Istituto Tecnico Nautico "Artiglio" - Viareggio

Introduzione al Planetario
(Parte quinta)

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




La navigazione

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Quando una nave esce da un porto per intraprendere una traversata, il Comandante si deve affidare a due strumenti fondamentali: la bussola per avere la direzione ed il solcometro per avere la velocità. A bordo delle navi, oltre alle tradizionali bussole magnetiche, sono utilizzate le bussole giroscopiche, basate sui fenomeni giroscopici, già ricordati nel paragrafo della precessione degli equinozi.

Fig.24 - Rotta e prora di una nave

La bussola consente di determinare la prora, ossia l'angolo fra le direzioni del punto cardinale Nord e dell'asse longitudinale della nave (linea poppa - prora). Lungo tale asse agisce la spinta degli organi di propulsione (generalmente eliche), per cui la prora indica la direzione lungo la quale si muove la nave. Tuttavia la presenza divento, di correnti o di moto ondoso tende a deviare la nave dalla suddetta direzione, cosicché quella effettivamente seguita può differire dalla prora di qualche grado. La suddetta differenza prende il nome di scarroccio, se prodotta dal vento, e di deriva, se prodotta dalla corrente, mentre l'angolo fra la effettiva direzione e quella del Nord prende il nome di rotta. Con quest'ultimo nome si indica anche la stessa traiettoria seguita dalla nave.

L'azione del vento e della corrente deve essere opportunamente stimata dal Comandante in quanto, su lunghi percorsi, darebbe luogo a notevoli errori nella determinazione della posizione della nave.

La rotta viene rappresentata su una carta nautica con una linea retta per cui, conoscendo la velocità data dal solcometro, è facile calcolare lo spazio percorso dal punto di partenza e determinare così la posizione della nave per l'istante desiderato. Tale punto presenta tuttavia un grado di incertezza che aumenta al trascorrere delle ore in quanto determinato partendo da elementi, rotta e velocità, influenzati dall'azione delle correnti e del vento, i cui effetti non sempre è possibile stimare con certezza.

E' pertanto necessario, ad intervalli regolari di tempo, verificare la posizione con altri metodi che riducano notevolmente il grado di incertezza, ossia è necessario fare il punto nave. Fino a qualche decennio fa, prima dell'invenzione della radio, i metodi usati consistevano essenzialmente nell'osservazione di punti noti della costa, in vicinanza di essa, e nell'osservazione di astri quando si era in alto mare. Aggiungiamo che il termine "osservazione", in nautica, assume un significato più esteso in quanto esso indica l'insieme di operazioni, eseguite con un opportuno strumento e con lo scopo di effettuare una misura, che può essere di distanza, di rilevamento, d'altezza, di profondità e così via.

A questi metodi si sono aggiunti diversi altri sistemi, essenzialmente basati sull'emissione di segnali radioelettrici da parte di stazioni trasmittenti situate sulla terra ferma o a bordo di satelliti artificiali. A bordo delle navi, appositi apparati riceventi captano tali segnali e, mediante sistemi computerizzati, forniscono direttamente le coordinate geografiche con una notevole precisione, a volte di pochi metri.

L'Astronomia continua tuttavia ad avere un suo ruolo importante nella navigazione marittima data la sua economicità e semplicità: gli astri sono "gratuiti" e per praticarla sono sufficienti un sestante e un cronometro.


Il punto nave astronomico

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I metodi utilizzati nella determinazione del punto nave mediante osservazioni astronomiche hanno subito una continua evoluzione fino a quelli attualmente in uso, che impiegano le circonferenze e le rette d'altezza.

Fig.25 - Sestante

Gli strumenti necessari per tali osservazioni sono: il sestante ed il cronometro. Entrambi sono stati oggetto di notevoli miglioramenti ed attualmente sono strumenti affidabili e di costo relativamente basso da consentirne la diffusione anche a bordo di piccole imbarcazioni da diporto.

Il sestante è uno strumento ottico che consente di misurare l'altezza di un astro, ossia la sua elevazione rispetto all'orizzonte marino. Per poterlo impiegare è necessario osservare contemporaneamente gli astri e l'orizzonte; di giorno ciò è possibile soltanto col Sole e, in certi casi, con la Luna. Con tutti gli altri astri le due condizioni citate si verificano contemporaneamente soltanto durante i crepuscoli nautici (Vedi parte prima).

Il cronometro serve per stabilire con precisione l'ora in cui si misura l'altezza di un certo astro, in modo da calcolare, tramite le effemeridi nautiche, la sua esatta posizione sulla volta celeste.

