Osservare il cielo/Introduzione

Osservare il cielo

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Copertina Osservare il cielo/Copertina

Riconoscere stelle e costellazioni

Oltre le stelle

Gli strumenti di osservazione

Appendici

Figure familiari nel cielo

Il Grande Carro, una delle figure più note e riconoscibili del cielo.

La volta celeste ha da sempre attirato l'attenzione dell'essere umano: quei puntini luminosi che di notte appaiono in un cielo limpido notturno, di vari colori e brillantezza, hanno esercitato un notevole fascino fin dagli albori delle civiltà. Per rendere familiare questa vastità, varie civiltà hanno provato a raggruppare degli insiemi di stelle in base alla loro disposizione in cielo, sfruttando la fantasia, cercando di immaginare cose note, come animali, oggetti o eroi mitologici; nacquero così le prime costellazioni, dei raggruppamenti arbitrari di stelle che però tutti i membri di una società o di un popolo potevano riconoscere in cielo, utilizzandoli per orientarsi, sia nel tempo che nello spazio.

Variazioni stagionali

A seconda del periodo dell'anno, le costellazioni si alternano; col passare dei giorni, un gruppo di stelle che all'inizio era alto nel cielo nelle prime ore serali, tenderà a spostarsi verso occidente, sempre più basso sull'orizzonte, finché il suo tramontare coinciderà con quello del Sole, e non sarà più visibile. Ad est invece, altre stelle che prima erano basse, si alzeranno sempre più, prendendo il posto di quegli astri che qualche mese prima erano dominanti nel cielo notturno. Questo fenomeno è dovuto al moto di rivoluzione terrestre, che fa sì che nel corso dell'anno il Sole venga a trovarsi, visto dalla Terra, in direzioni diverse: la parte di cielo notturno visibile la sera in un determinato giorno dell'anno, dopo sei mesi (quando la Terra si trova nella posizione opposta della sua orbita attorno al Sole) sarà invisibile, mentre al suo posto saranno osservabili altre stelle, invisibili a loro volta sei mesi prima.

Se noi osserviamo ad esempio a mezzanotte del 10 gennaio e poi di nuovo a mezzanotte del 10 luglio, ossia dopo sei mesi, noteremo che, ad eccezione delle stelle osservabili in direzione nord, tutto il cielo è completamente diverso. Per poter osservare a luglio il cielo osservato il 10 gennaio, dovremmo guardare il cielo a mezzogiorno, ossia nell'orario opposto a quello di sei mesi prima; se a quell'ora avvenisse un'eclissi totale di Sole, in modo da oscurarne la luce, potremmo osservare le stesse stelle osservate a gennaio, nella stessa posizione.

L'osservazione: princìpi fondamentali

Schema che spiega l'angolo di posizione fra il polo celeste e l'osservatore.

Le costellazioni dell'intera volta celeste sono 88; di queste, circa 60 sono visibili dalle latitudini mediterranee senza difficoltà. Alcune di esse, osservabili verso nord, sono sempre visibili in qualunque periodo dell'anno, e sono dette circumpolari. Poiché l'Italia si trova nell'emisfero boreale terrestre, la parte di cielo osservabile con più facilità è quella del corrispondente emisfero boreale celeste: tutte le stelle che si trovano entro un raggio di 90° dal polo nord celeste, appartengono all'emisfero boreale celeste.

Il polo nord celeste corrisponde alla direzione in cui punta in direzione nord l'asse di rotazione terrestre; in altre parole, se noi ci trovassimo al polo nord terrestre, il punto di cielo perfettamente perpendicolare al suolo (chiamato zenit) corrisponderebbe al polo nord celeste. Alla latitudine media italiana, di 42°N, questo punto si osserva in direzione nord proprio a 42° di altezza sull'orizzonte, mentre lo zenit si trova a 48° dal polo; questo perché i 42°N si trovano esattamente a 48° di distanza dal polo nord. Questo valore si ottiene sottraendo a 90° (la distanza fra polo ed equatore) 42°. Il ragionamento opposto (sottrarre a 90° l'altezza del polo celeste sull'orizzonte, misurabile con semplici strumenti) è stato utilizzato per millenni per calcolare la latitudine della località di osservazione.

