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Alla base delle Effemeridi o di un Catalogo stellare c’è un colossale lavoro di osservazione, di studio e misurazione che nei secoli si è sviluppato grazie e soprattutto a tecnologie applicate, sempre più sofisticate e metodiche di calcolo sempre più raffinate. La costruzione dei grandi osservatori astronomici e soprattutto il continuo scambio d’informazioni a livello delle varie nazioni interessate, ha portato fino a noi una conoscenza sempre maggiore sulla dinamica dei corpi celesti. 
 
Nella stesura delle Effemeridi, in un’ottica moderna (1),  si possono individuare diverse tipologie a seconda dell’utilizzo a cui sono indirizzate 
  • Effemeridi Astronomiche: Produzione rivolta soprattutto agli studiosi di astronomia superiore e tutti gli usi legati alla geodesia.
  • Effemeridi Nautiche: Una produzione ridotta nel numero dei dati e nell’approssimazione numerica, rivolta principalmente ai naviganti e ai calcoli relativi alla  navigazione con gli astri.
  • Effemeridi per la navigazione aerea: Per il loro contenuto e per la loro compilazione differiscono da quelle citate in precedenza e sono finalizzate all’utilizzo per  il traffico aereo.


(1) Una curiosità riguardo il termine  “Effemeridi” che non riguarda solo gli astri, la ritroviamo, all’interno del messaggio che ogni satellite della costellazione del moderno sistema di posizionamento GPS (Global Positioning System), manda all’utente per conoscere la posizione assoluta di ogni satellite stesso. Il termine “effemeridi” si riferisce alle coordinate dei satelliti all’interno delle varie orbite dove questi si muovono. All’accensione di un ricevitore GPS , questo ha bisogno di un certo lasso di tempo per aggiornare il suo database relativo alla posizione dei satelliti in quel momento “in vista“ della sua antenna, per cui a tutti gli effetti viene creato un  almanacco su cui calibrare la ricezione dell’apparato GPS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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Nel campo dei cataloghi stellari ( Star Catalogue ), il discorso si orienta verso delle vere e proprie raccolte degli elementi fondamentali che identificano una stella. Queste raccolte vengono aggiornate su periodi di molti anni con nuove scoperte e con verifica della posizione dei corpi celesti con tecnologie di misurazione e di calcolo sempre più avanzate. Oltre ai parametri di tipo posizionale (ascensione retta , declinazione e moto proprio troviamo anche gli elementi riguardanti la classe spettrale e le magnitudo, sia quella assoluta che apparente. Inoltre nel catalogo troviamo la codificazione numerica che permette allo studioso di effettuare i debiti confronti con altri cataloghi stellari, fra i più importanti presenti nel mondo astronomico. 

Elenchiamo qui sotto alcuni fra i Cataloghi Stellari più conosciuti a livello internazionale : (a sinistra il codice per l’identificazione del catalogo
 
CODICE 
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CATALOGO 
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FK6 Sixth Fundamental Catalogue (Veroffentlichungen Astronomisches Rechen lnst. Heidelberg)
GC Albany General Catalogue (Lewise Benjamin Boss)
HD Henry Draper Catalogue
DM Bonner Durchmusterung (Bonn Observatory)
BS=HR Bright Star Catalogue (Yale University Obsrvatory)
SAO Smithsonian Astrophisical Observatory Star Catalogue
HIP Hipparcos catalogue (European Space Agency)
TYC Tycho Catalogue (legato sempre alla missione del satellite Hipparcos)
 

