La Luna presso l’orizzonte è più grande, davvero?

Avete mai notato che gli oggetti astronomici vicini all'orizzonte appaiono molto più grandi rispetto a quando sono visti alti nel cielo?

L'esempio per eccellenza è costituito dalla Luna, soprattutto nei pressi del plenilunio.
Osservate il nostro satellite quando si trova vicino all'orizzonte e quando invece è alto nel cielo, la stessa notte. Noterete una grande differenza nelle dimensioni apparenti.

La Luna all'orizzonte e alta nel cielo: quale è più grande?

La Luna, quindi, cambia dimensioni quando si sposta nel cielo?

Non voglio darvi la risposta, voglio portarvici con un po’ di ragionamento.

Cominciamo con il dire che il moto che vediamo, che coinvolge tutti gli oggetti della sfera celeste, è apparente, dovuto al moto di rotazione della Terra.

La Luna ruota anche intorno al nostro pianeta, ma in poche ore compie un tragitto veramente minimo, che non giustifica la differenza di diametro che osserviamo. Questo effetto, inoltre, coinvolge anche il Sole ben più distante.

Possiamo a questo punto cercare le cause di quello che osserviamo qui sulla Terra e alle condizioni di osservazione, di certo non lo possiamo attribuire alla Luna stessa, perché praticamente rimane ferma nel cielo. Questa ipotesi intrinseca alla Terra o all'osservatore è confermata dal fatto che anche il Sole subisce lo stesso effetto, risultando enorme presso l'orizzonte e molto più piccolo quando è alto (osservatelo sempre con un apposito filtro solare!).

L'unica ipotesi plausibile è che questi oggetti vicino all'orizzonte siano più vicini al nostro pianeta, tanto da apparire più grandi. Se essi non si muovono in modo apprezzabile, allora dobbiamo capire se è la Terra che varia la distanza da essi quando si trovano vicini all'orizzonte.

La distanza in effetti varia tra il momento in cui la Luna è vicina all'orizzonte e quando è alta, ma in modo contrario a quello che suggeriscono le nostre osservazioni. 

Il Sole e soprattutto la Luna si trovano leggermente più lontani dall'osservatore quando sono prossimi all'orizzonte rispetto a quando sono alla loro massima altezza.

C'è qualcosa che non torna: secondo questo ragionamento la situazione dovrebbe presentarsi addirittura esattamente al contrario di quello che i nostri occhi osservano.

Possiamo quindi escludere qualsiasi fenomeno fisico alla base di queste osservazioni.

Visto che siamo un po' pazzi, a questo punto non ci resta che mettere in discussione l'osservazione. Supponiamo allora che l'occhio umano, indistintamente, subisce un fenomeno di illusione ottica: l’osservazione che facciamo è quindi solamente il frutto della nostra mente. Ce ne vuole di coraggio per fare una ipotesi del genere, per mettere in discussione i principi stessi del nostro ragionamento, ma questo è quello che dovrebbe fare la scienza: mettersi in gioco, non ancorarsi mai sulle proprie posizioni.

Non ci costa niente mettere alla prova questa nostra bizzarra tesi; basta fare delle misurazioni oggettive con strumenti diversi dai nostri occhi.

Scattiamo due fotografie con un piccolo teleobiettivo alla Luna, quando si trova nei pressi dell'orizzonte e quando invece è bella alta nel cielo. Teniamo lo zoom fisso in modo da poter confrontare direttamente le due immagini.

Con nostra grande sorpresa scopriamo che i due dischi lunari hanno esattamente le stesse dimensioni. Vuoi vedere che l'occhio è veramente ingannato dalla presenza dell'orizzonte e che si tratta semplicemente di un'illusione ottica?

In effetti la Luna e il Sole non sono più grandi quando sono vicini all'orizzonte, ma appaiono più grandi solamente al nostro occhio. 

L'illusione degli oggetti all'orizzonte è un inganno che coinvolge la totalità degli esseri umani.

Quello che succede a livello fisiologico è che il nostro cervello, quando osserva la Luna vicina all'orizzonte, quindi con dei riferimenti, la colloca in una posizione più vicina di quanto non sia in realtà. Viceversa, quando i riferimenti non ci sono più, in alto nella sfera celeste, il cervello la posiziona alla giusta distanza e la percepisce più piccola rispetto alla situazione precedente. 

