Istituto Tecnico Nautico "Artiglio" - Viareggio

Introduzione al Planetario
(Parte terza)

Mauro Bertolini



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Planetario




Sommario

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  • Parte prima
    • Premessa
    • Introduzione
    • Descrizione dell'apparato
    • L'universo e le sue dimensioni
    • La luminosità delle stelle
    • Crepuscoli

  • Parte seconda
    • La sfera celeste
    • La rotazione della sfera celeste
    • Le costellazioni
    • Sistemi di coordinate sferiche




Moto annuo della Terra

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La Terra, come tutti gli altri corpi del sistema solare, è dotata di un moto di rivoluzione attorno al Sole in accordo alle leggi di Keplero. In base alla prima di tali leggi, l'orbita descritta dalla Terra è un'ellisse piana con uno dei fuochi coincidente col Sole. Tale moto, per un osservatore nell'emisfero nord, avviene in senso antiorario ed è un moto di traslazione, durante il quale la Terra mantiene il suo asse polare invariabilmente puntato nella stessa direzione dello spazio e inclinato rispetto al piano dell'orbita di un angolo di 66�33'.

Fig.10 - Successive posizioni della Terra sulla sua orbita

Come si è già visto, in una sfera celeste il centro è occupato da un osservatore situato sulla Terra (o nel suo centro), cosicché, mantenendo fissa la Terra, il Sole descrive apparentemente attorno ad essa un'orbita ellittica con uno dei due fuochi coincidente con la Terra stessa. Il piano di tale orbita apparente coincide ovviamente con quello dell'orbita reale, prolungandolo fino ad intersecare la sfera celeste si ottiene su di essa un cerchio chiamato eclittica (Fig. 11).

E' facile verificare che l'angolo formato dai piani che contengono l'Eclittica e l'Equatore celeste è pari al complemento dell'angolo sopracitato, ossia 23� 27'. Quest'ultimo angolo si chiama obliquità dell'eclittica. L'Eclittica interseca l'Equatore celeste in due punti opposti, detti equinozio di primavera ed equinozio d'autunno. Quando il Sole si trova in tali punti la sua declinazione è zero; muovendosi sull'Eclittica la sua declinazione raggiunge i massimi valori di 23�27' N e 23�27' S, rispettivamente al solstizio estivo ed al solstizio invernale.

L'Equinozio di Primavera è quello in cui il Sole passa dall'emisfero sud a quello nord ed è anche chiamato punto gamma o primo punto dell'Ariete e, pur essendo un punto immaginario, ha una notevole importanza in diverse questioni astronomiche, fra le quali quella di essere utilizzato come origine nei sistemi di coordinate equatoriale ed eclittico, descritti successivamente.

Durante il suo moto annuo, la Terra si presenta sempre diversamente al Sole, come mostrato in Fig. 10, dove sono riportate le posizioni occupate dalla Terra agli Equinozi ed ai Solstizi, che segnano l'inizio delle stagioni astronomiche. Al Solstizio estivo (21 giugno) e al mezzodì locale, i raggi solari colpiscono perpendicolarmente tutte le località, situate ad una latitudine geografica di 23� 27' N, che è proprio pari alla obliquità dell'eclittica. Il parallelo terrestre relativo a tale latitudine si chiama tropico del cancro.

Fig.11 - Fascia zodiacale

Dopo circa sei mesi, al Solstizio invernale (22 dicembre), solo le località sui parallelo 23�27' Sud (tropico del capricorno) potranno osservare a mezzogiorno il Sole allo zenit. Durante gli Equinozi (21 giugno per quello di primavera e 23 settembre per quello di autunno) soltanto le località situate esattamente sull'Equatore vedranno a mezzogiorno passare il Sole allo zenit.

L'Eclittica rappresenta quindi la traiettoria che apparentemente il Sole sembra descrivere fra le stelle durante il moto annuo della Terra. Le costellazioni che fanno da sfondo al Sole durante tale moto si chiamano costellazioni Zodiacali. Al Planetario è possibile mostrare contemporaneamente, per una certa data, sia la posizione occupata dal Sole sull'Eclittica sia le costellazioni sulle quali esso si proietta. Naturalmente nella realtà ciò non è possibile data l'enorme luminosità dell'astro che impedisce di vedere contemporaneamente le altre stelle, salvo in rare occasioni rappresentate dalle eclissi di Sole.

