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
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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.
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(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
z |
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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z
z
La
visione Geocentrica e i corrispondenti movimenti risultanti |
z
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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z
z
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" |
z
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 aberrazione”. Tutte
queste variazioni si possono suddividere in due classi fondamentali :
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" |
z
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 |
z
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 |
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Astronomical
Almanac
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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
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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. |
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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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