Coordinate celesti

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Le coordinate celesti servono per identificare la posizione degli astri sulla sfera celeste. Alternativamente, visto che nella realtà essi hanno distanze diverse da noi, le coordinate celesti individuano una direzione orientata, ossia una semiretta originata nell'osservatore e passante per l'astro.

Coordinate orizzontali

Chiamate anche "coordinate altazimutali", sono riferite all'osservatore, presupposto immobile, e quindi per ogni astro variano continuamente, e dipendono dalla posizione dell'osservatore. Si prendono come riferimenti:

• l'orizzonte, circonferenza massima che separa l'emisfero celeste visibile da quello invisibile;
• il meridiano, circonferenza massima passante per lo Zenit dell'osservatore e per i poli, che incontra l'orizzonte nei punti Nord e Sud;
• il piede dell'astro, punto dell'orizzonte più vicino all'astro.

L'altezza (h) è la distanza angolare dell'astro dall'orizzonte, e varia tra -90° (Nadir) e +90° (Zenit).
L'Azimut (A) è la distanza angolare tra il punto Nord e il piede dell'astro, misurata in senso orario, e varia tra 0° e 360°.

Le circonferenze minori formate dai punti di uguale altezza sono i cerchi d'altezza o almucantarat. Le semicirconferenze massime comprendenti i punti di un dato Azimut si chiamano verticali.

A volte, al posto dell'altezza si usa la distanza zenitale (z), che è la distanza angolare dell'astro dallo Zenit dell'osservatore e che varia da 0° a 180°. In ogni caso, z + h = 90°.

Coordinate equatoriali

Esistono due tipi di coordinate equatoriali: si parla, infatti, di sistema equatoriale fisso e di sistema equatoriale mobile.
Nel primo sistema equatoriale si prende come piano di riferimento l'equatore celeste, ossia l'intersezione del piano dell'equatore terrestre con la sfera celeste, dal quale si misura la declinazione, mentre come punto di riferimento si sceglie il punto di mezzocielo M, che è l'intersezione del meridiano locale e dell'equatore celeste, dal quale si misura l'angolo orario.

Dunque, le coordinate del primo sistema equatoriale sono:

• l'angolo orario, che è la distanza angolare tra il punto di mezzo cielo M e l'intersezione del meridiano passante per l'astro con l'equatore celeste; si misura in ore, minuti e secondi (0^h, 24^h) a partire dal punto M in senso orario;
• la declinazione, ossia la distanza angolare tra l'intersezione del meridiano per l'astro e l'equatore celeste e l'astro stesso; si misura in gradi, primi e secondi(0°,90°) a partire dall'equatore fino ai poli, quindi si parla di declinazione positiva nell'emisfero boreale e di declinazione negativa in quello australe.

Mentre la declinazione non cambia con l'osservatore, l'angolo orario sì. Allora, si introduce un altro sistema di riferimento, il sistema equatoriale mobile, in cui le coordinate non variano con la posizione dell'osservatore e col moto diurno della sfera celeste.

Si prendono come riferimenti:

• l'equatore celeste;
• i cerchi orari (o meridiani);
• il punto d'ariete (γ), ossia l'intersezione dell'eclittica (il piano su cui giace il moto apparente del Sole rispetto alla Terra che è inclinato rispetto all'equatore celeste di un angolo di 27° 26' 32") con l'equatore celeste, ed è il punto in cui il sole passa dalla semisfera sud a quella nord.

La declinazione (δ) di un astro è la sua distanza angolare dall'equatore celeste (da -90°, al polo sud, a +90° al polo nord).
L'ascensione retta (α) di un astro è la distanza angolare tra il punto d'ariete e l'intersezione del suo cerchio orario con l'equatore celeste; si misura a partire dal punto d'ariete in senso antiorario in gradi (0°, 360°) o equivalentemente in ore ponendo 1h = 15°.

A volte, al posto della declinazione si usa la distanza polare (p), che è la distanza angolare dell'astro dal polo nord celeste e che varia da 0° a 180°. In ogni caso, p + δ = 90°.

Coordinate galattiche

Le coordinate galattiche prendono come piano di riferimento quello galattico che forma un angolo di 62°41' con l'equatore celeste e come direzione di origine quella del centro galattico individuato dalle misure di radioastronomia e collocato nella costellazione del Sagittario (α=17h 42m 30s, e δ=-28°55'18").

Questi riferimenti permettono di definire un polo nord ed un polo sud galattico tramite la direzione normale al piano galattico e passante per il Sole. Il polo nord galattico ha coordinate equatoriali α=12h 49m e δ=+27° 24'.

Si definiscono una longitudine galattica (l) ed una latitudine galattica (b), entrambe misurate in gradi.

La latitudine galattica è tracciata sui cerchi massimi passanti per i poli e varia da b=-90° (polo sud galattico) a b=+90° (polo nord galattico).

La longitudine galattica varia da l=0° (centro della galassia) a l=360° ed è crescente nel verso di rotazione della Via Lattea (vista dal polo nord la longitudine cresce in senso antiorario).

Cambiamenti delle coordinate celesti

A causa dei movimenti a lungo termine della Terra (primo fra tutti quello conosciuto col nome di precessione degli equinozi), gli astri non hanno coordinate celesti del tutto fisse ma si spostano col tempo. Questo movimento è indipendente dal moto proprio delle stelle, perché si tratta di un movimento dell'osservatore piuttosto che dell'astro. Ad occhio nudo e su scale di pochi anni è impercettibile, ma per le osservazioni astronomiche si pone il problema di specificare a quale istante una coordinata si riferisce. È stato perciò inventato il concetto di epoca: tutte le coordinate si specificano rispetto ad un'epoca, ed esistono algoritmi per passare da un'epoca all'altra.

Nonostante l'entità dello spostamento possa apparire irrisoria su brevi periodi, su una scala di tempo di millenni esso può portare a notevoli variazioni nelle posizioni degli astri; ad esempio, tra circa 13000 anni il polo nord celeste sarà indicato da Vega, e non più dalla Stella Polare.