8 - L'ASTROLABIO

L'Astrolabio é uno strumento che ci dà molte informazioni sull'aspetto del cielo. Oltre a mostrarci cosa vedremo in cielo per ogni giorno dell'anno e per ogni ora del giorno - e della notte - ci dice anche l'ora del sorgere e tramontare del Sole e in genere ci permette di fare una simulazione del movimento della sfera celeste. Lo strumento è molto semplice, si può fare con due pezzi di cartoncino o di cellofan, e tutti possono usarlo facilmente, anche chi è digiuno di astronomia. Il funzionamento dell'Astrolabio si basa sul fatto che il movimento (apparente) della sfera celeste è il risultato della combinazione dei movimenti terrestri di Rotazione in un giorno e di Rivoluzione in un anno: infatti in un disco dobbiamo scegliere il Giorno dell'anno e sull'altro l'Ora del giorno: facendo coincidere i due punti scelti avremo la rappresentazione del cielo in quel momento.

L'Astrolabio è uno strumento antichissimo, sicuramente lo usava Ipparco, un astronomo dell'antica Grecia due secoli prima di Cristo. In seguito è stato perfezionato ma il principio di funzionamento è sempre valido perché la Terra da allora ha continuato a muoversi nello stesso modo. Questo è un astrolabio arabo costruito nel medioevo in ottone cesellato: quasi un'opera di oreficeria. L'astrolabio è stato per secoli l'unico strumento usato per calcolare la posizione degli astri, almeno fino all'invenzione dei regoli logaritmici e delle calcolatrici. A pensarci bene l'Astrolabio è un regolo calcolatore analogico. Oggi possiamo usare materiali trasparenti ottenendo una maggiore precisione ad un costo molto più basso.

COME E' FATTO l'ASTROLABIO

L'Astrolabio si compone di due dischi:

Nel primo c'è la mappa stellare ed il calendario annuale, con i mesi ed i giorni. Al centro della mappa c'è il Polo Nord celeste, ossia la stella Polare (è sotto il perno, ma si possono vedere l'Orsa Maggiore e l'Orsa Minore). La striscia mobile con scritto DATA ci serve per facilitare il puntamento: si chiama ALIDADA, una parola araba che significa 'asticella', e contiene la linea di fede (la lineetta nera che ci serve per fissare un punto preciso).

Il secondo disco contiene il cerchio orario giornaliero, da 0 a 24, e la finestra del nostro Orizzonte con i punti cardinali (è l'ovale non colorato). Qui c'è scritto "Ora Civile - Località Cortina": questo perché l'Astrolabio viene progettato per una certa località e per usare l'Ora Civile o l'Ora Solare: questo è stato fatto questo inverno per Cortina d'Ampezzo. Osserviamo che i punti cardinali sembrano sbagliati, non corrispondono a quelli della carte geografiche perché l'Est è a sinistra del Nord invece di essere a destra. La ragione è che le carte geografiche sono fatte per essere distese sul tavolo mentre l'Astrolabio è fatto per essere rivolto verso il cielo, davanti agli occhi: se dopo averlo alzato verso il cielo indirizziamo il Nord verso la Stella Polare tutto tornerà a posto. Volendo possiamo costruire un Astrolabio da tavolo, con i punti cardinali messi come sulla carta geografica: basta fare le immagini speculari dei due dischi.

COME FUNZIONA

Ora colleghiamo insieme le tre parti e vediamo come funziona. 

Portiamo l'alidada sul 21 marzo (Equinozio di Primavera) e la fissiamo; poi ruotiamo il disco orario fino ad avere le ore 24 sulla linea di fede: nella finestra dell'Orizzonte abbiamo tutte le stelle visibili in quel momento (se non piove). Osserviamo che in corrispondenza del SUD (il nostro Meridiano) abbiamo la costellazione della Vergine, in un punto vicino a quella del Leone, come accade in realtà: l'Astrolabio è costruito proprio in modo da avere la corrispondenza tra i mesi e la posizione delle costellazioni.

Per fare un altro esempio scegliamo il giorno di oggi; portiamo l'alidada sulla data e ruotiamo il disco orario fino all'ora attuale: nella finestra non colorata abbiamo il cielo come si può osservare in questo momento. Se vogliamo sapere come sarà fra tre ore, ruotiamo il disco orario tre ore in avanti ed avremo la nuova situazione. In pratica spostando la data simuliamo il movimento annuale mentre spostando l'ora simuliamo il movimento diurno: la combinazione dei due ci dà la situazione del momento.

SORGERE E TRAMONTARE DEGLI ASTRI

Possiamo sapere per ogni giorno l'ora del sorgere e tramontare di ogni stella. Infatti un astro sorge o tramonta quando si trova esattamente all'orizzonte, orientale o occidentale.

SORGERE: Fissiamo l'alidada sulla data e ruotiamo il disco orario fino a che la stella sia sul bordo ORIENTALE dell'Orizzonte: sulla linea di fede leggiamo l'ora del sorgere.
TRAMONTARE: Ora ruotiamo il disco orario fino a che la stella sia sul bordo OCCIDENTALE dell'Orizzonte: sulla linea di fede leggiamo l'ora del tramontare.