L'asse terrestre in direzione nord punta verso una stella di media luminosità, facile da individuare perché nei suoi pressi non sono presenti altre stelle brillanti: questa stella, indicatrice del polo nord, è nota col nome di Stella polare; grazie a questa stella, è possibile individuare i punti cardinali in maniera anche più precisa di una bussola, dato che quest'ultima non punta in direzione del polo geografico, ma di quello magnetico, che risulta spostato di alcuni gradi.

L'area di cielo opposta alla fascia circumpolare è quella che alla latitudine di riferimento resterà sempre invisibile. Alla latitudine di 42°N, la parte di cielo non osservabile (detta anticircumpolare) sarà quella attorno al polo sud celeste, ed in particolare tutta la fascia compresa entro 42° dal polo sud celeste, pertanto tutta la fascia di cielo con declinazione maggiore di 48°S. Alla latitudine opposta a quella italiana, 42°S (ad esempio in Nuova Zelanda), questa fascia di cielo sarà invece circumpolare, ossia sarà sempre visibile; l'area che risulterà invece invisibile sarà quella che in Italia è sempre osservabile.

La fascia dello zodiaco

La fascia dello zodiaco è quell'area di cielo in cui transitano (apparentemente) il Sole, la Luna ed i pianeti; corrisponde al piano del Sistema solare, in cui giacciono le orbite della Terra e di tutti i corpi celesti che ruotano attorno al Sole. Al centro della fascia dello zodiaco si trova il piano fondamentale dell'orbita terrestre, chiamato eclittica; lungo l'eclittica sembra muoversi, nel corso dell'anno, il Sole, che attraversa in dodici mesi tredici costellazioni, ossia le dodici costellazioni note come zodiacali (che hanno dato il nome ai corrispondenti segni zodiacali in astrologia) più una tredicesima, l'Ofiuco, posta fra Scorpione e Sagittario, a nord della prima. Lo spostamento del Sole attraverso queste costellazioni è in realtà un effetto prospettico, essendo la Terra a muoversi attorno al Sole, facendolo sembrare a seconda del periodo dell'anno in direzione di una o dell'altra costellazione.

Entro pochi gradi dall'eclittica si muovono i pianeti, i quali hanno dei piani orbitali diversi fra di loro, dunque leggermente inclinati rispetto a quello terrestre, e la Luna, che possiede un'inclinazione sua nell'orbita attorno alla Terra e che, a causa della sua vicinanza, assume una posizione diversa a seconda di dove la si osserva da terra (ciò spiega anche come mai le eclissi di Sole siano limitate non solo dall'orario di una località, ma anche dalla sua latitudine, per cui un occultamento perfetto è possibile solo in una ristretta fascia di superficie terrestre alla volta).

Le stelle

Stelle di vari colori; l'immagine mostra alcune costellazioni del cielo australe, come il Lupo, il Centauro e la piccola Croce del Sud (a destra).

Una stella è un corpo celeste che brilla di luce propria. È formata principalmente da elementi leggeri, come l'idrogeno e l'elio, e produce energia grazie alle reazioni di fusione nucleare che avvengono nel suo nucleo: a causa dell'elevatissima pressione che sussiste nel nucleo di una stella, due atomi di idrogeno si fondono in un atomo di elio, sprigionando una grande quantità di energia che viene poi irradiata verso l'esterno.

Le stelle possiedono caratteristiche diverse a seconda delle dimensioni e dell'età; una stella di grandi dimensioni nella fase centrale della sua vita (fase chiamata sequenza principale) mostrerà un colore azzurro intenso, dovuto alla grande temperatura superficiale media (20.000 Kelvin). Il Sole, una stella di massa media, anch'essa nella sequenza principale, appare di colore bianco candido (temperatura superficiale media=5777 Kelvin); altre stelle di massa più piccola hanno un colore giallo acceso (3000 Kelvin) o arancione-rosso se ancora più fredde.

