Stelle circumpolari, occidue e invisibili

 Abbiamo detto che le stelle possono rimanere in cielo più o meno di 12h ma ci sono addirittura delle stelle che non sorgono e ne tramontano mai, esistono quindi in tre categorie di stelle:

1.     Stelle circumpolari (letteralmente attorno al polo), sono quelle stelle che non sorgono e non tramontano mai ma descrivono delle circonferenza più o meno ampie rispetto a una polo (la stella polare stessa è circumpolare perché non è perfettamente nel nord e quindi descrive una piccolissimo cerchio); una stella risulta essere circumpolare se la sua declinazione è maggiore di 90° meno ϕ, dove ϕ è una lettera greca che corrisponde alla latitudine dell'osservatore

2.     Stelle occidue, sono quelle stelle che sorgono e tramontano; una stella risulta essere occidua quando la sua declinazione risulta essere compresa tra i -90° meno ϕ e i +90° meno ϕ

3.     Stelle invisibili, sono quelle stelle che non sorgono e ne tramontano e quindi non sono visibili dal punto di stazionamento perciò compiono il loro percorso al di sotto del piano dell'orizzonte; una stella risulta essere invisibile quando ha una declinazione minore di -90° meno ϕ

Quindi se un osservatore si pone a 45° nord, per questo osservatore, le  stelle che hanno declinazione maggiore di +45° saranno circumpolari, le stelle comprese tra +45° in -45° saranno occidue mentre le stelle con la declinazione minore di -45° saranno invisibili.

La latitudine è la distanza angolare del punto dall'equatore terrestre ed è una coordinata terrestre assoluta.

Adesso immaginiamo di fare un viaggio al polo nord o sud terrestre e dal nostro punto di osservazione ci appaiono visibili tutte le stelle dell'emisfero corrispondente e non solo sono anche tutte circumpolari, chiaramente non si possono vedere le stelle dell'altro emisfero. Se invece andiamo all'equatore abbiamo una visione completa dell'intera sfera celeste e quindi le stelle sono tutte occidue; se le stelle si trovano più vicine ai poli in questo caso avranno una permanenza in cielo minore rispetto a quelle più vicine all'equatore celeste che possono rimanere in cielo fino a 12 h.

Amplitudine occasa ed amplitudine ortiva

Sulla linea dell'orizzonte vediamo che il sole si leva sempre più a sud-est nel semestre invernale e a nord-est nel semestre estivo. Si definisce quindi amplitudine ortiva l'arco compreso tra il punto di levato effettiva della sole e l’est, si definisce invece amplitudine occasa la distanza angolare tra il punto di tramonto effettivo del sole e l'ovest. L’amplitudine ortiva e occasa massime si misurano al solstizio estivo e a quello invernale.

La posizione del sole rispetto alle costellazioni

Per capire meglio questo discorso, ovvero la posizione del sole rispetto alle stelle, ritorniamo parlare delle stelle dello zodiaco. Osservando la sfera celeste si ha l'impressione di vedere delle costellazioni, ovvero delle aggregazioni artificiali di stelle che richiamano forme di animali, oggetti o figure umane; tra queste le più importanti sono le costellazioni zodiacali che sono state scelte perché occupano una fascia in una latitudine eclittica di 18° mentre in longitudine eclittica le costellazioni occupano una fascia di circa 30°; quindi pensando alla percorso del sole sulla sfera celeste il percorso che il sole fa in ogni costellazione durale in circa un mese. Ovviamente il sole è nella costellazione durante il dì mentre nella notte si vede la costellazione opposta, ovvero quella che si trova a 180° rispetto a quella in cui il sole si trova durante il dì.

Durante gli equinozi il sole si trova in due costellazioni che sono la vergine e i pesci e quindi lungo il percorso della costellazione equinoziale, andando avanti nell'anno il sole non sorgerà più ad est ma lo vedremo spostarsi progressivamente verso sud-est fino ad arrivare ad un punto in cui sarà proiettato nella costellazione dello scorpione. Quindi durante l'inverno il sole sorgerà a sud-est e tramonterà a sud-ovest, perciò nel semestre invernale l'arco solare (quindi il percorso del sole traccia apparentemente durante il dì) è più breve ed è più basso rispetto all’orizzonte fino a raggiungere un massimo il 21 dicembre (cioè il solstizio d'inverno) per poi ritornare alla situazione di partenza il 21 di marzo. A partire da questo momento il sole incomincerà a sorgere sempre più verso nord-est e a tramontare a nord-ovest tracciando il cielo degli archi sempre più grandi. Il massimo si avrà il 21 di giugno (cioè il solstizio d'estate) quando il sole sarà proiettato nella costellazione dei gemelli.

 Tutto ciò è dovuto ai moti della terra, ovvero il moto di rivoluzione e quello di rotazione, però già da questo schema ci si rende conto che agli equinozi l'arco che il sole traccia sopra l'orizzonte è uguale a quello che traccia sotto l'orizzonte, il sole sta quindi 12 h sopra i 12 h sotto all'orizzonte e quindi il dì è uguale alla notte (da ciò deriva la parola e equinozio). Invece nella semestre invernale boreale il dì sarà più breve fino a raggiungere il massimo il 23 dicembre quando si avrà il di più breve e la notte più lunga; da questo momento il dì pur essendo più breve della notte comincia ad allungarsi fino alla 21 di marzo quando il dì e la notte saranno di nuovo uguali. A partire da questo momento il dì sarà più lungo della notte e nei primi tre mesi ci sarà un allungamento delle giornate mentre dopo il 21 di giugno, pur essendo il dì più lungo della notte, comunque incomincerà ad accorciarsi.

