Il globo celeste

di Valerio Versari valerio.versari@virgilio.it

Il globo celeste è il gemello del globo geografico, detto più comunemente mappamondo. Anziché rappresentare la Terra, esso rappresenta il cielo con le 88 costellazioni, l’equatore celeste, l’eclittica e la via lattea.

Ci vorrebbero anche la griglia delle coordinate equatoriali con le divisioni di 10 minuti sull’equatore celeste e la fascia dello zodiaco con le coordinate eclittiche, tutto questo non troppo marcato per mascherare il meno possibile la mappa.

 

Il globo celeste esprime il fascino dell’astronomia e della mitologia. Dal punto di vista didattico e divulgativo però, mentre il mappamondo è di fondamentale importanza, il globo celeste inserito nella stessa montatura inclinata del mappamondo non serve granché. Sarebbe invece anch’esso di fondamentale importanza se fosse inserito nella sua montatura classica che tramite l’opportuna regolazione mette in relazione il cielo con l’orizzonte di ogni singolo luogo della Terra. Così ho deciso di realizzarla in modo artigianale ed il risultato è stato davvero soddisfacente. Come si può vedere nella foto seguente si tratta di una montatura ad anello molto simile a quella adottata per alcuni mappamondi, con l’aggiunta di qualche piccolo accorgimento. Il globo celeste diventa così un perfetto ed elegante planetario da tavolo, lo strumento più efficace per rompere il ghiaccio con l’astronomia e acquisire quella confidenza con il cielo che integra positivamente la nostra cultura generale.

Per spiegare come funziona il globo celeste devo fare una piccola premessa di geografia astronomica.

Il globo celeste riproduce la volta celeste per ogni luogo della superficie terrestre. Dovendo scegliere un luogo come esempio ho preso Forlì (latitudine 44° Nord) che è la mia città. La Figura 1 mostra la Terra con l’orizzonte di Forlì che è il piano tangente al punto della sfera terrestre dove si trova Forlì. E poi c’è il cielo, ma è più opportuno dire la sfera celeste perché chiarisce meglio il concetto. Infatti si tratta proprio di una sfera, una sfera immaginaria di raggio arbitrario, ma pressoché infinito, sulla quale vediamo proiettate tutte le stelle. La sfera celeste ruotando intorno all’asse di rotazione (quello della Terra prolungato all’infinito), trascina con sé tutte le stelle come se fossero ad essa incollate. Proprio per questo la sfera celeste sembra davvero qualcosa di concreto, tanto che gli antichi pensavano che fosse fatta di sostanza cristallina nella quale sono incastonate le stelle.

Vista da sopra (la parte Nord per convenzione) la Terra gira in senso antiorario, di conseguenza gli abitanti dell’emisfero Nord vedono il cielo che gira in senso orario intorno al polo Nord celeste, all’incirca dove c’è la stella polare. Quindi anche a Forlì, sull’orizzonte di Forlì, il cielo gira in senso orario intorno al polo Nord celeste. Il prolungamento dell’asse di rotazione della Terra fino alla sfera celeste determina i poli celesti Nord e Sud, mentre il prolungamento del piano dell’equatore terrestre fino alla sfera celeste determina l’equatore celeste. Il sistema di riferimento equatoriale basato appunto sull’equatore e i poli celesti è il principale sistema di riferimento della sfera celeste. L’ascensione retta o A.R. suddivisa in 24 ore siderali corrisponde più o meno ai meridiani terrestri, mentre la declinazione dagli 0° dell’equatore celeste ai +90° del polo Nord celeste e ancora da 0° ai -90° del polo Sud celeste corrisponde ai paralleli terrestri, Figura 5.

