Stagioni e astronomia

stagioni e loro variazione nel tempo

La esistenza delle diverse stagioni e la loro diversa durata nei due emisferi dipende fondamentalmente dalla diversa quantità di

energia che la terra riceve dal sole durante l'annoe questa dipende da:

durata della illuminazione(influisce sulla quantità di energia) inclinazione dei raggi solari(influisce sulla quantità di energia)

distanza dal sole(che influisce sulla velocità di rivoluzione)

Se la orbita fosse circolare,distanza e velocità sarebbero costanti

Se l'asse di rotazione fosse perpendicolare,durata della illuminazione, inclinazione dei raggi solari

sarebbero costanti alle varie latitudinie quindi anche la energia ricevuta alle varie latitudini.

afelio

perielio

Equinozio di marzo

Equinozio di settembreLinea equinoziale

Linea apsidale

Solstizio di giugno

Solstizio di dicembre

Linea solstiziale

Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica

Modello con asse perpendicolare al piano di rivoluzione: non accettabileperché contrasta con i fatti osservati

Se l'asse di rotazione fosse perpendicolare,durata della illuminazione, inclinazione dei raggi solari

sarebbero costanti alle varie latitudinie quindi anche la energia ricevuta alle varie latitudini.

Se la orbita fosse circolare,distanza e velocità sarebbero costanti

Invece l'orbita è ellittica,con variazione di distanza continua La velocità varia lungo l'orbita

La inclinazione dell'asse e costante ma di 23°30' La inclinazione dei raggi solari varia nel tempo e con la

latitudine La durata del periodo di illuminazione varia con latitudine e

tempo

Inoltre,a causa del moto di precessione equinoziale,la posizione del punto gamma(dal quale inizia la primavera)e degli altri punti

caratteristici(solstiziali,afelio,perielio)varia nel tempo: come conseguenza varia il periodo delle singole stagioni che

diventerà uguale nei due emisferi e poi si invertirà attualmente il semestre primavera-estate prevale sul semestre

autunno inverno nell'emisfero boreale (solstizio estivo in prossimità di afelio,bassa velocità) (solstizio invernale in

prossimità di perielio,alta velocità)

Osservazioni su principali caratteristiche delle stagioni (astronomiche)e interpretazione su base astronomica (sistema eliocentrico)

Si riconoscono 4 stagioni, che si presentano con date diverse nei dueemisferi, settentrionale, boreale e meridionale, australe;e durate diverse,

situazioni astronomiche con nomi particolari

boreale australe inizio durata situazione

primavera autunno 21.3 93 giorni equinozioestate inverno 21.6 93 giorni solstizioautunno primavera 23.9 90 giorni equinozio inverno estate 22.12 89 giorni solstizio

Elemento caratterizzante le diverse stagioni: diverso grado di riscaldamento

e diversa posizione del circolo di illuminazioneche separa sempre la terra in due emisferi che presentano

diversa durata di illuminazione eccetto agli equinozi

Si osserva che a parità di latitudine la durata del giorno e della nottevariano nel corso dell’anno ( e quindi anche il riscaldamento)

Si osserva che a parità di latitudine la altezza del sole, la inclinazionedei raggi solari, varia durante il corso dell’anno

Si osserva che nello stesso giorno dell’anno la altezza del solee la durata del giorno e della notte variano con la latitudine

Fenomeni che si ripresentano annualmenteVariazioni di temperatura nelle diverse stagioni

variazione di altezza del sole sull’orizzontevariazione nella durata del giorno e della notte

La fonte primaria responsabile del riscaldamento superficiale della terraè il flusso di radiazione proveniente dal sole

non considerando proprietà delle superfici illuminate(tipo di roccia, acqua, neve, altitudine..) si riconosce che

il riscaldamento (aumento di temperatura) varia in funzionedel flusso solare, della durata della illuminazione, della

ampiezza della superficie a parità di flusso solare:la ampiezza può variare se varia la inclinazione del flusso

Ricerca di una interpretazione che giustifichi i fatti osservatiipotesi geocentrica, eliocentrica, confronto tra modelli diversi;

si potrà alla fine accettare solo un modello chegiustifichi tutte le osservazioni e i fenomeni che si verificano

