Il nostro contatto con la sfera celeste avviene semplicemente alzando lo sguardo, bisogna tenere presente che in città la visione è notevolmente disturbata dalla forte illuminazione artificiale (lampioni, insegne luminose, fari ecc.) che ci impedisce di vedere il cielo stellato in tutta la sua magnificenza. Le stelle che vediamo sono solo quelle più luminose, fino alla terza magnitudine e per poter osservare quelle più deboli e quindi ammirare anche la Via Lattea bisogna allontanarsi dalla città, in luoghi scarsamente illuminati. Infatti la luminosità delle grandi città disturba, l'osservazione. Questa è come una grande cupola che dallo zenit, ovvero il punto che sta esattamente a perpendicolare sopra di noi, arriva fino all'orizzonte. Il punto esattamente opposto è chiamato nadir. (fig.1)
Fig.1: La sfera celeste con lo zenit e il nadir.
Un osservatore attento in un tempo di 4-5 ore di osservazione vedrà che le stelle si sono spostate da est a ovest. Per evidenziare questo moto apparente sarà sufficiente fotografare la sfera celeste attorno alla stella Polare, mantenendo l’obbiettivo aperto per un tempo di alcune decine di minuti. Nella foto si vedranno le stelle sotto forma di strisce dovute al moto di rotazione della Terra. (fig.2) Il movimento giornaliero della sfera celeste è soltanto apparente poiché è la rotazione a causarlo in circa 24 ore, alternando il giorno e la notte. (fig.3)
Fig.2: La rotazione apparente della volta celeste.
Fig.3: La rotazione della Terra.
Con il passare dei giorni la Terra si sposta lungo la propria orbita permettendoci di osservare via via porzioni diverse della sfera celeste, questo è dovuto al moto di rivoluzione, ossia il percorso descritto dalla Terra attorno al Sole. ( fig.4)
Fig.4: Moto di rivoluzione.
Durante le varie stagioni il cielo si presenta in maniera diversa: in primavera e in autunno abbiamo una certa povertà di stelle brillanti e di oggetti del profondo cielo, mentre in estate ed inverno il cielo presenta molte stelle brillanti, molti oggetti del profondo cielo, ma soprattutto la visione di quella striscia biancastra chiamata Via Lattea che solca tutta la volta celeste e che è formata da nubi di idrogeno e miliardi di stelle essendo il piano equatoriale della nostra Galassia. ( fig.5)
Fig.5:
Quando osserviamo la sfera celeste il numero delle stelle osservate ad occhio nudo sembra essere infinito; in realtà in tutta la sfera celeste, emisfero boreale e australe, si vedono circa 6000 stelle. Questo valore viene diviso in due, cosicché si arriva a circa 3000 stelle per ogni emisfero, questo valore va diviso ancora per due, ottenendo il numero di circa 1500 stelle visibili in ogni istante da una certa località. Pertanto le stelle osservate non sono poi così tante come siamo portati a credere. La moltitudine di stelle è uno dei particolari che osserviamo nel cielo, ma ci sono anche altri particolari percepibili sulla sfera celeste. Quando ci troviamo ad osservare il cielo stellato, possiamo vedere come tutte le stelle sembrano essere appese su un’immensa sfera che avvolge completamente la terra. Le stelle che osserviamo ci appaiono tutte alla stessa distanza da noi; dalla Terra noi osservatori non percepiamo quali stelle sono più vicine e quali più lontane. (fig.6)
Fig.6: Rappresentazione della sfera celeste.
La percezione di questo effetto ci induce a pensare che gli antichi osservatori avessero ragione sul fatto che la terra fosse al centro dell’universo; infatti il colpo d’occhio è proprio questo, con la terra
LE COSTELLAZIONI.
Molte delle stelle osservate formano dei raggruppamenti che prendono il nome di costellazioni. Tra queste troviamo nomi di animali, di strumenti, di personaggi mitologici ed altri. I nomi di gran parte di queste sono arrivati fino a noi dopo un viaggio di alcune migliaia di anni, altri sono di origine più recente; per quelle più antiche non sappiamo chi abbia attribuito i nomi che ancor oggi utilizziamo. Bisogna tenere però presente che queste non sono reali, in quanto le stelle che si osservano non sono situate alla stessa distanza da noi; possiamo quindi affermare che le costellazioni sono gruppi di stelle prospettici. Per spiegare meglio questo concetto prendiamo la parte della costellazione dell’Orsa Maggiore chiamata Grande Carro. Nella foto questa è come la osserviamo nel cielo (fig.7), nello schema come appare se consideriamo la vera distanza da noi. (fig.8)
Fig.7: Il Grande Carro come lo si osserva nel cielo.
