trasparenza dell'atmosfera.

Al di là di quest'ultime si hanno le stelle più deboli e che sono osservabili soltanto con strumenti ottici; il limite massimo è oggi rappresentato dalla 24ma magnitudine osservabile con un telescopio del diametro di cinque metri, come quello di monte Palomar.

La magnitudine di una stella non viene più stabilita empiricamente, come avveniva fino al secolo scorso, ma con apposite misure strumentali. Convenzionalmente si è stabilito che l'intensità luminosa di una stella di prima magnitudine è 100 volte maggiore di quella di una di sesta e che, nel passaggio da una magnitudine a quella successiva, il rapporto delle intensità dev'essere costante e pari a circa 2,5. Una stella di prima magnitudine è quindi 2,5 volte più luminosa di una di seconda, la quale a sua volta è 2,5 volte più luminosa di una di terza e così via.

Diversi astri, tra i quali alcuni pianeti, la Luna ed il Sole, sono molto più luminosi delle stelle di prima magnitudine, cosicché, si è reso necessario estendere la scala delle magnitudini anche a valori negativi. Ad esempio, la magnitudine di un astro che è 100 volte più luminoso di uno di prima, è -4. La differenza fra le magnitudini è 5 come nel passaggio da una sesta ad una prima magnitudine, dove si ha un'analoga variazione nell'intensità luminosa.

La luminosità apparente di una stella dipende sia dalla sua distanza dalla Terra, sia dalla sua luminosità intrinseca, che è data dalla quantità di energia che essa è capace di irradiare nello spazio e che non è necessariamente legata alle dimensioni della stella.


Crepuscoli

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Quando il lembo superiore del Sole sparisce sotto la linea dell'orizzonte si ha il tramonto, tuttavia il cielo continua ad essere illuminato a causa della riflessione e diffusione della luce solare da parte dell'atmosfera. La luminosità del cielo è funzione della depressione del Sole, ed infatti essa diminuisce sempre più a mano a mano che il Sole si abbassa sotto l'orizzonte, rendendo in tal modo graduale il passaggio dalla luce alla oscurità.

Il periodo suddetto, come quello analogo che precede il sorgere del Sole, prende il nome di crepuscolo. La sua durata complessiva è legata alla data e alla latitudine del luogo in cui si trova l'osservatore e alle nostre latitudini può variare da 1,5 a 2 ore Tale durata è però legata anche, in maniera sensibile, alle condizioni meteorologiche ed alla trasparenza dell'atmosfera.

Per esigenze legate alla navigazione e alla pratica astronomica, in realtà il crepuscolo si suddivide in tre periodi denominati:

  • crepuscolo civile
  • crepuscolo nautico
  • crepuscolo astronomico

Il crepuscolo civile inizia subito dopo il tramonto e termina quando il Sole si trova sotto l'orizzonte di 6 gradi. Durante tale fase, essendo il cielo molto luminoso, le stelle non sono ancora visibili.

Successivamente inizia il crepuscolo nautico, durante il quale cominciano ad essere gradualmente visibili le stelle. All'inizio si osservano soltanto quelle di prima magnitudine, successivamente quelle di seconda ed infine, al termine del crepuscolo, quelle di terza. Il Sole nel frattempo è passato da 6 a 12 gradi sotto l'orizzonte, ed i suoi raggi riescono ancora a rischiarare, seppure molto debolmente, gli strati più alti dell'atmosfera. La denominazione di "nautico" dipende dal fatto che, durante tale crepuscolo, il navigante può osservare le stelle al fine di determinare la propria posizione in mare. Per tale scopo egli utilizza un particolare strumento ottico, denominato sestante, col quale misura l'altezza degli astri rispetto all'orizzonte marino. E' quindi necessario poter osservare contemporaneamente sia l'orizzonte sia le stelle: tale contemporaneità non e possibile durante gli altri crepuscoli.

Al termine di questa seconda fase inizia il crepuscolo astronomico durante il quale si rendono visibili tutte le altre stelle, fino alla sesta magnitudine. Alla fine di tale periodo il Sole è depresso di 18 gradi e si raggiunge l'oscurità completa. Soltanto dopo di esso possono iniziare le osservazioni astronomiche degli astri molto deboli, la cui magnitudine è superiore alla sesta.

Naturalmente, prima del sorgere del Sole, si passerà dalla notte al giorno attraverso, rispettivamente, i crepuscoli astronomico, nautico e civile.

Al Planetario all'inizio delle proiezioni, la cupola è illuminata mediante apposite lampade, che consentono di simulare l'aspetto del cielo durante il crepuscolo civile. Appositi automatismi consentono di ridurre gradualmente l'illuminazione della cupola e di aumentare contemporaneamente la luminosità delle "stelle" in modo da simulare la situazione durante gli altri crepuscoli. Naturalmente tale fase risulta accelerata e dura circa un minuto.


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Edizione 1986, versione WEB Giugno 1998
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