È opportuno fare una considerazione importante che semplifica parecchio un problema che può sembrare un vero scoglio. Le dimensioni della Terra sono insignificanti rispetto alla sfera celeste e quindi nella Figura 2 l’orizzonte di Forlì poggia su una sfera puntiforme. Non solo, addirittura le dimensioni dell’orbita di rivoluzione della Terra intorno al Sole sono insignificanti rispetto alla sfera celeste. Quindi rotazione e rivoluzione della Terra non fanno compiere movimenti eccentrici all’orizzonte di Forlì, ma ne determinano solo l’orientamento.

Prolungo l’orizzonte fino in prossimità del cielo, Figura 3.

Ruoto l’intera Figura 3 fino a portare in orizzontale l’orizzonte di Forlì, proprio come lo è per noi, Figura 4.

Il piano dell’orbita della Terra intorno al Sole prolungato fino ad incontrare la sfera celeste determina su di essa un’altra circonferenza, l’eclittica, inclinata rispetto all’equatore celeste di 23,5°. Il Sole, la Luna e i pianeti non fanno parte della sfera celeste, ma li vediamo proiettati su di essa e giorno dopo giorno si spostano, il Sole sull’eclittica, la Luna e i pianeti entro la fascia dello zodiaco (larga 8° sopra e sotto l’eclittica), Figura 5.

Il moto di rivoluzione della Terra determina lo spostamento di circa 1° al giorno in senso antiorario della proiezione del Sole sull’eclittica (360° in 365,25 giorni), Figura 6. Siccome anche il moto di rotazione della Terra è in senso antiorario, il Sole sfugge lentamente alla rotazione della Terra che per ritrovarlo il giorno dopo deve ruotare di circa 1° in più. Il giorno solare corrisponde quindi a circa 361° di rotazione della Terra e dura 24 ore solari o civili, mentre il giorno siderale corrisponde ad una rotazione della Terra di 360° e dura 24 ore siderali, circa 4 minuti in meno del giorno solare. Questo determina uno scorrimento completo del cielo stellato nell’arco dell’anno. Mese dopo mese oltre alle stagioni cambia anche l’aspetto del cielo stellato.

A questo punto possiamo vedere un disegno che illustra bene la struttura del globo celeste. Una struttura che integra nelle 3 dimensioni la geometria delle Figure 4, 5, 6 e ne riproduce l’animazione.

Il globo è montato sul perno di rotazione e al centro dell’anello. Lo spaccato del basamento fa vedere la guida inferiore e le due guide laterali (rimangono un po’ nascoste) che consentono all’anello di ruotare intorno al suo centro. La base superiore del basamento è una corona circolare che sta mezza altezza sia dell’anello che del globo. Rappresenta la proiezione esterna dell’orizzonte locale, nel nostro caso di Forlì (44° di latitudine Nord). Nel disegno è possibile rappresentare l’orizzonte di Forlì internamente al globo, con l’osservatore stilizzato al centro, nella realtà sarebbe troppo complicato da realizzare e in pratica non serve neppure, dato che abbiamo la proiezione esterna dell’orizzonte che ci indica esattamente sia il piano che i punti cardinali dell’orizzonte di Forlì. Abbiamo così due punti di vista complementari: quello reale nei panni dell’osservatore stilizzato al centro del globo, e quello dall’esterno dove effettivamente stiamo e domiamo l’intera volta celeste anziché esserne circondati, il che è un bel vantaggio.

La sfera celeste ruota continuamente e la volta celeste istantanea sul nostro orizzonte dipende per un verso dalla latitudine e per l’altro da longitudine, data e ora. Per riprodurla sul globo celeste dobbiamo agire sulle due regolazioni rotatorie che sono perpendicolari tra loro:

1) la rotazione dell’anello per impostare la latitudine.

2) la rotazione del globo per mettere a punto il Tempo Siderale Locale che dipende appunto da longitudine, data e ora.

