Realizzare uno Star-trail

È esperienza comune di tutti gli abitanti del Lario Orientale vedere il Sole sorgere dai monti lecchesi e tramontare dietro quelli comaschi, transitando intorno a mezzogiorno sopra la Brianza. In termini astronomici questa esperienza quotidiana si traduce nel moto diurno della nostra stella da est verso ovest raggiungendo la massima altezza sopra l’orizzonte a sud.

Questo moto apparente del Sole oggi sappiamo essere dovuto al moto reale di rotazione della Terra intorno al proprio asse. Un concetto che diamo per scontato ma che potrebbe apparire controintuitivo se ci basiamo unicamente sulla nostra esperienza personale. Infatti, quello che osserviamo tutti i giorni con i nostri occhi è il moto del Sole “intorno a noi” mentre non percepiamo nessun tipo di movimento associato alla rotazione della Terra che avviene ad una velocità elevata, superiore ai 1000 km/h. Il motivo che ci spinge a pensare di essere “fermi” è che la velocità di rotazione della Terra è costante in modulo e quindi durante il moto non subiamo strattonamenti (accelerazioni) né nella direzione del moto né in quella opposta. In realtà, ad essere precisi, subiamo un’accelerazione verso il cielo che ci rende tanto “leggeri” quanto più siamo vicini all’equatore terrestre. Anche questa accelerazione però è costante in modulo e piccola rispetto a quella che ci trattiene al suolo, responsabile del nostro peso (accelerazione gravitazionale). Infine, un’ultima accelerazione, nota come di Coriolis, perturba i corpi in moto sul nostro pianeta. Sarà proprio la misura di quest’ultima a portare il fisico francese Jean Bernard Léon Foucault a dimostrare, nel non così lontano 1851, che la Terra ruota su sé stessa.

A questo punto della nostra trattazione due sono le informazioni chiave che possediamo: la Terra ruota su sé stessa ed il Sole è una stella come tutte quelle che osserviamo nel cielo. Con queste due informazioni possiamo concludere che tutte le stelle appaiono ruotare intorno a noi seguendo orbite circolari con centro nei punti situati sopra e sotto l’asse terrestre: i poli celesti.

Inoltre, essendo il Sole una stella, anch’esso dovrà muoversi nel cielo descrivendo un’orbita circolare intorno ai poli celesti. Eppure, quello che abbiamo descritto all’inizio dell’articolo non è esattamente una circonferenza ma un arco che parte da est e termina ad ovest passando dal punto cardinale sud.

Per risolvere questa apparente contraddizione è necessario considerare nuovamente la figura 1 ed osservare che quanto detto fino ad ora è valido solo se l’osservatore è allineato con l’asse di rotazione terrestre.

Questa condizione sul nostro pianeta è verificata unicamente in due punti geografici: il polo nord ed il polo sud geografici. In tutti gli altri casi, gli abitanti del nostro pianeta si troveranno inclinati rispetto all’asse di rotazione con un angolo pari alla latitudine del luogo di osservazione come mostrato in figura 2.

L’orbita circolare del Sole, visto dalle latitudini del Lario Orientale (46° N) apparirà quindi non come una circonferenza ma come un arco più o meno ampio a seconda della stagione considerata. In particolare, quando il Sole percorre il tratto di circonferenza posto sopra l’orizzonte abbiamo il giorno altrimenti la notte.

Guardare il cielo da una latitudine diversa da quelle polari ci permette inoltre di osservare, nel corso della stessa notte, il moto delle stelle intorno ad entrambi i poli celesti. La linea immaginaria che separa il moto delle stelle intorno al polo celeste nord da quello intorno al polo celeste sud è detta equatore celeste. L’unico punto del pianeta dove sono visibili entrambi i poli celesti è l’equatore terrestre. Negli altri casi vedremo il polo celeste nord dall’emisfero boreale mentre il polo celeste sud da quello australe.

Come ben sappiamo il lago di Como, così come l’Italia, si trova nell’emisfero boreale e pertanto è possibile osservare unicamente il polo celeste nord. Ma come identificarlo?

Fortunatamente nei pressi del polo celeste nord si trova una stella di media luminosità nota con il nome di stella Polare. Questa è un punto di riferimento per gli astronomi di tutti i tempi perché ci indica in ogni periodo dell’anno la posizione del polo celeste nord oltre che la direzione del polo nord geografico. Inoltre, per quanto detto prima, l’altezza di questa stella dall’orizzonte equivale alla latitudine del luogo da cui stiamo osservando (46° per le zone del Lago di Como). La famosa stella Polare, quindi, non è importante perché è la stella più luminosa del cielo notturno ma perché è l’unica a rimanere pressoché immobile durante il corso della notte ed il passare delle stagioni.

Cosa succede se ora puntiamo la nostra macchina fotografica con un obiettivo grandangolare nella direzione della stella polare e facciamo una foto con un lungo tempo di esposizione? Le stelle, essendo dei punti di luce in movimento, lasceranno la scia disegnando cerchi luminosi intorno alla stella polare (figura 3). Questa tecnica di ripresa prende il nome di star trail ovvero tracce stellari. In Italia molto spesso gli star trail vengono anche chiamate rotazioni celesti.

Ovviamente nulla ci vieta di fare lo stesso tipo di foto in altre regioni di cielo. In questo caso le stelle descriveranno archi curvi verso il polo celeste nord, il polo celeste sud o dritti lungo l’equatore celeste (figura 4).

Purtroppo, dall’avvento della fotografia digitale non è più possibile effettuare gli star trail utilizzando un singolo scatto in quanto l’alta sensibilità delle fotocamere ci farebbe ottenere immagini completamente saturate (bianche). Per ovviare ciò si effettuano più foto consecutive (senza interruzioni tra uno scatto e l’altro) della durata di pochi minuti e poi si sommano utilizzando software specifici come StarStaX e Startrails. La durata delle singole esposizioni è dettata dalla combinazione di sensibilità ISO e diaframma utilizzati. L’importante è che i singoli scatti non siano né sovraesposti né sottoesposti. Il limite di sovraesposizione dipende da molteplici fattori come la presenza di inquinamento luminoso (diretto o indiretto) o dall’utilizzo di filtri. A titolo di esempio per la figura 4 ottenuta da un una zona con SQM 20.63 si è utilizzato un tempo di esposizione pari a 180 secondi (3 minuti) a 800 ISO con diaframma f/4.0. Il numero di pose totale, intervallate tra loro di 1 secondo è pari a 63. Il tempo integrato della foto è pari quindi a 3 minuti x 63 ovvero 3 ore e 9 minuti. Il risultato finale ottenuto sommando le singole pose “digitali” è quindi equivalente ad un’unica posa “analogica” della durata di più di tre ore.

Non vi resta quindi che andare in montagna o al lago, inquadrare uno dei bellissimi paesaggi lariani e riprendere il moto delle stelle durante la notte! Per ulteriori informazioni vi rimandiamo agli articoli “La tecnica degli star-trail o rotazioni celesti” e “La tecnica dello Star Trail”.