La Sfera Celeste

La sfera celeste viene comunemente rappresentata come una sfera, con al centro la Terra (cioè l'osservatore), che ruota attorno ad un asse, detto asse del mondo, che è l'estensione dell'asse di rotazione terrestre fino alla sfera celeste. I due punti in cui l'asse del mondo incontra la sfera celeste sono chiamati Polo Nord Celeste e Polo Sud Celeste. I due poli celesti sono i due punti attorno ai quali ruota la sfera celeste, con un moto da est verso ovest, e ogni corpo che le appartiene compie una traiettoria circolare in un tempo pari al periodo di rotazione terrestre. In altri termini, ogni volta che la Terra compie una rotazione attorno al suo asse, la sfera celeste compie un'analoga rotazione in verso opposto.
Chiamiamo cerchi massimi tutte le traiettorie circolari che abbiano come centro il centro della sfera celeste. Sono cerchi massimi, ad esempio, l'orizzonte celeste e l'equatore celeste, le estensioni alla sfera celeste degli analoghi terrestri.
L'equatore celeste viene definito come il cerchio perpendicolare all'asse del mondo e passante per il centro.
Analogamente, l'orizzonte celeste è il cerchio perpendicolare alla verticale dell'osservatore, cioè alla retta che passa per l'osservatore ed è diretta verticalmente verso la sfera celeste (nelle due direzioni che potremo chiamare "sopra" e "sotto" l'osservatore). L'intersezione con la sfera celeste identifica due punti, chiamati Zenit (quello "sopra") e Nadir (quello "sotto").

Una prima rappresentazione della sfera celeste è allora quella mostrata a lato, dove PP' è l'asse del mondo e ZZ' la verticale dell'osservatore. Lungo l'orizzonte sono anche indicati i punti cardinali. Da un punto di vista osservativo, il punto P può essere identificato con la stella Polare. Se l'osservatore si trova esattamente al polo nord terrestre, il polo nord celeste si osserva sulla sua verticale, cioè allo zenit; se l'osservatore si trova all'equatore, il polo e lo zenit sono perpendicolari tra loro e il polo si osserva all'orizzonte.

Si può dedurre da questa semplice constatazione (e dal disegno che segue) che l'altezza del polo celeste sull'orizzonte fornisce la latitudine geografica del luogo di osservazione, indicata nei disegni della sfera celeste con l'angolo .

È facile dedurre da quanto detto - ma si può anche osservare direttamente - che le stelle si muovono secondo cerchi, paralleli all'equatore celeste, i cui centri si trovano lungo l'asse del mondo (la retta PP'). Alcune traiettorie di stelle sulla sfera celeste, sono mostrate nel disegno a fianco. Le stelle più vicine al polo celeste (1 e 2) mostrano completamente il loro tragitto; per quelle più vicine all'equatore celeste (3), l'orizzonte del luogo di osservazione "oscura" parte del cammino. Le prime sono dette stelle circumpolari mentre le altre sono le normali stelle che sorgono e tramontano. I punti in cui il cammino delle stelle incontra l'orizzonte (l'alba e il tramonto) sono stati evidenziati come due pallini rossi.