La rivoluzione terrestre e gli effetti sulla sfera celeste
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La rivoluzione terrestre e gli effetti sulla sfera celeste

Il moto della Terra intorno al Sole ha effetti notevoli sul "contenuto" della sfera celeste e sulla vita sulla Terra, determinando la variazione delle costellazioni visibili, l'alternarsi delle stagioni e la misura dell'anno.

Rivoluzione terrestre, eclittica e stagioni

L'orbita della Terra intorno al Sole determina il concetto di eclittica mentre l'inclinazione terrestre porta a definire il range di latitudini raggiungibili dalla nostra stella, scandendo l'alternarsi delle stagioni

"Il Sole sorge a Est e tramonta a Ovest" è una frase che ripetiamo da una vita ma sappiamo bene - oggi - come in realtà il Sole sia fermo al centro del Sistema Solare e come quel che vediamo sia l'effetto dei movimenti terrestri, soprattutto rotazione e rivoluzione.

L'eclittica è, per la meccanica celeste, il piano orbitale terrestre intorno al Sole. Dal punto di vista osservativo, invece, è il moto apparente del Sole compiuto dalla nostra stella in un anno sulla sfera celeste.

La Terra orbita intorno al Sole in circa 365 giorni, e lo sappiamo tutti visto che festeggiamo il Capodanno ogni 365 o 366 giorni. L'orbita terrestre è quasi sferica, con una eccentricita ' appena pari a 0,0167 (1,67%), con la distanza dal Sole che passa dai 147 milioni di chilometri in perielio ai 152 milioni di chilometri all'afelio .

Inclinazione terrestre rispetto all'eclittica
Inclinazione terrestre rispetto all'eclittica. Fonte Wikipedia.

Un giro completo orbitale intorno al Sole è per definizione di 360°, e così la Terra si sposta quasi di un grado al giorno lungo la propria orbita, con il risultato che il Sole, nel cielo, si sposta apparentemente di quasi un grado al giorno lungo l'eclittica, attraversando tredici costellazioni chiamate zodiacali. Come tutti gli astri, anche il Sole transita in meridiano e l'altezza alla quale il Sole culmina dipende dalla declinazione della stella  durante il periodo di riferimento (sappiamo che l'altezza di culminazione è data dall'altezza dell'equatore celeste sul meridiano più o meno la declinazione dell'astro). 

Sappiamo che l'asse terrestre è inclinato di 23°27' rispetto all'eclittica stessa e questa inclinazione fa si che il Sole abbia una declinazione massima di 23°27' N, corrispondente al parallelo di latitudine 23° 27' chiamato Tropico del Cancro, mentre la declilnazione minima è di 23°27' S, corrispondente alla latitudine terrestre chiamata Tropico del Capricorno

Cartina geografica con indicazione dei tropici
Cartina geografica con indicazione dei tropici

Vengono così definiti alcuni paralleli fondamentali per il nostro pianeta : oltre all'equatore , di latitudine 0, abbiamo il Tropico del Cancro a latitudine 23° 27'N e il Tropico del Capricorno a latitudine 23° 27' S. Il Sole raggiunge questi punti durante l'orbita terrestre proprio a causa dell'inclinazione dell'asse di rotazione del nostro pianeta. 

Orbita terrestre e declinazioni del Sole
Orbita terrestre e declinazioni del Sole

