Lastronomia osservativa è l'attività di osservazione del cielo e degli oggetti celesti nello spazio cosmico, che può essere effettuata a livello professionale o amatoriale, con o senza un'apposita strumentazione. L'astronomia osservativa è una divisione della scienza astronomica che riguarda l'acquisizione dei dati, contrariamente all'astrofisica teorica che concerne principalmente la scoperta delle implicazioni misurabili di modelli fisici.

Come scienza, l'astronomia è alquanto ostacolata dal fatto che è impossibile condurre esperimenti diretti sulle proprietà dell'universo lontano. D'altra parte questo è in parte compensato dal fatto che gli astronomi hanno a disposizione un grande numero di esempi visibili di fenomeni stellari che possono essere esaminati. Questo permette ai dati osservativi di essere tracciati tramite grafici, registrando così andamenti generali.

Esempi vicini di fenomeni specifici, come le stelle variabili, possono dunque essere usati per dedurre il comportamento di ciò che si presenta più distante e, di conseguenza, questi criteri di valutazione distanti possono essere impiegati per misurare altri fenomeni nelle vicinanze, inclusa la distanza di una galassia.

Storia

Prima del telescopio

L'uomo, fin dalle sue origini, ha sempre osservato la volta celeste alla ricerca di possibili correlazioni tra le proprie vicende ed i fenomeni cosmici; da questa esigenza "primordiale" e dalla fantasia e creatività tipiche dell'essere umano nacquero le costellazioni. Alcune pitture rupestri risalenti a 20.000 anni fa potrebbero raffigurare una sorta di costellazione mentre già nel Paleolitico superiore (circa 16 000 anni fa) era stato sviluppato un sistema di venticinque costellazioni, ripartite in tre gruppi che rappresentavano metaforicamente Paradiso, Terra ed Inferi:. Gli antichi Egizi utilizzavano un calendario basato sulle osservazioni della stella Sirio a partire da circa il 3000 a.C. Sono ampiamente documentate osservazioni di diversi altri popoli antichi, come i babilonesi, i maya e i cinesi.

Semplici strumenti meccanici per determinare la posizione degli oggetti celesti furono introdotti dagli astronomi greci e menzionati nelle opere di Ipparco e Tolomeo nel primo millennio a.C., come il quadrante e la sfera armillare, un astrolabio che in una forma più raffinata, furono utilizzati nell'astronomia araba nel primo millennio d.C..

Dopo il telescopio A partire dal primo uso astronomico documentato di un telescopio da parte di Galileo nel 1609, la storia dell'astronomia osservativa segue in gran parte lo sviluppo di telescopi sempre più potenti. Tra le pietre miliari si annoverano lo sviluppo del telescopio riflettore da parte di Gregory, Cassegrain e Newton e la costruzione di telescopi riflettori sempre più grandi da parte di Herschel nel XVIII secolo e Parsons nel XIX secolo, culminando nel 1917 con la costruzione del telescopio Hale da 100 pollici presso l'Osservatorio di Monte Wilson.

Parallelamente allo sviluppo tecnico dell'ottica e all'assemblaggio dei telescopi, si verificarono ulteriori importanti progressi: dall'inizio del XIX secolo, la spettroscopia trovò la sua strada nell'astronomia osservativa e da questo momento in poi, iniziò lo sviluppo di spettrografi astronomici sempre più precisi. Dalla fine del XIX secolo, l'uso di metodi fotografici permise osservazioni di accuratezza e sensibilità precedentemente impossibili.

Il XX secolo fu caratterizzato dall'introduzione di strumenti elettronici di misura e rilevazione a intervalli di lunghezza d'onda dello spettro elettromagnetico diversi dal visibile. La radioastronomia iniziò negli anni 1930 con le osservazioni di Jansky e Reber, e conobbe un forte sviluppo dopo la fine della seconda guerra mondiale grazie ai radar militari dismessi e alle tecniche radio e radar apprese negli anni del conflitto. I lanci nello spazio di strumenti di osservazione avevano invece l'obiettivo di osservare le lunghezze d'onda filtrate dall'atmosfera terrestre, come i raggi ultravioletti e i raggi X. Dalla fine degli anni cinquanta iniziarono i voli spaziali con l'obiettivo di osservare da vicino altri corpi che non siano la Terra: la sonda sovietica Luna 3 nel 1959 fu la prima a fotografare la faccia nascosta della Luna, nel 1972 la sonda statunitense Mariner 2 venne inviata verso (Venere, e nel 1965 la Mariner 4 fu la prima a inviare fotografie di un altro pianeta (di Marte); nei decenni successivi, altre sonde raggiunsero tutti i principali pianeti del sistema solare.

Gli sviluppi moderni nell'astronomia osservativa mirano a una maggiore precisione, a un utilizzo e a un collegamento ancora migliori delle varie regioni dello spettro elettromagnetico, nonché alla raccolta di quantità sempre crescenti di dati fondamentali sulle stelle della Via Lattea e sulle galassie dell'universo. Ciò include nuovi osservatori satellitari, come il telescopio spaziale Hubble, lo sviluppo di tecniche come l'ottica attiva e adattiva e anche, ad esempio, la costruzione di rivelatori di onde gravitazionali ad alta sensibilità, che mirano ad aprire una modalità di osservazione completamente nuova.

Tecniche di osservazione

Ad occhio nudo L'osservazione del cielo ad occhio nudo ha una finalità puramente pratica e di diletto. Essa deve essere eseguita necessariamente in luoghi bui, lontani da fonti luminose e in ambienti esenti il più possibile da dispersioni di inquinamento luminoso. In questo caso è possibile identificare le costellazioni principali e gli oggetti del cielo più luminosi come la galassia di Andromeda.

Con strumenti Gli astronomi osservano un vasto campo di sorgenti astronomiche, come le galassie con un alto spostamento verso il rosso, la AGNs, le microonde della radiazione cosmica di fondo (residuo del Big Bang) e molti tipi differenti di stelle e protostelle.

Una varietà di dati può essere osservata per ogni oggetto. Le coordinate della posizione localizzano l'oggetto nel cielo usando tecniche dell'astronomia sferica, mentre la magnitudine determina la sua luminosità così come appare dalla Terra. La luminosità relativa nelle differenti parti dello spettro fornisce informazione riguardo alla temperatura e alla fisica dell'oggetto. Le fotografie degli spettri permettono di esaminare la chimica dell'oggetto.

Gli spostamenti del parallasse di una stella rispetto allo sfondo possono essere usati per determinare la distanza, oltre il limite imposto dalla risoluzione dello strumento. La velocità radiale della stella e i mutamenti nella sua posizione oltre il tempo del (moto proprio) possono essere utilizzati per misurare la sua velocità relativa rispetto al Sole. Le variazioni nella luminosità della stella mette in rilievo le instabilità nella sua atmosfera, o magari la presenza di una compagna nascosta. Le orbite delle stelle binarie possono essere usate per misurare le masse relative di ogni compagna, o la massa totale del sistema. Le binarie spettroscopiche possono essere trovate osservando gli spostamenti Doppler nello spettro della stella e della sua vicina compagna.

Stelle di massa identica formatesi nello stesso tempo e sotto condizioni simili avranno peculiarmente quasi identiche proprietà osservate. Guardando da vicino una massa di stelle associate, come in un ammasso globulare, ci consente di assemblare dati riguardo alla distribuzione dei tipi stellari. Queste tabelle possono quindi essere utilizzate per dedurre l'età dell'associazione.

Per le galassie distanti e AGNs sono fatte osservazioni riguardo alla loro forma complessiva e proprietà, come pure i raggruppamenti nei quali vengono trovate. Osservazioni di certi tipi di stelle variabili e supernove di nota luminosità, chiamate candele standard, in altre galassie, permettono di dedurre la distanza dalla galassia ospite. L'espansione dello spazio fa sì che gli spettri di queste galassie vengano spostati, in base alla distanza e modificati dall'effetto Doppler della velocità radiale della galassia. Sia la grandezza della galassia che il suo spostamento verso il rosso possono essere utilizzati per dedurre informazioni riguardo alla distanza della galassia. Le osservazioni condotte su un grande numero di galassie vengono riferite come rilevamenti dello spostamento verso il rosso e sono usate per descrivere l'evoluzione delle forme di galassia.

Dispositivi utilizzati

Lo strumento chiave di quasi tutta la moderna astronomia osservativa è il telescopio. Questo serve a un duplice scopo: raccogliere molta luce e ingrandire l'immagine, affinché oggetti molto deboli o piccoli e distanti possano essere osservati. Per l'astronomia ottica, i componenti ottici usati in un telescopio hanno requisiti molto impegnativi che richiedono grande precisione nella loro costruzione. Tipiche esigenze per rettificare e lucidare uno specchio curvato, per esempio, richiedono che la superficie sia dentro una frazione di una lunghezza d'onda di luce di una particolare forma conica. Molti "telescopi" moderni attualmente sono costituiti da un apparato di telescopi che lavorano insieme per fornire una più alta risoluzione attraverso la sintesi di apertura.

Grandi telescopi sono alloggiati in cupole, per proteggerli dal tempo atmosferico e stabilizzare le condizioni ambientali. Per esempio, se la temperatura è differente da un lato del telescopio all'altro, la forma della struttura cambierà, a causa dell'espansione termica, spingendo gli elementi ottici fuori dalla loro posizione e intaccando l'immagine. Per questa ragione, le cupole sono di solito bianche (diossido di titanio) splendenti o di metallo non verniciato. Le cupole sono spesso aperte verso il tramonto (puntate ad ovest), molto prima che l'osservazione abbia inizio, in modo che l'aria possa circolare portando l'intero telescopio alla stessa temperatura e condizione ambientale esterna. Per prevenire colpi di vento o altre vibrazioni influenzanti le osservazioni, è ormai diventata pratica abitudinaria montare il telescopio sopra un blocco in calcestruzzo indipendente interno alla cupola/fondazioni dell'edificio.

Per fare quasi ogni lavoro scientifico i telescopi devono tenere traccia degli oggetti mentre ruotano da una parte all'altra del cielo visibile. In altre parole, essi debbono agevolmente compensare la rotazione della Terra. Fino all'avvento dei meccanismi guida controllati dal computer, la soluzione ordinaria era qualche forma di montatura equatoriale, e per piccoli telescopi questo è ancora la norma. Comunque, ciò è strutturalmente un progetto mediocre e diventa sempre più ingombrante con l'incremento del diametro e peso del telescopio. Il telescopio con montatura equatoriale più grande del mondo è il telescopio Hale di 200 pollici (5,1 m), laddove i recenti telescopi di 8–10 m usano la montatura altazimutale, strutturalmente migliore, e sono oggi fisicamente più piccoli dello Hale, malgrado abbia specchi più grandi. Mentre dal 2006 sono stati sviluppati progetti per telescopi altazimutali giganteschi: il Thirty Metre Telescope, e l'Overwhelmingly Large Telescope di 100 m di diametro

Astronomi dilettanti usano strumenti come il telescopio riflettore newtoniano, il telescopio rifrattore e il sempre più popolare telescopio Maksutov.

La fotografia

Il metodo fotografico consente un ulteriore miglioramento dell'osservazione, consentendo in alcuni casi una precisione e una qualità eccezionali. In particolare con la fotografia è possibile ottenere immagini centinaia di volte più deboli rispetto a quelle percepibili dall'occhio umano posto davanti all'oculare di un telescopio. La fotografia astronomica, o astrofotografia, è un campo dell'astronomia che richiede attrezzatura professionale ed esperienza.