Prima dell’avvento dell’Islam gli arabi avevano un semplice sistema astronomico di natura pratica: conoscevano i periodi di levata e tramonto di molte stelle (che indicavano l’inizio di periodi chiamati naw’), i principali asterismi in cielo, il passaggio del Sole nelle costellazioni dello zodiaco, fenomeni meteorologici e le fasi della Luna. Queste concezioni facevano parte dell’astronomia popolare, ovvero quella utilizzata dagli agricoltori e coltivatori per regolare le attività agricole; la raccolta di Ibn Qutayba (860) contiene numerose definizioni al riguardo.

I musulmani non avevano a disposizione il telescopio (non era ancora nato, i “tubi” che a volte si vedono nelle immagini o nei libri sono dei parasole) e fecero le loro osservazioni a occhio nudo; tuttavia svilupparono alcune idee utili ai fini osservativi che si diffusero in seguito in Europa tanto che furono usati anche da astronomi quali Tycho Brahe. Essi s’impegnarono maggiormente nello studio della posizione dei pianeti per descrivere con parametri più precisi il modello geocentrico; altri fenomeni astronomici, come la supernova del 1054, non vennero registrati dagli astronomi musulmani (mentre ricevette attenzione in Cina).

Il lavoro estensivo che fecero durante l’Età d’Oro fu comunque notevole; soprattutto riguardo le stelle e costellazioni; in particolare diedero molti nomi alle stelle che, tramandati poi nella cultura latina, ancora oggi sono rimasti tali. Nonostante Tolomeo avesse già pubblicato un catalogo con 1000 stelle, al-Sūfi (astronomo persiano) ne fece una revisione fornendo valori di magnitudini più esatte. Nel suo trattato “Libro delle forme delle Costellazioni” propone un elenco di coordinate stellari ed illustrazioni di forme delle costellazioni derivate da tradizioni ellenistiche (uranografia). Alla fine del lavoro più di 3000 corpi celesti vennero chiamati con nomi arabi, tramandati poi nel mondo latino ed infine usati ancora oggi. Eccone un breve esempio:

Questo video invece, girato con Stellarium, mostra il cielo visto da Teheran in direzione sud e verso lo zenith: potete apprezzare maggiormente la quantità di stelle che portano ancora i nomi in arabo, così come i nomi delle costellazioni.

Sotto il califfato di al-Maʾmūn vennero finanziati dei survey della Luna e del Sole sia a Baghdad che a Damasco reclutando i migliori astronomi dell’epoca, con lo scopo di migliorare le latitudini locali, il valore dell’obliquità e determinare parametri più accurati per il modello tolemaico; e questo portò i musulmani a costruire strumenti con nuove scale graduate. Molti altri astronomi eseguirono osservazioni celesti, tra cui anche alcune eclissi lunari; fra queste nominiamo:

• al-Battānī (fra 887 – 918) a Raqqa in Siria. Le sue osservazioni viaggiarono dalla Spagna all’Europa e vennero tradotte in Latino.
• Shiraz ed al-Sūfi (utilizzò una sfera armillare del diametro di 5 metri) osservarono e datarono le date di solstizi ed equinozi.
• Ibn Yunus (egiziano) eseguì una serie di osservazioni sulle eclissi, congiunzioni, occultazioni, solstizi ed equinozi. Basandosi sui lavori di al-Battānī, compilò le tavole Hakimite. Basandosi su queste ultime, in Spagna nel XIII secolo, il Re Alfonso di Castiglia fece compilare una serie di tavole che ebbero notevole diffusione sotto il nome di Tavole Alfonsine.
• Le osservazioni di al-Bīrūnī furono condotte fra 990 e 1025 fra Kabul e Khwarizm (oggi Khiva); includevano equinozi, solstizi, calcolo dell’obliquità (vedi sotto).
• Nel 994 al-Khujandī effettuò una misura dell’obliquità usando un sestante meridiano di 20 metri di raggio.

Questi lavori venivano portati avanti in diversi osservatori che, per la prima volta, avevano la caratteristica di avere postazioni permanenti; gli arabi ebbero anche il merito di aver introdotto osservazioni sistematiche, giornaliere, che a volte duravano anche anni. Con  loro strumenti, molto grandi e precisi, poterono introdurre scale di misura migliori ed ottenere  risultati più precisi.

Fra gli osservatori attivi più importanti ricordiamo:

• Osservatorio di Maragha (Iran). Esso era equipaggiato con strumenti di tutto riguardo e posti sotto la direzione di Nasir Ad-Din al-Tūsī, anch’egli autore di cataloghi stellari usati nei secoli successivi i tutto il mondo. I programmi di osservazione ivi attivi furono sorprendenti per quanto riguarda l’astronomia teorica.
•  Osservatorio di Samarcanda (Uzbekistan) costruito dall’astronomo Ulugh Bek. Esso si sviluppava su tre piani in cui venivano effettuati osservazioni solari, lunari e planetari. Qui la strumentazione era così grande che parte di essa sprofondava nel terreno; oggigiorno, dagli strumenti che ne facevano parte, rimane un sestante meridiano di dimensioni di 40 metri. Si tratta di un enorme quadrante usato per la determinazione dell’obliquità dell’eclittica, ovvero l’angolo fra il piano dell’equatore celeste e quello su cui avviene il moto del Sole. Per determinare tale valore è necessario osservare la culminazione al meridiano del Sole in due posizioni estreme, come mostrato nella seguente figura:

L’obliquità si trova a metà dell’arco compreso fra le altezze del sole registrate nei due solstizi (estivo ed invernale). Ecco di seguito, per confronto, alcune misure registrate dagli arabi con quelle note all’epoca e con quella attuale.

Gli arabi si occuparono anche di perfezionare il calcolo della misura della circonferenza della Terra, con un metodo diverso da quello utilizzato da Eratostene (III a.C.) sotto l’egida del califfo al-Ma’mun. Il procedimento, è semplice e logicamente corretto, ma a causa degli errori insiti nella misurazione (in particolare della rifrazione dell’atmosfera non considerata) i calcoli che seguono non sono corretti.

In figura si mostrano i due metodi, quello di Eratostene e quello usato dagli arabi, in particolare da Qusta Ibn Luqa (820 – 912). Si tratta di conoscere l’altezza h (per esempio l’altezza di una montagna) e calcolare l’angolo alfa fra l’orizzonte ed il Nadir; il raggio della Terra (e quindi anche la  circonferenza) si trova con la seguente formula:

sen(\alpha) = \frac{R}{R+h}

Altri metodi per la misurazione della circonferenza della Terra vennero proposti, ma non si dimostrarono molto pratici.