Durante il proprio giro intorno al Sole, la Terra mantiene sempre il proprio asse di rotazione in direzione della stella  Yilduz (Polaris), quindi si passa da una situazione (a sinistra nell'immagine) in cui l'emisfero più esposto ai raggi solari è quello boreale a una situazione, sei mesi dopo (a destra nell'immagine), in cui l'emisfero più esposto ai raggi solari è quello australe. Durante il viaggio ci saranno quindi due punti in cui la Terra esporrà in misura uguale i due emisferi, visto che per passare da valori negativi a valori positivi (e viceversa) occorre per forza passare per lo zero. Nel nostro caso, lo zero è l'equatore celeste (declinazione 0) mentre la massima esposizione dell'emisfero nord si ha con il raggiungimento del Tropico del Cancro (declinazione 23° 27' N) e la massima esposizione dell'emisfero sud si ha con il raggiungimento del Tropico del Capricorno (declinazione 23° 27' S). In concomitanza con il raggiungimento di questi punti orbitali, l'anno terrestre si suddivide in stagioni e le date di raggiungimento dei punti orbitali stessi assumono i nomi di solstizi ed equinozi.

Ricordando che la longitudine eclittica è la distanza angolare di un corpo celeste dal Punto d'Ariete, andando verso Nord, si può sostenere che nel momento in cui la Terra ha longitudine eclittica pari a 90° e 270° si trova nei punti di solstizio: in questi punti il Sole si trova alla sua declinazione massima e minima, cioè 23°27'N e 23°27'S. 

Il Solstizio è il punto orbitale in cui il Sole raggiunge la massima declinazione nord o sud.

Il solstizio di inverno, o meglio del nostro inverno boreale, vede il Sole a declinazione massima nell'emisfero sud, mentre nel solstizio dell'estate boreale il Sole si trova alla massima declinazione Nord. 

I punti di attraversamento dell'equatore (declinazione zero) si chiamano equinozi e si hanno quando la Terra ha longitudine eclittica 0° e 180°, trovandosi quindi nel Punto Gamma e nel Punto Omega della propria orbita.

L'Equinozio è il punto orbitale in cui il Sole ha declinazione pari a zero.

Il Sole si trova nel punto di intersezione tra Equatore Celeste ed Eclittica e l'asse polare è perpendicolare alla congiungente Terra-Sole. 

Le date del raggiungimento di questi punti orbitali, approssimate e relative all'emisfero boreale, sono:  

  • 21 marzo per l'equinozio di primavera
  • 21 giugno per il Solstizio di Estate
  • 23 settembre per l'equinozio di autunno
  • 21-22 dicembre per il Solstizio di Inverno.

Le stagioni sono ovviamente invertite per l'emisfero australe.

Equinozio di primavera

Il Sole ha declinazione zero e passa da declinazioni negative a declinazioni positive, valori che manterrà per i successivi sei mesi. Trovandosi proprio sull'equatore celeste, i suoi raggi sono perpendicolari all'equatore terrestre con la conseguenza che il Sole è presente sopra l'orizzonte, in entrambi gli emisferi, per dodici ore precise (da qui il termine equinozio). Il Sole sorge precisamente a Est e tramonta precisamente a Ovest, unici giorni in tutto l'anno. Le ore di luce in realtà sono più di dodici visto che il Sole inizia a rischiarare fin dal crepuscolo mattutino, quindi prima dell'alba, e fino al crepuscolo serale, quindi dopo il tramonto. Nell'emisfero boreale ha inizio la primavera mentre in quello australe ha inizio l'autunno, ed il Sole transita a mezzogiorno ad una altezza pari all'altezza dell'equatore sull'orizzonte, pari quindi a

90 - latitudine del luogo di osservazione

visto che la declinazione è pari a zero. All'equatore, il Sole culmina allo zenit quindi (90 - 0) mentre ai Poli il Sole lambisce l'orizzonte per 24 ore (90 - 90). 

Solstizio d'estate

Il Sole raggiunge la massima declinazione nell'emisfero boreale toccando il Tropico del Cancro, quindi per un osservatore posto alla latitudine del Tropico del Cancro il Sole culmina proprio allo zenit (90-23°27'+23°27'). Il nome "solstizio" deriva da "sol stat" ed indica il fatto che nei giorni che precedono il raggiungimento della massima declinazione lo spostamento in ascensione retta diventa quasi impercettibile, con un Sole apparentemente statico. Per noi boreali si tratta del giorno più lungo dell'anno mentre per gli australi si tratta del giorno più corto. Al Polo nord invece siamo a metà del periodo del Sole di Mezzanotte, periodo iniziato con l'Equinozio di Primavera e che mantiene il Sole sempre sopra l'orizzonte. Al Polo Sud, invece, il Sole non è visibile (ciò non significa che le luci crepuscolari non siano visibili).

