Il cerchio meridiano di Repsold dell’INAF – OACN (1869-70)

Premessa

Questa pagina intende illustrare in maniera panoramica e visiva, i principi di funzionamento ed uso del cerchio meridiano, uno strumento astronomico inventato e impiegato fin dai primi anni del ‘700, e per tutto il ‘900, per misurare le coordinate degli astri sulla volta celeste. Le tecniche e gli strumenti di seguito descritti sono del periodo qui considerato che va da circa la metà dell’Ottocento a circa la metà del Novecento.

Per una trattazione più completa e rigorosa delle pagine riguardanti le coordinate astronomiche e la misura del tempo si rimanda alle fonti bibliografiche che trattano l’argomento.

Nel cerchio meridiano il telescopio può ruotare unicamente intorno a un asse orizzontale orientato nella direzione est-ovest descrivendo, sulla volta celeste, il meridiano celeste dell’osservatore (cerchio che passa per il sud, lo zenith e il nord e fisso rispetto all’osservatore). Veniva impiegato per misurare le coordinate equatoriali degli astri.

Ovest

Cerchio meridiano, Uccle Astronomical Observatory, 1953

Le coordinate equatoriali della stella S:

γA = α = ascensione retta di S              AS = δ = declinazione di S

Il punto A è l’intersezione del cerchio passante per la stella S e ortogonale all’equatore celeste

Come si misuravano al cerchio meridiano le coordinate equatoriali degli astri

Il punto γ è l’origine delle ascensioni rette; queste si misurano sull’equatore celeste. A causa della rotazione terrestre tutti gli astri, ed anche il punto γ, ruotano apparentemente da est verso ovest compiendo una rotazione completa in un giorno siderale che dura circa 23h e 56m del tempo solare medio segnato dai comuni orologi.

Gli strumenti di misura

Questo video illustra l’astronomo che si posiziona sull’apposita sedia per le osservazioni; quindi si porta all’oculare del telescopio del cerchio meridiano e ruota le manopole di uno strumento chiamato micrometro filare (vedi dopo).

Cerchio meridiano, U.S. Naval Observatory, Washington, 1915

Nella cupola d’osservazione era collocato un pendolo siderale indispensabile per la misura delle ascensioni rette degli astri.

1953

Il pendolo siderale era collegato elettricamente ad uno strumento, detto cronografo, che registrava, ad esempio su di un cilindro ruotante uniformemente, i singoli secondi scanditi dal pendolo siderale. Ad ogni secondo scandito dal pendolo un pennino registrava sul cilindro il relativo appulso. Il cronografo si metteva in funzione quando iniziavano le osservazioni.

Cronografo elettromagnetico a cilindro, 1940s

In cupola vi era anche un altro tipo di cronografo detto a rullo; anche questo era collegato elettricamente al pendolo siderale e ne imprimeva sulla striscia di carta i singoli secondi.

Cronografo elettromagnetico a rullo scorrevole, 1953

Come si misuravano le ascensioni rette e le declinazioni delle stelle al cerchio meridiano

L’astronomo ruotava il telescopio in verticale fino ad inquadrare la stella in esame che, se visibile nel campo visuale del telescopio, era prossima al passaggio in meridiano. Lo strumento a cui poneva l’occhio si chiama micrometro filare ed è composto da fili appositamente illuminati di notte. Il filo centrale verticale visualizzava il meridiano celeste locale.

1953

Ruotando il tamburo collegato all’apposita vite micrometrica si muoveva il filo mobile del micrometro bisecando la stella in esame e seguendone il moto apparente sulla sfera celeste fino a raggiungere e superare il filo centrale fisso che visualizzava il meridiano celeste locale.

1953

Mentre l’astronomo ruotava il tamburo della vite micrometrica vi erano, all’interno di questo, dei contatti elettrici che trasmettevano al cronografo un ulteriore appulso nell’istante in cui la stella passava per il filo centrale del micrometro cioè per il meridiano celeste locale.

1915

Qui vediamo l’astronomo, che ultimata l’osservazione, si reca al cronografo a rullo per esaminarne il tracciato e calcolare l’ascensione retta dell’astro in esame.

1953

La misura della declinazione si leggeva direttamente al microscopio sull’apposita scala graduata del relativo cerchio. In genere vi erano più microscopi per avere una media delle letture per compensare le flessioni meccaniche e le dilatazioni termiche del cerchio graduato.

1953

Il corretto stazionamento del cerchio meridiano

Durante il corso dell’anno, si doveva periodicamente controllare il corretto assetto del cerchio meridiano, cioè che la rotazione del telescopio intorno all’asse est-ovest descrivesse esattamente il meridiano celeste locale, per evitare l’insorgere di errori sistematici nelle misure.

collimatore nord del cerchio meridiano di Repsold, INAF-OACN

Per verificare l’esatta verticalità dell’asse ottico del telescopio si ruotava il telescopio portandone l’obiettivo al nadir; poi si apriva un apposito vano nel pavimento della cupola contenente una superficie speculare perfettamente orizzontale e collocata lungo la verticale del telescopio.

1953

Quindi si poneva l’occhio all’oculare del micrometro dove si vedevano simultaneamente i fili del micrometro, opportunamente illuminati, e la loro immagine riflessa dalla superficie speculare. Se i centri dei fili del micrometro e della sua immagine speculare coincidevano, allora l’asse ottico del telescopio era correttamente allineato con la direzione zenith -nadir locale e quindi perfettamente verticale. Diversamente con apposite viti di regolazione si provvedeva alla coincidenza delle immagini.

1953

Un’ulteriore verifica del corretto stazionamento del cerchio meridiano la si operava nel seguente modo: con il telescopio in posizione verticale l’astronomo apriva le due piccole aperture circolari posizionate, una a sud e l’altra a nord, sul cubo centrale del telescopio che era vuoto nella parte interna compresa tra le stesse aperture. Poi si posizionava presso uno di due piccoli telescopi fissi, detti collimatori, anch’essi collocati uno a sud e l’altro a nord rispetto al cerchio meridiano; questi due piccoli telescopi si potevano inquadrare reciprocamente attraverso le due aperture sul tubo ottico del telescopio.

1953

L’astronomo quindi  poteva vedere simultaneamente i fili del micrometro del collimatore a cui poneva l’occhio e quelli del micrometro dell’altro collimatore dalla parte opposta della cupola. Se i centri dei fili dei micrometri di entrambi i collimatori coincidevano, allora i due piccoli telescopi erano in linea tra di loro. Diversamente con apposite viti di regolazione provvedeva al loro allineamento.   

1953

Fig. 4

Dopo aver allineato tra di loro inizialmente i fili del micrometri S del collimatore A e i fili del micrometro S’ del collimatore B si ruotava il telescopio C del cerchio meridiano portandolo orizzontalmente in linea col collimatore A e verificando l’allineamento del micrometro S” con S. Infine si ruotava di 180° il telescopio C verso il collimatore B e si controllava l’allineamento di S ” con S’.

Alla fine di tutte queste operazioni gli assi ottici SO e S’O’ dei due collimatori e quello S” O”  del telescopio dovevano risultare tutti esattamente collimati tra di loro.

Dopo aver verificato, con altre tecniche (che non vengono qui discusse), anche il perfetto allineamento dell’asse di rotazione del telescopio con la direzione est – ovest e la sua orizzontalità con apposite livelle a bolla, l’astronomo poteva essere sicuro che lo strumento descriveva esattamente, sulla volta celeste, il meridiano celeste locale.

Cerchio meridiano di Repsold – INAF OACN e collimatore sud

Credits

I video sono estratti da:

• Getty Images (1915) per il cerchio meridiano dell’ U.S. Naval Observatory, Washington. https://www.gettyimages.it/detail/video/naval-observatory-mls-rotating-dome-atop-filmati-di-cronaca/887718524?adppopup=true
• Periscope Film (1940s) per il cronografo a cilindro. https://www.youtube.com/watch?v=fsUSy6_eckg
• Hilde Langenaken (1953) per il cerchio meridiano dell’ Uccle Astronomical Observatory. https://www.youtube.com/watch?v=naL2D5iH0ME

Le immagini provengono da: 

• Le immagini di base delle cartine celesti sono state realizzate con il software di planetario Stellarium.
• L’immagine di Fig. 1 è tratta da: H.N. Russell, Astronomy: a revision of Young’s manual of astronomy, 1945.
• L’immagine di Fig.2 è tratta da: Hilde Langenaken (1953) per il cerchio meridiano dell’ Uccle Astronomical Observatory (vedi sopra).
• L’immagine di Fig.3 è tratta da: L. Ambronn, Handbuch der Astronomischen Instrumentenkunde, 1899.
• L’immagine di Fig. 4 è tratta da: E. Loomis, An introduction to practical astronomy, 1884.
• Le fotografie del Cerchio Meridiano di Repsold dell’INAF – OACN sono di P. Paura (INAF – OACN),  2018.