Augusto Guidobaldi

NEL CIELO

Manuale divulgativo di astronomia

 PROPRIETÀ LETTERARIA RISERVATA

© Editrice Incontri Nautici

Largo Angelicum, 6 - 00184 Roma

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Dicembre 2012

Prefazione

Al termine del suo cammino, declinando all’orizzonte lo sfavillante disco del Sole lascia la scena a un altro grande spettacolo della natura. Dopo il tramonto, nel cielo cominciano a brillare migliaia di luci che testimoniano la presenza di altrettanti mondi remoti, galassie, stelle, pianeti disseminati nello spazio che ci circonda. 

Nei secoli si sono dedicati all’osservazione e allo studio del firmamento filosofi, fisici e matematici dando vita all’astronomia, la scienza che si occupa delle origini, degli eventi e delle proprietà dei corpi celesti. Agli astri si sono affidati navigatori e viaggiatori prima dell’avvento di adeguati strumenti per l’orientamento, e negli astri si sono trovate soluzioni ai problemi legati alla nostra vita quotidiana, dal computo del tempo all’organizzazione delle attività quotidiane e stagionali.

Fino all’avvento del cannocchiale astronomico realizzato da Galilei, l’osservazione del cielo era limitata dalla visione a occhio nudo, ma aveva il vantaggio di poter essere effettuata nella scarsa illuminazione circostante. Oggi l’inquinamento luminoso dei centri abitati limita enormemente la visione, ma basta recarsi in zone disabitate o, meglio, in mare, anche a poca distanza dalla costa, per avere una buona vista del firmamento. È quanto l’autore ha avuto modo di sperimentare navigando di notte, una circostanza che ne ha incrementato il già vivo interesse per la sfera celeste e portato ad approfondirne la conoscenza.

Questo lavoro nasce dalla sua esperienza e dall’attività giornalistica svolta, non è quindi un trattato di astronomia ma una raccolta di articoli divulgativi scritti con l’intento di facilitare la comprensione dei fenomeni astrali a quanti, semplici curiosi o astronomi dilettanti, sono interessati alla materia. 

Augusto Guidobaldi

PIANETA TERRA

IL CICLO DELLE STAGIONI

L’alternarsi di periodi caldi a periodi freddi e la durata del giorno e della notte, sono determinati dal moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole e dall’inclinazione del suo asse. Questa fa sì che nei due emisferi i fenomeni si manifestino esattamente all’inverso.

Nel suo moto apparente intorno alla Terra (eclittica), il giorno 21 marzo il Sole incrocia l’Equatore celeste per la prima volta nel corso dell’anno. È l’equinozio di primavera, detto anche primo punto d’Ariete, che dà inizio, con la primavera, a un nuovo ciclo di stagioni. Le cause per le quali si manifesta il fenomeno delle stagioni sono due: il moto di rivoluzione del nostro pianeta intorno al Sole e l’inclinazione dell’asse terrestre, angolato di 23 gradi e 27 primi rispetto alla verticale. 

Descrivendo la sua orbita, la Terra mantiene il suo asse di rotazione, orientato in direzione della Stella Polare, sempre parallelo a sé stesso. Quindi nel corso dell’anno le estremità di quest’asse, che individuano i due poli terrestri Nord e Sud, si vengono a trovare più o meno rivolte verso il Sole. Quando il Polo Nord raggiunge il punto di massima esposizione al Sole, cioè è rivolto verso l’astro, si ha il solstizio d’estate (21 giugno). Nell’emisfero Nord (boreale) il Sole raggiunge la posizione più alta rispetto all’Equatore celeste, si hanno il giorno più lungo e la notte più breve dell’anno e inizia la stagione calda. Nell’emisfero Sud (australe) avviene esattamente il contrario. 

Viceversa, quando il Polo Nord è al punto di minimo irraggiamento, cioè è rivolto dalla parte opposta al Sole, si ha il solstizio d’inverno (22 dicembre). Nel nostro emisfero (Nord) il Sole raggiunge la posizione più bassa rispetto all’Equatore celeste, si hanno il giorno più breve e la notte più lunga dell’anno e inizia la stagione fredda. Anche in questo caso, nell’emisfero australe (Sud) accade tutto il contrario. Fra queste due posizioni ve ne sono due intermedie, in cui sia il Polo Nord che il Polo Sud sono volti verso il Sole in uguale misura. Sono gli equinozi di primavera (21 marzo) e d’autunno (23 settembre), i soli punti in cui il Sole durante l’anno incrocia l’Equatore celeste e che danno inizio rispettivamente alla stagione primaverile e a quella autunnale.