Equinozio di autunno

Il Sole passa da declinazione positiva a declinazione negativa, passando per lo zero e quindi per il Punto Omega, a longitudine eclittica pari a 180°. Inizia l'autunno boreale e le nostre ore di Sole inizieranno a diminuire giorno dopo giorno. Al Polo Nord è l'ultimo giorno del Sole di Mezzanotte, mentre al Polo Sud termina la lunga notte australe. 

Solstizio di inverno

Il Sole raggiunge la massima declinazione australe a 23°27'S. Per noi si tratta del giorno più corto dell'anno mentre per gli australi si tratta del giorno più lungo dell'anno. Le località poste a -23°27' di latitudine, lungo il Tropico del Capricorno, hanno il Sole allo zenit. 

Se l'orbita terrestre fosse circolare e il Sole fosse al centro, tutte le stagioni avrebbero pari durata, ma l'orbita è ellittica e la Terra va più veloce a gennaio quando si trova nel punto di perielio. Ne deriva che la stagione più corta è l'inverno boreale (estate australe) mentre la stagione più lunga è proprio l'estate, durante la quale la Terra si trova all'afelio e va più piano.

Altezza del Sole durante le stagioni
Altezza del Sole durante le stagioni

Si è parlato di ore di luce che variano in base alla altezza del Sole. D'estate il Sole raggiunge altezze maggiori, quindi le ore di luce sono superiori alle ore di luce invernali, periodo in cui la nostra stella transita più bassa. Il motivo è dato dal tragitto che il Sole effettua nel cielo: nei giorni di equinozio il Sole sorge a Est e tramonta a Ovest, ma negli altri giorni il punto di levata e tramonto si sposta verso Nord o verso Sud determinando percorsi diurni più o meno lunghi. In estate il Sole sorge a Nord-Ovest e tramonta a Sud-Est, percorrendo un tragitto molto più lungo (altezza maggiore) rispetto al periodo invernale quando sorge a Sud-Est e tramonta a Sud-Ovest (raggiungendo altezze minori). 

Se di giorno il tragitto è più lungo, di notte è forzatamente più breve (la somma deve sempre dare 24 ore circa). Non è un caso se d'estate i pianeti siano visibili più bassi rispetto a quanto non siano i pianeti visibili in inverno: d'estate l'eclittica è più alta di giorno (il Sole transita più in alto) e più bassa di notte, mentre d'inverno è più bassa di giorno e più alta di notte. 

Non è la distanza della Terra dal Sole a determinare la stagione corrente, ma il diverso angolo di incidenza dei raggi solari sugli emisferi terrestri.

Si potrebbe pensare che in perielio sulla Terra possa fare più caldo, ma in realtà la distanza non ha alcuna importanza. Quando il Sole si trova a una declinazione pari al Tropico del Cancro i raggi solari insistono con maggiore incidenza sull'emisfero boreale, quindi sarà estate in questa porzione di mondo e inverno in quella australe. Quando il Sole si trova a declinazione pari a quella del Tropico del Capricorno, invece, i raggi avranno un angolo di incidenza maggiore sull'emisfero australe, il che determina l'estate nell'emisfero meridionale. 

