Lastronomia sferica è il ramo dell'astronomia che studia i diversi sistemi di coordinate in rapporto ai quali si determina la direzione del moto apparente dei corpi celesti in modo indipendente dalla loro distanza.

La sfera celeste e suo moto apparente

Tutti gli astri ci appaiono alla stessa distanza dalla Terra e posti sulla superficie interna di un'enorme sfera, detta sfera celeste, di cui noi occupiamo il centro. Ciò è dovuto al fatto che gli astri, essendo a un'enorme distanza dalla Terra, hanno una parallasse insignificante e sembrano quindi tutti alla stessa distanza.

Essi sembrano, inoltre, ruotare, con un moto collettivo da levante verso ponente, intorno a un asse, il prolungamento dell'asse terrestre, chiamato asse celeste. Ciò è dovuto al fatto che, al centro della sfera celeste (che è immobile) la Terra ruota intorno al proprio asse da ponente verso levante (moto diretto o antiorario), compiendo una rotazione completa in un giorno siderale (poco meno di un giorno solare medio). L'osservatore posto sulla Terra non avverte questo movimento proprio e attribuisce agli astri, e quindi alla sfera celeste, un movimento in senso contrario (moto retrogrado o orario) con velocità angolare uguale alla velocità di rotazione terrestre. Questo movimento è detto moto apparente della sfera celeste e avviene intorno a un asse immaginario, l'asse celeste, che altro non è che il prolungamento dell'asse terrestre fino a incontrare la sfera celeste. Gli estremi di tale asse, ossia i punti di contatto immaginari con la sfera celeste, sono detti poli celesti: uno di essi, il polo Nord celeste, si trova molto vicino alla Stella Polare, che per tale motivo appare immobile.

Le stelle conservano sempre immutate le loro posizioni relative sulla sfera celeste (almeno nel corso di alcuni millenni), mentre il Sole, la Luna e i pianeti si spostano lentamente fra esse, passando da una costellazione all'altra.

Elementi della sfera celeste

I piani passanti per l'equatore terrestre e per i meridiani terrestri, estesi fino a incontrare la sfera celeste, determinano su di essa circoli massimi detti, rispettivamente, equatore celeste e meridiani celesti. L'equatore celeste divide la sfera celeste in due parti uguali: quella che contiene il polo Nord è detta emisfero Nord o boreale, mentre quella che contiene il polo Sud è detta emisfero Sud o australe.

Viene chiamato Zenit il punto Z della sfera celeste posto sulla verticale dell'osservatore O; Nadir il punto Z opposto allo Zenit.

La Latitudine, sulla Terra, è la distanza angolare, misurata in gradi, primi e secondi, fra l'equatore e l'osservatore; analogamente sulla sfera celeste è la distanza angolare fra l'equatore celeste e lo Zenit.

Il circolo massimo terrestre passante per i poli e per un dato luogo, è suddiviso, per convenzione in meridiano e antimeridiano; il meridiano celeste di un dato osservatore si suddivide convenzionalmente in meridiano celeste superiore, che contiene lo Zenit, e in meridiano celeste inferiore, che contiene il Nadir.

Sono detti circoli orari i meridiani celesti; paralleli di declinazione i circoli minori paralleli all'equatore celeste.

Dicesi orizzonte sensibile il piano orizzontale (normale alla verticale), esteso all'infinito, passante per l'osservatore e orizzonte astronomico il piano, parallelo al precedente, passante per il centro della Terra, la cui traccia sulla sfera celeste è un circolo massimo, detto anch'esso orizzonte astronomico. Considerando il ridotto raggio della Terra se paragonato a quello grandissimo della sfera celeste, si può ritenere, senza incorrere in errori apprezzabili, che sulla sfera celeste orizzonte sensibile e orizzonte astronomico si confondano. Ciò permette di considerare indifferentemente l'osservatore sia al centro della Terra che sulla superficie di essa.

L'orizzonte astronomico divide la sfera celeste in due emisferi: visibile e invisibile. L'emisfero visibile contiene lo Zenit e il polo che ha lo stesso nome della latitudine dell'osservatore e che viene detto polo elevato; l'emisfero invisibile contiene il Nadir e il polo che ha nome contrario alla latitudine, detto polo depresso.Almicantarat o paralleli di altezza sono i circoli minori paralleli all'orizzonte astronomico, situati nell'emisfero visibile; paralleli di depressione sono i circoli minori paralleli all'orizzonte astronomico, situati nell'emisfero invisibile; verticali sono i semicircoli massimi passanti per lo Zenit e per il Nadir.Altezza''' di un astro è l'arco di verticale compreso fra l'astro e l'orizzonte astronomico.

L'intersezione dell'orizzonte astronomico con la verticale che contiene il polo Nord è il punto cardinale Nord. L'orizzonte astronomico deve supporsi graduato da 0° a 360°, a partire da detto punto cardinale Nord, nel senso orario, cioè verso E-S-W. I punti cardinali E e W sono definiti dai punti d'incontro dell'equatore con l'orizzonte astronomico.

La linea Nord-Sud, intersezione del piano del meridiano dell'osservatore con il piano dell'orizzonte astronomico, è detta linea meridiana.

I verticali normali al meridiano dell'osservatore, passanti cioè per i punti Est e Ovest, si chiamano primo verticale Est e primo verticale Ovest.

I circoli orari che passano per detti punti cardinali Est e Ovest sono detti primo orario Est e primo orario Ovest.