Abbiamo avuto una bella prova di come si cercano delle risposte oggettive a fenomeni osservabili e di come, spesso, ciò che molti occhi vedono non sempre rispecchi necessariamente la realtà.

Quanti di voi che non conoscevano il problema a priori avrebbero messo in dubbio il dato fondamentale, che sei miliardi di occhi in ogni parte del mondo percepiscono la stessa identica distorsione della realtà e che quindi il problema semplicemente non esiste?

John Travolta, nel film codice Swordfish (lo so, citazione di alto livello!) affermava: “ciò che l'occhio vede e l'orecchio sente, la mente crede”.

Ma tra vedere e credere c'è di mezzo il ragionamento. 

Potenza della mente.

Perché di giorno le stelle non si vedono?

Le stelle si possono vedere solo di notte, non di giorno.

Questa è una verità così palese che spesso non ci si sofferma sui motivi profondi di questa  osservazione. 

Allora a questo punto vi giro la domanda, vediamo se sapete darmi una giustificazione plausibile: perché le stelle di giorno non si vedono?

Quanti di voi sanno davvero la risposta?

Molti diranno: ovvio, perché di giorno c'è il Sole, la cui elevata luminosità oscura tutte le altre, deboli, stelle. 

La risposta, in questi termini, è incompleta e debole, tanto che confutarla diventa molto semplice; basta una foto ripresa dallo spazio per mostrare che la presenza del Sole, di per se, non rappresenta un ostacolo all'osservazione del cielo. 

Il cielo dallo spazio non è brillante neanche con il Sole

Uno a zero per me, provate di nuovo!

Queste foto vi danno però lo spunto per capire il motivo per il quale di giorno non si vedono le stelle.

Qual è la differenza tra l'osservare il cielo dallo spazio e dalla superficie terrestre? L'atmosfera!

In effetti, il motivo per il quale di giorno il cielo è chiaro e nasconde tutte le stelle è da attribuire alla nostra atmosfera, che non è completamente trasparente alla luce.

La presenza di aria, di particelle solide, di vapore acqueo, rendono l'atmosfera simile ad un banco di nebbia, seppur in misura molto minore.

E cosa succede quando accendete i fari abbaglianti dell'auto mentre vi trovate in un fitto banco di nebbia?

Che la visibilità addirittura peggiora: la nebbia intercetta la luce dei fari e si trasforma in un muro bianco che vi impedisce di vedere la strada.

Questo fenomeno è detto diffusione.

Le particelle liquide e solide contenute nell'atmosfera, e la stessa aria, riflettono in tutte le direzioni (diffondono), come se fossero dei minuscoli specchi orientati casualmente, parte della radiazione che la attraversa.

Il fenomeno della diffusione è evidente con la nebbia perché molto intenso, ma è sempre presente e diventa importante quando ci sono forti sorgenti luminose.

E' questo il motivo per il quale il cielo di giorno è brillante e nasconde le stelle.

La luce solare che entra nell'atmosfera è molto intensa. L'involucro gassoso che avvolge il nostro pianeta non è completamente trasparente e diffonde in tutte le direzioni, proprio come se fosse nebbia, la luce solare, rendendo il cielo brillante. Non a caso, se non ci fosse l'atmosfera, la luce solare non verrebbe diffusa ed il cielo apparirebbe completamente nero. 

Facciamo un passo in avanti, cercando di capire le proprietà della diffusione della luce da parte dell'atmosfera della Terra.

Se ci troviamo in pianura, in una giornata di calma atmosferica (assenza di vento), il cielo appare di una tonalità biancastra o di un azzurro pallido. Se ci spostiamo in montagna il cielo assume una tonalità azzurra molto accesa, si dice che il cielo è terso. 

Perché questa differenza? 
Ancora meglio: perché il cielo diurno è azzurro?

Il colore del cielo dipende dalle caratteristiche dell'atmosfera dalla quale osserviamo.

In pianura l'aria sovrastante è carica di umidità, di polveri e spesso smog. Queste particelle solide o liquide (acqua) diffondono la luce, composta da diverse lunghezze d’onda, della stessa quantità. Il risultato è che il cielo tende ad apparire bianco perché tutti i colori vengono diffusi nello stesso modo.