Non si tratta, comunque, di uno schema così semplice: legare la stagione alla sola incidenza dei raggi solari vuol dire concentrarsi sicuramente sul parametro più importante del discorso ma anche approssimarne tanti altri. Ad esempio, da uno studio di inizio 2018 (Empirical evidence for stability of the 405-kiloyear Jupiter–Venus eccentricity cycle over hundreds of millions of years - PNAS - Dennis V. Kent et al.) basato su un campione del tardo Triassico - tra 201 e 237 milioni di anni fa - un team di scienziati sembra aver trovato le prove di influenze sul clima terrestre da parte di Venere e Giove. Il campione è dato da sedimenti raccolti nel bacino di Newark (un antico lago nel New Jersey) e lo studio ha riguardato le inversioni del campo magnetico terrestre. Ne è derivato come le influenze gravitazionali di Giove e Venere, con cadenza di 405 mila anni, siano andate ad alterare lievemente l'orbita terrestre. Questo avverrebbe da almeno 215 milioni di anni e andrebbe a spiegare molti eventi geologici della storia della nostra Terra.

Ultimo aggiornamento del: 25/08/2018 12:04:08

Rivoluzione terrestre e costellazioni

Il moto della Terra intorno al Sole influenza le costellazioni visibili dal lato notturno del nostro pianeta, dando vita alla stagionalità delle stelle.

Abbiamo già mostrato come la differenza tra tempo del Sole medio e tempo siderale fornisca 4 minuti di differenza al giorno che, sommati per sei mesi, portano a una differenza totale di dodici ore e abbiamo già detto come, di consegueza, una costellazione non circumpolare visibile a mezzanotte nel mese di Gennaio sia visibile a mezzogiorno nel mese di Luglio, il che determina una alternzanza tra le stelle visibili in meridiano. Non si tratta di una alternanza precisamente stagionale ma per fini pratici si è soliti distinguere tra cielo primaverile, estivo, autunnale e invernale indicando una costellazione come invernale (es. Orione) oppure estiva (es. Scorpione) in base al periodo principale di visibilità (punto sulla sfera celeste diametralmente opposto alla posizione del Sole per un osservatore terrestre).

La differenza tra tempo del Sole Medio e Tempo Siderale è dovuta essenzialmente al moto di rivoluzione terrestre, quindi al variare della posizione della Terra rispetto al Sole sarà possibile - di giorno - proiettare il Sole all'interno di costellazioni differenti (costellazioni zodiacali) ma anche - di notte - assistere a scenari diversi in termini di costellazioni visibili. 

Stagionalità delle costellazioni e spostamento apparente del Sole. In base alla posizione della Terra rispetto al Sole sarà possibile osservare zone diverse di universo.
Stagionalità delle costellazioni e spostamento apparente del Sole.
In base alla posizione della Terra rispetto al Sole sarà possibile osservare zone diverse di universo.

Le costellazioni attraversate dal moto apparente del Sole vengono chiamate costellazioni zodiacali, delle quali abbiamo già parlato in altra sede alla quale si rimanda.

Ultimo aggiornamento del: 23/08/2018 10:35:43

La misura dell'anno

Il moto di rivoluzione fornisce il flusso ideale per misurare la durata di un anno terrestre. Anche in tal caso i riferimenti possono essere diversi e portare a differenti durate dell'anno.

La Terra compie il proprio moto di rivoluzione intorno al Sole in un anno, per definizione, e questo è quindi definito tautologicamente come il tempo richiesto per compiere questo un giro intorno al Sole. Come visto per il giorno, tuttavia, in base ai riferimenti presi esistono diverse accezioni di "anno" e tra queste le principali distinguono tra anno siderale, anno tropico, anno anomalistico e anno draconico.

Anno Siderale e Anno Tropico

L'Anno Siderale è il tempo che intercorre tra due passaggi consecutivi del Sole rispetto alle stesse stelle e dura 365 giorni, 6 ore, 9 minuti e 9 secondi.

 

L'Anno Tropico è l'intervallo di tempo tra due passaggi del Sole al Punto Gamma e dura 365 giorni 5 ore 48 minuti e 45 secondi.