Fig.8: La vera disposizione delle stelle del Grande Carro.
Anticamente le costellazioni erano in numero molto maggiore di quelle di oggi, soltanto nel 1930 l’Unione Astronomica Internazionale durante un’assemblea decise di fare ordine tra tutte le stelle e di creare le 88 costellazioni presenti sull’intera volta celeste, ognuna di esse venne definita con i propri confini basati sui meridiani di ascensione retta ed i paralleli di declinazione. I confini sono importanti per definire l’appartenenza di una stella o di un oggetto. Queste 88 costellazioni non sono tutte visibili dalle nostre latitudini, soltanto 53 sono osservabili durante l’alternarsi delle stagioni. La visibilità è così ripartita: 47 sono visibili durante le varie stagioni dell'anno, 6 sono visibili tutto l'anno e prendono la definizione di “costellazioni circumpolari” ovvero che non tramontano mai, rimanendo al di sopra dell'orizzonte; naturalmente queste vengono osservate in posizioni diverse a seconda del periodo dell’anno, questo è causato dal movimento di rivoluzione della Terra attorno al Sole. Comunque questo gruppo è sempre visibile.(fig.9)
Fig.9: Il gruppo delle costellazioni circumpolari.
Nella seguente tabella vediamo in quale stagione si osservano meglio le varie costellazioni.
COSTELLAZIONI CIRCUMPOLARI
Orsa Maggiore Orsa Minore Cefeo Cassiopea
Drago Giraffa
COSTELLAZIONI VISIBILI DURANTE LE VARIE STAGIONI
PRIMAVERA ESTATE AUTUNNO INVERNO
Leone Ercole Lucertola Lince
Leone Minore Lira Pegaso Auriga
Cani da Caccia Cigno Andromeda Toro
Bootes Volpetta Perseo Gemelli
Chioma di Berenice Freccia Acquario Cane Minore
Sestante Aquila Triangolo boreale Cane Maggiore
Cratere Ofiuco Ariete Orione
Corvo Serpente Pesce Australe Unicorno
Idra Scorpione Balena Lepre
Corona Boreale Sagittario Pesci Cancro
Vergine Cavallino Eridano
Bilancia Delfino
Scudo
Capricorno
Nelle varie costellazioni vediamo che ci sono stelle di diversa luminosità, ovvero alcune più brillanti ed altre meno, il che spesso indica che le più brillanti sono le più vicine mentre le più deboli le più lontane. Questo è vero per stelle come Sirio, Vega le cui distanze sono comprese tra 8 e 25 anni-luce quindi relativamente vicine e brillanti. Ci sono casi in cui alcune stelle molto lontane, come ad esempio Antares, Rigel e Deneb, che sono situate a distanze comprese tra 600 e 1600 anni luce le vediamo comunque molto brillanti, tanto da capovolgere questa regola. Il fatto che alcune stelle siano molto lontane e molto brillanti dipende dalle loro caratteristiche fisiche come dimensioni, temperatura, massa ed età. La luminosità stellare prende la denominazione di magnitudine, una parola di origine latina che significa grandezza; questa si suddivide in magnitudine apparente e assoluta. Il significato di questi due termini è così spiegato: per magnitudine apparente si considera la brillantezza espressa in cielo dalle stelle senza che tra l’occhio umano e la stella si interponga nessun tipo di strumento. Quindi il valore è visuale. La magnitudine assoluta ci fornisce il valore dell’esatta luminosità che tutte le stelle avrebbero ad una distanza standard di 10 parsec o 33 anni luce; tramite una formula che utilizza la distanza conosciuta espressa in parsec ( 1 parsec = 3.26 anni luce ) e la magnitudine apparente, è possibile confrontare tutte le stelle simulandole alla stessa distanza da noi; quelle vicine vengono allontanate e viceversa ottenendo in pratica la magnitudine apparente che avrebbero a 33 anni luce. In questo modo possiamo confrontare una stella dall’altra e in base alla differenza di magnitudine si può ottenere il vero valore nella luminosità reale. Nella foto vediamo cosa si intende per magnitudine apparente (fig.10), mentre lo schema spiega la magnitudine assoluta (fig.11).