Si osserva che a parità di flusso di radiazione incidente, la superficie dariscaldare varia con la inclinazione dei raggi incidenti:se aumenta la

inclinazione, aumenta anche la superficie irradiata e diminuisce l’effetto di riscaldamento ottenuto

Il flusso di radiazione costante da parte del sole, si distribuisce susuperfici diverse in funzione della latitudine: come effetto si rileva

una diverso riscaldamento

Sole e terra complanari, sulla eclittica:asse rotazione perpendicolare alpiano orbitale della terra sulla eclittica

Il sole si sposta lungo il piano della eclittica,inclinato di 23° rispettoal piano equatoriale

La terra si sposta sul piano della eclittica, con asse sempre parallelo e inclinato di 23° rispetto alla perpendicolare della eclittica

Emisfero occidentale-orientale, boreale e australe :equinozio di primavera-autunno

circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i parallelidurata del giorno = durata della notte

Fenomeno osservato da giustificare

Equinozio di marzo-settembreemisfero orientale

Circolo di illuminazione passa per i poli

a parità di latitudine, nei due emisferiparalleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)

Fenomeno osservato da giustificare

Equinozio di marzo-settembreemisfero occidentale

Circolo di illuminazione passa per i poli

a parità di latitudine, nei due emisferiparalleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)

Fenomeno osservato da giustificare

Equinozio di marzo-settembre

Circolo di illuminazione passa per i poli

Raggi perpendicolari su equatore, tangenti ai policon uguale inclinazione a parità di latitudine, nei due emisferi

paralleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)

Fenomeno osservato da giustificare

Equinozio di marzo-settembre

equatore

Tropico del cancro

Tropico del capricorno

Circolo polare artico

Circolo polare antartico

Polo nord

Polo sud

Fenomeno osservato da giustificare

Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli

durata del giorno = durata della notte

Fenomeno osservato da giustificare

Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli

durata del giorno = durata della notte

Fenomeno osservato da giustificare

Emisfero occidentale-orientale, boreale e australe :equinozio di primavera-autunno

circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i parallelidurata del giorno = durata della notte

Fenomeno osservato da giustificare

Solstizio di giugnoSolstizio di dicembre

Emisfero boreale più illuminato di emisfero australe

Fenomeno osservato da giustificare

Solstizio di giugno

Tropico cancro

Tropico capricorno

Circolo polare antartico

Circolo polare artico

Polo nord

Emisfero boreale più illuminato di australe

Fenomeno osservato da giustificare

Solstizio di dicembre

Circolo polare artico

Tropico cancro

equatore

Tropico capricorno

Circolo polare antartico

Polo sud

Circolo polare antartico

Emisfero boreale meno illuminato di australe

Fenomeno osservato da giustificare

Probabile causa del diverso riscaldamento della terra per una determinata latitudine ricercabile nella diversa durata del giorno e della notte

nella diversa inclinazione dei raggi solarialternanza giorno e notte dovuta alla rotazione terrestre

perché varia ?Perché varia la inclinazione dei raggi solari?

Il circolo di illuminazione separa sempre la terra in due emisferi:uno illuminato (giorno) ,uno non illuminato (notte)

Il flusso solare illumina la sfera terrestre dividendola in due emisferi: uno illuminato e uno oscuro

La linea circolare di separazione si definisce circolo di illuminazione

Asse di rotazioneperpendicolare al piano

sul quale si trovanosole e terra

Sistema visto da alto

Durante la rotazione ogni emisfero risulta illuminato, oscuro ,in uguale misura,

sempre per l’equatore, solo agli equinozi per altre latitudini:

perché ? Fenomeno osservato da giustificare

Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli

durata del giorno = durata della notte

Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre perpendicolareal piano orbitale

Ipotesi accettabile per equinozio

Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli

durata del giorno = durata della notte

Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre perpendicolareal piano orbitale

Equinozio di primavera-autunno:circolo passa per i poli: divide in parti ugualitutti i paralleli: giorno = notte

Equinozio di autunno

Solstizio di estate Solstizio di inverno

Solstizio di estate-inverno: il circolo non passa per i poli, divide in modo diversoi paralleli (eccetto equatore):giorno <> notte nei due emisferi

Giorno > notte

Giorno > notteNotte > giorno

Notte > giorno

Emisfero orientale, boreale: solstizio di giugno: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del

giorno > della durata della notte

La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta artica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta antartica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta

Fenomeno osservato da giustificare

Emisfero occidentale- solstizio di giugno

Emisfero boreale più illuminato di australe

Emisfero orientale,australe: solstizio di dicembre: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del

giorno > della durata della notte

La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta antartica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta artica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta

Emisfero occidentale- solstizio di dicembre

Emisfero boreale meno illuminato di australe

Perché cambia la posizionedel circolo di illuminazione

e quindi la durata delgiorno e della notte ?

