Quando rivolgiamo lo sguardo verso il cielo notturno, lontano dall’inquinamento luminoso delle città in una notte di Luna nuova o comunque quando la Luna non brilla in cielo, possiamo vedere a occhio nudo circa 4000 stelle. Tutte le stelle che vediamo a occhio nudo appartengono alla nostra Galassia. Anche se esistono centinaia di miliardi di galassie nell’universo osservabile, ciascuna contenente miliardi di stelle, queste sono troppo lontane e perciò troppo deboli perché i nostri occhi le distinguano come singoli punti luminosi. In base al luogo in cui ci troviamo sulla Terra e al momento dell’osservazione, sono inoltre visibili a occhio nudo i cinque pianeti più brillanti del Sistema solare, la fascia luminosa della Via Lattea, due galassie satelliti della Via Lattea (la Grande e la Piccola Nube di Magellano) e la galassia di Andromeda (una grande galassia a spirale).

Osservare il cielo notturno ci permette di individuare i punti cardinali. Nell’emisfero boreale, il modo più facile per trovare il nord è cercare la Stella Polare, nota anche come la Stella del Nord, molto vicina al polo nord celeste. Il metodo più semplice per trovare la Stella Polare è individuare le costellazioni dell’Orsa Maggiore e dell’Orsa Minore. Nell’emisfero sud, la stella Sigma Octantis, la stella più vicina al polo sud celeste, non è facilmente visibile. Un metodo veloce per trovare il sud è quello di usare la costellazione della Croce del Sud e le due stelle più brillanti nella costellazione del Centauro.

La Terra ruota intorno al proprio asse, come una trottola. La direzione dell’asse di rotazione cambia con un lento moto di precessione che ha un periodo di circa 26.000 anni. Questo movimento fa sì che l’asse di rotazione punti in diverse direzioni nel tempo e, come conseguenza, i poli celesti nord e sud cambino lentamente posizione con il trascorrere del tempo. Per esempio, la Stella Polare in un certo momento non indicherà più il nord ma potrebbe farlo un’altra stella, in base alla direzione dell’asse terrestre in quel momento. Anche se attualmente non c’è nessuna stella luminosa vicino al polo sud celeste, in futuro potremmo avere una vera e propria “Stella del Sud”

La maggior parte degli oggetti che popolano il cielo notturno sono troppo deboli per essere osservati durante il giorno, con un cielo così luminoso. Un effetto simile si verifica di notte nelle città, quando, a causa dell’inquinamento luminoso, possiamo vedere soltanto una piccola parte delle stelle per colpa dell’elevata luminosità del cielo dovuta all’illuminazione artificiale. Soltanto pochi corpi celesti sono abbastanza luminosi per poter essere visti a occhio nudo quando il Sole si trova sopra l’orizzonte. La Luna è a volte visibile di giorno, a seconda della propria fase. Talvolta Venere può essere osservata al mattino (“stella del mattino” o Lucifero), o di sera (“stella della sera” o Vespero) e, se sapete esattamente dove guardare, Venere può essere visibile anche in pieno giorno. Molto raramente, anche una cometa particolarmente brillante potrebbe essere visibile durante il giorno. Ancor più raramente, stelle appartenenti alla nostra galassia che esplodono come supernove possono diventare visibili anche di giorno: è accaduto per esempio negli anni 185, 1006, 1054 e per l’ultima volta nel 1572 d.C..

A causa della rotazione della Terra da ovest a est intorno al proprio asse, un osservatore sulla sua superficie vede il cielo muoversi nella direzione opposta, da est a ovest, come se esso ruotasse intorno al nostro pianeta. Questo movimento apparente del cielo intorno alla Terra è chiamato moto diurno (o moto diurno apparente). Questo è il motivo per il quale noi vediamo alcuni oggetti celesti sorgere dalla parte orientale dell’orizzonte e tramontare dalla parte occidentale e altri ruotare attorno ai poli senza mai tramontare.

Quando la luce di una stella entra nella nostra atmosfera e ne attraversa i diversi strati, cambia costantemente direzione a causa della diversa rifrazione negli strati con temperatura e densità differenti. Di conseguenza, la luminosità di una stella e la direzione con la quale ci giunge sulla Terra cambiano continuamente, se pur di poco. Per un osservatore sulla Terra, le stelle sembrano dunque scintillare. Per i pianeti, l’effetto è molto meno evidente (o visibile). Il motivo è che i pianeti in realtà si vedono come piccoli dischi (la cosa è facilmente verificabile con un binocolo, per esempio). Le stelle, invece, ci appaiono come punti luminosi: poiché tutta la luce arriva da un singolo punto, la sua posizione apparente in cielo è molto sensibile ai cambiamenti di rifrazione

Un meteoroide è un piccolo oggetto roccioso o metallico con una dimensione variabile da quella di un granello di sabbia fino a un metro. Quando entra nell’atmosfera terrestre si riscalda a causa dell’attrito con le particelle dell’aria formando così una scia di luce nel cielo notturno. Questo fenomeno è chiamato meteora (o stella cadente). Quando un meteoroide sopravvive al passaggio attraverso l’atmosfera terrestre e raggiunge la superficie, viene detto meteorite. Anche se milioni di meteore entrano nell’atmosfera terrestre ogni giorno, la maggior parte dei meteoroidi dai quali hanno origine vengono bruciati completamente e trasformati in gas e polvere prima di raggiungere il suolo.