Di passaggio sulla Terra: perché esistono le stagioni?

Rubrica del weekend a spasso nell’eliosfera – Episodio 5

Il terzo pianeta del sistema solare, quello che dà il nome alla famigliola di “pianeti terrestri”, quelli che rappresentano il sistema solare interno, è proprio la nostra Terra. Nella puntata di oggi, salteremo a piè pari tutta la parte di dati numerici sul pianeta in questione, dal momento che abbiamo già familiarizzato abbastanza con queste cifre nel corso delle precedenti puntate, con i continui paragoni tra con il pianeta del giorno – finora il Sole, Mercurio e Venere. Vorremmo piuttosto soffermarci sulle conseguenze dirette delle peculiari caratteristiche del moto di rotazione e rivoluzione della Terra, aspetti che forse tendiamo a non considerare, ma che scandiscono ciclicamente nel tempo il ritmo della vita sul nostro pianeta. Iniziamo!

Rileggi le puntate precedenti di questa rubrica:
👉🏻 Venere, pianeta infernale – 5 marzo, episodio 4
👉🏻 Mercurio, dove i giorni durano più degli anni – 19 febbraio, episodio 3
👉🏻 Un sabato al Sole – 12 febbraio, episodio 2
👉🏻 Prendiamo le misure: quando siamo piccoli? – 5 febbraio, episodio 1

Terminologia e concetti fondamentali 

Dobbiamo innanzitutto fare un po’ di ordine e chiarezza per quanto riguarda i termini e i concetti non proprio semplicissimi con cui dovremo fare i conti nel prosieguo di questa puntata della Rubrica. Partendo dalle basi più semplici, possiamo ricordare che…

Il periodo di rivoluzione indica il tempo che il nostro pianeta (e anche ogni altro pianeta) impiega a compiere un giro intorno al Sole, ed è approssimativamente quello che definiamo banalmente “anno”, pari a circa 365 giorni e quasi 6 ore. Queste “quasi 6 ore” sono la causa dell’inserimento nel calendario dell’anno bisestile, in quanto ogni 4 anni finiremo per avanzare un giorno… che viene inserito per convenzione, come tutti ben sappiamo, a fine febbraio. 

Il moto di rivoluzione intorno al Sole avviene lungo un’orbita precisa, che l’astrofisica con l’ausilio della matematica ci insegnano appartenere ad un piano nello spazio: in altre parole, sebbene sia una considerazione piuttosto ovvia, la Terra ruota su una traiettoria piana (ed ellittica) intorno al Sole, senza andare su e giù lungo il tragitto come i cavallini delle giostre del luna park. Questo piano, a cui appartiene l’orbita terrestre, viene indicato con il nome di piano dell’eclittica

Durante il suo continuo girotondo intorno al Sole, la Terra (come ogni altro pianeta, di nuovo) ruota anche intorno a se stessa, e più precisamente intorno ad un preciso asse passante per i poli geografici. Questo è detto moto di rotazione, e dura 23 ore, 56 minuti e 4 secondi, in pratica corrisponde alle comuni 24 ore del giorno

L’asse di rotazione non è perpendicolare al piano dell’eclittica, ma risulta ruotato di 23° 27’: ciò significa che la Terra ruota… storta! Ovviamente, come ogni altro pianeta del sistema solare. Questo è il fattore determinante che, se già non lo ha fatto, vi illuminerà facendovi capire il perché dell’esistenza delle stagioni! Inoltre, come se non bastasse, anche l’asse di rotazione ruota a sua volta intorno alla perpendicolare all’eclittica, ma con un periodo estremamente lungo – 25800 anni – per cui l’uomo, nella sua breve vita, non può sperimentarne le conseguenze.

La latitudine, infine, è la distanza angolare di un punto qualsiasi sulla superficie terrestre dall’equatore: un punto all’equatore avrà latitudine 0°, il polo nord geografico avrà latitudine 90° N (dove N sta per Nord) e, viceversa, il polo sud geografico avrà latitudine 90° S (dove S sta per Sud). La latitudine della città di Roma, ad esempio, è di 41°54’39’’24 N. Le linee immaginarie che indicano la latitudine sono delle paralleli.