Da ricordare che solo negli equinozi la durata del giorno e della notte è perfettamente uguale, e il Sole sorge esattamente a Est e tramonta esattamente a Ovest. Nell’equinozio di primavera al Polo Nord inizia il giorno polare, al Polo Sud la notte polare; in quello d’autunno accade l’opposto. Le date d’inizio delle stagioni sono soggette a variazioni, anche di un giorno, dovute al fatto che mentre l’anno tropico, cioè l’intervallo di tempo fra due passaggi consecutivi del Sole all’equinozio di primavera, è di 365,2422 giorni (pari a 365 giorni e 6 ore circa) quello civile (di calendario) è di 365 o, nel caso dell’anno bisestile, di 366 giorni esatti. 

A causa di queste variazioni, la lunghezza delle stagioni non è identica. Infatti la primavera dura 92 giorni e 20 ore, l’estate 93 giorni e 14 ore, l’autunno 89 giorni e 19 ore, l’inverno 89 giorni e un’ora, per un totale appunto di 365 giorni e 6 ore.

Le stelle dell’equinozio – Il 21 marzo, equinozio di primavera, allo Zenit ci sono due grandi costellazioni: Bootes, facilmente riconoscibile grazie alla sua stella più luminosa, Arturo, e l’Orsa Maggiore.  A Ovest di queste possono essere osservate la Chioma di Berenice e il Leone con la brillante Regolo, mentre a Sud si evidenzia Spica della Vergine e a Est la Corona Boreale con Gemma. A questa fanno seguito la grande costellazione di Ercole, la luminosa Vega della Lira, il Cigno con Deneb e l’Aquila con Altair. Qualche ora prima, intorno alla mezzanotte, verso Ovest restano ancora visibili per tutto il mese la luminosa Capella di Auriga, Aldebaran del Toro, Castore e Polluce dei Gemelli, Betelgeuse di Orione e Procione del Cane Minore.

Gli equinozi e i solstizi sono rispettivamente i punti in cui, nella sua traiettoria apparente, il Sole incrocia l’Equatore celeste e se ne allontana maggiormente. In corrispondenza di questi punti si ha il cambiamento di stagione, causato dal moto di rivoluzione della Terra e dall’inclinazione di 23 gradi e 27 primi del suo asse. Il 21 di marzo ha inizio la primavera.

IL SOLE DEI TROPICI

La costellazione del Cancro nell’emisfero Nord e quella del Capricorno nell’emisfero Sud, danno il nome ai due tropici terrestri. Solo in questa zona torrida si può osservare il Sole perfettamente sulla verticale nell’istante del mezzogiorno astronomico locale.

L’eclittica, ossia l’orbita apparente che il Sole descrive intorno alla Terra, giace su un piano inclinato di 23°27’ rispetto all’asse di rotazione del nostro pianeta. Ciò determina fra l’altro l’avvicendarsi delle stagioni, le variazioni climatiche e la diversa durata del dì e della notte.

A causa di questa inclinazione, l’altezza del Sole, cioè la sua declinazione, nel corso dell’anno varia rispetto al piano dell’Equatore celeste (coincidente con quello terrestre): è nulla agli equinozi di primavera (21 marzo) e d’autunno (23 settembre), massima ai solstizi d’estate (21 giugno) e d’inverno (22 dicembre). Questi ultimi due punti dell’eclittica hanno lo stesso valore angolare dell’inclinazione dell’asse terrestre, e prendono il nome di Tropici, dal greco tropikos (kyklos), (circolo) di rivolgimento, che indica infatti il punto in cui il moto del Sole da ascendente diviene discendente e viceversa.

Sulla Sfera celeste, il Tropico del Cancro (dal nome della costellazione) è il cerchio di declinazione +23°27’ sul quale si trova il Sole al solstizio d’estate; il Tropico del Capricorno (anche in questo caso dal nome della costellazione) quello di declinazione -23°27’ su cui è il Sole al solstizio d’inverno. Sulla Terra, i due Tropici sono individuati dai paralleli che hanno rispettivamente latitudine 23°27’ Nord e 23°27’ Sud, e sono i luoghi dei punti in cui il Sole culmina allo Zenit nei giorni dei solstizi. Fra questi due paralleli è compresa la zona torrida della superficie terrestre, l’unica dalla quale si può osservare il Sole perfettamente sulla verticale, nell’istante del mezzogiorno astronomico locale e in funzione della latitudine. In queste circostanze l’astro non genera alcuna ombra ed è possibile vederlo riflesso sul fondo di un pozzo.