Fig.10
Fig.11
E’ interessante capire come attenti osservatori del passato si siano accorti di queste differenze di luminosità e abbiano stabilito dei criteri di catalogazione. Nell’antichità, ai tempi dei grandi astronomi e matematici Ipparco di Nicea,greco, nato a Nicea in Bitinia nel II secolo a.c. E Claudio Tolomeo, nato a Tolemaide di Egitto nel II secolo d.c.,le stelle erano state suddivise in sei classi di splendore dette magnitudini. Di 1^A magnitudine erano le stelle più splendenti e di 6^A magnitudine quelle visibili a malapena ad occhio nudo. Verso la metà del secolo scorso venne sentita la necessità di stabilire una scala che fornisse una precisa indicazione della misura della intensità della luce che perviene da una stella e visto dalle osservazioni che le stelle di prima magnitudine sono circa 100 volte più luminose di quelle appena visibili ad occhio nudo, si convenne di mantenere la denominazione di magnitudine al concetto di grandezza inteso come illuminamento adottando la proposta del fisico Pogson, che le magnitudini apparenti di due stelle i cui illuminamenti siano nel rapporto di
Differenza di magnitudine Fattore di intensità
0 1
1 2.512
2 6.310
3 15.851
4 39.818
5 100.0
Attraverso lo schema si può comprendere meglio la differenza relativa tra le varie magnitudini.(fig.12)
La scala è estesa anche ai valori negativi, ma solo pochissimi astri hanno valore negativo e cioè:
Sole -26,7; Luna Piena -12,7; Luna al quarto -10,75
Stelle: Sirio -1,5; Canopo -0,7; Alfa Centauri -0,3; Arturo -0,1
5 pianeti: Venere -4,5; Marte -2,9; Giove -2,6; Mercurio -2,1; Saturno -0,5 (per i pianeti si intende la massima magnitudine raggiungibile). Nella tabella che segue vengono date le stelle più luminose visibili dalle nostre latitudini ordinate dalla più alla meno brillante, oltre alla magnitudine apparente magnitudine assoluta, luminosità rispetto al Sole e distanza in anni-luce:
STELLA MAG. APP. MAG. ASS. LUMINOSITA' DIST. ANNI-LUCE
Sole -26.86 +4.78 1 -
Sirio -1.46 +1.38 20 8.8
Arturo -0.04 -0.25 100 36
Vega +0.03 +0.49 50 26
Capella +0.08 -0.49 120 42
Rigel +0.12 -7.12 54000 913
Procione +0.38 +2.66 7 11.4
Betelgeuse +0.50 -4.39 4400 310
Altair +0.77 +2.23 10 16.6
Aldebaran +0.85 -0.76 150 68
Antares +0.96 -4.04 3200 326
Spica +0.98 -3.51 1950 258
Polluce +1.14 +0.93 30 36
Fomalhaut +1.16 +2.03 12 22
Deneb +1.25 -7.49 76000 1827
Regolo +1.35 -0.72 150 85
Nota : il segno “-” negativo indica più luminosità, il segno “+” indica meno luminosità. La luminosità è riferita al Sole.
IL COLORE DELLE STELLE.
Osservando attentamente le stelle più luminose ci accorgiamo che vi sono stelle di colore azzurro, bianco, giallo, arancio e rosso. (fig.13)
Fig.13
Il colore dipende essenzialmente dalla temperatura fotosferica o superficiale della stella; ad un colore tendente all’azzurro o al bianco abbiamo temperature molto elevate, da
Fig.14: La scoperta della vera natura della luce da parte di Isaac Newton.
Nel primo schema vengono descritte le caratteristiche associate ai vari tipi spettrali (fig.15), mentre nel secondo la diversa quantità di elementi presenti nei vari tipi di stelle (fig.16).
Fig.15: Le varie classi spettrali.
Fig.16: Elementi presenti ad ogni classe spettrale.
L’ORIENTAMENTO.
