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'anno
e 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 latitudini
e quindi anche la energia ricevuta alle varie latitudini.
Modello con asse perpendicolare al piano di rivoluzione: non accettabile
perché contrasta con i fatti osservati
Equinozio di marzo
Solstizio di giugno
perielio
afelio
Solstizio di dicembre
Linea apsidale
Equinozio di settembre
Linea equinoziale
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Se l'asse di rotazione fosse perpendicolare,
durata della illuminazione, inclinazione dei raggi solari
sarebbero costanti alle varie latitudini
e 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 due
emisferi, settentrionale, boreale e meridionale, australe;e durate diverse,
situazioni astronomiche con nomi particolari
boreale
australe
inizio
durata
situazione
primavera
estate
autunno
inverno
autunno
inverno
primavera
estate
21.3
21.6
23.9
22.12
93 giorni
93 giorni
90 giorni
89 giorni
equinozio
solstizio
equinozio
solstizio
Elemento caratterizzante le diverse stagioni:
diverso grado di riscaldamento
e diversa posizione del circolo di illuminazione
che separa sempre la terra in due emisferi che presentano
diversa durata di illuminazione eccetto agli equinozi
Fenomeni che si ripresentano annualmente
Variazioni di temperatura nelle diverse stagioni
variazione di altezza del sole sull’orizzonte
variazione nella durata del giorno e della notte
Si osserva che a parità di latitudine la durata del giorno e della notte
variano nel corso dell’anno ( e quindi anche il riscaldamento)
Si osserva che a parità di latitudine la altezza del sole, la inclinazione
dei raggi solari, varia durante il corso dell’anno
Si osserva che nello stesso giorno dell’anno la altezza del sole
e la durata del giorno e della notte variano con la latitudine
La fonte primaria responsabile del riscaldamento superficiale della terra
è 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 funzione
del 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 osservati
ipotesi geocentrica, eliocentrica, confronto tra modelli diversi;
si potrà alla fine accettare solo un modello che
giustifichi tutte le osservazioni e i fenomeni che si verificano
Si osserva che a parità di flusso di radiazione incidente, la superficie da
riscaldare 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 su
superfici diverse in funzione della latitudine: come effetto si rileva
una diverso riscaldamento
Sole e terra complanari, sulla eclittica:asse rotazione perpendicolare al
piano orbitale della terra sulla eclittica
Il sole si sposta lungo il piano della eclittica,inclinato di 23° rispetto
al 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 paralleli
durata del giorno = durata della notte
Fenomeno osservato da giustificare
Equinozio di marzo-settembre
emisfero orientale
Circolo di illuminazione passa per i poli
a parità di latitudine, nei due emisferi
paralleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)
Fenomeno osservato da giustificare
Equinozio di marzo-settembre
emisfero occidentale
Circolo di illuminazione passa per i poli
Fenomeno osservato da giustificare
a parità di latitudine, nei due emisferi
paralleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)
Equinozio di marzo-settembre
Circolo di illuminazione passa per i poli
Fenomeno osservato da giustificare
Raggi perpendicolari su equatore, tangenti ai poli
con uguale inclinazione a parità di latitudine, nei due emisferi
paralleli suddivisi tutti in parti uguali( giorno=notte)
Equinozio di marzo-settembre
Fenomeno osservato da giustificare
Polo nord
Circolo polare artico
Tropico del cancro
equatore
Tropico del capricorno
Circolo polare antartico
Polo sud
Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunno
circolo 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-autunno
circolo 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 paralleli
durata del giorno = durata della notte
Fenomeno osservato da giustificare
Solstizio di giugno
Solstizio di dicembre
Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero boreale più illuminato di emisfero australe
Solstizio di giugno
Polo nord
Circolo polare artico
Tropico cancro
Tropico capricorno
Circolo polare antartico
Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero boreale più illuminato di australe
Solstizio di dicembre
Circolo polare artico
Tropico cancro
equatore
Tropico capricorno
Circolo polare antartico
Polo sud
Circolo polare antartico
Fenomeno osservato da giustificare
Emisfero boreale meno illuminato di australe
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 solari
alternanza 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 rotazione
perpendicolare al piano
sul quale si trovano
sole 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-autunno
circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Ipotesi accettabile per equinozio
Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre perpendicolare
al piano orbitale
Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunno
circolo 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 perpendicolare
al piano orbitale
Equinozio di primavera-autunno:circolo passa per i poli: divide in parti uguali
tutti i paralleli: giorno = notte
Notte > giorno
Giorno > notte
Notte > giorno
Solstizio di estate
Equinozio di autunno
Giorno > notte
Solstizio di inverno
Solstizio di estate-inverno: il circolo non passa per i poli, divide in modo diverso
i paralleli (eccetto equatore):giorno <> notte nei due emisferi
Emisfero orientale, boreale: solstizio di giugno: il circolo di illuminazione
divide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del
giorno > della durata della notte
Fenomeno osservato da giustificare
La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta artica rimane
illuminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrario
per la calotta antartica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta
Emisfero occidentale- solstizio di giugno
Emisfero boreale più illuminato di australe
Emisfero orientale,australe: solstizio di dicembre: il circolo di illuminazione
divide 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 rimane
illuminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrario
per 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 posizione
del circolo di illuminazione
e quindi la durata del
giorno e della notte ?
