Sfera celeste -Celestial sphere

Per l'antico modello cosmologico, vedi Sfere celesti . Per altri usi, vedere Celeste (disambiguazione) .
Terra che ruota all'interno di una sfera celeste geocentrica di raggio relativamente piccolo . Qui sono mostrate le stelle (bianche), l' eclittica (rossa, la circoscrizione dell'apparente traccia annuale del Sole) e le linee di ascensione retta e i cerchi di declinazione (ciano) del sistema di coordinate equatoriali .

In astronomia e navigazione , la sfera celeste è una sfera astratta che ha un raggio arbitrariamente grande ed è concentrica alla Terra . Tutti gli oggetti nel cielo possono essere concepiti come proiettati sulla superficie interna della sfera celeste, che può essere centrata sulla Terra o sull'osservatore. Se centrata sull'osservatore, metà della sfera assomiglierebbe a uno schermo emisferico sopra il luogo di osservazione.

La sfera celeste è uno strumento concettuale utilizzato nell'astronomia sferica per specificare la posizione di un oggetto nel cielo senza considerare la sua distanza lineare dall'osservatore. L' equatore celeste divide la sfera celeste negli emisferi settentrionale e meridionale .

introduzione

Sfera celeste, XVIII secolo. Museo di Brooklyn .

Poiché gli oggetti astronomici si trovano a distanze così remote, l'osservazione casuale del cielo non offre informazioni sulle loro effettive distanze. Tutti gli oggetti celesti sembrano ugualmente lontani , come se fossero fissati all'interno di una sfera con un raggio ampio ma sconosciuto, che sembra ruotare in alto verso ovest; nel frattempo, la Terra sotto i piedi sembra rimanere ferma. Ai fini dell'astronomia sferica , che si occupa solo delle direzioni degli oggetti celesti, non fa differenza se questo è effettivamente il caso o se è la Terra che sta ruotando mentre la sfera celeste è ferma.

La sfera celeste può essere considerata di raggio infinito . Ciò significa che qualsiasi punto al suo interno, compreso quello occupato dall'osservatore, può essere considerato il centro . Significa anche che tutte le linee parallele , siano esse distanti tra loro millimetri o attraverso il Sistema Solare , sembreranno intersecare la sfera in un unico punto, analogamente al punto di fuga della prospettiva grafica . Tutti i piani paralleli sembreranno intersecare la sfera in un grande cerchio coincidente (un "cerchio di fuga").

Al contrario, gli osservatori che guardano verso lo stesso punto su una sfera celeste a raggio infinito guarderanno lungo linee parallele e gli osservatori guarderanno verso lo stesso grande cerchio, lungo piani paralleli. Su una sfera celeste a raggio infinito, tutti gli osservatori vedono le stesse cose nella stessa direzione.

Per alcuni oggetti, questo è eccessivamente semplificato. Gli oggetti che sono relativamente vicini all'osservatore (ad esempio, la Luna ) sembreranno cambiare posizione rispetto alla sfera celeste distante se l'osservatore si sposta abbastanza lontano, diciamo, da un lato all'altro del pianeta Terra . Questo effetto, noto come parallasse , può essere rappresentato come un piccolo offset da una posizione media. La sfera celeste può essere considerata centrata al centro della Terra, al centro del Sole o in qualsiasi altra posizione conveniente, e si possono calcolare gli offset dalle posizioni riferite a questi centri.

In questo modo, gli astronomi possono prevedere le posizioni geocentriche o eliocentriche degli oggetti sulla sfera celeste, senza la necessità di calcolare la geometria individuale di un particolare osservatore, e viene mantenuta l'utilità della sfera celeste. I singoli osservatori possono calcolare i propri piccoli offset dalle posizioni medie, se necessario. In molti casi in astronomia, gli offset sono insignificanti.

La sfera celeste può quindi essere pensata come una specie di abbreviazione astronomica , e viene applicata molto frequentemente dagli astronomi. Ad esempio, l' Almanacco astronomico per il 2010 elenca la posizione geocentrica apparente della Luna il 1 gennaio alle 00:00:00.00 ora terrestre , in coordinate equatoriali , come ascensione retta 6 h 57 m 48,86 s , declinazione +23° 30' 05.5" . In questa posizione è implicito che è come proiettato sulla sfera celeste; qualsiasi osservatore in qualsiasi luogo che guardi in quella direzione vedrebbe la "Luna geocentrica" ​​nello stesso punto contro le stelle. Per molti usi approssimativi (es. calcolo di una fase approssimativa della Luna), questa posizione, vista dal centro della Terra, è adeguata.