Orientarsi tra le migliaia di stelle che osserviamo costituisce un’impresa non molto semplice per chi si avvicina le prime volte all’osservazione visuale del cielo; per riconoscere le varie costellazioni e successivamente le stelle di appartenenza è necessario dedicare molto tempo all’osservazione del cielo e soltanto dopo molti tentativi si può avere una padronanza nel riconoscere ciò che stiamo osservando. Vi sono tuttavia dei metodi, se vogliamo anche abbastanza semplici che ci permettono di riconoscere le costellazioni meglio osservabili e successivamente le stelle più brillanti, utilizzando come base di partenza il grande carro, formato dalle sette stelle più luminose della costellazione dell’Orsa Maggiore, possiamo con una serie di linee immaginarie individuare tutte le principali costellazioni visibili in ogni stagione dell’anno. Questa costellazione rientra nel gruppo delle circumpolari e quindi, non tramontando mai, si rende visibile durante tutto l'anno, ovviamente in posizioni diverse nel cielo. Per la sua forma inconfondibile viene riconosciuta dalla maggior parte delle persone (FIG.A). E' doveroso anche individuare i punti cardinali nel cielo affinché quando compiamo un'osservazione notturna della volta celeste, si sappia se una costellazione è a nord o ad ovest, ad est oppure a sud. Per farlo si individua la costellazione dell'Orsa Maggiore come descritta nella figura “A” e si prendono come riferimento le due stelle poste alla destra del trapezio chiamate “I Puntatori”. Infatti la distanza che separa queste due stelle, riportata cinque volte verso l'alto, va ad incontrare una stella piuttosto brillante, ovvero la stella Polare. Da questa poi è facile identificare la costellazione dell'Orsa Minore (FIG.A). L'importanza di questa stella è data dal fatto che è situata quasi esattamente sul Polo Nord Boreale e quindi molto importante per la messa in stazione degli strumenti astronomici. Per esempio nell'emisfero australe non sono individuabili stelle così brillanti nelle vicinanze del polo e ciò rende più difficoltoso lo stazionamento dei telescopi. Abbiamo a questo punto risolto due problemi: il primo riguarda l'aver trovato la stella Polare con il metodo più usato e più semplice, il secondo ci ha permesso di individuare il primo punto cardinale cioè il Nord . Sarà facile adesso individuare anche gli altri: guardando la stella Polare alziamo le braccia fino alle spalle formando così una croce con il resto del corpo. Il braccio sinistro indicherà il punto cardinale Ovest ovvero la direzione dove tramontano tutti gli oggetti del cielo, viceversa il braccio destro indicherà l'Est che è il punto dove sorgono tutti gli oggetti, mentre il Sud, il punto dove passa esattamente il meridiano e dove il Sole,
Fig.17: La posizione per individuare i punti cardinali.
ORIENTARSI NEL CIELO PRIMAVERILE
Ci spostiamo adesso nel cielo primaverile. In astronomia la primavera da inizio all'anno astronomico e quindi appare giusto iniziare da questa stagione. L'Orsa Maggiore si presenta alla massima altezza sull'orizzonte in direzione sud. Sul prolungamento della coda, avente la forma di un semicerchio, si incontra una splendida stella molto brillante di colore arancio: Arturo, la stella principale della costellazione di Bootes. Questa è riconoscibile per la forma che ricorda un grande aquilone (FIG.B). Alla sua sinistra si può individuare una piccola costellazione a forma di semicerchio chiamata Corona Boreale la cui stella principale, di colore bianco, porta il nome di Gemma (FIG.B). Prolungata la linea immaginaria a semicerchio che ci ha portati ad Arturo, si incontra Spica, una bella stella bianca nella costellazione della Vergine (FIG.C). Ritorniamo sull'Orsa Maggiore per individuare l'ultima costellazione principale della stagione primaverile: il Leone. Come raffigurato in figura “C”, questa costellazione si individua tracciando una linea che abbia inizio dalle due stelle di sinistra del quadrilatero e prosegua verso sud, andando così ad incontrare una stella di colore bianco-azzurro di nome Regolo. Il significato del nome sta nel fatto che questa stella si trova quasi sull'eclittica, ovvero la proiezione dell'orbita terrestre nello spazio, quindi in posizione particolare rispetto alle altre stelle. Il nome Regolo è una trasformazione di Regale o Reale. Il Leone si riconosce anche per la disposizione di alcune stelle che ne identificano la testa, queste sono disposte in modo da formare un punto interrogativo invertito rispetto alla forma consueta.