Quando andiamo in alta montagna smog, polveri e umidità sono generalmente contenuti. Sopra la nostra testa, se è sereno, l'atmosfera è pulita e contiene praticamente solo aria, nelle proporzioni che conosciamo (78%  azoto, 21% ossigeno).

Le molecole gassose si comportano diversamente: bloccano e diffondono maggiormente la luce blu rispetto a quella rossa. In parole più rigorose, l'intensità della diffusione è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda della luce. Minore lunghezza d'onda implica maggiore diffusione, quindi minore trasparenza.

E' questo il motivo per il quale di giorno il cielo appare azzurro.

Il Sole irradia la superficie terrestre a tutte le lunghezze d'onda visibili, ma le molecole del gas dell'alta atmosfera bloccano e diffondono in modo molto più efficiente la lunghezza d'onda blu-azzurra rispetto a quella rossa. Ne consegue che il cielo assume la classica tonalità azzurra.

E allora perché il cielo al tramonto o all'alba assume una colorazione rossastra?

Nei pressi del tramonto o dell'alba la luce solare attraversa uno strato molto spesso di atmosfera. La luce che vediamo è la combinazione dei due meccanismi citati.

Le molecole gassose negli strati superiori dell'atmosfera diffondono la luce blu; quella rossa passa quasi inalterata.

Quando la luce solare, ormai povera della componente blu, giunge negli spessi strati più bassi, viene diffusa da parte delle polveri e dal vapore acqueo; questo è il meccanismo che fa assumere al cielo in prossimità del Sole la colorazione rossa.

La nostra stella, poiché privata della componente blu diffusa dagli strati più alti (in effetti il cielo lontano dal Sole appare ancora azzurro), si tinge di un rosso intenso.

Diffusione di Rayleigh da parte del gas atmosferico

Non è un caso se i tramonti più belli si osservano in pianura, perché siamo nelle migliori condizioni affinché gli strati bassi dell'atmosfera diffondano efficientemente la radiazione rossa, rendendo il cielo molto colorato.

Abbiamo quindi compreso a fondo il motivo per il quale le stelle di giorno non si vedono: perché la luce diffusa dalla nostra atmosfera rende il cielo più brillante di ogni stella. 
Ma siamo sicuri che la brillanza del cielo sia così elevata da rendere invisibile qualsiasi stella?

Nell'analisi che abbiamo fatto c'è un "trucco" per rendere il cielo diurno più scuro e sperare di osservare qualche stella anche di giorno?

Il trucco c'è, guardate la figura a lato che rappresenta l'andamento della diffusione da parte delle molecole di aria in funzione della lunghezza d'onda e cercate di capirlo....

L'Universo in movimento

Con questo post inauguro una nuova "rubrica" periodica nella quale pubblicherò immagini/video che mostreranno l'evoluzione di qualche evento dell'Universo, generalmente ottenuti con la tecnica time-lapse, ovvero dell'accelerazione del normale scorrere del tempo.

Il tramonto del Sole in un'immagine a lunga esposizione

Nell'Universo infatti, nulla resta immobile ed uguale a se stesso; la Natura non sembra contemplare affatto la parola staticità. Il problema è che in moltissime occasioni i tempi dell'Universo sono molto differenti dai nostri tempi, con la conseguenza che molte situazioni ci appaiono inesorabilmente statiche.
Non è così e spero di dimostrarvelo nel corso del tempo.

Cominciamo in questa occasione con qualcosa di classico e semplice: il moto di rotazione della Terra, che si mostra evidente specialmente in prossimità dell'alba o del tramonto del Sole.
Cosa succede se acceleriamo il normale scorrere del tempo di diverse volte?
Che potremmo assistere a dei tramonti ancora più spettacolari ed emozionanti di quelli già stupendi che ci regala la Natura.
Qui ne trovate un assaggio, ripreso dalla mia casa di Perugia e scattando una serie di immagini con una comune fotocamera digitale compatta.
Buona visione!

Eclissi di Luna il prossimo 10 Dicembre

il prossimo 10 Dicembre potremmo assistere ad un'eclissi lunare in prima serata, l'ultima per i prossimi due anni.

