Sfera Celeste e Coordinate Astronomiche

A. Stabile

Dipartimento di Ingegneria

Università degli Studi del Sannio – Benevento

Atripalda, 9 Maggio 2011

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Unità di lunghezza e distanze tipiche 1.  Sistema Solare: 1 UA = 149,5 milioni di Km.

2.  Sistema galattico: 1 AL = 9460 miliardi di Km.

3.  Sistemi intergalattici: 1 Mpc = un milione di parsec (1 pc = (circa) 3.2 AL)

4.  A distanze di 100 Mpc l’Universo è continuo (difficile apprezzare zone di vuoto e zone di materia).

5.  Su scala di un Gpc (un miliardo di pc) l’Universo è un sistema fisico autogravitante che evolve in base a leggi fisiche (non tanto chiare!).

6.  L’Universo è una sfera di raggio di 13 - 15 GAL (1 GAL = un miliardo di AL)

7.  Stella più vicina è a qualche AL.

8.  Distanza extraterrestre coperta dall’Uomo: 382.000 Km (distanza Terra - Luna).

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OGGETTO DIMENSIONI MASSA ETA’

UOMO 1 m 10 Kg 108 s (102 anni)

SOLE 109 m 1030 Kg 1016 s (1010 anni)

VIA LATTEA 1021 m 1042 Kg > 1017 s (1011 anni)

UNIVERSO 1025 m 1052 Kg > 1017 s (1011 anni)

Le dimensioni dell’Uomo e dell’Universo

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Dove siamo? 1.  La Via Lattea è la nostra galassia (siamo in periferia a circa 8.5 Kpc dal

centro) . 2.  Il Sole viaggia a circa 220 Km/s.

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Ma non è tutto … 1.  La massa osservata è pochissima per giustificare l’evoluzione

2.  Componenti OSCURE: quanto osservato è solo il 4 % !!!!!

Questo è quanto accade fuori dalla Terra. E quando decidiamo di osservare …

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Fondamenti dell’osservazione 1.  Sfera celeste.

2.  Orizzonte, meridiano del luogo, zenith, nadir.

3.  Punti notevoli sfera celeste.

4.  Culminazione di un astro.

5.  Coordinate orizzontali.

6.  Coordinate equatoriali.

7.  Tempo siderale.

8.  Moto di un astro.

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La sfera celeste - Orizzonte

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Coordinate orizzontali La coppia (Az, h) è la più intuitiva e semplice ed è connessa alla nostra sensazione di moto degli astri.

Tuttavia le coordinate sono funzioni del tempo!!!

Simulazione CyberSky

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La sfera celeste - Equatore

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Coordinate equatoriali I La coppia (H, δ) è riferita all’equatore celeste ed il moto dell’astro avviene in un piano parallelo all’equatore.

Tuttavia una coordinata è ancora funzione del tempo!!!

Simulazione CyberSky

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Coordinate equatoriali II Ci sono punti fissi sulla sfera celeste?

L’intersezione equatore – eclittica: DUE PUNTI FISSI.

La coppia (α, δ) è indipendente dal tempo.

Bisogna introdurre il concetto di tempo siderale. L’orologio siderale è rappresentato dal moto di γ. Il tempo siderale corrisponde con α quando l’astro culmina. Infatti

α + H = ts Se H > 0 allora l’astro è passato per il meridiano del luogo.

Se H < 0 allora bisogna aspettare …

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Tempo siderale

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I dati degli astri espressi in termini della coppia (α, δ) ma noi osserviamo il cielo in “montatura orizzontale”.

Quindi l’astro sarà visibile alla nostra latitudine (ψ)?

Dalla trigonometria sferica

Acbcba cossinsincoscoscos +=

In base ai nostri dati abbiamo

⎪⎩

⎪⎨

⎧

=

−=

=

...CAzB

HAπ

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

−=

−=

−=

ψπ

δπ

π

2

2

2

c

b

ha

Passaggio di coordinate Oriz/Equa

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Ponendoci nel nostro emisfero boreale (la tangente è positiva)

Quindi la condizione affinché un astro sorga e tramonta alla latitudine ψ è

L’angolo orario H varia da 0 (quando culmina sul nostro orizzonte) a π (a quando culmina sotto il nostro orizzonte … “la mezzanotte dell’astro”).

Se l’astro SORGE ed (ovv.) TRAMONTA bisogna avere h = 0. Quindi

ψδ tantancos −=H

Hh coscoscossinsin sin ψδψδ +=

1tantan ≤ψδ

Dopo qualche passaggio matematico otteniamo

( )ψπδ −≤ 2tantan

ψπδψπψπδ −≤≤+−⇒−≤ 222

Gli astri sorgono e tramontano se …

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Al polo Nord (ψ = π/2) solo gli astri con δ = 0 sorgono e tramontano. Altrimenti tutti gli altri astri sono visibili sempre oppure no.

All’equatore (ψ = 0) e tutti gli astri sorgono e tramontano. Per quale valore dell’angolo orario H, l’altezza h raggiunge il max ed min valore sull’orizzonte?

( )ψδψδ coscossinsinarcsin +=h

Al polo Nord e all’Equatore

L’altezza massima raggiunta dall’astro quindi è

ψδ

πψδ

π

coscossin

00sincoscossin

02

2

=

⎩⎨⎧

=

=⇒=−=

==

HHh

dHd

HH

HhdHd

Che dipende da dove siamo e dall’astro!!!

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Fotografia del cielo notturno con un lungo tempo di esposizione.

Le scie luminose rappresentano il moto stellare. La traccia di raggio minore rappresenta il moto della stella polare, così chiamata perché la più vicina, tra le stelle visibili a occhio nudo, al punto della volta celeste individuato dalla direzione dell'asse terrestre.

Moto apparente sfera celeste

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Il Sole si muove solo da Est ad Ovest? Il Sole si rispecchia nei pozzi?

Il Sole sale in cielo soltanto lungo le ore diurne?

Perché è sempre visibile (oppure no) in alcune zone? Circolo polare artico (ψ = 66° 33’ 39’’). Il Circolo Polare Artico segna il confine meridionale del giorno al solstizio di giugno e la notte polare al solstizio di dicembre. Al di là del circolo polare artico, il sole rimane d‘estate sopra l’orizzonte per almeno 24 ore consecutive (Sole di mezzanotte). Viceversa durante l‘inverno il Sole rimane sotto l‘orizzonte per almeno 24 ore consecutive (notte polare). Tropico del Cancro (ψ = 23° 26’ 16’’ = inclinazione asse rotazione Terra). Il Tropico del Cancro corrisponde al parallelo più settentrionale in cui il Sole culmina allo Zenith almeno un giorno all'anno (nel Solstizio d’estate). Più a nord, quindi, i raggi del Sole non cadono mai perpendicolari alla superficie della Terra.

Equinozio. Il Sole sorge esattamente ad Est e tramonta esattamente ad Ovest. Durante l’inverno Il Sole sorge sempre più a SE e tramonta sempre più a SW ed è basso sull’orizzonte. Durante l’estate sorge più a NE e tramonta più a NW ed è più alto sull’orizzonte.

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continuo radio radio alla lunghezza d'onda di 21 cm

lontano infrarosso riga Halpha

Quando osserviamo, cosa osserviamo? Galassia NGC 300

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banda ottica banda X

Quando osserviamo, cosa osserviamo? Galassia NGC 300

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Come orientarsi nel cielo