Per le applicazioni che richiedono precisione (es. calcolo del percorso d'ombra di un'eclissi ), l' Almanacco fornisce formule e metodi per calcolare le coordinate topocentriche , cioè viste da un punto particolare della superficie terrestre, in base alla posizione geocentrica. Ciò abbrevia notevolmente la quantità di dettagli necessari in tali almanacchi, poiché ogni osservatore può gestire le proprie circostanze specifiche.

Storia greca sulle sfere celesti

Le sfere celesti (o sfere celesti) erano inizialmente concepite come entità perfette e divine da astronomi greci come Aristotele (dal 384 a.C. al 322 a.C.). Il filosofo greco Aristotele compose un insieme di principi chiamati fisica aristotelica che delineavano l'ordine naturale e la struttura del mondo. Come altri astronomi greci, anche Aristotele pensò alla "...sfera celeste come quadro di riferimento per le loro teorie geometriche sui moti dei corpi celesti" (Olser, p. 14). Con l'adozione da parte di Aristotele della teoria di Eudosso, Aristotele aveva descritto i corpi celesti all'interno della sfera celeste come pieni di purezza, perfezione e quintessenza (il quinto elemento noto per essere divino e purezza secondo Aristotele). Significativamente, Aristotele considerava il Sole, la Luna, i pianeti e le stelle fisse come sfere perfettamente concentriche divise in due regioni; la regione sublunare e la regione superlunare. Aristotele aveva affermato che questi corpi (nella regione sopralunare) sono perfetti e non possono essere corrotti da nessuno dei quattro elementi; fuoco, acqua, aria e terra. Gli elementi corruttibili erano contenuti solo nella regione sublunare e gli elementi incorruttibili erano nella regione superlunare del modello geocentrico di Aristotele. Aristotele aveva l'idea che il comportamento delle sfere celesti dovesse muoversi in un movimento celeste (un movimento circolare perfetto) che dura per l'eternità. Ha anche affermato che il comportamento e la proprietà seguono rigorosamente un principio di luogo naturale in cui l'elemento della quintessenza si muove solo liberamente per volontà divina mentre altri elementi; fuoco, aria, acqua e terra sono corruttibili al cambiamento e all'imperfezione. I concetti chiave di Aristotele si basano sulla natura dei cinque elementi che distinguono la Terra e i Cieli nella realtà astronomica con l'applicazione del modello di Eudosso per definire le sfere fisicamente reali.

Numerose scoperte di Aristotele ed Eudosso (circa dal 395 a.C. al 337 a.C.) hanno suscitato differenze in entrambi i loro modelli e hanno condiviso proprietà simili contemporaneamente. Aristotele ed Eudosso rivendicarono due diversi conteggi di sfere nei cieli. Secondo Eudosso, c'erano solo 27 sfere nei cieli, mentre ci sono 55 sfere nel modello di Aristotele. Eudosso tentò di costruire matematicamente il suo modello da un trattato noto come On the Velocities (tradotto dal greco all'inglese) e affermò che la forma dell'ippopede o lemniscate era associata alla regressione planetaria. Aristotele ha sottolineato che la velocità delle sfere celesti è immutabile, come i cieli, mentre Eudosso ha sottolineato che le sfere hanno una forma geometrica perfetta. Le sfere di Eudosso produrrebbero movimenti indesiderati nella regione inferiore dei pianeti, mentre Aristotele introdusse srotolatori tra ogni serie di sfere attive per contrastare i movimenti dell'insieme esterno, altrimenti i movimenti esterni sarebbero trasferiti ai pianeti esterni. Aristotele avrebbe poi osservato "... i movimenti dei pianeti usando le combinazioni di sfere annidate e movimenti circolari in modi creativi, ma ulteriori osservazioni continuavano a disfare il loro lavoro" (Olser pag. 15).

A parte Aristotele ed Eudosso, Empedocle diede una spiegazione che il moto dei cieli, muovendosi attorno ad esso a velocità divina (relativamente elevata), pone la Terra in una posizione stazionaria a causa del moto circolare che impedisce il movimento discendente per cause naturali. Aristotele ha criticato il modello di Empedocle, sostenendo che tutti gli oggetti pesanti vanno verso la Terra e non il vortice stesso che arriva sulla Terra. Lo ridicolizzò e affermò che l'affermazione di Empedocle era estremamente assurda. Tutto ciò che sfidava il movimento del luogo naturale e dei cieli immutabili (comprese le sfere celesti) fu immediatamente criticato da Aristotele.