SOLSTIZIO D’ESTATE, IL GIORNO PIÙ LUNGO

Il Sole, nella sua traiettoria apparente, il 21 giugno raggiunge la massima declinazione positiva rispetto all’Equatore celeste, cioè il punto più elevato dell’eclittica: è il solstizio d’estate. Nel nostro emisfero si passa dalla primavera, iniziata il 21 marzo, all’estate, che finisce il 23 settembre con l’equinozio d’autunno; si ha il giorno più lungo e la notte più corta di tutto l’anno, mentre al Polo Nord il Sole resta sopra l’orizzonte (Sole di mezzanotte). Nell’emisfero Sud accade tutto il contrario: si passa dall’autunno all’inverno, si ha la notte più lunga e il giorno più breve, e al Polo Sud il Sole non sorge mai, rimanendo costantemente sotto l’orizzonte.

La fig. 1 mostra la posizione del Sole durante i solstizi d’estate e d’inverno, l’inclinazione dell’eclittica sull’Equatore celeste e quella dell’asse di rotazione della Terra. Nella fig. 2, la posizione dei due Tropici sulla superficie terrestre.

IL "SOLE DI MEZZANOTTE"

L’inclinazione dell’asse di rotazione della Terra da luogo al variare delle stagioni e conseguentemente del clima. In funzione di quest’ultimo si riconoscono varie zone: quelle fredde sono delimitate da due paralleli particolari: il Circolo Polare Artico e quello Antartico.

L’orbita apparente del Sole, cioè l’eclittica, e quella della Terra giacciono su due piani diversi, inclinati fra loro di 23 gradi e 27 primi, e nel corso dell’anno s’intersecano due volte: all’equinozio di primavera e a quello d’autunno, che nel 2004 si verificano rispettivamente il 20 (o 21 marzo) e il 22 settembre (fìg. a). Astronomicamente questi due giorni sono rilevanti perché la declinazione del Sole, vale a dire la sua altezza rispetto all’Equatore, ha valore zero, e l’astro illumina esattamente la metà del nostro pianeta, lasciando all’oscuro l’altra metà. Infatti la linea di separazione fra l’emisfero in luce e quello in ombra coincide con un meridiano, quindi passa per entrambi i Poli: il che significa che il dì e la notte hanno uguale durata su tutta la Terra, il Sole si trova esattamente allo Zenit dell’Equatore, e iniziano il giorno e la notte polari.

Dopo l’equinozio di primavera 20 (o 21 marzo), il Sole comincia a percorrere il tratto dell’eclittica che si trova al di sopra del piano dell’orbita terrestre, e raggiunta la sua massima declinazione di 23 gradi e 27 primi al solstizio d’estate (21 giugno), ricomincia a scendere fino alla declinazione zero dell’equinozio d’autunno (22 settembre). In questo periodo di sei mesi, al Polo Nord è sempre giorno, al Polo Sud sempre notte, mentre negli altri sei mesi le cose s’invertono. Ciò è dovuto all’inclinazione dell’asse terrestre, a causa della quale i due Poli sono alternativamente esposti ai raggi solari.

Durante il giorno polare, il Sole ai Poli non tramonta mai e per sei mesi si può osservare il fenomeno del "Sole di mezzanotte". Spostandosi verso l’Equatore, il periodo in cui il Sole non tramonta mai si riduce fino a un minimo di un giorno in corrispondenza di due particolari paralleli: i Circoli Polari, Artico nell’emisfero settentrionale, e Antartico in quello meridionale, che delimitano le Calotte Polari. I Circoli Polari si trovano alla latitudine di 66 gradi e 33 primi Nord e Sud (fìg. b), un valore che si ricava sottraendo da 90 gradi la latitudine dei Tropici, di 23 gradi e 27 primi, identico a quello dell’angolo formato dall’asse terrestre e il piano dell’eclittica. Insieme all’Equatore e ai Tropici, i Circoli Polari sono paralleli fondamentali nella suddivisione delle zone climatiche della Terra. A cavallo dell’Equatore, compresa fra il Tropico del Cancro a Nord e quello del Capricorno a Sud, c’è la zona torrida; fra i due Tropici e i due Circoli Polari ci sono le zone temperate; oltre i Circoli Polari si estendono le zone più fredde della Terra, le Calotte Polari, che culminano con i Poli Nord e Sud.

Nella figura a, la posizione del Sole durante gli equinozi di primavera e d’autunno, quando la sua orbita apparente, l’eclittica, incontra l’orbita della Terra. Nella figura b, la posizione dei Circoli Polari sulla superficie terrestre.