Elementi di riferimento sulla sfera celeste

La sfera celeste è una sfera immaginaria, di raggio arbitrario e con al centro la Terra, sulla cui superficie si proiettano tutti gli astri. Essa possiede un moto apparente di rotazione, detto moto diurno, dovuto al moto di rotazione della Terra attorno al proprio asse.
La sfera celeste non ha nessuna realtà  fisica, è solo un’illusione dovuta al fatto che non siamo in grado di valutare visivamente la diversa distanza dei corpi celesti.
Gli oggetti visibili in ogni istante sulla sfera celeste dipendono:

1. dalle coordinate geografiche dell’osservatore che cambiano nel tempo a causa del moto di rotazione della Terra;
2. dal moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole che, nel corso dell’anno, fa cambiare gli oggetti visibili da un determinato luogo sulla Terra, ad una data ora;
3. il “moto di precessione” dell’asse terrestre e il “moto proprio” delle stelle che, su tempi scala molto lunghi, modificano la visibilità  degli oggetti in cielo.

Per effetto del moto di rotazione della Terra intorno al proprio asse, la sfera celeste sembra ruotare intorno ad un asse detto asse celeste, proiezione dell’asse terrestre, che interseca la sfera celeste in due punti detti poli celeste nord e polo celeste sud. I poli celesti sono gli unici due punti della sfera celeste che restano immobili durante il moto diurno.
In una sfera un cerchio massimo è un cerchio individuato dall’intersezione della superficie della sfera con un piano che passa per il suo centro.
Possiamo dunque definire, sulla sfera celeste, alcuni cerchi massimi che sono l’intersezione di alcuni piani fondamentali con la sfera celeste.
Definiamo equatore celeste il cerchio massimo ottenuto intersecando la sfera celeste con un piano perpendicolare all’asse celeste e passante per il centro della Terra. Esso coincide con la proiezione dell’equatore terrestre sulla sfera celeste.

Sulla sfera celeste si possono poi definire i seguenti riferimenti legati all’osservatore:

• Zenit: il punto in cui la verticale condotta dal luogo d’osservazione verso l’alto incontra la sfera celeste;
• Nadir: il punto in cui la verticale condotta dal luogo d’osservazione verso il basso incontra la sfera celeste; è ovviamente il punto opposto allo zenit e non è mai visibile;
• Meridiano celeste: il cerchio massimo passante per lo zenit, il nadir e i poli celesti. Esso coincide con la proiezione sulla volta celeste del meridiano geografico del luogo. Gli oggetti celesti raggiungono la massima altezza sull’orizzonte (“culminano”) quando transitano in meridiano;
• Punto di Mezzocielo: punto d’intersezione sulla sfera celeste del meridiano celeste con l’equatore celeste;
• Orizzonte Astronomico: è il cerchio massimo ottenuto dall’intersezione del piano perpendicolare alla verticale del luogo con la sfera celeste. I punti di intersezione fra orizzonte astronomico e meridiano celeste sono i punti cardinali Nord (dal lato del polo nord) e Sud (dal lato del polo sud). Tutti i circoli massimi passanti per lo Zenit, il Nadir, ed il centro della sfera celeste prendono il nome di verticali. Il circolo verticale a 90ï‚° dal meridiano celeste prende il nome di Primo Verticale. Le sue intersezioni con l’orizzonte definiscono i punti Est e Ovest. I punti Nord, Est, Sud, Ovest, che si succedono in senso orario a 90ï‚° l’uno dall’altro sull’orizzonte, prendono il nome di punti cardinali.
• Linea Meridiana: la retta che congiunge i punti cardinali Nord e Sud, intersezione del piano del Meridiano Celeste con il piano dell’Orizzonte.
• L’eclittica descrive il percorso apparente del Sole sulla sfera celeste, nel corso dell’anno. Essa interseca l’equatore celeste in due punti detti nodi, chiamati anche Punto di Ariete e Punto della Bilancia.

Il punto d’Ariete, o punto γ o punto vernale, è il punto d’intersezione dell’eclittica con l’equatore celeste nel quale si trova il Sole all’equinozio di primavera.
Il punto della Bilancia, o punto Ω, è il punto d’intersezione dell’eclittica con l’equatore celeste esattamente opposto al punto d’Ariete, nel quale il Sole transita all’equinozio d’autunno.
L’eclittica non coincide con l’equatore celeste perchè il piano dell’equatore terrestre è inclinato rispetto a quello dell’orbita della Terra; l’angolo tra i due piani è chiamato obliquità  Îµ dell’eclittica. Attualmente si ha: ε = 23° 26′.
Il valore dell’obliquità  oscilla ciclicamente tra circa 22°.5 e 24°.5, con un periodo dell’ordine di 41000 anni. Nell’epoca attuale l’obliquità  decresce di circa 47″.11 /secolo.
L’intervallo di tempo tra due passaggi consecutivi del Sole al punto d’Ariete è detto anno tropico o anno solare che, per effetto del moto di precessione degli equinozi, è più breve di circa 20m rispetto all’anno siderale.
Occorre notare che, sempre a causa del fenomeno della precessione degli equinozi, nell’epoca attuale, il punto γ si trova nella costellazione dei Pesci, e non più nell’Ariete, e ci resterà  fino a circa l’anno 2700.
Lungo l’eclittica troviamo la cosiddetta fascia zodiacale, una regione della sfera celeste che si estende per circa 16° di ampiezza a cavallo dell’eclittica e all’interno della quale vediamo spostarsi il Sole, la Luna e i pianeti del Sistema Solare.

Le costellazioni della fascia zodiacale prendono il nome di costellazioni zodiacali.
A causa del moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole (linea rossa), nel corso dell’anno cambia la costellazione zodiacale in cui si vede proiettato il Sole (linea gialla) e quindi, nel percorso apparente che descrive in un anno sulla sfera celeste, sembra muoversi tra le costellazioni zodiacali.
Il punto gamma è considerato il punto iniziale dello zodiaco ed è tuttora chiamato anche “primo punto d’Ariete”, perchè questo nome fu stabilito quando l’equinozio di primavera coincideva con l’ingresso del Sole nella costellazione dell’Ariete.
Oggi, a causa della precessione degli equinozi, nel giorno dell’equinozio di primavera il Sole si trova nella costellazione dei Pesci, e quindi sarebbe più corretto chiamare questo punto “primo punto dei Pesci”.