ORIENTARSI NEL CIELO ESTIVO
Alla povertà del cielo primaverile si contrappone la bellezza di quello estivo, non tanto per le stelle brillanti, ma per la varietà di oggetti del profondo cielo. Proprio a questo riguardo possiamo dire che mentre il cielo primaverile è dominato da centinaia di galassie posizionate tra le costellazioni della Chioma di Berenice, del Leone e della Vergine (FIG.C), il cielo estivo offre la visione di Ammassi Globulari e Galattici o Aperti, oltre ad un nutrito numero di Nebulose, sia diffuse che planetarie. In aggiunta a questi spicca anche l'impressionante visione della Via Lattea che si offre nella sua ampiezza maggiore all'altezza della costellazione del Sagittario proprio dove è localizzato il centro della Galassia: a ben 32.000 anni-luce da noi (FIG.D). Vediamo adesso come identificare le principali costellazioni estive. L'Orsa Maggiore la si osserva ad ovest con la coda un po’ più in basso rispetto al quadrilatero. Tracciamo due linee immaginarie: la prima, dalle stelle alla sinistra del trapezio ci porta a Vega, nella costellazione della Lira (FIG.D); Vega è la stella che abbiamo esattamente allo zenit, è la quinta stella per luminosità apparente di tutto il cielo e brilla di una bellissima luce bianca. La seconda: si parte questa volta esattamente dal centro del quadrilatero e si prosegue verso l'alto dove incontriamo un'altra stella di colore bianco, più debole di Vega, di nome Deneb nella costellazione del Cigno o Grande croce del Nord (FIG.D). Deneb è un nome di origine araba che significa “la coda”. L'aver identificato queste due stelle brillanti e successivamente le rispettive costellazioni ci permette di individuare la costellazione dell'Aquila, altra costellazione estiva molto importante dove tra le proprie stelle brilla Altair, anche questa di un'intensa luce bianca. Altair, assieme a Deneb e Vega, formano il grande Triangolo Estivo (FIG.D). Le tre costellazioni delle quali fanno parte queste stelle sono immerse nella Via Lattea. Prolungando l'asse più lungo della croce del Cigno in direzione sud si arriva ad una stella molto brillante di colore rosso di nome Antares, nella costellazione dello Scorpione (FIG.D). Procedendo verso est, alla stessa altezza sull'orizzonte dello Scorpione si individua la costellazione del Sagittario, non ci sono stelle particolarmente brillanti, però in direzione di questa costellazione vi è il centro della galassia a 32.000 anni-luce da noi (FIG.D). Sia nello Scorpione che nel Sagittario si contano centinaia di oggetti del profondo cielo, in particolare ammassi galattici e globulari, nebulose sia brillanti che oscure. Diciamo anche che
ORIENTARSI NEL CIELO AUTUNNALE
Con il passare dei giorni il cielo estivo lascia il posto a quello autunnale e ci si accorge subito della mancanza di stelle brillanti. L'unica stella particolarmente luminosa è Fomalhaut nella costellazione del Pesce Australe, sebbene l'altezza sull'orizzonte non superi mai i 15 gradi. Per identificare le principali costellazioni autunnali in pratica si usa una sola linea, quella che abbiamo usato, partendo dall'Orsa Maggiore, per trovare la costellazione di Cassiopea (FIG.E). Prolungando ancora tale linea si arriva ad un grande quadrato di stelle chiamato Pegaso, ben visibile a sud-est, abbastanza alto sull'orizzonte (FIG.E). Dalla stella in alto a sinistra si procede verso est dove altre due stelle formano la costellazione di Andromeda (FIG.E). In questa si trova la grande galassia a spirale visibile anche ad occhio nudo in condizioni di cielo buone, come una tenue macchiolina. Questo oggetto è uno tra i più vicini a noi distando “solo” 2.650.000 anni-luce. Appena a sud di Andromeda vi sono due piccole costellazioni: la prima è il Triangolo Boreale, la seconda l'Ariete, che è una delle dodici costellazioni zodiacali (FIG.E). Ritorniamo al quadrato di Pegaso. Prendiamo le due stelle di destra del quadrato, come raffigurato nel disegno (FIG.E), prolunghiamo la distanza che separa queste due stelle in direzione sud, finché non si arriva appunto a Fomalhaut. Questa stella ci appare discretamente brillante, di un bel colore bianco, il fatto di vederla splendere così sta nella distanza a cui la stella si trova da noi, solo 16 anni-luce (FIG.E). Nel cielo autunnale vi sono altre costellazioni, ma data l'esigua luminosità delle stelle che le formano, il loro riconoscimento è piuttosto difficoltoso.