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La visione Geocentrica e i corrispondenti movimenti risultanti
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Però prima di approfondire il discorso delle Effemeridi moderne e dei Cataloghi stellari si ritiene opportuno riprendere un po’ in dettaglio il significato di coordinate astronomiche e soprattutto capire quali sono i moti che ne possono provocare le logiche variazioni. Bisogna precisare subito che l’approccio dell’osservatore posizionato sulla Terra è strettamente legato soprattutto alla direzione angolare che un astro identifica sulla sfera celeste e di conseguenza ai suoi spostamenti (apparenti). I moti relativi che nascono, considerando la Terra come un oggetto fermo e gli altri corpi celesti che compiono i loro movimenti risultanti intorno a lei, si chiamano epicicli e se conoscono di tre tipi a seconda del periodo in cui vengono compiuti. 
  • Epiciclo giornaliero: è quello legato alla posizione dell’osservatore che si trova sulla superficie terrestre L’astro compie dei cerchi di dimensioni variabili (anche perché in funzione della sua latitudine) e dovuti alla rotazione della Terra sul proprio asse. 
  • Epiciclo annuo: quando ci riferiamo al movimento di rivoluzione sempre della Terra intorno al Sole. 
  • Epiciclo secolare: è invece legato ai movimenti che tutti i corpi del Sistema Solare compiono insieme.
Questi movimenti si sommano per dare quello che viene definito un Epiciclo complessivo dove però ogni componente ha una sua determinata influenza, che in alcuni casi si può anche trascurare.In conclusione si può dire che :   
  • L’Epiciclo giornaliero è da considerare importante per tutti gli astri del sistema solare vicini alla Terra. 
  • L’Epiciclo secolare è da tralasciare per tutti gli astri del Sistema Solare perché si muovono all’unisono per cui esso è sempre lo stesso. 
  • L’Epiciclo annuo e quello secolare sono importanti per le stelle perché esistono realmente moti relativi fra queste e la Terra. 
Dai moti relativi bisogna poi passare ai moti propri che rappresentano gli spostamenti angolari della direzione di un astro rispetto all’osservatore che si trova sulla Terra (quelli di cui si accennava all’inizio). 
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I principali sistemi di coordinate
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Un esempio tipico di rappresentazione grafica di coordinate astronomiche :  
  • a sinistra le coordinate eclittiche 
  • a destra le  coordinate equatoriali (tratte da Astronomia Nautica di Mario Bini)  (2)


(2) Nota : per approfondire il tema dei Sistemi di coordinate astronomiche, consultare i testi in bibliografia. 
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I principali "movimenti" e le loro influenze sulle "coordinate"
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Altri movimenti che influenzano le variazioni delle coordinate degli astri sono i movimenti di precessione e quello di nutazione che sono legati all’asse terrestre che chiaramente cambiano continuamente il posizionamento del sistema di riferimento delle cosiddette coordinate uranogra- fiche  (coordinate eclittiche e coordinate equatoriali, che comunque proprio non dipendono dalla posizione dell’osservatore) (3)
 
Anche la aberrazione, particolare fenomeno fisico dovuto alla velocità della Terra che si muove intorno al Sole, provoca delle variazioni periodiche nelle coordinate astronomiche dove il nostro corpo si muove lungo una piccola ellisse chiamata ellisse di aberrazioneTutte queste variazioni si possono suddividere in due classi fondamentali :  
  • periodiche 
  • cumulative 
Le prime come la nutazione, l’aberrazione e gli epicicli per le stelle provocano variazioni annuali che ruotano sempre intorno ad un valore medio. 
Le seconde, la precessione e moti propri, variano in funzione del tempo e sono quindi quelle fondamentali. 

Per arrivare alle coordinate riportate sulle Effemeridi bisogna fare un ulteriore precisazione dove dobbiamo distinguere coordinate che possiamo definire medie da quelle che invece vengono definite coordinate apparenti. La differenza fra i due tipi dipende solamente dal fatto di tener conto o meno delle variazioni periodiche.  In conclusione, tenuto conto che le variazioni cumulative non si possono trascurare, è solo utilizzando anche le variazioni periodiche, che si ottengono sicuramente coordinate molto più precise (in definitiva quelle chiamate apparenti), mentre con l’utilizzo delle sole variazioni cumulative otterremo delle coordinate soltanto medie (quindi meno precise). 