Si potrebbe ammettere, come sembra apparentemente, che sia il
sole che modifica la sua posizione rispetto alla terra e al piano
dell’equatore, spostandosi per sei mesi sotto il piano e per altri
sei mesi sopra il piano su una orbita detta eclittica
ipotesi
Si potrebbe ammettere, come sembra apparentemente, che sia il
sole che modifica la sua posizione rispetto alla terra e al piano
dell’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
Il piano della eclittica sul quale il sole sembra spostarsi durante l’anno
è inclinato rispetto al piano equatoriale , 23° 27’: solo agli equinozi il
sole 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 settembre
a 21 marzo)
Fenomeno apparente
Piano della eclittica
Piano equatoriale
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,
Fenomeno apparente
cancro
equatore
capricorno
Notare lo spostamento del circolo
di illuminazione
prosegue verso sud fino al tropico del capricorno:solstizio di dicembre
e quindi risale verso l’equatore: equinozio di primavera
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,
Fenomeno apparente
cancro
equatore
capricorno
Notare lo spostamento del circolo
di illuminazione
prosegue verso sud fino al tropico del capricorno:solstizio di dicembre
e quindi risale verso l’equatore: equinozio di primavera
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 giugno
si trova sopra piano equatorlale: circolo di illuminazione passa per
circoli 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 giugno
si trova sopra piano equatorlale: circolo di illuminazione passa per
circoli 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 dicembre
si trova sotto piano equatorlale: circolo di illuminazione passa per
circoli 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 dicembre
si trova sotto piano equatorlale: circolo di illuminazione passa per
circoli polari: calotta artica non illuminata, antartica bene illuminata
giorno < notte nell’emisfero boreale
Sole allo zenit sopra tropico del capricorno
Ipotesi eliocentrica
con terra in movimento
ma con asse sempre
perpendicolare al piano della
eclittica
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 che
segnano l’inizio delle stagioni, si verificano le situazioni indicate
con diversa durata del giorno e della notte
con 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)
Modello con asse perpendicolare al piano di rivoluzione: non accettabile
perché contrasta con i fatti osservati
Equinozio di marzo
Solstizio di giugno
perielio
afelio
Solstizio di dicembre
Linea apsidale
Equinozio di settembre
Linea equinoziale
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
La situazione registrata agli equinozi potrebbe essere spiegata con una
terra che si sposta attorno al sole e con asse di rotazione perpendicolare
al piano di rivoluzione:ma tale assetto non spiegherebbe la situazione
che si registra invece ai solstizi, e le variazioni intermedie
ipotesi
Piano di rivoluzione, asse rotazione perpendicolare
Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunno
circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Ipotesi accettabile
21 marzo
21 giugno
22 dicembre
ipotesi
22 settembre
Ipotesi: la terra si sposta attorno al sole, con l’asse sempre
perpendicolare 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
Ipotesi In contrasto con i fatti osservati
Piano della eclittica
Ipotesi: la terra si sposta attorno al sole, con l’asse sempre
perpendicolare al piano orbitale della eclittica
Contrasta con i fatti
La inclinazione dei raggi solari rimane costante ad ogni latitudine
in tutti i giorni dell’anno
Ipotesi
terra in movimento attorno al sole
asse inclinato
sul piano della eclittica
e sempre parallelo
modello che spiega tutti i
fenomeni osservati
Circolo di illuminazione
Equinozio di marzo
Solstizio di giugno
perielio
afelio
Solstizio di dicembre
Linea apsidale
Equinozio di settembre
Linea equinoziale
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Modello accettabile per giustificare i fatti osservati in relazione alle stagioni
Equinozio di marzo
Solstizio di giugno
perielio
afelio
Solstizio di dicembre
Linea apsidale
Linea equinoziale
Linea solstiziale
Equinozio di settembre
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
Si potrebbe ammettere che la terra si sposti attorno al sole, ma con l’asse
di rotazione inclinato di 23° 30’ e sempre parallelo : verrebbero giustificate
le situazioni di diversa illuminazione, durata, altezza del sole nei vari
momenti dell’anno ,in particolare agli equinozi e ai solstizi
Modello accettabile
Piano di rivoluzione, asse inclinato, costante
Si potrebbe ammettere che la terra si sposti attorno al sole, ma con l’asse
di rotazione inclinato di 23° 30’ e sempre parallelo : verrebbero giustificate
le situazioni di diversa illuminazione, durata, altezza del sole nei vari
momenti dell’anno ,in particolare agli equinozi e ai solstizi
Modello accettabile
Emisfero orientale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunno
circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Situazione osservata e compatibile con modello
Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre inclinato
su piano orbitale
Emisfero occidentale: boreale e australe :equinozio di primavera-autunno
circolo di illuminazione passa per i poli, dividendo in parti uguali tutti i paralleli
durata del giorno = durata della notte
Situazione osservata e compatibile con modello
Modello possibile: sole e terra complanari, asse terrestre inclinato
su piano orbitale
Emisfero orientale, boreale: solstizio di giugno: il circolo di illuminazione
divide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del
giorno > della durata della notte
Situazione osservata e compatibile con modello
La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta artica rimane
illuminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrario
per la calotta antartica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta
Emisfero occidentale- solstizio di giugno
Situazione osservata e compatibile con modello
Emisfero orientale,australe: solstizio di dicembre: il circolo di illuminazione
divide in parti diverse tutti i paralleli (eccetto equatore):durata del
giorno > della durata della notte
Situazione osservata e compatibile con modello
La terra ruota attorno all’asse N/S : una parte della calotta antartica rimane
illuminata per un periodo che va da 1 giorno a 6 mesi (polo); al contrario
per la calotta artica (6 mesi notte al polo) , da 6 mesi a 1 giorno calotta
Emisfero occidentale- solstizio di dicembre
Situazione osservata e compatibile con modello
conclusione
la inclinazione dei raggi solari cambia durante l’anno, come
pure cambia la durata del giorno e della notte
Si considerano 4 situazioni particolari, estreme, della inclinazione dei
raggi 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 per
i 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 ai
circoli polari:illumina la calotta polare boreale mentre lascia
in oscurità la calotta polare antartica: taglia in maniera disuguale tutti i
paralleli (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 in
oscurità e australe illuminata: massima altezza del sole sul tropico
del capricorno
• L’asse di rotazione terrestre risulta
inclinato di circa 23°30’ rispetto alla
perpendicolare del piano della eclittica
• Il piano equatoriale risulta quindi non
sul piano della eclittica :si trova sopra
o sotto il piano:circa 23°30’
• I raggi del sole tangenti alla sfera terrestre
la dividono in due semisfere non sempre
illuminate allo stesso modo:
identiche alle equinozi
diverse negli altri giorni
massima diversità ai solstizi
• Il circolo di illuminazione separa
le due semisfere passando per i poli
solo agli equinozi:
altezza del sole:
tangente i poli
zenit all’equatore
variabile altre latitudini
durata giorno e notte
uguale in tutte le latitudini
• Il circolo di illuminazione separa
le due semisfere non passando per poli
originando variazione nella inclinazione
dei raggi alle diverse latitudini
variazione nella durata del giorno-notte
variazione nella temperatura
• Massima diversità ai solstizi
di giugno:emisfero boreale più
illuminato di australe>estate
di dicembre:emisfero boreale meno
illuminato di australe>inverno
21 marzo, 22 settembre : equinozi di primavera e autunno
inclinazione raggi solari
Polo nord 0°
c.p.artico 66°33’
Tropico cancro 23°27’
Equatore 0°
Tropico capricorno 23°33’
c.p.antartico 66°33’
Polo sud 0°
Circolo
equinozio
Polo N 0°
c.p.artico 66°33’
Tropico cancro 23°27’
Equatore 0°
Tropico capricorno 23°27’
c.p.antartico 66°33’
Polo S 0°
Circolo
Solstizio di giugno
Polo N 0°
c.p.artico 66°33’
Tropico cancro 23°27’
Equatore 0°
Tropico capricorno 23°27’
c.p.antartico 66°33’
Polo S 0°
Circolo di giugno
Solstizio
Circolo
Solstizio di giugno
Polo N 0°
c.p.artico 66°33’
Tropico cancro 23°27’
Equatore 0°
Tropico capricorno 23°27’
c.p.antartico 66°33’
Polo S 0°
Al solstizio di giugno il circolo di illuminazione raggiunge il
massimo scostamento dai poli e divide i paralleli in due parti
con diversa durata di illuminazione :giorno > notte
eccetto all’equatore :giorno=notte
nord
sud
Piano equatoriale inclinato rispetto al piano della eclittica
Asse rotazione terrestre inclinato rispetto piano eclittica
Piano della eclittica e orbitale terrestre
Circolo di illuminazione
Solstizio di giugno
Solstizio di dicembre
Circolo di illuminazione
• La terra si sposta più lentamente lungo
l’orbita kepleriana nel tratto che comprende
l’afelio rispetto a quello che comprende
il perielio
• Il semestre primavera-estate per emisfero
boreale è più lungo del semestre
autunno-inverno (circa 5-6 giorni)
• Inversamente per emisfero australe
• Variazione su scala secolare per spostamento
della linea apsidale
Circolo di illuminazione
Equinozio di marzo
Solstizio di giugno
perielio
afelio
Solstizio di dicembre
Linea apsidale
Equinozio di settembre
Linea equinoziale
Linea solstiziale
Rivoluzione annuale della terra attorno al sole sul piano della eclittica
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
Velocità minima in afelio e massima in perielio
Percorso lentamente, presso afelio
Percorso velocemente, perielio