Si potrebbe ammettere, come sembra apparentemente, che sia ilsole che modifica la sua posizione rispetto alla terra e al pianodell’equatore, spostandosi per sei mesi sotto il piano e per altri

sei mesi sopra il piano su una orbita detta eclittica

Si potrebbe ammettere, come sembra apparentemente, che sia ilsole che modifica la sua posizione rispetto alla terra e al pianodell’equatore, spostandosi per sei mesi sotto il piano e per altri

sei mesi sopra il piano su una orbita detta eclittica

Sole agli equinozi: giace sul piano equatoriale: circolo di illuminazione passa per i poli: paralleli suddivisi in parti uguali:giorno e notte uguali

Sole allo zenit sopra equatore

ipotesi

Piano equatoriale

Piano della eclittica

Il piano della eclittica sul quale il sole sembra spostarsi durante l’annoè inclinato rispetto al piano equatoriale , 23° 27’: solo agli equinozi ilsole si trova sul piano equatoriale: negli altri giorni si muove sopra il

piano equatoriale (da 21 marzo a 22 settembre) e sotto il piano (da 22 settembrea 21 marzo)

Fenomeno apparente

21 marzo: il sole si sposta verso nord, si ferma sopra il tropico del cancro:solstizio di giugno, poi ritorna verso l’equatore, ove giunge al 22

settembre:equinozio di autunno,

prosegue verso sud fino al tropico del capricorno:solstizio di dicembre e quindi risale verso l’equatore: equinozio di primavera

cancro

capricorno

equatore

Notare lo spostamento del circolodi illuminazione

Fenomeno apparente

21 marzo: il sole si sposta verso nord, si ferma sopra il tropico del cancro:solstizio di giugno, poi ritorna verso l’equatore, ove giunge al 22

settembre:equinozio di autunno,

prosegue verso sud fino al tropico del capricorno:solstizio di dicembre e quindi risale verso l’equatore: equinozio di primavera

cancro

capricorno

equatore

Notare lo spostamento del circolodi illuminazione

Fenomeno apparente

Sole agli equinozi: giace sul piano equatoriale: circolo di illuminazione passa per i poli: paralleli suddivisi in parti uguali:giorno e notte uguali

Sole allo zenit sopra equatore

Fenomeno apparente

Sole al solstizio di giugnosi trova sopra piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica bene illuminata, antartica non illuminata

giorno > notte nell’emisfero boreale

Sole allo zenit sopra tropico del cancro

Fenomeno apparente

Sole al solstizio di giugnosi trova sopra piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica bene illuminata, antartica non illuminata

giorno > notte nell’emisfero boreale

Sole allo zenit sopra tropico del cancro

Fenomeno apparente

Sole al solstizio di dicembresi trova sotto piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica non illuminata, antartica bene illuminata

giorno < notte nell’emisfero boreale

Sole allo zenit sopra tropico del capricorno

Fenomeno apparente

Sole al solstizio di dicembresi trova sotto piano equatorlale: circolo di illuminazione passa percircoli polari: calotta artica non illuminata, antartica bene illuminata

giorno < notte nell’emisfero boreale

Sole allo zenit sopra tropico del capricorno

Fenomeno apparente

Ipotesi eliocentrica con terra in movimentoma con asse sempre

perpendicolare al piano dellaeclittica

Nel sistema eliocentrico, la terra si sposta attorno al sole, su un piano,piano della eclittica, in senso diretto, antiorario, e risulta diversamente

illuminata nei diversi giorni dell’anno: in particolare , alle date chesegnano l’inizio delle stagioni, si verificano le situazioni indicate

con diversa durata del giorno e della nottecon diversa inclinazione dei raggi solari

diversa posizione del circolo di illuminazione

Il circolo di illuminazione separa sempre la terra in due emisferi:uno illuminato (giorno) ,uno non illuminato (notte)

afelio

perielio

Equinozio di marzo

Equinozio di settembreLinea equinoziale

Linea apsidale

Solstizio di giugno

Solstizio di dicembre

Linea solstiziale

Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica

Modello con asse perpendicolare al piano di rivoluzione: non accettabileperché contrasta con i fatti osservati

