L’astronomia è la scienza che studia i corpi celesti, descrivendone le caratteristiche e il movimento. La sfera celeste è come un’enorme sfera cava in rotazione intorno a noi. Questa illusione è utile per creare un sistema di riferimento. Osservando il cielo, è possibile distinguere le stelle, puntiformi, le galassie, che sembrano delle nubi, ma sono aggregati di miliardi di stelle ancora più distanti, i pianeti, in alcuni casi molto ben visibili, che sono corpi celesti opachi appartenenti al sistema solare, e i satelliti che vi ruotano intorno. Le stelle non variano le distanze relative e sono perciò dette stelle fisse, mentre i pianeti, il Sole e la Luna cambiano nel tempo la loro posizione. Le costellazioni sono insiemi di stelle visibili a occhio nudo, apparentemente vicine tra loro per un effetto prospettico.
L’asse del mondo è il prolungamento dell’asse terrestre e incontra la sfera celeste in due punti, il polo Nord celeste e il polo Sud celeste. L’equatore celeste è la circonferenza risultante dall’intersezione del piano, perpendicolari all’asse del mondo e passante per il centro della sfera celeste, con la sfera stessa. I paralleli celesti e i meridiani celesti sono una proiezione di quelli terrestri sulla sfera celeste: i primi saranno circonferenze poste su piani paralleli all’equatore, e i secondi semicirconferenze che si incontrano nei poli. Insieme formano un reticolato di linee, che serve da riferimento per le coordinate equatoriali. Il parallelo fondamentale (zero) è l’equatore celeste, mentre il meridiano fondamentale è quello passante per il punto ϒ o punto dell’Ariete e non è la proiezione sulla sfera celeste del meridiano di Greenwich. Si definisce coluro, la circonferenza che comprende il meridiano fondamentale e quello opposto e che passa per i punti ϒ e ω. Lo zenit è il punto della sfera celeste verticale sopra la testa dell’osservatore e il nadir è il punto opposto. Il piano passante per il centro della sfera celeste e perpendicolare alla verticale del punto dell’osservatore, è definito piano dell’orizzonte astronomico e la circonferenza derivante dalla sua intersezione con la sfera celeste orizzonte astronomico (o celeste). I circoli verticali sono le circonferenze passanti per lo zenit e il nadir dell’osservatore: quello che passa anche per i poli celesti e viene preso come riferimento, è il meridiano locale.
Le coordinate equatoriali sono riferite all’equatore e indipendenti dalla posizione dell’osservatore. La declinazione è la distanza angolare del corpo celeste considerato dall’equatore celeste, si misura in gradi e varia da 900 N a 900 S. L’ascensione retta è l’angolo misurato in senso antiorario tra il meridiano fondamentale e il meridiano celeste passante per l’astro considerato. Si misura in ore, minuti e secondi.
Le coordinate orizzontali o altazimutali sono: l’altezza di una stella (h) che è l’angolo tra la direzione della stella e il piano dell’orizzonte. L’azimut (a) è l’angolo tra il circolo meridiano e il circolo verticale passante per l’astro, misurato sul piano dell’orizzonte, in senso orario e a partire da Sud.
Le stelle fisse sono solidali tra loro e durante la notte compiono( ad eccezione della Stella Polare) una traiettoria da Est verso Ovest: il punto più alto della loro traiettoria, rispetto al piano dell’orizzonte, è detto culminazione. Inoltre le stelle occidue sorgono, culminano e tramontano, mentre le stelle circumpolari compiono circonferenze più piccole intorno alla Stella Polare e non tramontano mai.
I moderni derivati del cannocchiale sono i telescopi ottici. Ne esistono due tipi: telescopi a rifrazione (rifrattori) e telescopi a riflessione (riflettori). I telescopi a rifrazione, più antichi, sono dotati di lenti come il cannocchiale. I raggi luminosi provenienti dalle stelle attraversano l’obiettivo e vengono concentrati, per rifrazione ottica, nel fuoco dove si forma l’immagine, che viene infine ulteriormente ingrandita dalla lente oculare. I telescopi a riflessione raccolgono la luce tramite uno specchio curvo e la convogliano nel fuoco primario, davanti a esso. Le caratteristiche essenziali di un telescopio sono la capacità di ingrandimento e il potere di risoluzione, che determina la nitidezza dell’immagine. I radiotelescopi sono sistemi di antenne che raccolgono deboli onde radio (da quasar e pulsar). Esistono telescopi per l’infrarosso, per l’ultravioletto, per i raggi X, per i raggi gamma, e sistemi per rilevare i neutrini e le onde gravitazionali.
Gli spettroscopi e gli spettrografi permettono di analizzare la luce policromatica, scomponendola nelle sue varie frequenze. Esistono gli spettri di emissione continui (generati da solidi, liquidi o gas compressi incandescenti), gli spettri di emissione a righe (prodotti da gas rarefatti incandescenti a bassa pressione) e gli spettri di assorbimento (si ottengono facendo passare una luce policromatica bianca attraverso un gas rarefatto che assorbe le frequenze di luce che esso stesso emetterebbe se fosse incandescente). La spettroscopia stellare è in grado di fornire agli astronomi informazioni sulla composizione e la temperatura delle stelle.
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