(2) Si chiamano Coordinate Equatoriali:     l’Ascensione Retta a        e la Declinazione d       e sono quelle inserite nelle Effemeridi. 
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Coordinate "equatoriali medie" e coordinate "equatoriali apparenti"
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Quando si parla di utilizzo delle coordinate equatoriali “medie si fa riferimento nel Sistema di riferimento in cui ci troviamo ad un equatore medio, un equinozio medio ed ad un polo medio e dove per le stelle viene trascurato l’epiciclo annuo. Le direzioni sottese dagli astri sono inoltre riferite al centro dell’ellisse di aberrazione (perché trascurato) 

Differentemente, per esempio, per la trattazione delle coordinate equatoriali “apparenti si terrà conto della direzione effettiva degli astri, la posizione del polo vero (cioè sull’ellisse di nutazione) con equatore ed equinozio vero e inserendo nel calcolo anche l’epiciclo annuo se si parla di stelle. 

Dopo queste precisazioni appare evidente che, nel caso delle Effemeridi Nautiche, si possa parlare  di coordinate intendendo, nella realtà, le coordinate apparenti, mentre per altri utilizzi, e quindi altre precisioni, come nei Grandi cataloghi stellari, si utilizzano in genere coordinate medie. La ragione di questa scelta è da cercare nel fatto che il catalogo stellare ha una valenza pluriennale ( fino a 20-25 anni ) e la mole di calcolo per migliaia di stelle su base annuale sarebbe comunque un lavoro enorme. Rimane più semplice riferirsi a coordinate “medie” con cui passare a quelle “vere” con semplici calcoli avendo a disposizione nel catalogo tutti gli elementi necessari.  

Basta sfogliare per esempio le pagine di un catalogo come l’FK6 del Astronomisches Rechen Institut di Heidelberg (Germania) pubblicato fra il 1999 e il 2000 , per comprendere il significato di un tale lavoro.  

( vedi  http://www.ari.uni-heidelberg.de/datenbanken/fk6/fk61/fk61dp01.html ) 
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Cataloghi ed Effemeridi
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L’FK6 unisce le osservazioni astrometriche del satellite Hipparco (1997) insieme ai dati del precedente FK5 ed ha così catalogato 4150 stelle definite fondamentali (Basic Fundamental Stars) nel panorama della sfera celeste. Nei cataloghi il numero di stelle può comunque arrivare anche a parecchie centinaia di migliaia come nell’Henry Draper Catalogue (225.000 stelle)

I dati principali riportati nelle tabelle dei cataloghi sono : 

                 Ascensione Retta a e Declinazione d della stella riferita all’epoca e all’equinozio dell’anno J2000 ( "J" sta per Anno Giuliano ) 
                 Moto Proprio della stella in Ascensione Retta e in Declinazione calcolato in  Milliarcosecondi / anno 

Questi dati fondamentali più altri riportati nel catalogo, permettono di calcolare la posizione della nostra stella nell’epoca che interessa e quindi compilare le tabelle delle pagine delle stelle che troviamo anche sulle Effemeridi Nautiche relative ad un determinato anno / periodo / data. 

Come già scritto in precedenza è necessario fare una netta distinzione fra le Effemeridi Astronomiche e le Effemeridi Nautiche. Sono due tipologie di testi che nascono da esigenze diverse e anche il numero di dati e la loro tipologia è solo confrontabile parzialmente. Per semplicità di trattazione prenderemo in esame solo alcuni testi tipici, come già detto fra i più conosciuti di Effemeridi Astronomiche: L’Astronomical Almanac anglo-americano e la Connaissance des Temps francese e poi termineremo parlando delle Effemeridi Nautiche (I.I.3132) edite dall’Istituto Idrografico della Marina (IIM)

Molte altre nazioni producono ambedue i tipi di testi, ma soprattutto nel campo delle Effemeridi Nautiche le somiglianze così sono notevoli che addirittura a livello del formato editoriale e la formattazione dei dati si possono quasi considerare identiche. Questa similitudine nasce in genere dai software di calcolo e spesso dalla ricerca di uno standard di consultazione per qualsiasi navigante si trovasse a contatto con edizioni diverse in luoghi diversi. 
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Almanacchi ed Effemeridi
 
Astronomical Almanac 
 
 
Lo Astronomical Almanac, attualmente nasce da una forte collaborazione dell’US Naval Observatory (USNO) americano con il similare Space Science and Tecnology Rutherford Appleton Laboratory inglese. 

