Questo articolo è stato inserito nella sezione d'archivio "Astronomia classica"

Non ridete di questo articolo... dovrebbe essere cosa risaputa, ma talvolta mi capita di avvertire un po' di confusione in chi affronta questo argomento. Vale, quindi, la pena fare chiarezza una volta per tutte. I più esperti non ci facciano caso.

Tralasciamo, questa volta, il moto "a trottola" della Terra, quello che causa la ben nota precessione degli equinozi, ossia la rotazione del piano dell'equatore terrestre attorno al polo dell'eclittica, ossia il polo dell'orbita terrestre.

Illustriamo quattro casi, più che sufficienti per comprendere i concetti di base. Per tutti loro, immaginiamo che il pianeta (la Terra, per fare un esempio "a caso") non abbia alcun fratello che l'accompagni. Insomma, sia figlio unico del Sole.

(1)  Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita circolare. Inoltre, la rotazione attorno al proprio asse avviene sullo stesso piano orbitale. In poche parole eclittica ed equatore celesti coincidono. Esistono, in questo caso, le stagioni? Assolutamente no! La configurazione è sempre la stessa in ogni periodo dell'anno. Chi sta sull'equatore ha sempre il Sole allo zenit; chi sta ai poli lo vede sempre sull'orizzonte. Per "abbondare" disegniamo pure la Fig. 1., in cui EE' indica l'equatore e il Sole è considerato molto lontano e quindi i suoi raggi sono paralleli. L'angolo tra lo zenit Z del luogo P e la direzione del Sole (distanza zenitale z) è SEMPRE lo stesso durante tutto l'anno. Non ha alcun senso parlare di solstizi o di equinozi, dato che in ogni giorno dell'anno il Sole assume sempre la stessa posizione alla stessa ora.

(2) Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita circolare. La rotazione attorno al proprio asse avviene, però, su un piano che è diverso dal piano orbitale. In poche parole, eclittica ed equatore celesti NON coincidono. Esistono, in questo caso, le stagioni? Assolutamente SI! La situazione, che conosciamo molto bene, è quella di Fig. 2. L'angolo tra eclittica ed equatore (ε) può essere considerato costante (nel caso semplificato in esame). Si riconoscono benissimo i due solstizi del punto P, quello invernale, in cui la distanza zenitale zI è massima (ossia il Sole è basso rispetto all'orizzonte) e quello estivo, in cui la distanza zenitale zE è minima (il Sole è alto sopra l'orizzonte). In ogni giorno dell'anno, ogni punto P vede il Sole cambiare posizione nel cielo, alla stessa ora (la figura che disegna in cielo il Sole, fotografato ogni giorno dell'anno alla stessa ora da uno stesso luogo, si chiama analemma: è molto suggestiva, oltre che istruttiva, e ve la spieghiamo QUI)

(3) Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita ellittica, ossia tale che in un certo giorno dell'anno la distanza dalla stella sia minima (perielio) e sei mesi dopo sia massima (afelio). Eclittica ed equatore, tuttavia, coincidono. Esistono le stagioni. Assolutamente SI, sempre che la differenza tra afelio e perielio sia abbastanza grande, altrimenti si ricade nel caso (1). La situazione è quella di Fig. 3. Teniamo in conto che, sebbene il Sole sia più vicino o più lontano, la sua distanza è tale che si possa comunque considerarlo all'infinito (raggi paralleli). La distanza zenitale rimane immutata. In ogni modo, il Sole riscalda di più quando è al perielio...

(4) Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita ellittica e su un piano diverso da quello equatoriale. E' il caso più generale (per un pianeta singolo). E' inutile fare la figura, dato che è un mix della Fig. 2 e della 3. Esiste, comunque, una lotta tra distanza del Sole e inclinazione dell'orbita. Teniamo conto che non vi è nessuna relazione tra inclinazione del piano orbitale e distanza perielica. Tutti i casi sono possibili. Ne segue che tutto dipende dall'eccentricità e dall'inclinazione. Se è grande la prima e molto bassa la seconda, il clima è dominato dalla distanza; se vale il viceversa, il clima è dominato dall'inclinazione.

Conclusione: L'estate più calda si ha se il passaggio al perielio avviene proprio al solstizio d'estate e, di conseguenza, anche l'inverno più freddo, dato che, in questo caso, il solstizio d'inverno si verifica proprio quando il Sole è più distante.

Noi terrestri, perciò, siamo fortunati oppure no? Beh... dipende dai punti di vista e dall'emisfero nel quale si vive! Se definiamo, come viene fatto, solstizio d'estate quello del 21 giugno e solstizio d'inverno quello del 21 dicembre (gli abitanti dell'emisfero boreale hanno sempre preso le decisioni in merito!) si ha il solstizio d'inverno proprio quando il Sole è più vicino e quello d'estate quando è più lontano. Tuttavia, nell'emisfero australe, le cose vanno al contrario e la loro estate coincide con il nostro inverno. Dispiace per loro, ma il solstizio d'estate e d'inverno rimangono gli stessi per entrambi, il che vuol dire che la loro estate si ha in concomitanza con il solstizio d'inverno. Le cose, però, possono anche cambiare completamente, come vedremo tra poco.

Un bel modo per rendere meno drastico il passaggio da una stagione all'altra? Molto relativamente per noi, dato che l'eccentricità dell'orbita terrestre è molto bassa e chi "comanda" è l'inclinazione. Lo stesso, però non vale per altri corpi celesti, come Plutone, ad esempio, in cui comanda di più l'eccentricità.

Tuttavia, la Terra può passare da un eccesso all'altro (ma non solo lei), dato che non è figlia unica! Le perturbazioni planetarie fanno sì che la linea degli apsidi, ossia la congiungente afelio con perielio, ruoti lentamente, compiendo un giro completo in circa 112 000 anni. Chi vivrà molto a lungo potrà, perciò, assistere ad estati molto calde e anche un po' meno, così come per gli inverni (alla faccia del riscaldamento globale), tenendo sempre conto che l'estate australe coincide con l'inverno boreale e viceversa. Tutto ciò, ribadiamo, senza introdurre la rotazione dell'equatore attorno al polo dell'eclittica che complica ancora di più le cose.

Questa rotazione della linea degli apsidi viene chiamata precessione del perielio (famosa soprattutto nel caso di Mercurio per le ripercussioni sulla Relatività Generale, e recentemente verificata in modo eclatante per una stella che orbita intorno al buco nero posto al centro della nostra Via lattea). Di seguito una bella animazione presa da Wikipedia

Per finire, quindi, non confondiamo estate "eccentrica" con estate "inclinata"... mi raccomando!

Piano orbitale, eclittica, distanza zenitale, afelio, linea degli apsidi sono termini sconosciuti o ne avete sentito parlare ma non sapete definirli con esattezza? Nessun problema... QUI un corso online e gratuito messo a disposizione per voi!  

La spiegazione dell'eccentricità di una ellisse la trovate QUI