Osservatorio Astronomico di Cagliari

Cenni Storici

Le Stazioni Astronomiche di Cagliari e Carloforte

Nel 1989 nasce la Stazione Astronomica di Carloforte, come una delle cinque sedi dell'International Latitude Service. Suo compito il monitoraggio della variazione della latitudine del luogo di osservazione, utilizzato come parametro per l'analisi della rotazione della Terra. Sua prima e storica sede è a Carloforte, nell'isola di San Pietro. Alla fine degli anni '60 l'astronomia entra nell'ateneo cagliaritano, con la creazione della Cattedra di Astronomia. E' l'inizio di un periodo di non facile ma continua crescita dell'integrazione fra astronomia e realtà sarda. Nel 1978 viene creata la sede attuale della Stazione Astronomica: la sede di Poggio dei Pini viene scelta in quanto posta alla stessa latitudine di Carloforte.

In questi ultimi venti anni l'astronomia in Sardegna si arricchisce di nuovi stimoli, con la Cattedra di Astrofisica e il progetto del Sardinia Radio Telescope. Il nostro impegno verso la divulgazione e il supporto alla didattica universitaria sono cresciuti di pari passo, con sempre maggiori risorse e impegno di uomini e mezzi della Stazione Astronomica.

La Stazione oggi

Nel 2002 la Stazione Astronomica, ribattezzata Osservatorio Astronomico di Cagliari, confluisce, insieme agli altri undici Osservatori Astronomici italiani, nell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). La sede dell'Osservatorio Astronomico di Cagliari si trova attualmente a circa 20 km da Cagliari in località Poggio dei Pini nel Comune di Capoterra. Più precisamente essa occupa circa due ettari sulla sommità di Punta sa Menta a circa 200 metri s.l.m. La scelta di questa sede (edificata nel 1978) è strettamente legata alle origini storiche della Stazione Astronomica. L'attuale sito di Punta sa Menta si trova infatti nel medesimo parallelo geografico della sede storica di Carloforte deve l'attività iniziò esattamente un secolo fa.

Un'immagine dell'Osservatorio di Punta sa Menta.

Cento anni fa

Il giorno (o per meglio dire la notte) del 24 ottobre 1899 Giuseppe Ciscato ed Emilio Bianchi, astronomi dell'Osservatorio di Padova, effettuarono le prime determinazioni astronomiche di latitudine a Carloforte, la cittadina di origine ligure dell'isola di San Pietro nelle vicinanze della costa sud-occidentale della Sardegna. Per le osservazioni utilizzarono un Telescopio Visuale Zenitale (VZT) costruito dalle officine Wanschaff di Berlino ed installato sulla sommità della settecentesca torre di San Vittorio.

Il telescopio VZT di Carloforte.

Aveva così inizio l'attività della Stazione Astronomica di Carloforte che, unitamente ad altre cinque stazioni nel mondo, costituiva il Servizio Internazionale delle Latitudini (ILS), una rete di osservatori situati sul medesimo parallelo geografico (39°08' N) istituita dall'Associazione Geodetica Internazionale nell'Assemblea Generale di Stoccarda (1898) allo scopo di studiare dettagliatamente il moto di rotazione della terra attraverso misure sistematiche ed accurate delle variazioni della latitudine. A differenza di alcuni grandi osservatori europei (Parigi, Greenwich) la cui fondazione nel diciassettesimo secolo era avvenuta grazie anche alla necessità di risolvere il problema della determinazione della longitudine e sulla spinta delle ambizioni di primato sui mari delle grandi potenze europee, la Stazione Astronomica nasceva invece per risolvere un problema di latitudine e nell'ambito di uno di quei progetti di cooperazione internazionale che muovevano i primi passi alla fine del secolo scorso.

Per comprendere meglio le cause ed i motivi che spinsero astronomi e geodeti ad intraprendere questa non semplice impresa occorre considerare che la Terra, come gli altri corpi del sistema solare e tanti altri oggetti nell'universo, ruota attorno al proprio asse e questo moto, apparentemente semplice e naturale, ha una serie di implicazioni di grande importanza.

La rotazione della terra

Il fatto che il nostro pianeta sia soggetto ad un moto di rotazione non solo determina l'alternarsi del giorno e della notte, ma costituisce anche la base di molti sistemi di riferimento e gioca un ruolo fondamentale nell'evoluzione di altri fenomeni, quali la circolazione atmosferica e le correnti oceaniche. Il moto di rotazione della terra è tuttavia un fenomeno molto complesso, intimamente legato alla sua forma e struttura e con caratteristiche variabili nel tempo a causa delle perturbazioni causate da una molteplicità di effetti che agiscono sul nostro pianeta (maree, venti, correnti oceaniche, etc.).

La prima trattazione sistematica del problema si deve ad Eulero (1765) che, assumendo la terra perfettamente rigida, ne studiò il moto utilizzando le sue celebri equazioni che governano la dinamica dei corpi rigidi (moti giroscopici).

Se si prescinde dalle forze esterne, dovute principalmente all’azione variabile del Sole e della Luna sul rigonfiamento equatoriale terrestre che producono i noti fenomeni della precessione lunisolare, conosciuta fin dai tempi di Ipparco (secondo secolo a. C.) e della nutazione lunisolare con periodo di circa 18.6 anni, scoperta da Bradley nel 1748, la teoria di Eulero prevede un moto di nutazione della massa della Terra con un periodo di circa 303 giorni medi. Ovvero, se in un certo istante, e per cause unicamente interne (spostamenti di masse, etc.), l’asse di rotazione (asse polare) non coincide con quello di massimo momento d’inerzia (asse di figura corrispondente al semiasse minore dell’ellissoide di rivoluzione al quale la Terra è assimilata in prima approssimazione), l’asse polare non potrà più rimanere fisso rispetto alla massa terrestre, ma descriverà un cono circolare intorno all’asse d’inerzia, con vertice nel centro di gravità della Terra: nutazione libera euleriana.

Il periodo di questa variazione (303 giorni medi, come già detto) dipende esclusivamente, nel caso della Terra rigida, dalla differenza nella distribuzione delle masse terrestri rispetto all’asse di figura e a quello equatoriale.

Lagrange, Laplace, Poisson, Jacobi e Bessel proseguirono questi studi e, intorno alla metà dell’ottocento, il Poinsot (1851) diede un’elegante descrizione geometrica del moto.

Secondo la rappresentazione del Poinsot, per un osservatore posto sulla superficie della Terra, l’asse di istantanea rotazione sembra descrivere attorno all’asse di figura un cono la cui ampiezza osservata è attualmente di circa 0.3 secondi d’arco.

Tale cono interseca la superficie della Terra lungo una circonferenza, la cosiddetta polodia (circa 10 metri di raggio) tale che ogni suo punto definisce, in ogni singolo istante, la posizione del Polo Nord geografico. Contemporaneamente, l’asse di rotazione descrive nello spazio, con moto diurno attorno all’asse di momento angolare (che rimane invariabile, in assenza di forze esterne) un piccolo cono di ampiezza di un millesimo di secondo d’arco (circa 3 cm sulla superficie della Terra) detto erpolodia.

Il moto euleriano dell’asse della rotazione della Terra attorno all’asse di figura. Nella Terra questo moto avviene con velocità angolare w 3 (periodo di Eulero, o periodo di Chandler per la Terra elastica), nello spazio con velocità angolare w (velocità di rotazione diurna della Terra).

Variazioni delle latitudini

La posizione di un punto P (diverso dai poli) sulla superficie terrestre è definita senza ambiguità da due coordinate, la latitudine geografica j e la longitudine geografica l . La latitudine j è il complemento dell’angolo che la direzione della verticale fisica passante per P forma con la direzione dell’asse di rotazione terrestre. Se la Terra potesse essere considerata come una sfera omogenea, la direzione della verticale per qualunque punto sulla sua superficie passerebbe per il suo centro e coinciderebbe con la direzione del raggio. Ma poichè così non è la direzione della verticale è ricavabile solo dalle osservazioni.

Per molto tempo gli astronomi avevano cercato di verificare sperimentalmente che la latitudine di un luogo subisce leggere fluttuazioni dipendenti dal moto dall’asse di rotazione terrestre, secondo quanto previsto, per via teorica, nel modello di Eulero.

Il problema fu affrontato fra gli altri da numerosi matematici, astronomi e geodeti italiani e grande impulso ebbero, fra le altre, le ricerche di Arminio Nobile dell’Osservatorio Astronomico di Capodimonte a Napoli.

L’esistenza della traccia del moto dell’asse di rotazione fu messa chiaramente in evidenza dall’astronomo americano S. C. Chandler che esaminò attentamente parecchi decenni di osservazioni. Dall’analisi delle variazioni di latitudine osservate egli ricavò, nel 1891, un valore del periodo della nutazione libera di circa 427 giorni (periodo di Chandler) ed uno spostamento quasi circolare del polo di circa 18 m di diametro. Il periodo trovato da Chandler differiva notevolmente da quello previsto da Eulero. La spiegazione di ciò fu data nel 1892 da Simon Newcomb che attribuì questa differenza al fatto che la Terra non poteva essere considerata perfettamente rigida ma si comportava come un corpo elastico. La scoperta di Chandler diventava così di fondamentale importanza non solo per l’astronomia ma anche per la geofisica.

Il Servizio Internazionale delle Latitudini

Già prima della scoperta di Chandler il prof. Emanuele Fergola, Direttore dell’Osservatorio Astronomico di Capodimonte, aveva proposto in una riunione della Associazione Geodetica Internazionale (AGI), svoltasi a Roma dal 15 al 24 ottobre 1883, l’organizzazione di un lavoro internazionale continuo, basato su un programma di osservazioni sistematico da eseguirsi < < in diversi luoghi scelti convenientemente> > , con lo scopo di misurare gli spostamenti del Polo per mezzo di osservazioni di latitudine eseguite da Stazioni situate sullo stesso parallelo. Secondo Fergola < < […] potendo la latitudine di un luogo variare anche per effetto di una variazione della verticale, così la variazione che per caso si fosse notata nella latitudine di un punto sarebbe stato l’effetto risultante di uno spostamento della verticale e di uno spostamento dell’asse di rotazione. Ma poiché la variazione della verticale non può essere sensibile che in prossimità della regione ove si produce il fenomeno geologico che a quella variazione da luogo, così si deduce che la variazione della verticale essendo semplicemente un fatto locale, potrebbe solo alterare le latitudini sopra uno spazio relativamente piccolo; al contrario il cangiamento dell’asse di rotazione della terra è un fatto di natura generale che, se avviene, cangia la latitudine di tutte le regioni della terra […]> > .

La proposta del Fergola venne sottoposta ad una speciale Commissione con la partecipazione nel ruolo di relatore di Giovanni Schiaparelli, il cui documento, basato su numerosi e validi argomenti scientifici, fu votato a maggioranza.

Sotto il profilo pratico la realizzazione del progetto incontrerà grandi difficoltà in quanto l’attenzione della comunità scientifica era in quelli anni rivolta verso altri problemi di cooperazione internazionale: la "Carta del cielo", promossa dall’Osservatorio di Parigi nel 1887, cui partecipavano anche l’Osservatorio di Catania e la Specola del Vaticano, la "Zone Catalogue", dell’Astronomische Gesellschaft, iniziato nel 1869.

I membri dell’AGI diedero inizio alla parte operativa della proposta del Fergola. Si trattava d’individuare le Stazioni collocate sullo stesso parallelo che, con identici strumenti e metodi, conducessero parallelamente osservazioni di latitudine. Tali dati dovevano pervenire ad un Ufficio Centrale per la riduzione ed elaborazione.

Grazie all’impegno del Generale Annibale Ferrero e del prof. Giovanni Celoria, in qualità rispettivamente di Presidente e di vice-Presidente della Commissione Geodetica Italiana, di Giovanni Lorenzoni, Direttore dell’Osservatorio Astronomico di Padova e soprattutto di Giovanni Schiaparelli, Direttore dell’Osservatorio Astronomico di Milano, una delle Stazioni fu assegnata all’Italia.

La scelta delle Stazioni del Servizio, oltre alla posizione sullo stesso parallelo, si basò anche su altri requisiti così fissati:

1. condizioni omogenee del terreno, particolarmente lungo il meridiano a Nord e a Sud del sito, per evitare l’insorgere di variazioni differenziali nella rifrazione difficilmente valutabili;
2. buone condizioni sia igienico-sanitarie sia economico sociali;
3. buone strutture logistiche: presenza di strade e linee ferroviarie, vicinanza di grandi città e possibilmente esistenza di Osservatori astronomici;
4. condizioni meteorologiche favorevoli rispetto alla nuvolosità e alle precipitazioni;
5. stabilità, dal punto di vista sismico, del territorio.

I nuovi Osservatori inizialmente proposti furono: uno nel Giappone (Mizusawa), uno in Russia (Tschardjuii), tre nell’America del Nord (Gaithesburg, Cincinnati, Ukiah) ed uno in Italia, tutti situati nei pressi del parallelo 39° 08’. In Italia s’individuarono diversi siti: in Sicilia (Scicli, Licata, Marsala, Palermo), in Calabria (Crotone), in Sardegna (Cagliari), in Campania (Osservatorio di Napoli) e in Puglia (tra Bari e Taranto).

Questi siti furono combinati con quelli degli Stati esteri in diverse combinazioni di quattro Stazioni. La scelta finale fu fatta nel corso della XII Conferenza dell’Associazione Geodetica Internazionale (AGI) di Stoccarda nel 1898, dove si decise l’organizzazione del Servizio Internazionale di Latitudine. Durante la preparazione della Conferenza veniva segnalata al Celoria la combinazione delle Stazioni di Mizusawa, Dover o Gaithesburg, Ukiah e Cagliari.

Immediatamente il Celoria si attivò per la definizione del sito di Cagliari programmando un sopralluogo in Sardegna in modo che la scelta del luogo non si discostasse dal parallelo prescelto per non più di mezzo primo d’arco (circa un chilometro) e rispettasse le condizioni precedentemente poste.

Mappa alla scala 1 : 10.000 della zona di Caloforte e della località Spalmatoreddu in cui era situata la Torre di San Vittorio, inviata dall’ingegner Guarducci al Celoria nell’ottobre 1898.

Fondazione della Stazione Astronomica di Carloforte

In città la prima segnalazione, fatta dall’ingegner Guarducci dell’Istituto Geografico Militare, fu la Torre di San Pancrazio, sede di un punto trigonometrico di primo ordine e nella sua lettera al Celoria il Guarducci riportava < < La torre di S. Pancrazio sorge nel punto più elevato della città di Cagliari, nel quartiere denominato "il Castello". E’ un fabbricato imponente e di struttura solidissima con i muri rivestiti all’interno e all’esterno da pietra squadrata. Fu costruita nel secolo XI e faceva parte di una fortezza eretta al tempo della dominazione dei pisani; in seguito, per molto tempo fu adibita a carceri. Nel 1897 essendo stata dichiarata monumento nazionale, il Municipio di Cagliari venne nella determinazione, ancora da attuarsi, di destinarla alla raccolta dei ricordi storici della città come museo municipale. L’accesso alla torre è da un’ampia piazza; varie rampe di scale in muratura, solide, ma alcune un poco anguste, conducono al terrazzo sulla sommità della torre, sostenuto da una volta reale solidissima e circondato da un parapetto in muratura di circa un metro di altezza e di altrettanto spessore. Nell’angolo SO del terrazzo è fissato il centro trigonometrico del punto al 1° ordine che fu anche centro della stazione astronomica per la determinazione del meridiano fatta dal Generale Lamarmora e nel 1880 delle osservazioni astronomiche fatte dal Com.te Magnaghi e dal Cap. Simi per la determinazione della latitudine ed azimut e per la stazione geodetica del 1° ordine. [….]. L’altitudine della sommità del parapetto del terrazzo è di m 134.00 sul livello medio del mare e l’altezza della torre è di m 36.65 sul suolo della piazza. [….]> > .

