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 autunno 21.3 93 giorni equinozio estate inverno 21.6 93 giorni solstizio autunno 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 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)

Circolo di illuminazione passa per i poli 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

Emisfero boreale più illuminato di emisfero australe Solstizio di giugno Solstizio di dicembre Fenomeno osservato da giustificare Emisfero boreale più illuminato di emisfero australe

Emisfero boreale più illuminato di 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

Emisfero boreale meno 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 Giorno > notte Notte > giorno Equinozio di autunno Giorno > notte Notte > giorno Solstizio di estate 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

Notare lo spostamento del circolo di illuminazione 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

Notare lo spostamento del circolo di illuminazione 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 22 dicembre 21 giugno 22 settembre ipotesi

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 Equinozio di settembre Linea solstiziale 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 Solstizio di giugno

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 velocemente, perielio Percorso lentamente, presso afelio