L'astronomo dilettante / The apprentice astronomer

La sfera celeste

Celestial sphere

L'uomo fin dall'antichità ha guardato il cielo; questo gli è apparso come una grande sfera su cui erano incastonate le stelle di varia luminosità. Questa sfera è la cosiddetta sfera celeste. Noi sappiamo che le cose non stanno così, infatti le stelle si trovano a diverse distanze e quindi non esiste un tale luogo fisico, ma continueremo ad usare talvolta questa idea di rappresentazione, quando non ci induce in errore.

Since the antiquity, the Man found easier to consider all the stars in the sky as set on a huge dome, that is the celestial sphere. Truly, that is what we currently do, that is we “find easier” to consider that even if we know better, while not until much time ago the Man thought that way as the supreme truth.

Inoltre occorre aggiungere che poiché le stelle sono molto lontane, noi riusciamo a distinguere solo una maggiore o minore luminosità o magari il colore (verso il blu o verso il rosso) e nient'altro.

Ma allora, come facciamo a riconoscere le stelle?

While observing the overwhelmingly dotted night sky, our eye-brain system tends to associate by nature some patterns (so called asterisms) or common sense figures to groups of stars. Beyond any historical, psychological or doctrinal reason, this is also useful to recognize the various object and for orienteering. By associating particular figures, our ancestors created the constellations. Of course, the shared meaning of constellation is only conventional and the constituting stars are totally unaware of being part of it. Even worse, often those stars are totally unrelated (in an astronomical sense) each other. That said, the concept of constellation is useful and we adopt it.

Il nostro occhio (e il nostro cervello) associa dei gruppi di puntini a formare delle figure, gli asterismi. In pratica il nostro occhio vede direttamente questa figura. I nostri antenati hanno associato dei particolari asterismi a delle figure per loro significative ed è così che sono nate le costellazioni.

Recognizing the various stars, in fact, was very important in an ancient past without GPS and gyro-compasses. Without creating some mental patterns, it’s very difficult to recognize even major stars, for they vary just a certain degree of brightness and sometimes color.

Nella figura seguente puoi vedere gli asterismi del grande e del piccolo carro; noi vediamo i puntini ma subito il nostro cervello associa le figure mostrate dalle linee continue.

(nota: cielo di Firenze il 9 agosto 2007 alle 23.15)

On the following photo (Florence, Aug 9th, 2007, 23:15hrs) two of the most famous asterisms, the Big Dipper and the Little Dipper (respectively part of the Ursa Major / Big Bear and Ursa Minor / Little Bear constellations) can be easily recognized.

Come abbiamo detto, ciò che osserviamo si presenta con diversa luminosità; ebbene, è stata definita una scala delle luminosità apparenti, detta magnitudine, che ci dice quanto luminosa è una stella o un pianeta o altro (o meglio, quanto luminosa ci appare). Senza voler dettagliare troppo possiamo però dire che la scala delle magnitudini è rovescia nel senso che astri con magnitudine maggiore sono meno luminosi.

L'occhio umano riesce a vedere, nelle migliori condizioni di osservazione, fino alla magnitudine 5 per un totale di ~9000 stelle. Le stelle di prima magnitudine sono 2.5 volte più luminose di quelle di seconda, quelle di seconda sono 2.5 volte più luminose di quelle di terza e così via. Una differenza di 5 nella scala delle magnitudini corrisponde ad un fattore 100.

Regarding the brightness of the stars (or other objects), inevitably the Man invented some method to classify it. The scale of measure is quite strange, with a seemingly arbitrary reference and logarithmically stepped. The numerical value assumes the dimensionless name of [apparent] magnitude (similarly to the Richter earthquake scale). A star with m. 1 (magnitude one) is apparently 2.5 times brighter of one with m. 2 which in turn is apparently 2.5 times brighter of the one with m. 3 and so on. Let's underline the repeated labeling of “apparent”, in order to remind that the usual magnitude value of a certain star is not an absolute physical property of the star itself but also depends on the distance!

