Perché si muove la Terra e cosa accade?

• l’alternarsi del dì e della notte;
• la diversa durata del dì e della notte;
• il succedersi delle stagioni.

L’alternarsi del dì e della notte

Il moto di rotazione terrestre, che si compie nell’arco di 24 ore, periodo a cui si dà il nome di giorno solare, provoca l’alternarsi del dì (periodo di luce) e della notte (periodo di buio). I raggi del Sole arrivano sulla Terra paralleli fra loro e, a causa della sfericità terrestre, in ogni momento illuminano solo la metà della superficie terrestre rivolta verso il Sole (dì), mentre l’altra metà è al buio (notte). Il circolo massimo che divide la parte rischiarata da quella in ombra è detta circolo di illuminazione e si sposta continuamente durante il moto di rotazione.

Il passaggio dal dì alla notte avviene gradualmente, per la presenza intorno alla Terra dell’atmosfera, che diffonde, riflette e rifrange la luce solare: si originano così l’alba (periodo durante il quale la luce del Sole comincia a diffondersi prima che esso sia visibile sopra l’orizzonte) e il crepuscolo (periodo durante il quale la luce diminuisce d’intensità dopo che il Sole è sceso sotto l’orizzonte).

La diversa durata del dì e della notte

Se l’asse terrestre fosse perpendicolare al piano dell’orbita, il circolo d’illuminazione passerebbe sempre per i poli e taglierebbe esattamente in due parti uguali tutti i paralleli; quindi, per tutto l’anno e in ogni punto della Terra, il dì e la notte avrebbero la stessa durata, cioè 12 ore ciascuno. Ma, poiché l’asse terrestre è inclinato di 66°33′ sul piano dell’orbita, e inoltre si mantiene parallelo a se stesso durante il moto di rivoluzione intorno al Sole, nel corso dell’anno il circolo d’illuminazione non passa sempre per i poli e ciò determina la diversa durata del dì e della notte e anche, come si vedrà di seguito, l’alternarsi delle stagioni.

Il 21 giugno, giorno del solstizio d’estate, il polo Nord è rivolto verso il Sole e il circolo d’illuminazione, tangente ai circoli polari Artico e Antartico, taglia a metà l’equatore; nell’emisfero boreale la superficie illuminata è maggiore di quella in ombra e si hanno il dì più lungo e la notte più corta dell’anno (nell’emisfero australe si hanno, invece la notte più lunga e il dì più corto; fig. 5.5). Nella zona compresa tra il Circolo Polare Artico e il polo Nord, in questo giorno il sole non tramonta e il dì dura 24 ore.

Il 21 dicembre, giorno del solstizio d’inverno, è invece il polo Sud a essere rivolto verso il Sole, perciò nell’emisfero boreale la superficie illuminata è minore di quella in ombra: si hanno il dì più corto e la notte più lunga dell’anno (l’opposto avviene nell’emisfero australe). Nella zona compresa tra il Circolo Polare Artico e il polo Nord, in questo giorno il Sole non sorge e la notte dura 24 ore. Tra il 21 giugno e il 21 dicembre, nell’emisfero boreale progressivamente il dì si accorcia e la notte si allunga, mentre tra il 21 dicembre e il 21 giugno si allunga il dì e si accorcia la notte (l’opposto avviene nell’emisfero australe).

In due soli giorni dell’anno, il 21 marzo, equinozio di primavera, e il 23 settembre, equinozio d’autunno, il dì e la notte hanno la stessa durata in tutti i punti della Terra. Ciò accade perché nessuno dei due poli è inclinato verso il Sole: il circolo d’illuminazione passa per i poli, taglia a metà tutti i paralleli e le condizioni di illuminazione sono uguali in entrambi gli emisferi.

Solo all’equatore, dunque, il dì e la notte hanno la stessa durata per tutto l’anno.

Il succedersi delle stagioni

A causa dell’inclinazione dell’asse terrestre, nel corso dell’anno non varia solo la durata del dì e della notte, ma anche l’inclinazione con cui i raggi solari giungono sulla superficie terrestre e quindi il riscaldamento che ne deriva; più precisamente, il riscaldamento è massimo quando i raggi solari formano un angolo retto con il piano tangente alla superficie terrestre in un punto, mentre è minore se il valore di questo angolo si riduce: a ciò si deve dunque l’alternarsi di periodi caldi e periodi freddi, cioè il succedersi delle stagioni.

L’inizio e la fine delle stagioni astronomiche, intervalli di tempo fra un solstizio e l’equinozio successivo, o fra un equinozio e il solstizio successivo, è indicato nella tab. 5.2.

Nell’emisfero boreale:

• la primavera dura dal 21 marzo al 21 giugno. Il 21 marzo il sole culmina (i raggi solari giungono perpendicolari) sull’equatore; l’energia solare trasmessa è massima all’equatore e diminuisce procedendo verso i poli. Il flusso di energia si modifica nel tempo avvicinandosi al solstizio estivo;
• l’estate dura dal 21 giugno al 23 settembre. Nel solstizio estivo l’energia trasmessa è massima al Tropico del Cancro (i raggi sono perpendicolari a questo parallelo); il polo Nord è illuminato, mentre il polo Sud è in ombra (il flusso energetico è maggiore nell’emisfero boreale rispetto a quello australe);
• l’autunno dura dal 23 settembre al 21 dicembre. Nell’equinozio autunnale si ripetono le condizioni di quello primaverile, che si modificano via via che si avvicina il solstizio invernale;
• l’inverno dura dal 21 dicembre al 21 marzo. Al solstizio invernale l’energia trasmessa è massima al Tropico del Capricorno, dove i raggi, a mezzogiorno, sono perpendicolari sull’orizzonte. Il polo Sud è illuminato, mentre il polo Nord è in ombra (il flusso energetico è maggiore nell’emisfero australe rispetto a quello boreale).

Le stagioni astronomiche non coincidono del tutto con le stagioni meteorologiche, cioè con il reale andamento del tempo meteorologico. Ciò è dovuto al fatto che l’atmosfera, l’idrosfera e la litosfera assorbono la radiazione solare e cedono calore con un certo ritardo, impedendo di percepire subito gli effetti sul clima dovuti alle variazioni dell’inclinazione dei raggi solari. Inoltre, a causa della variazione dell’angolo che i raggi solari formano con la superficie terrestre, con il succedersi delle stagioni varia l’altezza degli archi che il Sole sembra descrivere nel cielo durante il suo moto apparente, dall’alba al tramonto (fig. 5.6). Sulla base dell’inclinazione dei raggi solari nelle diverse stagioni astronomiche, si possono individuare sulla superficie terrestre differenti zone astronomiche , caratterizzate da specifiche condizioni climatiche.