L'altezza del polo elevato sull'orizzonte astronomico è uguale alla latitudine dell'osservatore. Nell'emisfero Nord, attualmente l'altezza della Stella Polare differisce sempre dalla latitudine dell'osservatore di circa 1°.

I punti di intersezione dell'equatore celeste con i verticali identificano due punti: Q quello più prossimo allo Zenit e Q quello più prossimo al Nadir e vengono detti, rispettivamente, mezzocielo superiore e mezzocielo inferiore. L'altezza del mezzocielo superiore, cioè l'inclinazione dell'equatore celeste sull'orizzonte astronomico, è detta colatitudine.

Per convenzione nelle figure che rappresentano la sfera celeste si segna sempre lo Zenit in alto, il polo Nord a destra dello Zenit e il polo Sud a sinistra in modo da avere sempre il punto cardinale Est sul davanti della figura.

Nota: Per un osservatore in latitudine Sud il movimento degli astri appare invertitorispetto al movimento stesso nella sfera celeste disegnata per un osservatore in latitudine Nord.

Sistema solare - Eclittica - Zodiaco - Precessione degli equinozi

Il Sistema solare comprende il Sole, i pianeti, che compiono rivoluzioni intorno al Sole, e i satelliti, che compiono rivoluzioni intorno ai pianeti. La Terra è un pianeta e la Luna è il suo satellite.

Tutti i pianeti descrivono intorno al Sole, in senso diretto e con moto non uniforme, orbite ellittiche di cui il Sole occupa uno dei fuochi (Leggi di Keplero). La Terra, oltre al moto diurno di rotazione su sé stessa, gira intorno al Sole a una distanza media di circa 149,6 milioni di km, mantenendo costantemente il suo asse inclinato di 23°27' rispetto alla direzione della perpendicolare al piano dell'orbita.

Dato il raggio praticamente infinito della sfera celeste, si può considerare l'orbita della Terra puntiforme, assimilandola al centro della stessa, che è anche il centro della sfera celeste. Il Sole, quindi, oltre a partecipare al moto diurno della sfera celeste, come qualsiasi altro astro, percorre apparentemente, in senso diretto, cioè contrario al moto apparente degli astri, un circolo massimo detto eclittica inclinato sull'equatore celeste di 23°27', pari all'angolo che la direzione dell'asse terrestre forma con la perpendicolare al piano dell'orbita della Terra.

Dei due punti in cui l'eclittica taglia l'equatore celeste quello occupato dal Sole allequinozio di primavera, è detto punto vernale o primo punto d'Ariete e si indica con la lettera γ (gamma), corrispondente al simbolo della costellazione dellAriete, dove il punto γ, ora nella costellazione dei Pesci, cadeva anticamente. Il punto opposto a γ, occupato dal Sole allequinozio d'autunno, si chiama punto di Libra e si indica con γ'.

Il tempo che impiega il Sole a tornare a uno stesso punto equinoziale è detto anno tropico ed è uguale a 365,2322 giorni medi: il suo spostamento giornaliero sull'eclittica è pari a circa 1° (4 min).

Oggigiorno l'asse terrestre è orientato su un punto del cielo molto prossimo alla Stella Polare, ma non è sempre stato così e non lo sarà in futuro, a causa del fenomeno della precessione degli equinozi: in un ciclo di 25.700 anni, l'asse terrestre descrive, intorno all'asse dell'eclittica, un cono il cui raggio è di 23°27'; a causa di ciò il polo celeste Nord compie un lentissimo ma continuo spostamento fra le stelle e descrive, nel periodo indicato, un cerchio intorno al polo dell'eclittica. Fra 12.000 anni il polo celeste Nord sarà nella costellazione della Lyra, prossimo alla stella Vega.

Il movimento ora descritto causa anche uno spostamento del punto γ sull'eclittica di circa 50" di arco all'anno in senso retrogrado od orario anticipando di circa 20 minuti il momento dell'equinozio.

Volta celeste fissa dell'osservatore Nei problemi dell'astronomia sferica si considera sempre losservatore al centro della Terra, la Terra immobile e la sfera celeste animata dal suo moto apparente da levante e ponente (retrogrado od orario).

Zenit, Nadir, meridiano celeste superiore, meridiano celeste inferiore, orizzonte astronomico, punti cardinali, verticali, almicantarat e paralleli di depressione, sono tutti punti e circoli della sfera celeste legati all'osservatore, cioè alla Terra, che si considera immobile e, pertanto, non partecipano al moto apparente della sfera celeste. Tali punti e circoli, che costituiscono la volta celeste fissa dell'osservatore, si possono immaginare come proiettati dal centro della Terra sulla superficie interna della sfera celeste che è in continua rotazione con tutto ciò che le appartiene: equatore celeste, paralleli di declinazione, eclittica, punto γ e tutti gli astri.

Coordinate sferiche degli astri La posizione di un astro sulla sfera celeste viene determinata mediante valori detti coordinate celesti, alcune delle quali sono indipendenti dalla posizione dell'osservatore mentre altre ne sono una variabile dipendente.

Esse sono:

Coordinate equatoriali, che hanno per riferimento lequatore celeste e si suddividono in: Coordinate uranografiche (indipendenti dalla posizione dell'osservatore); Coordinate locali orarie (dipendenti dalla posizione dell'osservatore). Coordinate locali azimutali, che prendono a riferimento l'orizzonte astronomico dell'osservatore e dipendono pertanto dalla sua posizione.

Coordinate equatoriali uranografiche

Hanno per punti e circoli di riferimento i poli celesti, il punto γ e l'equatore celeste e sono indipendenti dalla posizione dell'osservatore. Esse sono: