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livello elementare.
ARGOMENTO: NAVIGAZIONE
PERIODO: XX – XXI SECOLO
AREA: NAVIGAZIONE ASTRONOMICA
parole chiave: effemeridi, azimut, stelle
Fin dall’inizio della storia, gli antichi popoli cercarono un modo per orientarsi nei loro viaggi, in alcuni casi anche su lunghe distanze, osservando i movimenti del sole, della luna e delle stelle. Seguire le stelle era l’unico metodo per chi spostava nei grandi spazi aperti, per mare e per terra. L’osservazione dei punti di riferimento, unita alla direzione al sorgere o al tramonto del sole e delle altre stelle era di certo un metodo poco preciso ma per quei tempi lontani sufficiente a consentire i loro trasferimenti. Nacquero così le prime carte, i primi portolani che descrivevano le caratteristiche dei luoghi lungo le coste e i primi strumenti. Nel corso del tempo, gli strumenti di navigazione e le metodologie si evolsero, consentendo ai navigatori di orientarsi in modo sempre più affidabile.
La navigazione astronomica, supportata dal calcolo matematico della posizione basato sulle effemeridi delle stelle e dei pianeti specifici, resistette fino all’avvento dei sistemi di navigazione inerziale (INS) e degli ausili alla navigazione a lungo raggio come i sistemi Decca, LORAN e Omega, per poi divenire obsoleto con l’introduzione del Global Positioning System (GPS). Questo non significa che le generalità della navigazione celeste non debbano essere conosciute, facendo parte del bagaglio culturale di ogni navigante, per cielo, terra e mare
Per quanto possa essere considerato obsoleto, lo studio della navigazione astronomica fa ancora parte dell’addestramento dei futuri naviganti per mare e per aria in quanto a differenza dei sistemi di radionavigazione (come GPS, GLONASS, etc) la navigazione celeste non è vulnerabile alla indisponibilità dei satelliti a causa di sempre possibili guasti dei sistemi, attacchi informatici e militari, impulsi elettromagnetici solari. Inoltre, questi sistemi possono essere spenti dagli amministratori senza dare nessun avviso.
sala operativa dello US Space Command, la guerra nello spazio è già incominciata tra le superpotenze
Non si tratta di un canovaccio di un film di fantapolitica, la guerra spaziale tra le superpotenze è già iniziata … è solo meno nota. Il problema non è recente. Nel 1967 fu firmato il trattato sullo spazio extra-atmosferico (Outer Space Treaty) che costituisce ancora oggi la struttura giuridica di base del diritto internazionale aerospaziale. Di fatto negli ultimi anni incidenti incidenti “spaziali” sono già avvenuti, tra cui anche abbattimenti di satelliti. Il primo test noto di intercettazione satellitare fu effettuato nel 1985, dagli Stati Uniti utilizzando un ASM-135 ASAT per distruggere il satellite P78-1. Più recentemente, l’11 gennaio 2007, la Cina eseguì un test missilistico anti-satellite, lanciando un missile a combustibile solido multistadio dal Centro di lancio satellitare di Xichang.
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Il problema sono sempre i detriti che si genererebbero dalla distruzione dei satelliti che potrebbero danneggiare le due stazioni intorno alla Terra, la Stazione Spaziale Internazionale, ISS e la Tiangong 3 cinese, che è ancora in fase di costruzione. Il governo cinese, a seguito del ripetersi dello sfioramento della loro stazione da parte di due satelliti della Starlink (l’ultimo nell’ottobre 2021), ha accusato alle Nazioni Unite gli Stati Uniti. Analoga situazione delicata è stata la distruzione da parte della Russia di un suo vecchio satellite, effettuata però senza avvisare l’equipaggio della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Inutile dire che l’evento ha mandato su tutte le furie la NASA. Lo Space Command statunitense sta ora elaborando procedure di difesa per salvaguardare le costellazioni spaziali.
In breve, questa guerra fredda è già iniziata e potrebbe comportare l’interruzione dei servizi di navigazione elettronica impiegati in tutti i domini terrestre, navali e aerei. Questo comporterebbe un ritorno ai sistemi di navigazione tradizionali sia per le navi che per gli aerei. Vediamo ora di capire di cosa stiamo parlando.
Se l’uso nautico del sestante è più noto va ricordato che la navigazione astronomica o celeste fu utilizzata fino agli anni ’20 anche dai piloti degli aerei, impegnati nelle prime navigazioni a lungo raggio. I primi velivoli, che effettuavano lunghe tratte, erano dotati di un astrodome, una “cupola” che sporgeva dalla fusoliera, in cui un navigatore poteva usare un ottante per prendere le altezze delle stelle.
Navigare con le stelle
Come abbiamo premesso è possibile trovare la propria posizione ovunque sulla Terra in base alle posizioni relative dei corpi celesti. La cosmografia studia i rapporti tra la terra e qualsiasi corpo celeste in qualsiasi momento specifico, per cui l’esatta posizione di un corpo celeste nel cielo può essere calcolata con estrema precisione riferendoci ad un orario stabilito al secondo.
Con la conoscenza di quella posizione esatta, riportate in tabelle chiamate effemeridi, un insieme di valori elaborati in un intervallo di tempo che riguardano varie grandezze astronomiche, ed utilizzando un sestante per misurare l’angolo tra l’orizzonte dell’osservatore e la stella, è possibile determinare una linea di posizione (LOP). Vedremo come l’intersezione di diverse linee di posizione determina la posizione dell’osservatore (latitudine e longitudine).
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Terminologia utile Altezza di un corpo celeste Azimut di un corpo celeste Equatore Celeste Declinazione Piano eclittico Posizione stimata Posizione Linea di posizione (LOP) |
Il punto astronomico: una geniale applicazione di geometria sferica
Per comprendere il metodo, immaginiamoci di trovarci in un campo aperto dove sorgono due torri di altezza nota. Come facciamo a sapere dove siamo? La geometria ci aiuta impiegando uno strumento che ci consente di leggere delle differenze angolari tra due linee di riferimento, il sestante.
Allievi dell’Accademia Navale si esercitano al calcolo del punto stellare con il sestante, 1930
Conoscendo i valori di altezza delle torri, che sono visibili dal tuo punto di osservazione, potremo misurare con il nostro sestante l’angolo tra il livello del terreno e la sommità di una delle torri. Usando quell’angolo e l’altezza nota della torre, la distanza tra la nostra posizione e la torre può essere determinata matematicamente. Diventa quindi semplice tracciare con il compasso un cerchio intorno alla torre con raggio uguale alla distanza ottenuta. Tecnicamente otterremo una linea di posizione circolare (LOP) attorno alla torre.
da https://digilander.libero.it/ldmf7/astronomia.html
Faremo poi lo stesso procedimento sulla seconda torre, disegnando un secondo cerchio. L’intersezione dei due cerchi ci darà quindi due punti di ugual distanza. Anche in questo caso ci troveremo in una situazione di incertezza, che potremo fugare solo conoscendo il percorso fatto nella nostra navigazione precedente. In caso contrario, avremo necessariamente bisogno di una terza “torre” ovvero di un terzo punto di riferimento.
Premesso questo, vedremo come questo principio si applica anche per la navigazione astronomica. In pratica, il sole, la luna o le stelle possono essere usati in modo simile alle torri che avevamo preso come riferimenti.
Per semplificare il nostro ragionamento immaginiamo che la Terra sia al centro della sfera celeste su cui si muovono tutti i corpi celesti; per cui il riferimento nord/sud, o Equatore Celeste, della sfera celeste è sullo stesso piano dell’equatore terrestre e il riferimento est/ovest è sullo stesso piano del meridiano di Greenwich.
Attraverso calcoli matematici, la posizione geografica della stella sulla superficie terrestre può essere calcolata per qualsiasi data e ora. Quindi, un osservatore terrestre può misurare con un sestante l’altezza della stella in un determinato momento (il tempo di lettura del valore è fondamentale e, in caso anche di un piccolo errore temporale, può provocare grossi errori).
come misurare l’altezza di un corpo celeste, https://www.celestaire.com/using-a-sextant/
Se pensate all’esempio precedente, l’altezza della stella è l’equivalente celeste dell’altezza di una delle torri. Se quella distanza fosse usata come raggio di un cerchio disegnato attorno alla stella e quel cerchio poi proiettato di nuovo sulla terra, fornirebbe un cerchio di posizione come la torre. Anche in questo caso avremo bisogno di almeno tre cerchi di posizione per ottenere un punto.
cerchi di ugual posizione riferiti a tre stelle A,B e C da https://www.appuntimania.com/scientifiche/astronomia-cosmologia
Le altezze e i tempi di osservazione entrano così nel calcolo, un tempo fatto attraverso lunghi e complessi calcoli effettuati manualmente utilizzando i riferimenti dati dalle effemeridi, oggigiorno semplificato da programmi impiegabili su computer portatili. La precisione aumenta con l’esperienza anche se non può essere comparabile a quella fornita dai sistemi radio elettronici e satellitari … ma i “vecchi” metodi di navigazione astronomica, in caso di necessità ci possono sempre aiutare a trovare la via di casa.
Andrea Mucedola
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
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