La situazione registrata agli equinozi potrebbe essere spiegata con unaterra che si sposta attorno al sole e con asse di rotazione perpendicolare

al piano di rivoluzione:ma tale assetto non spiegherebbe la situazioneche si registra invece ai solstizi, e le variazioni intermedie

Piano di rivoluzione, asse rotazione perpendicolare

ipotesi

Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli

durata del giorno = durata della notte

Ipotesi accettabile

21 marzo

22 settembre21 giugno

22 dicembre

ipotesi

Ipotesi: la terra si sposta attorno al sole, con l’asse sempreperpendicolare al piano orbitale della eclittica :inclinazione dei raggi solari

rimane costante per ogni latitudine in tutto il corso dell’anno:sempre durata del giorno e della notte uguali

Piano della eclittica

Ipotesi In contrasto con i fatti osservati

Ipotesi: la terra si sposta attorno al sole, con l’asse sempreperpendicolare al piano orbitale della eclittica

La inclinazione dei raggi solari rimane costante ad ogni latitudinein tutti i giorni dell’anno

Contrasta con i fatti

Ipotesi terra in movimento attorno al sole

asse inclinato sul piano della eclittica

e sempre parallelo

modello che spiega tutti ifenomeni osservati

afelio

perielio

Equinozio di marzo

Equinozio di settembreLinea equinoziale

Linea apsidale

Solstizio di giugno

Solstizio di dicembre

Linea solstiziale

Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica

Circolo di illuminazione

afelio

perielio

Equinozio di marzo

Equinozio di settembre

Linea equinoziale

Linea apsidale

Solstizio di giugno

Solstizio di dicembre

Linea solstiziale

Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica

Modello accettabile per giustificare i fatti osservati in relazione alle stagioni

Si potrebbe ammettere che la terra si sposti attorno al sole, ma con l’assedi rotazione inclinato di 23° 30’ e sempre parallelo : verrebbero giustificate

le situazioni di diversa illuminazione, durata, altezza del sole nei varimomenti dell’anno ,in particolare agli equinozi e ai solstizi

Piano di rivoluzione, asse inclinato, costante

Modello accettabile

Si potrebbe ammettere che la terra si sposti attorno al sole, ma con l’assedi rotazione inclinato di 23° 30’ e sempre parallelo : verrebbero giustificate

le situazioni di diversa illuminazione, durata, altezza del sole nei varimomenti dell’anno ,in particolare agli equinozi e ai solstizi

Modello accettabile

Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli

durata del giorno = durata della notte

Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre inclinatosu piano orbitale

Situazione osservata e compatibile con modello

Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunnocircolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli

durata del giorno = durata della notte

Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre inclinatosu piano orbitale

Situazione osservata e compatibile con modello

Emisfero orientale, boreale: solstizio di giugno: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del

giorno > della durata della notte

La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta artica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta antartica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta

Situazione osservata e compatibile con modello

Emisfero occidentale- solstizio di giugno

Situazione osservata e compatibile con modello

Emisfero orientale,australe: solstizio di dicembre: il circolo di illuminazionedivide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del

giorno > della durata della notte

La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta antartica rimaneilluminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrarioper la calotta artica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta

Situazione osservata e compatibile con modello

Emisfero occidentale- solstizio di dicembre

Situazione osservata e compatibile con modello

conclusione

la inclinazione dei raggi solari cambia durante l’anno, comepure cambia la durata del giorno e della notte