Se l’attenzione verso Cagliari era giustificata, per la presenza dell’Università e perché rispondente alle caratteristiche richieste, i geodeti dell’Ufficio di Postdam non avevano sufficienti informazioni sulle possibilità logistiche del suo territorio. Contemporaneamente giungevano al Celoria altre segnalazioni e tra queste egli prestò particolarmente attenzione al riferimento all’isola di San Pietro posta sul parallelo 39° 08’.

Il Comandante G. B. Lasagna, vice-direttore a riposo del Catasto di Genova, essendo stato qualche tempo prima in visita presso l’isola di San Pietro, nella sua lettera del 2 Novembre 1897 al Celoria scriveva < < Son molto contento che una quistione astronomica le abbia ritornato in memoria il mio nome e cercherò, per quanto posso di corrispondere al suo desiderio.

Sul parallelo di 39° 08’ non vi è a parer mio che l’Isola di San Pietro. E’ più sana del rimante della Sardegna meridionale. E’ abitata da una popolazione di origine ligure anzi vi si parla il Genovese di Pegli. Nell’isola oltre il paese di Carlo Forte vi sono molte casette sparse ed utilizzate per la coltivazione dei terreni. Si potrebbe trovarne qualcheduna per alloggio. L’isola è trachitica a collinette, la più alta delle quali appena giunge a 214 m: Guardia dei Mori j = 39° 09’ 40". La popolazione è molto industriosa e buona e Carlo Forte comune abbastanza importante. E’ in comunicazione con Cagliari per mare credo una volta per settimana; e con Iglesias per barca e ferrovia privata con uno o due turni al giorno. Il parallelo 39° 08’ taglia quasi esattamente per metà l’isola e l’osservatorio potrebbe impiantarsi a poca distanza da Carlo Forte. Disturbi sismici non se ne sentono; dominano molto i venti foranei. [….] > > .

Nella settima seduta dell’Assemblea di Stoccarda (1898) veniva approvato in via definitiva la scelta di Carloforte, sull’isola di San Pietro, al posto di Cagliari e la città di Gaithersburg sostituì la città di Dover.

Le quattro Stazioni finali scelte, tutte distribuite sul parallelo 39°08’ furono le seguenti:

Queste quattro Stazioni erano direttamente finanziate dall’Associazione Geodetica Internazionale. Contemporaneamente venivano aggiunte altre due Stazioni a spese dei paesi ospitanti:

La torre di San Vittorio (Carloforte), nel febbraio-marzo del 1898, prima della ristrutturazione.

Alla fine di gennaio 1899, l’astronomo aggiunto dell’Osservatorio di Padova, il dott. Giuseppe Ciscato, messo a disposizione della Presidenza della Commissione Geodetica Italiana dal prof. Lorenzoni, giungeva a Carloforte, con l’incarico di Direttore, per la scelta del luogo in cui istituire la Stazione Astronomica. La sua attenzione cadde sull’antica e robusta Torre di San Vittorio, proprietà di una famiglia locale. Espletate le pratiche per l’affitto dei locali, chiese al Municipio l’autorizzazione a far demolire il cono centrale, posto sul piano del terrazzo, per la sistemazione della cupola. Quest’ultima venne appositamente progettata e costruita a Postdam per ospitare il Telescopio Visuale Zenitale (VZT), realizzato presso l’officina Wanschaff di Berlino. Sia la cupola che lo strumento furono messi a disposizione dall’Associazione Geodetica Internazionale.

Il 16 settembre il Ciscato veniva raggiunto dal dott. Emilio Bianchi, proveniente da Padova, e, come già detto, il giorno 24 ottobre dello stesso anno 1899 diedero inizio al programma di osservazioni regolari, aprendo la strada alla conoscenza delle caratteristiche fisiche e dinamiche della Terra.

Giuseppe Ciscato, primo Direttore della Stazione Astronomica di Carloforte, dal settembre 1899 al settembre 1903.

Riproduzione della prima pagina del quaderno n.1 relativa alla osservazione iniziale eseguita in data 24 ottobre 1899.