L alternanza delle stagioni Le cause Si potrebbe pensare che l alternarsi delle stagioni sia dovuto al fatto che la Terra si trovi in estate più vicino e in inverno più lontano dal Sole. Purtroppo le cose non stanno così: la differenza tra l afelio ed il perielio è minima ed insufficiente a spiegare i cambiamenti climatici le stagioni decorrono nei due emisferi in maniera opposta Le cause sono dovute alla combinazione di tre condizioni: il movimento di rivoluzione l inclinazione dell asse di rotazione il mantenersi costante dell angolo di inclinazione Possiamo individuare sull eclittica 4 punti, noti fin dall antichità, conosciuti con il nome di solstizi e equinozi: 2 solstizi e 2 equinozi. Osservando la massima altezza raggiunta dal Sole nel corso del giorno, ci si accorse che questa oscillava, durante l anno, tra un valore minimo ed un valore massimo. 1
I giorni di massima e minima altezza furono detti solstizi perché sembra che il Sole si fermi nella sua salita o nella sua discesa: la parola deriva dal latino sol stat, il sole si ferma. I giorni che corrispondono a metà percorso del sole nel cielo furono detti equinozi perché si notò che la durata della notte era esattamente uguale a quella del dì: la parola deriva dal latino aequis noctis, notte uguale (al dì). I due solstizi si verificano, per lo più, il 21 giugno (solstizio d estate) e il 22 dicembre (solstizio d inverno). Quando la Terra si trova in una di queste due posizioni sull eclittica, i raggi del Sole arrivano perpendicolarmente a due particolari paralleli detti tropici. I due tropici si trovano a 23 27 di latitudine Nord e Sud e vengono chiamati tropico del Cancro (a Nord) e tropico del Capricorno (a Sud). I due equinozi si verificano, per lo più, il 21 marzo (equinozio di primavera) e il 23 settembre (equinozio d autunno). Quando la Terra si trova in una di queste due posizioni sull eclittica, i raggi del Sole arrivano perpendicolarmente all equatore. La perpendicolarità dei raggi solari si verifica dunque, nel corso dell anno, in una fascia compresa tra 23 30 di latitudine Nord e 23 30 di latitudine Sud. Due volte all anno i raggi arrivano perpendicolarmente sui paralleli compresi tra i due tropici, ma una sola volta su questi ultimi. 2
Le date di solstizi ed equinozi sono determinate non solo dal moto di rivoluzione, ma anche dai moti millenari, di conseguenza non sono fisse ma variano nel tempo. Ecco, per esempio, come si sono distribuite dal 1582 a oggi: 19 20 21 22 23 24 equinozio di primavera 22 volte 283 volte 113 volte --- --- --- marzo solstizio d estate --- 26 volte 307 volte 85 volte --- --- giugno equinozio d autunno --- --- --- 138 volte 270 volte 10 volte settembre solstizio d inverno --- 10 volte 238 volte 170 volte --- --- dicembre Le date di maggior frequenza sono quelle che vengono comunemente considerate ufficiali, con l eccezione dell equinozio di primavera la cui ricorrenza è associata al 21 marzo benché si sia verificato più frequentemente il 20. Solstizio d estate Nel solstizio d estate la Terra (prossima all afelio), i raggi solari sono perpendicolari al tropico del Cancro. L emisfero boreale è più riscaldato di quello australe. Il circolo di illuminazione è tangente a due paralleli a 66 30 a Nord e a Sud: i circoli polari (circolo polare artico e antartico). Il polo Nord è sempre illuminato, mentre il polo Sud è sempre al buio. Nell emisfero boreale il dì ha maggior durata della notte, il contrario in quello australe. Si ha estate nell emisfero Nord ed inverno in quello Sud. Solstizio d estate 3
Il cielo nel solstizio d estate Il Sole sorge e tramonta a Nord-Est e Nord-Ovest. Il Sole raggiunge la declinazione massima e la massima altezza sull orizzonte (+23 27 ). L arco diurno è massimo. L ombra di un oggetto raggiunge la sua minima lunghezza. Solstizio d inverno Nel solstizio d inverno la Terra (prossima al perielio), i raggi solari sono perpendicolari al tropico del Capricorno. L emisfero australe è più riscaldato di quello boreale. Il circolo di illuminazione è tangente al circolo polare artico ed a quello antartico. Il polo Sud è sempre illuminato, mentre il polo Nord è sempre al buio. Nell emisfero australe il dì ha maggior durata della notte, il contrario in quello boreale. Si ha estate nell emisfero Sud ed inverno in quello Nord. Solstizio d inverno 4
