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Nato a Teramo nell'aprile del 1859, Vincenzo proveniva da una delle famiglie più antiche della città. Dopo il primo ciclo di studi, proseguì l'istruzione nel Liceo Ginnasio della sua città natale e conseguì in seguito la laurea in Fisica all'Università a Roma nel 1881. Cerulli, uomo di scienza, si trasferì in Germania per un tirocinio di cinque anni presso gli osservatori astronomici di Bonn e di Berlino. Dopo questa esperienza all'estero Vincenzo tornò in Italia per frequentare il Collegio Romano, prestigioso istituto fondato da Sant'Ignazio di Loyola dove insieme a Elia Milosevich catalogò ben 1291 stelle.
Nel 1890 diede vita a Teramo a un osservatorio privato che denominò Osservatorio astronomico di Collurania, oggi l'Osservatorio astronomico d'Abruzzo. All'epoca fondare un centro di osservazione era una impresa titanica, ma Cerulli non si scoraggiò e grazie ad apparecchiature per l'epoca moderne iniziò a scrutare e studiare il pianeta Marte. In base ai suoi studi fu uno dei sostenitori della teoria (poi rivelatasi fondata) che i canali di Marte osservati da Giovanni Schiapparelli non fossero reali ma delle semplici illusioni ottiche.
Il nome di Cerulli è legato alla scoperta dell'asteroide 704 Interamnia, dall'antico nome latino della città di Teramo, che individuò nell'ottobre del 1910 nel suo osservatorio: una scoperta importante nel suo campo. L'astronomo abruzzese partecipò pure alla campagna per la determinazione della parallasse solare attraverso l'osservazione dell'asteroide 433 Eros.
Fu un pioniere della fotografia applicata allo studio astronomico. Nella sua carriera rivestì numerose cariche sia in Italia dove fu Presidente della Società Astronomica, che all'estero, dove la sua straordinaria opera ottenne numerosi riconoscimenti.
Si spense a Merate in Lombardia nel maggio del 1927. Alla sua morte Teramo intitolò a Vincenzo Cerrulli la via dove era ubicato il palazzo nobiliare della famiglia. Gli sono stati dedicati inoltre il Cratere che porta il suo cognome sul pianeta Marte, di oltre 130 chilometri di diametro, e due asteroidi, il 366 Vincentina e il 31028 Cerulli.
Pubblicò 94 titoli, opere di varia importanza, tra le quali spiccano "Marte nel 1896-97, con tre tavole" del 1898, e "Nuove osservazioni di Marte. Saggio di una interpretazione ottica delle sensazioni aeroscopiche" del 1900.
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