In qualsiasi punto della Terra si trovi un osservatore della volta celeste, lo Zenit in quel preciso luogo corrisponde con il punto individuato dall’intersezione dell’asse verticale passante per l’osservatore e perpendicolare al suolo con la volta celeste stessa. La facciamo più semplice? Il tuo Zenit si trova esattamente sopra la tua testa, in cielo, individuato da un ipotetico filo a piombo infinito che scende da esso. Il punto opposto, esattamente sotto ai tuoi piedi, viene detto invece Nadir. Ma perché è importante saperlo? Lo Zenit è un concetto locale che, a differenza ad esempio di coordinate come la latitudine e la longitudine che sono le stesse per convenzione su tutto il globo, dipende strettamente dalla posizione geografica dell’osservatore. Dal momento che la Terra è sferica – anche se qualcuno osa ancora metterlo in discussione – siamo tutti d’accordo che all’altro capo del pianeta le persone sono sottosopra rispetto a come sono messo io: di conseguenza, non potrò dire al mio amico in Nuova Zelanda di guardare una stella allo Zenit, perché il suo Zenit sarà l’esatto opposto del mio; allo stesso modo, in ogni punto del pianeta lo Zenit cambia, ed è sempre il punto individuato sulla volta celeste dall’asse verticale passante per quel punto. 

Il Sole di mezzanotte

A questo punto abbiamo tutti gli ingredienti necessari per capire, senza lasciare spazio a dubbi, come funzionano le stagioni e, più in generale, i cicli che scandiscono la vita sulla terra, soprattutto quella vegetale. 

CNR: La rivoluzione della Terra intorno al Sole e le posizioni degli equinozi e dei solstizi

Come potete vedere nella rappresentazione proposta qui sopra, se osserviamo il moto di rivoluzione della Terra da un punto dello spazio, noteremo che l’asse di rotazione rimane sempre girato dalla stessa parte, ad esempio sempre come uno slash, “/”. In realtà, abbiamo già accennato al fatto che nel giro di 25800 anni anche l’asse compie una rotazione intorno all’asse perpendicolare al piano dell’eclittica, ma questa variazione (di 0°0’52” all’’anno) è veramente trascurabile per le considerazioni che dobbiamo fare in questa sede. 

NASA: Image by Przemyslaw “Blueshade” Idzkiewiczi, “Illumination of Earth by the Sun on the day of the winter solstice in the northern hemisphere. A view of the eastern hemisphere showing noon in Central European time zone (ignoring DST) on the day of the winter solstice (in the northern hemisphere — this is the summer solstice in the southern hemisphere).” URL: https://it.wikipedia.org/wiki/File:Earth-lighting-winter-solstice_EN.png

Da questa seconda immagine, invece, possiamo notare che quando la Terra si trova a ruotare in queste condizioni – “sulla destra” del Sole, in termini impropri ma pratici – il polo sud riceve la luce solare durante l’intero moto di rotazione, mentre al contrario il polo nord è al buio per tutto il tempo. Il fenomeno è piuttosto noto: ai poli si alternano banalmente 6 mesi di luce e 6 mesi di buio, per la disperazione di chi è costretto a lavorare (o vivere) al di sopra del circolo polare artico (nell’emisfero nord) o al di sotto del circolo polare antartico (nell’emisfero sud). Queste due linee immaginarie vengono riportate sulla maggior parte dei planisferi e si trovano ad una latitudine di 66°33’39” (N e S, rispettivamente). Il circolo polare artico rappresenta l’insieme di punti più meridionali sulla superficie terrestre da cui è possibile assistere per un solo giorno all’anno al fenomeno del Sole di mezzanotte, ovvero vedere il sole sopra l’orizzonte per 24 ore consecutive, in particolare in corrispondenza del solstizio di giugno (o solstizio d’estate, nel nostro emisfero), il 20 o 21 giugno di ogni anno. Viceversa, nell’emisfero australe, in corrispondenza del circolo polare antartico in quella data si assisterà a 24 ore consecutive senza Sole.
Ma cosa succede quando il sole, dopo 6 mesi, si troverà all’altro capo della sua orbita, con il sole alla sua destra? Esattamente il contrario: sarà il 21 o 22 dicembre, solstizio di dicembre (o d’inverno) e al circolo polare antartico si osserverà il Sole di mezzanotte, mentre al circolo polare artico la nostra stella sarà sotto la linea dell’orizzonte per 24 ore.