Il cielo nel solstizio d inverno Il Sole sorge e tramonta a Sud-Est e Sud Ovest. Il Sole raggiunge la sua minima declinazione e la sua minima altezza sull orizzonte ( 23 27 ). L arco diurno è più breve che in qualsiasi altro periodo dell'anno. Gli oggetti proiettano le ombre più lunghe. Equinozi Durante gli equinozi i raggi solari sono perpendicolari all equatore. Il circolo di illuminazione passa esattamente per i poli. Nessuno dei due emisferi è privilegiato né per l inclinazione dei raggi solari, né per la durata del dì o della notte. Si avrà un unica stagione in ambedue gli emisferi, intermedia tra l estate e l inverno: primavera quando l equinozio si verifica durante il passaggio dall inverno all estate, e autunno quando l equinozio si verifica nel passaggio dall estate all inverno. Equinozi 5
Il cielo negli equinozi Sole sorge e tramonta esattamente a Est e a Ovest. L arco diurno è lungo quanto l arco notturno (il dì è uguale alla notte). Il Sole ha declinazione ed ascensione retta = 0. Le stagioni I solstizi e gli equinozi suddividono l anno in quattro periodi ai quali si dà il nome di stagioni. Esse si succedono ciclicamente e opposte nei due emisferi. A causa della diversa velocità di rivoluzione della Terra, non hanno la stessa durata: nell emisfero boreale l inverno dura mediamente 89 giorni, la primavera 93, l estate 93 e l autunno 90. Diversa durata del dì e della notte Prenderemo in considerazione ciò che accade nell emisfero boreale, tenendo presente che nell emisfero opposto avvengono gli stessi fenomeni in maniera invertita. Nel nostro emisfero la maggior durata del dì e la minor durata della notte si ha in occasione del solstizio d estate. A partire da questo momento, e fino all equinozio d autunno, la durata del dì andrà diminuendo e quella della notte andrà aumentando. Il giorno dell equinozio d autunno notte e dì avranno la medesima durata. 6
Diversa durata del dì e della notte Proseguendo nel corso dell anno, l accorciamento del dì e l allungamento della notte continueranno fino a giungere al solstizio d inverno, quando il dì avrà raggiunto la sua durata minima e la notte la massima. Successivamente il dì tornerà ad allungarsi e la notte ad accorciarsi fino all equinozio di primavera, quando avremo una nuova uguaglianza nella durata della notte e del dì. Diversa durata del dì e della notte Un aspetto particolare è quello relativo all alternarsi del dì e della notte nelle regioni polari. Un osservatore che si trovi esattamente al polo Nord, per esempio, vedrà sorgere il Sole il 21 marzo e fino al 23 settembre non lo vedrà più tramontare. Diversa durata del dì e della notte Il 23 settembre il Sole tramonterà e poi non sorgerà più fino al 21 marzo (ovviamente al polo Sud avremo lo stesso fenomeno, ma invertito). Se ci allontaniamo dai poli, però, il mancato sorgere o tramontare del Sole avverrà per periodi sempre più brevi (sei mesi di luce e sei mesi di buio si osserva solo esattamente ai poli) finché, oltrepassato il circolo polare, il Sole riprenderà a sorgere e tramontare ogni giorno. 7
Zone astronomiche L inclinazione con cui i raggi solari arrivano sulla superficie terrestre incide in modo assai determinante sul riscaldamento. Ne consegue che i due tropici ed i due circoli polari suddividono la Terra in cinque zone zone climatiche astronomiche caratterizzate da particolari condizioni di riscaldamento. Zone polari Sono comprese tra ciascun polo ed il circolo polare: zona polare artica (a Nord) e zona polare antartica (a Sud). Il Sole è sempre molto basso sull orizzonte ed i suoi raggi sono sempre molto inclinati (addirittura, in certi periodi dell anno, non arrivano affatto), quindi le temperature sono sempre basse e la differenza tra le stagioni molto ridotta. Zone temperate Sono comprese tra il tropico e il circolo polare: zona temperata boreale (nell emisfero settentrionale) e zona temperata australe (nell emisfero meridionale). Qui i raggi solari non arrivano mai perpendicolarmente e la loro inclinazione varia considerevolmente durante l anno, ne consegue che le temperature oscilleranno ampiamente durante l anno e le stagioni si alterneranno con spiccate differenze tra loro. 8
Zona torrida Compresa tra i due tropici, è divisa a metà dall equatore. Qui il Sole è sempre molto alto sull orizzonte e i suoi raggi arrivano generalmente poco inclinati (a mezzogiorno di ogni giorno dell anno risultano perpendicolari a un parallelo compreso in questa zona). Le temperature sono elevate e la differenza tra le stagioni alquanto ridotta (in pratica se ne hanno solo due: la stagione secca e quella delle piogge). 9