La fascia di cielo che si estende 8 gradi a nord e 8 gradi a sud dell'Eclittica, si chiama fascia dello zodiaco ed è in tale fascia che si svolgono i moti dei pianeti e della Luna. Partendo dal punto gamma la fascia dello Zodiaco è divisa in dodici zone, ognuna ampia 30 gradi e con un nome che è il segno dello zodiaco. Come è noto, tali segni sono:

  • Ariete, Toro, Gemelli
  • Cancro, Leone, Vergine
  • Bilancia, Scorpione, Sagittario
  • Capricorno, Aquario, Pesci

Circa duemila anni fa, quando il Sole entrava nel segno dell'Ariete (il 21 marzo, all'inizio della Primavera), entrava anche nella costellazione omonima. Oggi, a causa del fenomeno della precessione degli equinozi (vedi Parte quarta), in tale data il Sole si trova ancora nella costellazione dei Pesci.

Fig.12 - Aspetto del cielo attorno all'Eclittica

In Fig. 12 è riportata la posizione del Sole sull'Eclittica per i primi giorni di Giugno, quando attraversa la costellazione del Toro ed il segno zodiacale dei Gemelli. Esiste quindi uno sfasamento di circa un segno e mezzo in meno fra costellazioni e segni dello zodiaco, che molti cultori dell'Astrologia sembrano ignorare.



Altri sistemi di coordinate

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I sistemi di coordinate, descritti precedentemente, sono molto utili nel caso in cui si studino gli effetti del moto diurno della Terra sulla posizione degli astri. Tali coordinate sono dipendenti sia dall'ora che dalla posizione dell'osservatore. Quando si vogliono studiare i moti relativi fra gli astri, ad esempio i movimenti del Sole, della Luna o dei Pianeti rispetto alle stelle fisse, tali sistemi non sono più idonei e devono essere sostituiti da altri in cui le coordinate siano indipendenti dall'ora e dall'osservatore. Essi sono:

  • Sistema Equatoriale
  • Sistema Eclittico.

Nel sistema equatoriale la posizione di un astro, viene individuata attraverso l'ascensione retta e la declinazione, già descritta precedentemente. Più precisamente (vedi Fig. 13):

Ascensione retta
E' misurata lungo l'Equatore celeste in senso antiorario, guardando dall'emisfero boreale, ed è l'angolo compreso fra l'Equinozio di primavera (punto gamma ) ed il meridiano celeste passante per l'astro. Tale angolo è misurato in gradi da 0 a 360, oppure in ore da 0 a 24.


Declinazione
Come nel sistema orario, è la distanza sferica dell'astro dall'Equatore celeste.


Seguendo il Sole, nel suo moto apparente lungo l'Eclittica, l'ascensione retta è zero quando l'astro è all'Equinozio di primavera; è 90 gradi al Solstizio estivo, 180 gradi all'Equinozio d'autunno e 270 gradi quando è al Solstizio invernale.

Nel caso delle stelle, ritenute impropriamente fisse, le coordinate equatoriali variano molto lentamente e di quantità molto piccole nel corso del tempo. Le cause di tali variazioni sono diverse, ma fra esse la più importante è la precessione degli equinozi (vedi Parte quarta). Le coordinate equatoriali degli astri sono contenute in apposite pubblicazioni chiamate Effemeridi, che vengono pubblicate con periodicità annuale.

Fig.13 - Coordinate equatoriali ed eclittiche

Nel sistema eclittico le coordinate sono la longitudine e la latitudine eclittica, così definite (vedi Fig. 13):

Longitudine eclittica
E' misurata lungo l'Eclittica in senso antiorario, guardando dall'emisfero boreale, ed è l'angolo compreso fra l'Equinozio di primavera ed il meridiano d'eclittica passante per l'astro. Tale angolo viene misurato da 0 a 360.


Latitudine eclittica
E' la distanza sferica dell'astro dall'Eclittica e si misura da 0 a 90 gradi Nord o Sud.


Tale sistema è particolarmente utile nello studio dei moti del Sole e degli altri corpi del sistema solare, che, come già detto, si muovono tutti in una fascia molto ristretta a cavallo dell'Eclittica.

Al Planetario è possibile mostrare tutti e quattro i sistemi di coordinate illustrati, tuttavia nel caso dei sistemi equatoriale ed eclittico è necessario di volta in volta montare gli appositi proiettori. Quest'ultimi, in realtà, proiettano soltanto un reticolato a cavallo dell'Eclittica, in corrispondenza della fascia dello Zodiaco. Ciò si presenta particolarmente utile quando, per una certa data, si devono posizionare i pianeti sulla volta celeste. 


Moto diurno del Sole

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Nei paragrafi precedenti si è visto che il Sole, durante il suo moto apparente annuo, si muove fra le stelle descrivendo sulla volta celeste una curva immaginaria, definita Eclittica. In un anno (circa 365,25 giorni) l'ascensione retta del Sole passa da 0 a 360 gradi, con una variazione di circa 1 grado al giorno e quindi di 30 gradi al mese, corrispondenti all'ampiezza di un segno dello Zodiaco.