ORIENTARSI NEL CIELO INVERNALE
Si arriva quindi al cielo invernale dove la grande quantità di stelle luminose e di oggetti del profondo cielo ne fanno la stagione più bella dal punto di vista osservativo (FIG.F). Ed è proprio in questa zona di cielo che possiamo ammirare la più bella costellazione, ovvero Orione (FIG.F). Nella mitologia questa costellazione raffigura il grande cacciatore accompagnato dai suoi due cani, il Cane Maggiore e il Cane Minore, il quale, vantandosi di essere il più forte, fu punto da uno scorpione. Questa fu la punizione che Orione ricevette dagli Dei, il quale pensarono poi di portarlo in cielo in una posizione opposta allo Scorpione; infatti questa la si osserva d'estate. Così facendo questi due personaggi mitologici non sarebbero stati vicino uno a l'altro. Ma se da una parte la mitologia ci racconta quello che gli antichi vedevano raffigurato nelle costellazioni, quello che invece si osserva è che questa costellazione è formata da almeno 7 astri che vanno dalla magnitudine 0 fino alla magnitudine 2. E' quindi una costellazione notevole dal punto di vista osservativo, ma prima di scoprirla più dettagliatamente è bene individuare l'Orsa Maggiore e da questa vedere come si individuano le altre costellazioni invernali. Questa la possiamo vedere ad est (FIG.F), quindi individuato il quadrilatero di stelle si tracciano due linee come raffigurato nella figura F. Partono tutte e due dalla sinistra del quadrilatero, e procedono, la prima per il puntatore nord fino ad arrivare ad una stella molto brillante di colore giallo di nome Capella nella costellazione dell'Auriga, la seconda, passa sulla stella più a sud dei puntatori e va ad incontrare la stella che porta il nome di Polluce, che insieme a Castore, forma la coppia di stelle principali della costellazione dei Gemelli. Capella è una stella molto brillante, per la precisione la settima in ordine di luminosità, distante 42 anni-luce dalla Terra. La costellazione in cui si trova ha la forma di un pentagono, quindi facilmente riconoscibile (FIG.F). Per quanto riguarda la coppia di stelle dei Gemelli (Polluce e Castore), diciamo che la prima appare di colore arancio mentre la seconda di colore bianco e distano rispettivamente 36 e 46 anni-luce. La costellazione dei Gemelli ricorda un rettangolo (FIG.F). A questo punto abbiamo identificato alcune stelle brillanti invernali che costituiscono il primo lato di un grande esagono, formato appunto dalle stelle più brillanti di questa stagione. Da Capella in Auriga si traccia una linea verso sud fino ad una stella di colore arancio, di nome Aldebaran, nella costellazione del Toro. Questa la si individua in un gruppo di stelle a forma di lettera “V” come raffigurato in figura F. Prendiamo come riferimento questa figura, dalle due stelle di vertice della “V”, tracciamo una linea verso destra fino ad incontrare un piccolo ammasso di stelle molto giovani, di color azzurro, quindi molto giovani, chiamate Pleiadi. Ritorniamo ad Aldebaran e procediamo ancora verso sud dove si incontra una stella molto luminosa di color azzurro di nome Rigel nella costellazione di Orione (FIG.F). Questa stella nonostante venga menzionata con la seconda lettera dell'alfabeto greco (beta), è in realtà la più brillante di questa costellazione. Orione si riconosce molto bene perchè a nord di Rigel ci sono tre stelle azzurre che formano la cosiddetta cintura. Sono poste esattamente sull'equatore celeste quindi Orione è ben visibile da entrambi gli emisferi: Australe e Boreale. Appena a sud della cintura si può osservare una macchiolina lattiginosa denominata “
