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(5) Latitudine e Longitudine

    Ogni punto della superficie terrestre è individuato da due numeri: la sua latitudine e la sua longitudine. Se un pilota o il capitano di una nave vuole specificare la sua posizione su una mappa, sono queste le "coordinate" che dovrà usare.

    In pratica, si tratta di due angoli, misurati in gradi, "minuti d'arco" e "secondi d'arco". Questi valori sono indicati con i simboli ( °,   ',   "  ), ad esempio 35° 43' 9" denota un angolo di 35 gradi, 43 minuti e 9 secondi (attenzione a non confondere questi simboli, con quelli (', ") usati, nella lingua inglese, per indicare i piedi e i pollici!). Un grado è formato da 60 minuti d'arco, e un minuto è formato da 60 secondi d'arco (si può omettere l'espressione "d'arco" quando dal contesto risulti chiaro che non si tratta di unità di tempo).

    Nei calcoli spesso si usa indicare gli angoli con le lettere minuscole dell'alfabeto greco, e pertanto la latitudine sarà indicata con λ (lambda, la lettera greca che corrisponde a L), e la longitudine con φ (phi, la lettera greca che corrisponde a F). Ecco come vengono definite:

Latitudine

Come si definisce la latitudine
  L'angolo λ della latitudine
    Immaginiamo che la Terra sia una sfera trasparente (in realtà la forma è leggermente ovale: a causa della rotazione terrestre, la zona equatoriale si rigonfia un po'). Attraverso questa Terra trasparente (ved. disegno) possiamo vedere il suo piano equatoriale, e in mezzo ad esso il punto O, il centro della Terra.

Per specificare la latitudine di un certo punto P della superficie, tracciamo il raggio OP fino a tale punto. Allora l'angolo di elevazione di quel punto al di sopra dell'equatore è la sua latitudine λ, latitudine nord se è a nord dell'equatore, latitudine sud (o negativa) se è a sud dell'equatore.

        [Ci si potrebbe domandare come si possa definire un angolo tra una linea e un piano... dopo tutto, gli angoli vengono in genere misurati tra due linee!
      Ottima domanda. Dobbiamo usare l'angolo complementare a 90 gradi, quell'angolo tra la linea e quella perpendicolare al piano. Nel nostro caso sarebbe l'angolo (90°-λ) tra OP e l'asse terrestre, noto come co-latitudine di P].
Linee di latitudine
  Linee di
  latitudine
    Sul globo terrestre, le linee di latitudine sono circonferenze di differente diametro. La più lunga è l'equatore, la cui latitudine è zero, mentre ai poli, a latitudine 90° nord e 90° sud (o -90°), le circonferenze si riducono a un punto.

Longitudine

    Sul globo terrestre, le linee di longitudine costante ("meridiani") vanno da polo a polo, come i bordi degli spicchi di un'arancia sbucciata.

    Ogni meridiano interseca l'equatore. Poiché l'equatore è una circonferenza, possiamo dividerlo, come ogni circonferenza, in 360 gradi, e quindi la longitudine φ di un punto è individuata dalla posizione in cui il suo meridiano incontra l'equatore.

Linee di longitudine
  Linee di
  longitudine
  ("meridiani")
    Quale sia tale valore dipende naturalmente da dove iniziamo a contare i gradi, cioè da quale sia la longitudine zero. Per motivi storici, è stata scelta come longitudine zero quella del meridiano che passa per l'Osservatorio Astronomico Reale di Greenwich, in Inghilterra. Posizionato poco ad est di Londra, la capitale britannica, l'Osservatorio è ora un museo aperto al pubblico, e una striscia di ottone, che corre lungo il cortile, indica il "Primo Meridiano". Spesso i turisti si fanno fotografare a cavallo di essa, con un piede nell'emisfero orientale della Terra, e un piede nell'emisfero occidentale.

      Una linea di longitudine costante è anche chiamata meridiano, dalle parole latine meri, una variazione di "medius" che significa "mezzo", e diem, che significa "giorno", cioè mezzogiorno. Nel corso della giornata, le ore prima di mezzogiorno sono dette antimeridiane, e quelle dopo mezzogiorno sono dette pomeridiane (gli anglosassoni usano le abbreviazioni a.m. e p.m.). A mezzogiorno, si dice che il Sole "passa al meridiano". Tutti i punti sulla stessa linea di longitudine costante avranno il mezzogiorno (e ugualmente ogni altra ora) nello stesso momento, e quindi si dice che si trovano sullo stessa "linea meridiana", o brevemente sullo stesso "meridiano".