Si considerano 4 situazioni particolari, estreme, della inclinazione deiraggi solari in corrispondenza di particolari latitudini:

equatore 0°, tropico del cancro 23° 27’, circolo polare artico 66° 33’,polo nord 0°

tropico del capricorno 23° 27’, circolo polare antartico 66° 33’,polo sud 0°

Agli equinozi di primavera e autunno, il circolo di illuminazione passa peri poli e taglia in parti uguali tutti i paralleli: durata del giorno e della notte

sono uguali:altezza massima del sole all’equatore, nulla ai poli

Al solstizio di giugno, 21 , il circolo di illuminazione risulta tangente aicircoli polari:illumina la calotta polare boreale mentre lascia

in oscurità la calotta polare antartica: taglia in maniera disuguale tutti iparalleli (eccetto l’equatore): durata del giorno e della notte diverse:

massima altezza del sole sul tropico del cancro

Al solstizio di dicembre, 22, si inverte la situazione:calotta boreale inoscurità e australe illuminata: massima altezza del sole sul tropico

del capricorno

• L’asse di rotazione terrestre risultainclinato di circa 23°30’ rispetto allaperpendicolare del piano della eclittica

• Il piano equatoriale risulta quindi nonsul piano della eclittica :si trova soprao sotto il piano:circa 23°30’

• I raggi del sole tangenti alla sfera terrestrela dividono in due semisfere non sempreilluminate allo stesso modo:identiche alle equinozidiverse negli altri giornimassima diversità ai solstizi

• Il circolo di illuminazione separale due semisfere passando per i polisolo agli equinozi:altezza del sole:tangente i poli zenit all’equatorevariabile altre latitudinidurata giorno e notteuguale in tutte le latitudini

• Il circolo di illuminazione separale due semisfere non passando per polioriginando variazione nella inclinazionedei raggi alle diverse latitudinivariazione nella durata del giorno-nottevariazione nella temperatura

• Massima diversità ai solstizidi giugno:emisfero boreale più illuminato di australe>estatedi dicembre:emisfero boreale menoilluminato di australe>inverno

Polo nord 0°

Polo sud 0°

c.p.artico 66°33’

c.p.antartico 66°33’

Tropico cancro 23°27’

Tropico capricorno 23°33’

Equatore 0°

21 marzo, 22 settembre : equinozi di primavera e autunnoinclinazione raggi solari

Equatore 0°

Tropico capricorno 23°27’

Tropico cancro 23°27’

Circolo

c.p.artico 66°33’

c.p.antartico 66°33’

Polo N 0°

Polo S 0°

equinozio

Equatore 0°

Tropico capricorno 23°27’

Tropico cancro 23°27’

Circolo

c.p.artico 66°33’

c.p.antartico 66°33’

Polo N 0°

Polo S 0°

Solstizio di giugno

Circolo Solstizio di giugno

Equatore 0°

Tropico capricorno 23°27’

Tropico cancro 23°27’

Circolo

c.p.artico 66°33’

c.p.antartico 66°33’

Polo N 0°

Polo S 0°

Solstizio di giugno

Piano della eclittica e orbitale terrestre

Asse rotazione terrestre inclinato rispetto piano eclittica

Piano equatoriale inclinato rispetto al piano della eclittica

Circolo di illuminazione

Al solstizio di giugno il circolo di illuminazione raggiunge ilmassimo scostamento dai poli e divide i paralleli in due particon diversa durata di illuminazione :giorno > notteeccetto all’equatore :giorno=notte

nord

sud

Solstizio di giugno Solstizio di dicembre

Circolo di illuminazione

• La terra si sposta più lentamente lungol’orbita kepleriana nel tratto che comprendel’afelio rispetto a quello che comprendeil perielio

• Il semestre primavera-estate per emisferoboreale è più lungo del semestreautunno-inverno (circa 5-6 giorni)

• Inversamente per emisfero australe

• Variazione su scala secolare per spostamentodella linea apsidale

afelio

perielio

Equinozio di marzo

Equinozio di settembreLinea equinoziale

Linea apsidale

Solstizio di giugno

Solstizio di dicembre

Linea solstiziale

Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica

Circolo di illuminazione

Velocità minima in afelio e massima in perielio

La seconda legge di Keplero afferma che la velocità del pianeta risulta

Variabile nella sua rivoluzione attorno al sole:minima in afelio e massima

In perielio:valori intermedi lungo l’orbita

afelio perielio

Percorso lentamente, presso afelio Percorso velocemente, perielio