Le stagioni

Finalmente la spiegazione che tutti aspettavamo: perché esistono le stagioni? Se proseguiamo il nostro avvicinamento all’Equatore dai poli, troveremo sul planisfero altri due paralleli evidenziati: si tratta del tropico del Cancro nell’emisfero boreale e del tropico del Capricorno nell’emisfero australe, alla latitudine di 23°27’ N e S, rispettivamente. Notate qualche coincidenza? Si tratta proprio della stessa ampiezza angolare che caratterizza l’inclinazione dell’asse terrestre rispetto al piano dell’eclittica. Questo significa che, per l’emisfero boreale, il tropico del Cancro è l’insieme di punti più settentrionali sulla superficie terrestre dove il sole si troverà allo Zenit alle 12 di un solo giorno dell’anno, precisamente al solstizio di giugno. Viceversa, il Sole batterà a picco sul tropico del Capricorno durante il solstizio di dicembre, quando da noi sarà inverno – e il sole sarà più basso nel cielo – e nell’emisfero australe sarà appena iniziata l’estate astronomica. 

I punti intermedi tra le due date particolari che abbiamo visto finora sono gli equinozi, di marzo (20 o 21) e di settembre (22 o 23), date in cui il sole sarà allo Zenit alle 12 all’equatore per due volte l’anno, indicando il perfetto equilibrio nella durata delle giornate nei due emisferi terrestri; dal giorno successivo, per uno dei due inizierà la primavera, mentre per l’altro l’autunno. 

Con questo abbiamo concluso anche la quinta puntata della Rubrica del weekend A spasso nell’eliosfera, ma siamo già pronti a decollare nuovamente verso lo spazio più lontano. Prossima tappa: Marte, il Pianeta Rosso!

FONTI

Bignami, L. (2018). Equinozio d’autunno: le stagioni astronomiche e meteorologiche. Focus.it. Pubblicato il 22 settembre 2018, consultato il 7 marzo 2022, URL: https://www.focus.it/scienza/scienze/stagioni-astronomiche-e-meteorologiche

Carichino, G. (n.d.) Anno: anno solare, anno civile e anno sidereo. Youmath.it. Consultato il 7 marzo 2022, URL: https://www.youmath.it/lezioni/fisica/unita-di-misura/misure-di-tempo/2863-anno-solare-anno-civile-anno-sidereo.html 

Circolo polare. In Wikipedia. Ultima modifica 21 novembre 2019, consultato il 7 marzo 2022, URL: https://it.wikipedia.org/wiki/Circolo_polare 

Cosa provoca le stagioni? (2016). Consiglio Nazionale delle Ricerche. Consultato il 7 marzo 2022, URL: https://artico.itd.cnr.it/index.php/finale/cosa-provvoca-le-stagioni

Orlandi, S. (2018). Stagioni meteorologiche ed astronomiche: quali differenze? Centrometeoemiliaromagna.com. Pubblicato il 5 marzo 2018, consultato il 7 marzo 2022, URL: https://www.centrometeoemiliaromagna.com/didattica-meteo/stagioni-meteorologiche-ed-astronomiche-quali-differenze

Tropico del Cancro. In Wikipedia. Ultima modifica 15 febbraio 2022, consultato il 7 marzo 2022, URL: https://it.wikipedia.org/wiki/Tropico_del_Cancro

Qual è il motivo per cui le stagioni cambiano? (2021). Starwalk.space. Pubblicato il 18 giugno 2021, consultato il 7 marzo 2022, URL: https://starwalk.space/it/news/what-causes-the-seasons-to-change

Credits: Photo by ANIRUDH on Unsplash

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