Tutte le stelle "invecchiano": la fuoriuscita dalla fase di sequenza principale avviene quando l'idrogeno contenuto nel nucleo delle stelle si esaurisce e la stella inizia a bruciare i prodotti di fusione, a cominciare dall'elio. Una volta persa la stabilità tipica della sequenza principale, la stella cresce in dimensioni, raffreddandosi e assumendo un colore rosso: la stella diventa una gigante rossa. Al termine della sua vita una stella si comporta in maniera diversa a seconda della sua massa: una stella come il Sole, di massa contenuta, semplicemente collassa, espellendo i suoi strati più esterni (che vanno a formare una nebulosa a forma di anello, nota come nebulosa planetaria) e concentrando il nucleo in un corpo più freddo e poco luminoso, una nana bianca.

Stelle con massa superiore a 8 masse solari vanno incontro ad una fine più spettacolare: una volta superato a causa delle reazioni nucleari un certo limite di massa (noto come limite di Chandrasekhar) il nucleo non è più in grado di sostenere la sua stessa massa, che crolla su se stessa dando inizio ad un collasso violento. L'onda d'urto si propaga agli strati esterni, che vengono letteralmente sparati nello spazio, sprigionando una grande energia e una quantità tale di luce che la stella generatrice per alcune settimane diventa luminosa come l'intera galassia che la ospita: la stella è esplosa come supernova. Mentre gli strati esterni si disperdono nello spazio come tenui filamenti gassosi, il nucleo collassato assume proprietà esotiche, diventando una stella di neutroni (se la massa del nucleo è inferiore a circa 3,8 masse solari) o un buco nero se possiede massa superiore.

Un buco nero è un oggetto dalla densità talmente elevata e dalla gravità talmente forte che nemmeno la luce riesce a contrastarla, ripiombando all'interno del buco nero.

La luminosità delle stelle

La luminosità di un corpo, sia esso una stella o anche una candela, è detta magnitudine. Esistono due tipi di misurazioni per la magnitudine di un corpo: la magnitudine apparente, ossia la luminosità con cui un corpo appare all'osservatore, a prescindere dalla sua distanza, e la magnitudine assoluta, ossia la luminosità che un corpo ha alla distanza fissa di 10 parsec di distanza (1 parsec = 3,26 anni luce; 1 anno luce = circa 9,4 mila miliardi di km). Ai fini dell'osservazione amatoriale interessa di più conoscere la magnitudine apparente.

La scala della magnitudine è decrescente: questo significa che più il valore è basso, più il corpo è luminoso. Di seguito sono riportati alcuni esempi di magnitudini apparenti, allo scopo di fornire un riferimento.

magnitudine -26.8: è la luminosità del Sole visto da Terra;
magnitudine -12: è la luminosità della Luna piena (in condizioni ottimali di visibilità e cielo terso);
magnitudine -1,46: è la luminosità di Sirio, la stella più brillante del cielo notturno;
magnitudine 0: è la luminosità di Vega, la quinta stella più brillante del cielo;
magnitudine 2: è la luminosità della Stella Polare, ancora brillante nel cielo notturno, facilmente osservabile anche nei centri cittadini più artificialmente illuminati e grossi della Terra;
magnitudine 3: indica una magnitudine di media visibilità, occorrono buone condizioni meteorologiche, buona-ottima visibilità, ancora osservabile anche nei centri nevralgici delle metropoli mondiali;
magnitudine 4: magnitudine che necessita di minor "inquinamento luminoso" . Condizioni atmosferiche eccellenti per buone osservazioni nei centri metropolitani meno imponenti o assolutamente eccezionali per le metropoli mondiali;
magnitudine 5: magnitudine debole, indica osservabilità da posizione periferica o cittadina in città non metropolitane ed in condizioni eccellenti/eccezionali di visibilità;
magnitudine 6: indica una visibilità perfetta e eccellenti condizioni meteo. L'inquinamento luminoso deve essere quasi assente. Anche le estreme periferie cittadine di mezza-campagna (generalmente) non bastano, magnitudine che necessita di vera lontananza da centri abitati ed è la più debole che possa essere osservata ad occhio nudo.