C'è una differenza, quindi, tra il moto delle stelle e quello del Punto Gamma. Le stelle fisse dovrebbero muoversi solidalmente con il Punto Gamma e invece c'è una differenza di 0,01417 giorni. La differenza è imputabile al moto di precessione degli equinozi e corrisponde a uno spostamento di 50,256'' in senso retrogrado del Punto Gamma stesso.  

 Anno Anomalistico

L'Anno Anomalistico è il tempo che intercorre tra due passaggi della Terra al perielio e vale 365 giorni, 6 ore, 13 minuti e 53 secondi.

Anno Draconico

L'Anno Draconico è il tempo che intercorre tra due passaggi del Sole al nodo ascendente dell'orbita lunare e vale 346 giorni 37 minuti e 12 secondi.

L'anno draconico è quindi è di 18 giorni più corto rispetto all'anno tropico, con la differenza imputabile alla retrogradazione dei nodi. 
L'anno anomalistico differisce di 4 minuti e 43 secondi dall'anno siderale, il che è dovuto allo spostamento della linea degli apsidi , la linea che congiunge afelio e perielio. Questa linea ruota nello stesso senso di rotazione della Terra e proprio per questo spostamento, partendo dal perielio e dopo aver compiuto un giro, occorrono altri 4 minuti e 23 secondi per riprendere lo spostamento della linea e quindi del perielio. 

Anno bisestile e calendari

Abbiamo visto che l'anno tropico dura 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 45 secondi, quindi un numero non intero di giorni. Questo dato ha reso sempre complicato stilare un calendario perpetuo senza bisogno di ritoccarlo. 
In base all'anno tropico, che è quello che serve per le stagioni, ogni 4 anni ci sarebbero circa 24 ore in più da conteggiare e proprio per questo motivo è stato introdotto l'anno bisestile da parte di Giulio Cesare a Roma, sulla falsariga di quanto già fatto da Sosigene in Egitto. 
Il calendario giuliano allora pone 3 anni di 365 giorni e uno di 366, aggiungendo un giorno a febbraio. 
Inizialmente il calendario era composto da mesi che alternavano 31 giorni e 30 giorni, tranne febbraio che ne aveva normalmente 29 e 30 negli anni bisestili. Il settimo mese era dedicato a Giulio Cesare mentre l'ottavo a Cesare Augusto, e sembrava sconveniente donare ad Augusto un mese di appena 30 giorni quando a Cesare ne era stato dedicato uno da 31, quindi ci fu una variazione assegnando anche a Luglio 31 giorni sottraendone uno a febbraio. Restavano, in tal modo, tre mesi consecutivi con 31 giorni e si scelse, così, di invertire le durate da settembre in poi. 
Restavano comunque 11 minuti e 12 secondi di scarto, e per quanto piccolo questo scarto costrinse Gregorio XII a porre rimedio durante un Equinozio di Primavera, festeggiato l'11 marzo anziché il 21: il calendario era slittato di ben 10 giorni rispetto al Sole. 
Il Papa, tramite la Inter gravissimas, decretò il passaggio dal 4 al 15 ottobre 1582, decidendo al tempo stesso di non rendere bisestili gli anni secolari a meno che non fossero divisibili per 400. Ogni 400 anni, quindi, ci sarebbero stati 97 anni bisestili anziché 100, approssimando meglio la lunghezza dell'anno tropico. Un giorno di differenza attualmente si crea soltanto ogni 3330 anni. 

Il giorno giuliano

Storicamente si passa dall'anno 1 a.C. all'anno 1 d.C., il che crea scompensi dal punto di vista astronomico dal momento che manca lo zero. In astronomia si usa quindi il Giorno Giuliano, un progressivo che parte da mezzogiorno del 1 gennaio 4713 a.C., con tanto di decimali ad indicare la frazione di giorno. 

Ultimo aggiornamento del: 23/08/2018 11:25:15