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Come si è visto, il confronto tra le osservazioni eseguite in vari luoghi del pianeta ci porta a concludere che la Terra è sferica e che l’asse celeste e quindi l’intera sfera celeste appaiono inclinati in vario modo rispetto all’orizzonte locale.
Ci chiediamo ora:
- quale parte della sfera celeste si può vedere da un certo luogo?
- ci sono luoghi della Terra dai quali si vedono tutte le stelle?
- e, viceversa, quali sono i luoghi dai quali si vede il minor numero di stelle?
Vedremo che questi quesiti hanno a che fare sia con la declinazione degli astri sia con la latitudine dell’osservatore.
Partiamo dalle località per noi abituali, poste alle latitudini boreali intermedie tra il polo nord e l’equatore. L’immagine qui sopra potrebbe rappresentare il cielo dell’Italia centrale (latitudine $\simeq{40^\circ}$). Le stelle vicine al polo nord celeste ($A$) ruotano attorno ad esso senza mai tramontare. Possiamo osservarle durante tutta la notte e per molte notti in vari periodi dell’anno. Esse si trovano in una regione della sfera celeste chiamata calotta di perpetua visibilità. Si può facilmente capire, guardando la figura, che le stelle contenute all’interno di questa calotta hanno una distanza polare minore della latitudine.
Una situazione simmetrica è descrivibile per le stelle vicine al polo celeste sud (ad esempio $D$): se la loro distanza dal polo sud celeste è minore della latitudine esse non sorgono mai. Si trovano in un’area della sfera celeste chiama calotta di perpetua invisibilità.
Tutte le altre stelle (ad esempio $B$ e $C$), sorgono e tramontano. Si trovano in una regione della sfera celeste compresa tra le due calotte, chiamata zona di parziale visibilità. Esse che hanno una distanza polare maggiore della latitudine.
Osserviamo inoltre che le stelle la zona di parziale visibilità è divisa dall’equatore celeste in due “sottozone” speculari, una appartenente all’emisfero celeste boreale e una australe. Le stelle boreali (ad esempio $B$) hanno l’arco visibile più lungo dell’arco invisibile e quindi permangono per più tempo al di sopra dell’orizzonte che non al di sotto di esso. Per le stelle dell’emisfero celeste australe, come ad esempio $C$, accade l’opposto.
Cambiamo latitudine procedendo verso nord. L’immagine qui sopra potrebbe rappresentare il cielo di Stoccolma (circa $60^\circ$ di latitudine). Si vede che entrambe le calotte aumentano la loro area a discapito della zona di parziale visibilità. Aumentando l’area della calotta di perpetua invisibilità diminuisce il numero complessivo di stelle visibili sulla sfera celeste.
La sfera celeste di questi primi due casi è chiamata sfera obliqua. Questo attributo è dovuto al fatto che il piano dell’equatore celeste è “obliquo” rispetto all’orizzonte. Le due situazioni seguenti invece mostrano inclinazioni particolari.
Alla località limite del polo nord geografico cioè a $90^{\circ}N$ di latitudine, rappresentato qui sopra, le due calotte si congiungono tra loro all’equatore celeste e diventano entrambe degli emisferi. L’osservatore al polo nord può vedere solo la metà delle stelle della sfera celeste, quelle che hanno declinazione positiva, appartenenti all’emisfero celeste nord. Esse non sorgono e non tramontano mai. I loro archi diurni sono cerchi paralleli all’orizzonte e coincidono con i loro paralleli di declinazione.
Al polo sud geografico, invece, la situazione è opposta: la calotta di perpetua visibilità contiene le stelle che hanno declinazione negativa.
Questa sfera, visibile solo ai poli geografici, è chiamata sfera parallela. Il nome deriva dal fatto che i riferimenti del sistema altazimutale coincidono con quelli del sistema equatoriale: l’asse celeste coincide con la verticale astronomica e il piano dell’equatore coincide con il piano dell’orizzonte.
Ritornando verso sud invece raggiungiamo una seconda posizione limite: la sfera retta disegnata qui sotto. Essa è visibile da tutti gli osservatori che si trovano esattamente all’equatore geografico.
Le calotte di perpetua visibilità e di perpetua invisibilità si sono ristrette ad un punto; di conseguenza la zona di parziale visibilità è aumentata di ampiezza fino a occupare tutta la sfera celeste. L’osservatore equatoriale è il più fortunato di tutti: egli può veder passare nel suo cielo tutte le stelle della sfera celeste. La calotta di perpetua visibilità è un punto che coincide con il polo nord celeste e con il punto cardinale nord. La stessa cosa accade alla calotta di perpetua invisibilità che diventa il polo sud celeste e il punto cardinale sud. Gli archi diurni delle stelle sono perpendicolari all’orizzonte: ciò significa anche che tutte le stelle sorgono e tramontano in modo piuttosto strano: esse salgono verticalmente appena sorte e scendono verticalmente poco prima di tramontare. L’equatore è anch’esso perpendicolare all’orizzonte. L’asse celeste è orizzontale e perpendicolare alla verticale astronomica. Di qui l’espressione “sfera retta” per indicare questo cielo. Le uniche stelle difficilmente osservabili da una località equatoriale sono quelle che hanno una piccola distanza polare (una declinazione prossima ai 90°N o 90°S) perché sono sempre molto basse all’orizzonte.
Molti importanti osservatori astronomici si costruiscono all’interno della fascia tropicale, tra i 30°N e 30°S di latitudine, come ad esempio l’Osservatorio del Roque De Los Muchachos, l’Osservatorio del Mauna Kea, l’Osservatorio del Paranal.
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