Questa edizione congiunta è frutto della fusione (1981) delle due serie di pubblicazioni astronomiche che le due nazioni producevano precedentemente in maniera autonoma ; rispettivamente gli americani dal 1855 e gli inglesi dal 1767. 

Quindi si può tranquillamente affermare che l’Astronomical Almanac è il diretto discendente di due serie di testi: una americana con l’American Ephemeris e il Nautical Almanac e quella inglese con il loro British Nautical Almanac e l’Astronomical Ephemeris poi diventato nel 1960 The Astronomical Ephemerides.

 
L’unione di queste due storiche serie, ha portato alla stesura di un testo completo e ricco d’informazioni. Al testo stampato fa da corollario quello on line  strutturato alla stessa maniera di quello cartaceo dov’è possibile recuperare serie di dati, anche degli anni precedenti all’ultima stesura.   

vedi: http://asa.usno.navy.mil/contents.html 

Il testo (a carattere annuale) è diviso in sezioni e i dati vanno dalle effemeridi di molti oggetti del sistema solare (sole, luna, pianeti maggiori con i loro satelliti, pianeti minori, comete fino al catalogo delle stelle) ai dati delle eclissi dell’anno in esame con le loro relative carte, i fenomeni astronomici come occultazioni, elongazioni dei pianeti, sorgere e tramonto del sole, fasi lunari e crepuscoli. Molto importante tutta la sezione sul Tempo  e tutti i parametri collegati, comprese le loro relazioni. Ogni capitolo è corredato con pagine esplicative e i principali formulari. 
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Almanacchi ed Effemeridi
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Fra le pagine più interessanti e curiose troviamo i diagrammi delle eclissi che permettono, in maniera grafica, di rappresentare ed individuare gli elementi fondamentali che definiscono l'inizio e la fine di un’ eclisse, le zone di visibilità e i momenti di primo e ultimo contatto in funzione della località individuata sulla cartina. Il diagramma, in pratica, rappresenta lo spostamento del cono d'ombra e di penombra sulla fascia di superficie terrestre interessata e in cui l'eclisse è visibile. 

Sulla cartina sono presenti le curve della traiettoria del centro del cono d'ombra, le curve dei limiti nord e sud e quelle dell'inizio e della fine al sorgere e al tramonto del sole che determinano delle restrizioni sulla visibilità perché il sole sorge o tramonta già eclissato. Possiamo dire che le zone comprese fra la curva di inizio al sorgere e di fine al tramonto sono quelle che possono osservare l'eclisse continuativamente. E' inoltre possibile, analizzando ed eventualmente interpolando le curve con tratteggio corto o lungo, determinare le ore dei limiti d'entrata e d'uscita del cono di penombre per una determinata località. 

La forma di questi diagrammi può variare a seconda del tipo di eclisse ed in funzione della posizione in cui si viene a trovare il cono d'ombra o di penombra rispetto alla superficie terrestre (vedi fig. 1) 

Affiancato, esiste un altro testo che rappresenta il naturale supporto per la comprensione di tutti gli algoritmi e le teorie che portano alla produzione di una pubblicazione come l’Astronomical Almanac. Si tratta dell’Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, al cui interno si trova la storia , il significato , i riferimenti e i metodi di calcolo per utilizzare tutti i dati astronomici presenti. Gli argomenti trattati nel testo sono descritti e presentati in maniera semplice ma, fra le righe, si capisce che la pubblicazione deve essere utilizzata dagli studiosi per partire alla ricerca di ulteriori dettagli. La prima edizione dell’Explanatory  Supplement  risale al 1961, mentre l’ultima revisione è del Dr. P Kenneth Seidelman nel 1992 , stampata a cura dell’University  Science  Books. 
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Almanacchi ed Effemeridi
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Fig 1 : Diagramma dell’eclisse totale di Sole del 29 marzo 2006 (tratto da : Astronomical Almanac  2006)
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Almanacchi ed Effemeridi
Connaissance des Temps 
Anche i francesi pubblicano un loro testo che risulta in assoluto il più antico nel suo genere. Si tratta della Connaissance des Temps ideate dall’astronomo Joachim Delancè nel 1679 e pubblicato prima dall’Académie Royale des Sciences (dal 1702) e dal Bureau des Longitudes” dal 1795

L’Unione Astronomica Internazionale (UAI) con la sua 4a  Commissione, che si occupa delle Effemeridi, assicura il coordinamento fra i vari istituti astronomici nazionali per la stesura di un testo importante. 