Astro	Celestial Body	Magnitudine Magnitudo
Sole	Sun	-26,7
Mercurio	Mercury	0,4
Venere	Venus	-4,5
Marte	Mars	-0,2
Giove	Jupiter	-2
Saturno	Saturn	1,1
Luna	Moon	-12,6
Sirio	Sirius	-1,6
Polare	Polaris	-2

Qui accanto trovi la magnitudine di alcuni corpi celesti. Sirio, in particolare, rappresenta la stella più luminosa mentre Venere è l'astro più luminoso che vediamo in cielo (escludendo ovviamente Sole e Luna)

Here aside you can find the [apparent] magnitude of some well known objects. With the exception of the Sun and the Moon, Venus can be (it depends on its position related to the Sun and the Earth) the brightest object. Still within the same conditions, Sirius is the brightest star, while the Polaris is about m. 2.1 (about, because it is a variable star!)

Ognuno di noi sa che che il cielo muta ma per poter fare delle osservazioni dobbiamo sapere qualcosa di più su come muta.

Cominciamo con questa foto: cosa mostra?

Let’s now concentrate on the manifest variation of the sky along time. We want to know more.

Let’s begin with this photo: who knows what it shows?

Si tratta di una foto fatta dal mio amico Marco con una lunga esposizione (30 minuti); le stelle, muovendosi, hanno fatto tante piccole scie. Notiamo anche che le scie sono degli archi di cerchio e la rotazione avviene intorno ad un punto.

Questo punto è il Polo Nord Celeste; in quella posizione del cielo c'è proprio la stella Polare che quindi non si muove ma ruota soltanto e pertanto si mostra come un puntino.

Se misuri con un goniometro l'arco di rotazione delle scie intorno a questo punto trovi 7.5°; poiché la rotazione completa si compie in circa 24 ore, un'ora corrisponde a 360°/24 e cioè 15°, mezz'ora alla metà, e cioè 7,5°.

(In realtà la stella polare non è proprio a Nord ma dista da questo meno di 1°, cioè meno di ½ pollice; inoltre, col passare dei millenni, tutto cambia)

Certo che con una foto come questa si trova subito il polo Nord, ma come possiamo fare senza una fotografia?

Le persone che vivono alle nostre latitudini sono fortunate poiché c'è un metodo che è utilizzabile tutto l'anno (a patto che non ci siano le nuvole).

Occorre cercare in cielo il grande carro, un asterismo della costellazione dell'orsa maggiore, ed usare questo asterismo per puntare verso la stella polare.

Ecco come fare.

The picture has been taken by my friend Marco by a 30 minutes exposure. We can notice that the stars have become trails, those trails are arcs of a circumference and seems to be a center of rotation.

The latter is just the NCP. Since the Polaris is quite near NCP, it seems not moving (rotates nearly around itself) then appears as the usual dot.

Centering on NCP and measuring by a goniometer the arc described by the star trails we find 7.5°. With the due proportions (24h and 360°), the mentioned half an hour comes out. Therefore, if we have a long exposure photo of the sky, it is easy to identify the pole.

But what happens if we have to orienteer at a glance? Assuming the sky clear (other ways, of course, we don’t have a good time …), who lives on the boreal hemisphere has an easy way by starting from the well recognizable Big Dipper and using two of its stars (Dhube and Merak) to project a line toward Polaris (five times the Dhube-Merak span).

pippo

Individuiamo le ultime due stelle del carro, Dhube e Merak; moltiplichiamo per 5 questa distanza ed ... oplà, siamo arrivati sulla stella Polare; la riconosciamo poiché in quella zona di cielo è la stella più luminosa.

Bene, ora sai trovare il Nord (e quindi anche le altre direzioni) guardando le stelle.

Work in progress.

Nel corso dell'anno l'aspetto del cielo cambia ma la stella polare resta sempre lì. Qui sotto trovi la posizione che assume il grande carro nell'arco dell'anno (fissata ovviamente un'ora).
Si può sfruttare questa cosa per conoscere l'ora utilizzando un orologio stellare.

Since the Earth revolution, the nighttime position of the Big Dipper varies along the year, but the above “star hopping” help remains.

L'immagine successiva rappresenta una animazione ottenuta montando insieme 18 foto scattate in un arco di 30 minuti circa. Si può notare la rotazione della volta celeste ed il passaggio di alcune nuvole basse sopra l'orizzonte.

The following animated pic comes from 18 photo frames taken within a 30 minutes span, enough to appreciate the rotation (the clouds just run straight …).