IL MOVIMENTO DEL SOLE

L'Astrolabio ci può dare anche diverse informazioni sul Sole. Nella mappa stellare è disegnato un cerchio rosso: è l'ECLITTICA, cioè la posizione del Sole rispetto alle stelle, che cambia durante l'anno. Sappiamo tutti che il Sole non descrive sempre lo stesso arco nel cielo: d'Estate è più ampio ed alto che d'inverno ed il giorno è più lungo. Questo dipende dal moto di rivoluzione della Terra, che mentre ci fa apparire una rotazione delle stelle rispetto a noi, ci fa anche apparire uno spostamento del Sole rispetto alle stelle. Una volta fissata l'alidada sulla data, il Sole in quel giorno si trova (pressappoco) all'intersezione della linea di fede con l'Eclittica. Considerando questo punto possiamo leggere l'ora del sorgere e del tramontare del Sole con lo stesso sistema usato per le stelle e per differenza calcolare la durata del giorno. Nel corso dell'anno il Sole non sorge e tramonta sempre negli stessi punti: possiamo sapere se il sorgere e il tramontare avvengono verso Nord o verso Sud rispetto ai punti Est ed Ovest.

DOV'E' LA TRIGONOMETRIA

Visto così l'Astrolabio appare piuttosto semplice e certamente non in grado di eseguire calcoli trigonometrici: ma allora le famose formule di trasformazione delle coordinate? Le formule sono state usate durante la progettazione dell'Astrolabio per disegnare l'Orizzonte locale e la sua collocazione rispetto al Polo Nord: questi elementi variano a seconda del luogo di osservazione, principalmente se cambia la latitudine.

Per esempio, noi siamo intorno ai 44° Nord e quindi il nostro Zenit dista dal Polo 46° e la Stella Polare è a mezza altezza. I percorsi delle stelle appaiono così:

Se fossimo al Polo Nord avremmo la Stella Polare in coincidenza con lo Zenit, proprio sopra la nostra testa e vedremmo le stelle muoversi in un altro modo:

Se invece fossimo sull'Equatore vedremmo la stella Polare bassa sull'orizzonte verso Nord e le stelle seguirebbero questi percorsi:

E' evidente che cambiando il luogo di osservazione cambia la porzione di cielo visibile e cambia anche la proiezione dell'Orizzonte locale rispetto al Polo. Per queste ragioni occorre calcolare, per ogni latitudine, sia la mappa del cielo in proiezione polare che il disco orario con la finestra dell'orizzonte.

UN ASTROLABIO PIU' COMPLESSO

L'Astrolabio può essere realizzato in diversi modi: esaminiamo ora un tipo più complicato, che però offre più informazioni ed una maggior precisione per quello che riguarda il Sole.

Alla Mappa stellare e al Calendario delle date (fondo blu) è stato aggiunto un altro calendario (fondo giallo) che serve a trovare l'esatta posizione del Sole, che nell'astrolabio più semplice era approssimata. C'è anche una scala in numeri romani: è l'Ascensione Retta, una coordinata del sistema equatoriale. In corrispondenza delle ore XXIV c'è il Punto . Il cerchio Azzurro intorno al Polo Nord è l'Equatore celeste Le linee azzurre che congiungono alcune costellazioni facilitano il riconoscimento delle stelle. Le alidade sono due, una per la Data e l'altra per la posizione del Sole e per altre misure.

L'altro disco oltre alle 24 ore e all'orizzonte contiene anche i cerchi di Azimut e Altezza. La Zeta al centro di questi cerchi indica lo Zenit, che sta sulla nostra verticale, è il punto più alto del nostro cielo. Ci sono anche tre fasce che rappresentano la durata dei crepuscoli: Nautico, Civile e Astronomico.

Il FUNZIONAMENTO è simile all'altro. Fissiamo la data e l'ora di oggi - scegliamo una stella visibile, per esempio Altair nell'Aquila - ci portiamo l'alidada libera La linea di fede ci indica l'Ascensione Retta di Altair sulla scala in numeri romani - 19 ore e 50 minuti. Lungo la stessa linea possiamo stimare la Declinazione - circa 10 gradi.

Anche qui possiamo stimare l'ora del sorgere e tramontare delle stelle e del Sole. Per il Sole fissiamo la posizione portando la sua alidada sulla data odierna nella scala rosso su giallo: il Sole si trova esattamente all'intersezione della linea di fede con l'Eclittica. Oltre all'ora del sorgere e tramontare possiamo anche sapere la durata dei crepuscoli, che precedono il sorgere e seguono il tramonto.

Se ci interessa per il puntamento del telescopio possiamo anche trovare l'Ora Siderale del momento: tenendo ferma l'alidada della data giriamo il disco orario fino a portare le ore 24 sulla linea di fede: l'Ora Siderale si legge sullo stesso disco in corrispondenza del Punto .

In sostanza con l'Astrolabio possiamo avere facilmente i dati nei DUE SISTEMI DI RIFERIMENTO più usati in astronomia: Il Sistema Equatoriale e quello Altazimutale senza complicati calcoli trigonometrici, che sono stati effettuati e per così dire cristallizzati nello schema dello strumento al momento della progettazione, in modo diverso secondo la località di osservazione.