Sistemi di coordinate celesti

Questi concetti sono importanti per comprendere i sistemi di coordinate celesti , strutture per misurare le posizioni degli oggetti nel cielo . Alcune linee e piani di riferimento sulla Terra , quando proiettati sulla sfera celeste, formano le basi dei sistemi di riferimento. Questi includono l' equatore terrestre , l' asse e l' orbita . Alle loro intersezioni con la sfera celeste, questi formano rispettivamente l' equatore celeste , i poli nord e sud celesti e l' eclittica . Poiché la sfera celeste è considerata arbitraria o di raggio infinito, tutti gli osservatori vedono l'equatore celeste, i poli celesti e l'eclittica nello stesso punto sullo sfondo delle stelle .

Da queste basi, le direzioni verso gli oggetti nel cielo possono essere quantificate costruendo sistemi di coordinate celesti. Simile alla longitudine e alla latitudine geografica , il sistema di coordinate equatoriali specifica le posizioni relative all'equatore celeste e ai poli celesti , utilizzando l'ascensione retta e la declinazione . Il sistema di coordinate dell'eclittica specifica le posizioni relative all'eclittica ( orbita terrestre ), utilizzando la longitudine e la latitudine dell'eclittica . Oltre ai sistemi equatoriali ed eclittici, alcuni altri sistemi di coordinate celesti, come il sistema di coordinate galattiche , sono più appropriati per scopi particolari.

Storia

Articolo principale: pluralismo cosmico
Ulteriori informazioni: Storia dell'astronomia

Gli antichi presumevano la verità letterale delle stelle attaccate a una sfera celeste, che ruotavano attorno alla Terra in un giorno, e una Terra fissa. Il modello planetario eudoxano , su cui si basavano i modelli aristotelici e tolemaici , fu la prima spiegazione geometrica del "vagabondaggio" dei pianeti classici . Si pensava che la più esterna di queste "sfere di cristallo" portasse le stelle fisse . Eudosso usò 27 solidi sferici concentrici per rispondere alla sfida di Platone : "Con l'assunzione di quali moti uniformi e ordinati possono essere spiegati i moti apparenti dei pianeti?" Anassagora alla metà del V secolo aC fu il primo filosofo conosciuto a suggerire che le stelle fossero "pietre infuocate" troppo lontane perché il loro calore fosse percepito. Idee simili furono espresse da Aristarco di Samo . Tuttavia, non sono entrati nell'astronomia tradizionale del periodo tardo antico e medievale. L'eliocentrismo copernicano eliminò le sfere planetarie, ma non precludeva necessariamente l'esistenza di una sfera per le stelle fisse. Il primo astronomo del Rinascimento europeo a suggerire che le stelle fossero soli lontani fu Giordano Bruno nel suo De l'infinito universo et mondi (1584). Questa idea era tra le accuse, anche se non in posizione di rilievo, mosse contro di lui dall'Inquisizione. L'idea divenne mainstream alla fine del XVII secolo, soprattutto in seguito alla pubblicazione di Conversations on the Plurality of Worlds di Bernard Le Bovier de Fontenelle (1686), e all'inizio del XVIII secolo era l'ipotesi di lavoro predefinita nell'astronomia stellare.

Globo stellato

Globo celeste di Jost Bürgi (1594)
Articoli principali: mappa stellare , sfera armillare e globo celeste

Una sfera celeste può anche riferirsi a un modello fisico della sfera celeste o del globo celeste. Tali globi mappano le costellazioni all'esterno di una sfera, risultando in un'immagine speculare delle costellazioni viste dalla Terra. Il più antico esempio sopravvissuto di un tale manufatto è il globo della scultura dell'Atlante Farnese , una copia del II secolo di un'opera più antica ( periodo ellenistico , 120 a.C. circa).

Corpi diversi dalla Terra

Vedi anche: Sistema di riferimento celeste internazionale

Gli osservatori su altri mondi, ovviamente, vedrebbero gli oggetti in quel cielo più o meno nelle stesse condizioni, come se fossero proiettati su una cupola. Si potrebbero costruire sistemi di coordinate basati sul cielo di quel mondo. Questi potrebbero essere basati sull'equivalente "eclittica", poli ed equatore, sebbene le ragioni per costruire un sistema in questo modo siano tanto storiche quanto tecniche.

Guarda anche

Appunti

Riferimenti

link esterno