Agli albori dell'astronomia l'unico "strumento" che l'uomo aveva a disposizione era l'occhio nudo, affiancato ad esso venivano usati strumenti semplici atti a misurare la posizione degli astri. Gli egiziani usavano il merkhet, costituito da due fili a piombo retti da due osservatori: il merkhet serviva per individuare la posizione degli astri.
Nell'isola di Giava per individuare la data della semina, si puntava una mano piena di riso alla sera in direzione della cintura di Orione, se cadevano alcuni chicchi era il momento giusto. La tribù dei Daiacchi nel Borneo invece, usava con lo stesso metodo una canna di bambù piena d'acqua, appena il quantitativo scendeva sotto un certo livello, era giunto il momento per seminare.
Un altro strumento usato nell'antichità era l'asta di Archimede, consistente in un'asta di legno sopra un'estremità nella quale l'osservatore osservando il sole tra le nubi può determinare la distanza angolare del disco solare.
Ipparco usava due armille che rappresentavano i circoli fondamentali della sfera celeste; ciascuna armilla consisteva in un anello di bronzo puntato l'uno sul piano dell'equatore celeste e l'altro verso i poli dell'eclittica; tramite altri cerchi interni movibili era possibile puntare un astro e determinare così le coordinate celesti.
La macchina di Anticitera
La macchina di Anticitera, è uno strumento astronomico che, mosso da ruote dentate, calcola il moto degli oggetti celesti: il sorgere del sole, le fasi lunari, i movimenti dei 5 pianeti conosciuti, gli equinozi, i mesi e i giorni della settimana; esso è databile attorno al 100 - 150 a.C. Questa scoperta conferma il fatto che già in epoca greca le conoscenze erano abbastanza avanzate in ambito astronomico; a Siracusa già dal 213 a.C. Marco Tullio Cicerone cita la presenza di una macchina circolare costruita da Archimede con la quale si rappresentavano i movimenti del Sole, dei pianeti e della Luna, nonché delle sue fasi e delle eclissi.
Gli strumenti di Tolomeo
Quadrande usato da Tycho
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| quadrante usato da tycho |
Tolomeo introdusse il quadrante, uno strumento successivamente perfezionato che constava di un quarto di cerchio finemente graduato e di due aste fisse perpendicolari unenti le estremità del cerchio al suo centro; una terza asta mobile incardinata al centro determinava la distanza zenitale dell'astro, lo strumento ovviamente era munito di un filo a piombo per regolarlo. Per eliminare errori di misura Tolomeo introdusse successivamente il triquetrum o regolo di Tolomeo. Si trattava di un palo verticale e di due regoli incardinati sul palo stesso, il regolo superiore poteva scorrere su quello inferiore che era graduato, e dato che essi formavano un triangolo isoscele, era facile determinare la distanza zenitale. L'ultimo strumento introdotto da Tolomeo era l'astrolabio (probabilmente scoperto da Ipparco e sviluppato poi dagli arabi), esso diverrà un vero gioiello tecnico-matematico. Esso era costituito da un'armilla e da un regolo con due traguardi, ma nei modelli più complessi esso diventava persino un piccolo planisfero celeste. Alcuni modelli avevano diverse funzioni, dalla determinazione delle altezze, sino alla possibilità di prevedere la posizione degli astri in base all'orario. L'astrolabio infatti riportava in piano tutte le coordinate celesti, divenendo ben presto uno strumento fondamentale per lo sviluppo dell'astronomia, paragonabile solo al futuro telescopio.
Altro strumento osservativo antico era l'ottante, di forma simile al sestante e al quadrante, formato da un arco graduato di ⅛ di cerchio, impiegato per misure angolari.
La nascita degli strumenti ottici
Il primo passo verso l'astronomia ottica si è avuto grazie alle ricerche di Ruggero Bacone, il quale studiò le proprietà delle lenti piano convesse ottenute sezionando una sfera di vetro con un piano. Bacone notò che l'ingrandimento ottenibile era determinato dalla rifrazione dell'immagine, esso dipendeva dalla lunghezza focale della lente e dalla distanza su cui si poneva l'occhio; difatti di lì a poco le lenti si diffusero assieme ai primi modelli di occhiali da vista. Tuttavia per un uso astronomico si dovrà attendere il 1608, quando gli olandesi costruiranno un modello semplice di telescopio rifrattore, strumento che l'anno successivo fu perfezionato da Galileo Galilei. Le scoperte di Galileo sono ben note, così come è ben nota la rivoluzione introdotta: l'astronomia ottica era avviata.
Con l'avvento dell'ottica le tecniche di lavorazione delle lenti migliorarono; il modello galileiano soffriva di difetti insiti nelle proprietà delle lenti. Le lenti infatti non concentrano i fasci luminosi in un unico punto ma lo dividono in fasci che vanno dal rosso al violetto; per questo motivo le immagini soffrono della cosiddetta aberrazione cromatica, per la quale l'immagine ha difficoltà ad essere messa a fuoco perfettamente. Per risolvere questo difetto, conveniva costruire lenti di piccola curvatura e di grande distanza focale. Così Hevelius nel 1647 costruì uno strumento a focale di 3,5 m, ma successivamente, questo valore aumentò giungendo a 7,5 m o ai 50 m dello strumento di Huygens, applicando la cosiddetta montatura aerea, soluzione che comportava l'applicazione di un filo teso su cui centrare l'oculare con la lente primaria.