La costellazione dei gemelli ha una declinazione media di + 25°, la vergine ha invece una declinazione pari a 0° e quindi si trova sull'equatore celeste mentre lo scorpione a una declinazione di circa - 30°. Queste tre costellazioni che abbiamo preso come riferimento rimangono sopra l'orizzonte: i gemelli per più di 12 h, la vergine ma anche di pesci per 12 h mentre lo scorpione sta al di sopra dell'orizzonte meno di 12 h.

In generale quindi un astro o una costellazione permangono in cielo 12 h se si trovano sull'equatore celeste (cioè se hanno declinazione uguale a 0°), per un osservatore posto nell'emisfero boreale restano in cielo più di 12 h gli astri che hanno declinazione positiva, restano in cielo meno di 12 h gli astri che hanno declinazione negativa.

Ora mentre le stelle sono fisse, ovvero restano in cielo sempre lo stesso tempo, il sole a una declinazione variabile quindi la declinazione solare oscilla durante l'anno tra +23°27’ e i -23°27’; la declinazione massima viene raggiunta alla solstizio d'estate mentre quella minima viene raggiunta al solstizio d'inverno, agli equinozi il sole a declinazione uguale zero quindi resta in cielo 12 h (il dì è uguale alla notte) sorge ad est e tramonto ad ovest.

Il sistema di coordinate azimutali

Il sistema azimutale è costituito da due coordinate locali che sono l'altezza e l'azimut: l'altezza è la distanza dell'astro dall'orizzonte (quindi l'ampiezza dell'angolo al centro che insiste sull'arco di circolo verticale compreso tra la stella e l'orizzonte) e viene misurata a partire dal piano dell'orizzonte verso lo zenit.  

Chiaramente una volta definito l'altezza questa stella potrebbe essere su qualunque parallelo locale e allora bisogna definire un altro angolo che si chiama azimut; l'azimut di un astro è sostanzialmente la distanza della stella dal circolo meridiano locale (più propriamente l'ampiezza dell'angolo al centro che insiste sull'arco di orizzonte compreso tra il cerchio verticale che passa per la stella e il circolo meridiano locale), l'ampiezza è misurato in senso orario a partire da sud. Quindi stabilita la posizione del sud noi partiamo dal sud e sul piano dell'orizzonte misuriamo un arco che vada ad incontrare il meridiano per cui passa la stella misurandolo in senso orario.

Una volta che azimut e altezza sono stati determinati la posizione della stella è perfettamente determinata in relazione alla posizione dell'osservatore, è chiaro che la stessa stella a seconda della nostra posizione sulla terra avrà un'altezza ed un azimut molto diversi, non solo poiché la sfera celeste apparentemente ruota da est verso ovest le stelle descrivono degli archi nel cielo.

Il circolo meridiano locale è quella meridiano celeste che passa per lo zenit e il nadir ma anche per i poli celesti e quindi è contemporaneamente circolo meridiano locale e anche cerchio orario, è importante perché sul piano dell'orizzonte intercetta i punti sud e nord e a 90° rispetto a questi si trova il primo cerchio verticale che va a cadere nell'est e dell'ovest.

L’est è il punto in cui il sole sorge agli equinozi mentre l'ovest è il punto in cui il sole tramonta agli equinozi.

Sistemi di coordinate relativi

L’orizzonte visivo è il primo elemento di riferimento relativo, l'orizzonte visivo è la parte che noi possiamo vedere della terra, tuttavia questo non è un buon punto di riferimento infatti se saliamo di quota la superficie che noi riusciamo a vedere è superiore e inoltre varia a seconda delle condizioni atmosferiche.

Gli unici elementi di riferimento che ci interessano sono l'orizzonte apparente, l'orizzonte astronomico e la verticale:

l'orizzonte apparente è il piano tangente alla superficie terrestre nel punto di stazionamento

·         l'orizzonte astronomico è invece il piano parallelo all'orizzonte apparente che passa per il centro della terra

·         la verticale infine è quella linea perpendicolare al piano dell'orizzonte nel punto di stazionamento

Lo zenit è il punto in cui la verticale e interseca la sfera celeste, l'opposto dello zenit è il nadir.

Si definiscono cerchi o circoli verticali i meridiani che si ottengono intersecando la sfera celeste con piani che si intersecano nello zenit e nella nadir e che quindi contengono la verticale; il cerchio circoli verticali sono tutte circonferenza massime.

  Se un osservatore si trova a una polo la sfera assoluta coincide con la sfera locale, per cui l'asse del mondo si sovrappone alla verticale, lo zenit e il nadir coincidono con i poli celesti, l'orizzonte astronomico coincide con l'equatore celeste e i cerchi verticali coincidono con i certi orari.

 Esiste sempre un circolo verticale, chiamato circolo meridiano locale, che è anche cerchio orario, che è quello che passa anche per i poli celesti e rappresenta il meridiano locale fondamentale in quanto sul piano dell'orizzonte i punti di intersezione con da questo meridiano sono il nord e il sud.

Il primo cerchio verticale è invece il cerchio verticale ortogonale e perpendicolare alla circolo meridiano locale e interseca sul piano dell'orizzonte l'est e l’ovest.

Si definisce mezzocielo il punto in cui il sole si trova sul circolo meridiano locale, il mezzocielo cambia la sua opposizione durante l'anno.