Per comprendere il meccanismo del punto nave astronomico e per dare il concetto di cerchio d'altezza si consideri la Fig. 26. Misurando con un sestante l'angolo fra le direzioni in cui si osservano la base e la sommità di un faro, conoscendo l'altezza di quest'ultimo, è possibile calcolare la distanza D da esso. Se diversi osservatori, situati in differenti posizioni, misurano lo stesso angolo a, si trovano necessariamente alla medesima distanza dal faro e quindi su un cerchio con centro nella sua base e raggio pari alla distanza D. Tale cerchio, in navigazione, prende il nome di cerchio dl distanza.

Fig.26 - Cerchio di uguale distanza

Nel caso astronomico si verifica una situazione analoga, con l'unica notevole differenza che, mentre il faro è un punto fisso, un astro si sposta continuamente per effetto del moto diurno della Terra. E' pertanto necessario stabilire con precisione l'ora di osservazione in modo da poter determinare la posizione sulla superficie terrestre del punto subastrale, ossia del punto dal quale l'astro in considerazione si vedrebbe esattamente allo zenit (Fig. 27).

Un osservatore, che misura in un certo istante l'altezza h di un astro, si trova dal punto subastrale ad una distanza pari alla distanza zenitale z, che è il complemento dell'altezza. Ad esempio, se l'altezza misurata col sestante è h = 40 gradi, la distanza zenitale è z = 90 - h = 50 gradi. Tale distanza corrisponde anche all'angolo al centro della Terra sotteso dall'arco di circonferenza tracciato fra il punto subastrale e l'osservatore (Fig. 27). Convertendo il suddetto angolo in primi, si ottiene la distanza in miglia nautiche fra i due punti sopracitati, nell'esempio fatto, essa è 3000 miglia, corrispondenti a 5556 km.

Se nello stesso istante un astro viene osservato da più punti della superficie terrestre, data l'enorme distanza dei corpi celesti, tutte le direzioni di osservazione sono praticamente parallele, inoltre, per quanto detto precedentemente, se gli osservatori misurano anche la stessa altezza h, si trovano allora tutti alla medesima distanza dal punto subastrale. Il cerchio sul quale essi vengono a trovarsi si chiama cerchio d'altezza ed ha il centro nel punto subastrale e raggio pari alla comune distanza zenitale.

Fig. 27 - Definizione di cerchio d'altezza

Se da bordo di una nave si misurano quasi simultaneamente le altezze di due astri, su un mappamondo è possibile, dopo opportuni calcoli, individuare le posizioni dei due punti subastrali, A1 ed A2, e da essi tracciare i cerchi d'altezza relativi (Fig. 28). I cerchi s'intersecano in due punti in cui potrebbe trovarsi la nave, tuttavia uno può essere certamente scartato data la sua eccessiva distanza dalla posizione stimata della nave.

Il metodo descritto è poco pratico ed inoltre si è calcolato che per fare le cose con un minimo di precisione sarebbe necessario un mappamondo di circa 7 m di diametro.

Fig. 28 - Punto nave con due cerchi d'altezza

Per quanto visto precedentemente, il raggio di un cerchio d'altezza può essere di qualche migliaio di chilometri, pertanto, per tratti brevi, esso si può tranquillamente considerare rettilineo e coincidente con la tangente allo stesso cerchio. Tale considerazione suggerisce il metodo adottato in pratica, consistente nel tracciare sulla carta nautica le tangenti ai cerchi d'altezza che sono in prossimità del punto stimato.

Fig. 29 - Punto nave con rette d'altezza

In Fig. 29 è mostrato il metodo utilizzato; dal punto stimato (Ps) si tracciano le direzioni in cui si osservano i due punti subastrali A1 ed A2 e, dopo opportuni calcoli ed in base alle altezze misurate, si individuano su tali direzioni altri due punti, D1 e D2. Da questi ultimi si conducono le rette perpendicolari alle direzioni PsD1 e PsD2; le due rette sono dette rette d'altezza in quanto coincidenti, come visto in precedenza, con i cerchi d'altezza.

L'intersezione delle due rette individua la posizione della nave (Pn), le cui coordinate geografiche possono essere lette sulle relative scale. In effetti il navigante non si limita ad osservare soltanto due astri, ma effettua una serie ridondante di osservazioni, minimo tre o quattro, in modo da attenuare gli effetti degli inevitabili errori commessi durante le misure.

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Edizione 1986, versione WEB Giugno 1998
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