Eclisse lunare il prossimo 10 Dicembre

L'evento sarà totale, ma dall'Italia la Luna sorgerà purtroppo con la fase di totalità terminata da alcuni minuti, quindi potremmo assistere solamente alle fasi parziali finali e non al bellissimo fenomeno della Luna rossa, riservato questa volta agli abitanti dell'Asia, dell'Oceania e dell'Europa del nord.
Nonostante questo, l'evento sarà comunque interessante da osservare, se non altro per l'orario particolarmente favorevole.
Il nostro satellite sorgerà infatti poco dopo le 16:30 locali, con la fase totale terminata alle 15:58. Gli abitanti posti all'estremo est della nostra penisola vedranno la Luna sorgere qualche minuto prima, ancora oscurata per gran parte dall'ombra della Terra.
La fase parziale terminerà alle 17:18 locali, con la Luna alta poco più di 6°.
Per l'osservazione vi consiglio quindi di recarvi un un posto con l'orizzonte est-nord est libero, magari in collina o in montagna.
Siamo lontani dallo spettacolo del 15 giugno scorso, ma bisogna accontentarsi perché la prossima eclisse di Luna, seppur parziale, sarà visibile solamente il 25 Aprile 2013, mentre per la totale dovremmo aspettare fino al 28 Settembre 2015.
Per saperne di più date un'occhiata alla seconda parte di questa pagina.
Buone osservazioni!

L'incontaminata bellezza del cielo notturno

A causa del grande inquinamento luminoso, nel nostro bel paese ormai non esiste più neanche un angolino in cui godere della bellezza di un cielo incontaminato.

In un video la bellezza di un cielo incontaminato

Se nessuno di voi non è mai andato in qualche sperduta parte dell'Europa dell'est o nelle grandi savane africane, sicuramente non sa immaginare cosa significa osservare da un cielo in cui le uniche luci visibili sono le stelle, non i lampioni che secondo i nostri amministratori dovrebbero regalarci una falsa speranza di sicurezza.

In un posto davvero buio per centinaia di chilometri, il cielo vi sembrerà davvero più vicino, brillando incontrastato di una luminosità mai vista prima.
Oggetti brillanti come Venere e Giove proiettano addirittura ombre in terra, mentre la Via Lattea estiva illumina debolmente il paesaggio, che altrimenti apparirebbe completamente nero, così scuro che diventa addirittura impossibile vedere la nostra mano con il braccio proteso di fronte.

E' facile lasciarsi guidare dalle parole quando il loro compito è solamente quello di ricordarci esperienze già vissute. Meno facile, se non impossibile, che esse, per quanto poetiche, possano essere così efficienti da creare nella nostra mente l'emozione per qualcosa che non abbiamo mai avuto modo di sperimentare.
Ne sono ben cosciente, proprio perché neanche io ho mai visto un cielo totalmente incontaminato e non riesco a trasformare lo stupore delle descrizioni nelle emozioni di chi me le ha raccontate.

Se non avete modo di fare un viaggio lampo in uno dei luoghi ancora non raggiunti dall'invadente mano dell'uomo nel breve tempo di lettura di questo post, ho la soluzione per voi.
Un astrofili italiano, Lorenzo Comolli, qualche mese fa è stato in Namibia ospite di una farm dedicata proprio all'osservazione del cielo, che da quelle parti è tra i migliori del mondo.
Di ritorno da questo meraviglioso viaggio, Lorenzo non si è limitato a raccontare con occhi luccicanti le emozioni che ha potuto assaporare, ma ha costruito un favoloso video time-lapse costituito da oltre 250 ore di riprese effettuate in automatico da due fotocamere digitale, mentre lui e gli altri appassionati della compagnia si godevano il cielo con i loro strumenti astronomici.
Il video finale rappresenta finalmente la giusta descrizione per regalare a tutti noi comuni mortali l'emozione di osservare da uno di questi paradisi.
Gustatevelo a schermo intero e lasciatevi trasportare dalla bellezza sconvolgente dell'Universo, pensando maliconicamente che uno spettacolo del genere era ben visibile al tempo dei nostri nonni e probabilmente nessuno in Italia vedrà per molto, molto tempo.
Forse è il caso di pensare a spegnere qualche luce in più e lasciare che siano le stelle ad illuminare le nostre notti; chissà se non ne guadagneremo anche di sogni, a volte di questi tempi così tremendamente fragili e lontani.
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