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L’Osservatorio Astronomico è situato nella vecchia torre «San Vittorio» costruita nel 1768 come baluardo di difesa per il paese che stava sorgendo.

Il progetto iniziale subì alcune modifiche, con l'aggiunta della parte centrale di tre corpi e una scala esterna. La torre fu costruita con blocchi di trachite, la volta della scala esterna e della porta di accesso con pietra delle Colonne.

In omaggio al Re di Sardegna, Vittorio Amedeo III, la Torre fu chiamata San Vittorio. Munita di dieci pezzi di artiglieria, aveva il compito di difendere l'abitato della parte sud, la più vulnerabile perché tutta in zona pianeggiante.

Venduta dall’Erario nel 1876 all'impresario Nicola Granara per Lire 2886, fu espropriata nel 1889 dal Ministero della Pubblica Istruzione e adibita a scopi scientifici.

Nel 1898, su istanza dell'Unione Astronomica Internazionale, la torretta centrale in muratura fu demolita e sostituita con un casotto (ancora esistente) in ferro costruito a Berlino per dare la possibilità di effettuare, mediante il Telescopio Visuale Zenitale, le osservazioni, che furono iniziate nell’autunno del 1899.

Vi fu installata una delle cinque stazioni internazionali (costituenti il cosiddetto Servizio Internazionale di Latitudine), poste tutte sulla stessa latitudine di 38 gradi 8' N, (le altre si trovano in Argentina, negli U.S.A. e nel Giappone) per il rilevamento dei dati da fornire alla Commissione Geodetica internazionale inerenti lo studio della "Processione degli Equinozi" a causa dell'inclinazione dell’asse terrestre.

Dapprima fu alle dipendenze della Commissione Geodetica, ma dal 1911 è inclusa nel ruolo degli Osservatori Astronomici, per cui è migliorata la sua situazione giuridica e di ciò se ne avvantaggia anche il personale docente e non ivi impiegato.

Il lavoro, coordinato dal Servizio di Latitudine, ha in parte risolto i problemi che ne motivarono la sua istituzione, ossia l'esistenza di certe discrepanze osservative rispetto alle equazioni di Eulero per un corpo solido in rotazione, ma, come normalmente succede nella scienza, altri problemi sono stati aperti.

La stazione di Carloforte ha costituito, nel corso di quasi un secolo di esistenza, un passaggio obbligato per molti astronomi italiani, che vi erano "comandati" per qualche anno, a mò di servizio militare, a svolgere la funzione di Direttore.

Dal settembre 1940, dalla torre San Vittorio, vengono effettuate anche le osservazioni metereologiche per conto dell’U.M.A.M. (Ufficio Metereologia Aereonautica Militare) di Elmas ai fini delle indicazioni del tempo a carattere regionale e per l’I.T.A.V. (Ispettorato Telecomunicazioni Assistenza al Volo) di Roma che effettua studi sulla climatologia.

Durante le osservazioni vengono fatti rilevamenti con riferimento a parametri su: visibilità – nuvolosità – temperatura (minima e massima) – umidità e precipitazioni – vento (direzione e forza) – pressione barometrica.