Tempo locale e tempo universale

    Due concetti importanti connessi con la latitudine e (specialmente) con la longitudine sono il Tempo Locale (TL) e il Tempo Universale (TU).

    Il Tempo Locale è in sostanza una misura della posizione del Sole relativamente a una data località. Alle ore 12 (mezzogiorno) del tempo locale, il Sole passa per il sud e si trova alla sua massima distanza dall'orizzonte (nell'emisfero boreale). Attorno alle 6 antimeridiane sorge, e attorno alle 6 pomeridiane tramonta. Il tempo locale è quello che usiamo tutti per regolare la nostra vita giornaliera, l'orario di lavoro, il momento dei pasti e le ore di sonno.

    Però supponiamo di volere precisare il tempo di un particolare evento astronomico, per esempio il momento in cui è stata rivelata per la prima volta la supernova del 1987. Per far ciò abbiamo bisogno di un unico orologio, su cui ognuno, in tutto il mondo, sia d'accordo, e non legato quindi a una certa località. Questo è il Tempo Universale (TU), che può essere definito (con qualche leggera imprecisione, che non è il caso di considerare qui) come il tempo locale di Greenwich, in Inghilterra, dove si trova il meridiano zero.

Tempo Locale (TL) e Fusi Orari

    Le longitudini si misurano da zero a 180° est e a 180° ovest (o -180°), ed entrambe le longitudini di 180 gradi hanno in comune la stessa linea, in mezzo all'Oceano Pacifico.

    Durante la rotazione della Terra attorno al suo asse, in ogni istante una linea di longitudine -- "il meridiano di mezzogiorno" -- è rivolta verso il Sole, e in ogni suo punto sarà mezzogiorno. Dopo 24 ore la Terra avrà compiuto una rotazione completa rispetto al Sole, e sarà lo stesso meridiano ad essere rivolto di nuovo verso il Sole. Così ogni ora la Terra ruota di 360/24 = 15 gradi.

    Quando nella vostra località è mezzogiorno, 15° più ad est, sarà l'una del pomeriggio, poiché quello è il meridiano che era rivolto verso il Sole un'ora fa. Analogamente, 15° più ad ovest saranno le 11 di mattina, poiché fra un'ora sarà quel meridiano ad essere rivolto verso il Sole, e per i punti su di esso sarà mezzogiorno.

    A metà del XIX secolo, ogni comunità degli Stati Uniti definiva il proprio tempo locale come quello in cui il Sole, in media, raggiungeva il punto più lontano dall'orizzonte (ogni giorno) alle ore 12. Tuttavia chi viaggiava attraverso la nazione in treno doveva rimettere il proprio orologio in ogni città, e i telegrafisti che trasmettevano su lunghe distanze dovevano coordinare i loro tempi. Questa confusione spinse le compagnie ferroviarie ad adottare dei fusi orari, cioè delle fasce di territorio (larghe circa 15° ciascuna) che adottavano lo stesso tempo locale, che differiva di 1 ora da quello contiguo. Il sistema fu poi adottato dall'insieme di tutte le nazioni.

    La zona continentale degli Stati Uniti è suddivisa in quattro fusi orari principali (Eastern, Central, Mountain e Western), più alcuni altri per l'Alaska, le Isole Aleutine e le Hawaii. Le province canadesi ad est del Maine adottano il tempo atlantico. In genere le aree corrispondenti a questi fusi orari sono riportate negli elenchi telefonici, nella mappa che indica i codici postali. Tutte le altre nazioni del mondo hanno i loro fusi orari, ad eccezione dell'Arabia Saudita, che usa il tempo locale per motivi religiosi.

    Inoltre, gli orologi sono in genere portati un'ora avanti tra Aprile e Ottobre. Questa "ora legale" consente di sfruttare meglio il fatto che in quei mesi il Sole sorge più presto, senza dover modificare gli orari di lavoro. Alzandosi più presto la mattina e andando a dormire più presto la sera, si può sfruttare meglio la luce del giorno di primo mattino, e avere un'ora di luce in più la sera.

La linea del cambiamento di data e il Tempo Universale (TU)

    Supponiamo che sia mezzogiorno nella località in cui vi trovate e vi spostiate verso ovest, e supponiamo che possiate viaggiare istantaneamente fin dove vogliate.