La Connaissance des Temps è l’unica pubblicazione che riporta le Effemeridi precise dei satelliti di Marte, dei satelliti galileiani di Giove e degli otto satelliti di Saturno e dei cinque di Urano.

Nel 1911 durante il Congresso Internazionale delle Effemeridi Astronomiche (Parigi, 23-26 ottobre), venne sancito che nella stesura delle Effemeridi Astronomiche fosse lasciata la libertà di scelta nelle fonti delle varie teorie di calcolo per cui nell’ambito della pubblicazione è sempre stata assicurata la migliore precisione nei risultati, grazie anche alla collaborazione dell’Institut de Mécanique Cèleste e des Calcul des Ephémérdides di Parigi (http://www.imcce.fr) 

La cosa che colpisce immediatamente è il tipo d’impostazione nella stesura dei dati. Diversamente da altri testi dove la scala del tempo è di tipo classico, cioè giornaliero, nelle tabelle della Connaissance des Temp  questa scala è data per valori equidistanti di tempo a partire da una data predefinita. Per arrivare alle coordinate ad una data e ad un determinato istante è sufficiente applicare in un semplice algoritmo i vari coefficienti rappresentati (latitudine, longitudine, X , Y , ecc.) a seconda del tipo di coordinata richiesto. Questa scelta favorisce una pubblicazione più snella e con meno numero di dati trascritti, ma non altera assolutamente la precisione dei dati. 
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Almanacchi ed Effemeridi
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L’argomento d’entrata nelle tavole del testo è il TDB (Tempo Dinamico Baricentrico) che è strettamente correlato al TT (Tempo Terrestre), utilizzato nelle Effemeridi, tramite la misura del TAI (Tempo Atomico Internazionale) – (TT = TAI + 32s.184) Nell’ambito del testo esiste la tabella per riportare la data di cui si vuol calcolare le coordinate di qualche astro (espressa in UTC – Tempo Universale Coordinato) nel TT corrispondente. Dopo questa correzione si può procedere alla definizione delle coordinate tramite le tabelle con i valori di equidistanza nel tempo, che però possono variare da astro ad astro.  

Una curiosità legata a questa pubblicazione è il fatto che nel 1784 , fu inserito, per la prima volta, la versione del Catalogo completo degli Oggetti di Messier” (4), dove venivano raccolti gli elementi per l’osservazione di oggetti stellari come nebulose , ammassi stellari, galassie. Questi oggetti, sono indicati con il prefisso M davanti ad un numero e nella sua stesura finale se ne contano 110. Questi oggetti del “cielo profondo” sono studio e curiosità di molti astronomi professionisti e non, proprio perché alcuni di essi posso essere facilmente individuati anche con strumenti poco potenti. I nomi di questi oggetti rappresentano l’altra curiosità perché la loro forma (come del resto per i nomi delle costellazioni) stimolò la fantasia degli astronomi.   Ecco alcuni esempi tipici :  

          •             M1     : la Nebulosa del Granchio 
          •             M44   : Ammasso Presepe 
          •             M104 : La Galassia Sombrero 
          •             M97   : La Nebulosa Gufo
(4) Astronomo francese Charles Messier (Badonviller, 26 giugno 1730 – Parigi, 12 aprile 1817) . Messier, era in pratica, un cacciatore di comete , cosa diciamo alla “moda” a quel tempo, perché dava notorietà agli astronomi. Cercando le comete, Messier scoprì tutti gli oggetti che adesso fanno parte del suo catalogo. 
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