Nel corso dell'anno la declinazione cambia da un valore massimo di 23� 27' Nord, al Solstizio estivo, al valore minimo di 23� 27' Sud, al Solstizio invernale. Tale variazione è responsabile sia della diversa durata del giorno e della notte, sia dell'alternarsi delle stagioni a causa della diversa intensità con cui la radiazione solare colpisce le varie località terrestri.

Fig.14 - Moto apparente diurno del Sole

In Fig. 14 è rappresentato l'emisfero visibile della sfera celeste, per una latitudine di 44� Nord, che corrisponde a quella media della nostra provincia. In essa sono riportati i paralleli celesti descritti dal Sole durante i due Solstizi, nonché l'Equatore celeste che è descritto dal Sole durante i due Equinozi. La figura mostra anche come la situazione illustrata potrebbe essere vista al Planetario guardandolo, per trasparenza, dall'esterno anziché dal suo centro.

E' facile osservare che la durata del giorno diminuisce notevolmente nel passaggio dal Solstizio estivo a quello invernale come pure diminuisce la massima altezza raggiunta dal Sole quando passa in meridiano al mezzogiorno locale. Analogamente i punti in cui il Sole sorge e tramonta tendono sempre più a spostarsi verso Sud; soltanto agli Equinozi i suddetti punti coincidono esattamente con l'Est e l'Ovest.

Data Altezza
Mezzodì
Sorgere Tramonto
Ora Azimut Ora Azimut
1 Gen 23,2 7.33 122 16.33 238
Feb 29,0 7.17 113 17.10 247
Mar 38,6 6.37 100 17.48 260
21 Mar 46,4 6.01 90 18.13 270
Apr 50,7 5.41 83 18.26 277
Mag 61,2 4.52 68 19.02 292
Giu 68,2 4.20 58 19.35 302
21 Giu 69,6 4.17 55 19.46 304
Lug 69,3 4.20 56 19.46 304
Ago 64,2 4.47 63 19.24 296
Set 54,5 5.22 77 18.37 282
23 Set 46,1 5.47 90 17.56 270
Ott 43,0 5.56 93 17.42 266
Nov 31,7 6.35 109 16.51 251
Dic 24,6 7.13 120 16.24 240
22 Dic 22,7 7.30 122 16.26 238


Nella tabella sono riportati, per l'inizio di ciascun mese, l'altezza di culminazione del Sole, l'ora e l'azimut sia del sorgere che del tramonto. La tabella è stata calcolata per una latitudine di 44� Nord, cosicché è praticamente valida per tutte le nostre località. Le ore sono locali, pertanto volendo l'ora fuso occorre sommare una correzione che tenga conto della differenza fra la longitudine del luogo e quella del meridiano centrale del fuso (nel nostro caso essa è 15� Est). Per Viareggio la correzione da sommare è 19 minuti, volendo l'ora estiva occorre sommare in più un'ora.

In Fig. 15 è riportato un grafico con l'andamento dell'insolazione diurna registrata da un apposito strumento, chiamato piranografo, durante i Solstizi e gli Equinozi. L'area sottesa da ciascuna della tre curve è proporzionale alla quantità di energia che arriva su ogni centimetro quadrato di superficie terrestre. Le registrazioni mostrano chiaramente che, nel passare dal Solstizio estivo a quello invernale, oltre a diminuire la durata del giorno, diventano sempre minori sia l'intensità massima della radiazione solare, sia la quantità totale di energia che arriva sulla Terra.

Al Planetario è possibile riprodurre le situazioni descritte per qualsiasi latitudine, sia Nord che Sud. In particolare si presenta molto interessante vedere il comportamento del Sole fra i due tropici od oltre i circoli polari in un qualsiasi giorno dell'anno.

Fig.15 - Registrazione dell'insolazione solare

In Fig. 16 è riportata, quale esempio, la situazione per due diversi osservatori nel giorno del Solstizio estivo, quando la declinazione del Sole è 23� 27' N. A mezzogiorno del 21 giugno, un osservatore sul Tropico del Cancro vede il Sole passare allo zenit; in qualsiasi altra località l'altezza massima che il Sole può raggiungere è minore. E' interessante notare che le località che sono situate a Nord del Tropico, a mezzogiorno vedono passare il Sole verso Sud, mentre quelle a Sud lo vedono passare verso Nord.

Fig. 16 - Arco diurno del Sole per latitudini particolari

L'altro osservatore è sul Circolo Polare Artico e, come si può notare, il parallelo celeste descritto dal Sole è sempre sopra l'orizzonte. Esso è quindi visibile per tutte le ventiquattro ore del giorno, compresa la mezzanotte, che è l'istante in cui il Sole raggiunge normalmente la sua massima depressione rispetto all'orizzonte. È per questa ragione che tale fenomeno si chiama sole di mezzanotte.


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Edizione 1986, versione WEB Giugno 1998
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