Orientarsi significa determinare la propria posizione rispetto a dei punti di riferimento. In passato il riferimento era il punto da cui sorge il sole (dal latino oriri, sorgere). Per orientarsi la prima cosa da fare è di fissare alcuni punti fissi di riferimento: i punti cardinali. Oggi i punti cardinali si chiamano Est (E), Ovest (W), Nord (N), definito come il polo rivolto verso la stella polare, e Sud (S). Essi sono così definiti: Est è il punto da cui il Sole sorge in occasione degli equinozi Ovest è il punto in cui il Sole tramonta in occasione degli equinozi Nord è il punto indicato dalla Stella polare Sud è il punto opposto al Nord. 1
Oggi disponiamo di uno strumento che ci permette di orientarci anche quando non è possibile fare riferimento al Sole, o ad altre stelle: la bussola. È costituita da un ago magnetico libero di ruotare all'interno di un piccolo contenitore. L'ago magnetico si dispone in modo che la sua estremità colorata indichi il Nord e l'estremità opposta il Sud. Occorre però ricordare che il Nord magnetico non coincide esattamente con il Nord geografico. 2
Il campo magnetico della Terra assomiglia a quello di una enorme barra magnetica inclinata di circa 11 rispetto all asse terrestre. Il campo magnetico può essere rappresentato attraverso le sue linee di forza, che indicano come si disporrebbe un ago magnetico nei diversi punti del campo. Il campo magnetico della Terra è importante per la vita, perché fa da scudo al vento solare e a radiazioni pericolose per gli esseri viventi. Esso si estende per migliaia di kilometri nello spazio e ha una caratteristica forma a goccia. La forma è dovuta al vento solare, che comprime le linee di forza sul lato rivolto verso il Sole. Le particelle del vento solare penetrano lungo delle «aperture» del campo magnetico che si trovano in corrispondenza dei poli magnetici. Le particelle si concentrano soprattutto in due zone, le fasce di Van Allen, situate ad una altezza 3-4000 km e 15-20000 km. 3
Il campo magnetico terrestre è anche responsabile di un fenomeno luminoso che si può osservare nel cielo ai poli: le aurore polari. Mentre attraversano l atmosfera, le particelle del vento solare urtano contro i gas che la compongono emanando una spettacolare luminescenza. L orientamento dà però una misura relativa, se invece si vuol determinare la posizione assoluta si ricorre alle coordinate geografiche. Sulla superficie terrestre si applica lo stesso metodo del piano cartesiano. Poiché la Terra è sferica, è necessario individuare due circonferenze perpendicolari che costituiscano il sistema di riferimento. Il problema è che sulla sfera non vi è alcuna circonferenza che si differenzi dalle altre. Però sulla sfera terrestre vi sono due punti facilmente individuabili: i poli. I poli sono l intersezione dell asse di rotazione della Terra con la superficie. 4
Possiamo usare i poli per individuare una particolare circonferenza: quella i cui punti siano equamente distanti da essi. Questa circonferenza si chiama equatore e risulta, ovviamente, perpendicolare all asse di rotazione terrestre. Un altra definizione di equatore è: la più grande circonferenza perpendicolare all asse di rotazione terrestre. L equatore divide la Terra in due emisferi identici, uno comprendente il polo Nord e l altro comprendente il polo Sud. Il primo viene detto emisfero boreale, l altro emisfero australe. L insieme delle circonferenze parallele all equatore (e di conseguenza perpendicolari all asse) costituisce l insieme dei paralleli. 5
In teoria il numero dei paralleli è infinito, essendo infinite le circonferenze che è possibile immaginare parallelamente all equatore, in pratica però si contano 180 paralleli: 90 nell emisfero boreale e 90 in quello australe. Passiamo ora a definire l altra circonferenza di riferimento utilizzando ancora i poli. Proviamo allora ad immaginare delle circonferenze passanti per i poli e perpendicolari all equatore, troveremo un insieme di circonferenze tutte identiche tra loro: i meridiani. Più precisamente si definisce meridiano solo una metà della circonferenza e antimeridiano l altra metà. 6
Anche i meridiani sono in teoria infiniti, in pratica però se ne contano 360. Nessuno dei meridiani si differenzia dagli altri, per cui non è possibile individuarne uno da prendere come riferimento. Nel secolo scorso, però, ci si accordò di scegliere come riferimento il meridiano passante per l osservatorio astronomico di Greenwich. Questo meridiano è conosciuto come meridiano fondamentale. 7
L insieme dei paralleli e dei meridiani sulla superficie terrestre costituisce il reticolo geografico. Attraverso il reticolato geografico è possibile determinare la posizione di ogni punto sulla superficie terrestre. Ma c è un altro problema: sulla sfera la distanza di un punto da una retta non è un segmento, ma un arco di circonferenza, per cui è più comodo esprimerne il valore attraverso una misura angolare. I due angoli che determinano la posizione del punto prendono il nome di coordinate geografiche e più precisamente si chiama: LATITUDINE la distanza angolare, rispetto al centro della Terra, di un punto dall equatore LONGITUDINE la distanza angolare, rispetto al centro della Terra, di un punto dal meridiano fondamentale. 8
La sola misura della distanza angolare non è però sufficiente a determinare esattamente la posizione di un punto. È necessario specificare anche in quale direzione vada misurato l angolo, ovvero se è a Nord o a Sud dell equatore oppure ad Est o ad Ovest del meridiano fondamentale. La misura della longitudine si basa sulla determinazione dell ora locale. Non si tratta dell ora indicata dall orologio, ma di quella ricavabile dalla posizione del Sole nel cielo. Il Sole si muove apparentemente di 1 ogni 4 minuti. Quindi per conoscere la longitudine si calcola la differenza in minuti fra l ora locale del luogo e l ora locale di Greenwich e poi si divide per 4. 9
Per determinare la latitudine si misura l altezza di una stella sul piano dell orizzonte. L angolo formato dalla retta che congiunge i nostri occhi alla stella polare e dal piano dell orizzonte è uguale alla latitudine. Nell emisfero australe si fa riferimento alla Croce del Sud, però tenendo conto che questa costellazione è distante dal Polo sud celeste circa 30. Il sistema più moderno e accurato per conoscere la posizione di un corpo sulla superficie terrestre è quello noto con la sigla GPS, o Global Positioning System (Sistema di Posizionamento Globale) realizzato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Si basa su una rete di oltre 30 satelliti artificiali che orbitano attorno alla Terra che consentono di triangolare la posizione di un determinato punto, così come si fa con le stelle. La distanza dai satelliti si ottiene attraverso il tempo impiegato da un radiosegnale emesso da ciascun satellite. A tal fine è necessario che i satelliti siano perfettamente sincronizzati tra loro e ciò si ottiene con l uso di precisissimi orologi atomici. 10