    Quindici gradi più ad ovest sarebbero le 11, trenta gradi più ad ovest sarebbero le 10, 45 gradi più ad ovest sarebbero le 9 di mattina, e così via. Continuando in questo modo, a 180 gradi di distanza avremmo raggiunto la mezzanotte, e andando ancora più ad ovest, arriveremmo al giorno precedente. Procedendo ancora, dopo aver viaggiato per 360 gradi saremmo tornati al punto di partenza, e sarebbe di nuovo mezzogiorno, ma mezzogiorno del giorno prima.

    Ehi -- aspettate un momento! Non è possibile andare dall'oggi alla stessa ora del giorno precedente!

    Il paradosso è dovuto al fatto che la longitudine determina soltanto l'ora del giorno e non la data, che va determinata separatamente. Per evitare il problema incontrato sopra, è stata stabilita una linea internazionale del cambiamento di data, che corre per lo più lungo il meridiano dei 180 gradi, dove, per comune accordo, quando la si attraversa, si porta la data avanti di un giorno, se si viaggia verso ovest, o indietro di un giorno, se si viaggia verso est.

    Questa linea passa per lo Stretto di Berig, tra l'Alaska e la Siberia, che quindi hanno date diverse, ma per il resto del suo percorso corre in mezzo all'oceano e perciò non crea inconvenienti al tempo locale.

    Gli astronomi, gli astronauti e coloro che hanno a che fare con i dati dei satelliti hanno bisogno di un tempo che sia lo stesso dovunque, non legato a una particolare località o a un fuso orario. Viene usato in tal caso il Tempo Medio di Greenwich, il tempo astronomico a Greenwich (mediato sull'anno). E' quindi chiamato in genere Tempo Universale (TU).
 

Ascensione retta e declinazione

    La sfera celeste assomiglia al globo terrestre, e le posizioni su di essa sono indicate in modo simile, mediante una rete di meridiani, che vanno da polo a polo, e di linee di uguale latitudine, perpendicolari ad essi, che corrono in circolo nel cielo. Per studiare una particolare galassia, un astronomo punta il telescopio sulle sue coordinate.

    Sulla Terra, l'equatore è diviso in 360 gradi e il meridiano zero è quello che passa per Greenwich: l'angolo φ della longitudine è misurato ad est o ad ovest di Greenwich, a seconda di dove il corrispondente meridiano interseca l'equatore.

    In cielo, anche l'equatore celeste è diviso in 360 gradi, ma il conteggio parte da uno dei due punti in cui l'equatore celeste interseca l'eclittica, quello in cui viene a trovarsi il Sole attorno al 21 marzo. E' chiamato equinozio di primavera o talvolta primo punto dell'Ariete, poiché nell'antichità, quando è stato osservato per la prima volta dai Greci, si trovava nella costellazione zodiacale dell'Ariete. Da allora il punto si è spostato, come è discusso in una prossima sezione sulla precessione.

    Per il globo celeste, tuttavia, vengono usati termini e notazioni che differiscono un po' da quelli usati per il globo terrestre. I meridiani sono indicati dall'angolo α (la lettera greca alfa), chiamato ascensione retta e non longitudine. E' misurato dall'equinozio di primavera, ma viene contato solo verso est, e, invece di andare da 0 a 360 gradi, viene indicato in ore e altre divisioni temporali, e ogni ora corrisponde a 15 gradi.

    Similmente, mentre sulla Terra la latitudine va da 90° nord a 90° sud (o -90°), gli astronomi preferiscono la co-latitudine, l'angolo dall'asse polare, uguale a 0° al polo nord, 90° all'equatore, e 180° al polo sud. Questa grandezza è chiamata declinazione ed è indicata da δ (la lettera greca delta). I due angoli (α, δ), usati per specificare (per esempio) la posizione di una stella, sono chiamati collettivamente coordinate celesti.

    La prossima sezione spiega come il Sole, le stelle e poi precisi orologi, hanno permesso ai naviganti di trovare la loro latitudine e longitudine.

Per approfondire ancora:

Un sito Web con delle mappe stellari.

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Autore e Curatore:   Dr. David P. Stern
     Ci si può rivolgere al Dr. Stern per posta elettronica (in inglese, per favore!):   stargaze("chiocciola")phy6.org

Traduzione in lingua italiana di Giuliano Pinto

Aggiornato al 10 Dicembre 2005