La prima regolazione è l’impostazione della latitudine di Forlì. Sull’anello, come indicato nel disegno, è stampigliata una scala graduata per un arco di 180°. In corrispondenza del polo Nord ci sono gli 0°, dell’equatore celeste ci sono coincidenti i più 90° e i meno 90°, del polo Sud si sono ancora gli 0°. Ruotando l’anello possiamo impostare l’inclinazione del perno del globo per la latitudine di Forlì che è più 44°. Quando la lancetta posta sull’orizzonte Nord indica sull’anello la tacca corrispondente al valore più 44° significa che il perno del globo è inclinato di 44° rispetto all’orizzonte Nord e quindi abbiamo impostato la latitudine di Forlì. Per i luoghi con latitudine Sud l’impostazione della latitudine si fa tramite la lancetta posta sull’orizzonte Sud e la scala graduata che va da 0° a meno 90°. Questa regolazione la possiamo chiamare “impostazione della latitudine del luogo” perché normalmente si mantiene quella del proprio luogo.

La seconda regolazione è la messa a punto del globo ad un preciso istante dato che il globo riproduce la rotazione del cielo il quale ruota lentamente e regolarmente come un orologio in un giorno siderale, pari a 360° di rotazione. Come abbiamo visto prima il giorno civile per essere sincronizzato con il Sole corrisponde ad una rotazione del cielo di circa 361°. Così il giorno siderale dura circa 4 minuti in meno del giorno civile. È suddiviso in 24 ore siderali segnate sull’equatore celeste (Ascensione Retta o A.R.) a partire dal punto g (gamma), il Greenwich del cielo. Le 24 ore siderali scorrono in ordine crescente davanti alla lancetta del meridiano in un giorno siderale. L’ora segnata dalla lancetta del meridiano in un certo istante è il Tempo Siderale Locale o T.S.L. e dipende dalla combinazione di data, ora e longitudine. T.S.L. e tempo civile corrispondono intorno all’equinozio d’autunno, quando il Sole ha A.R. 12 ore e così Sole e A.R. 12 ore passano insieme al meridiano a mezzogiorno, cioè alle ore 12 del tempo civile (ora solare). Poi il T.S.L. guadagna 2 ore al mese e ritorna a coincidere con il tempo civile nell’equinozio d’autunno successivo. Il T.S.L. si può determinare con l’apposito regolo circolare chiamato “orologio siderale” uno strumento ausiliario al globo celeste che serve per poterlo mettere a punto sul T.S.L..

Con il globo celeste si possono fare svariate simulazioni e osservare la rotazione della sfera celeste sul nostro orizzonte, il ciclo dei mesi e delle stagioni per il Sole e per il cielo stellato, lo strano movimento basculante dell’eclittica e quello ancor più accentuato della via lattea. Le stesse simulazioni si possono ripetere per altri luoghi della Terra. Prima di tutto quelli speciali: polo Nord e polo Sud, equatore, tropico del Cancro e tropico del Capricorno, circolo polare artico e circolo polare antartico. Si può riprodurre la volta celeste di città o di altri luoghi del mondo e vedere dove si trova il Sole quando è sopra l’orizzonte, mentre se è sotto le costellazioni che si vedono.

Sole, Luna e pianeti sono mobili e quindi non sono rappresentati sul globo. Si possono però rappresentare con dei piccoli dischetti adesivi colorati del diametro di 6 – 8 mm posizionabili di volta in volta sulla fascia dello zodiaco come pedine sulla mappa di un gioco di società. Le coordinate delle loro posizioni sono facilmente reperibili in molti siti astronomici presenti in rete. Per il Sole è ancora più facile perché la sua posizione si ripete ciclicamente nell’arco dell’anno (a parte la piccola oscillazione dovuta ai 3 anni ordinari e uno bisestile) e così l’eclittica di solito è già contrassegnata come un calendario.

Per chi volesse realizzare questo modello ho preparato due schede con i dettagli e le misure del mio prototipo. Vogliono essere solo un utile riferimento, una traccia non vincolante.

Anello e perno	Basamento