Dietro l'alternarsi delle stagioni c'è un "numero speciale": 23°27′
L’alternarsi delle stagioni e la durata variabile di giorno e notte sono una diretta conseguenza dell’inclinazione di 23°27′ dell’asse terrestre rispetto al piano orbitale del pianeta. Questo implica che i raggi del Sole cadano sulla superficie della Terra con angolazioni differenti e solo due volte l’anno risultano perpendicolari a essa, ovvero durante gli equinozi.
Per comprendere come mai si succedono le stagioni, e per capire cosa accade nel giorno dei solstizi e degli equinozi, bisogna tenere bene a mente due cose. La prima, il fatto che la Terra compie un moto di rivoluzione intorno al Sole, che ha una durata di 365 giorni. La seconda è che il nostro pianeta ruota intorno al Sole con una particolare inclinazione.
Questa inclinazione del nostro pianeta, riferita al piano dell'orbita terrestre, è espressa da un valore concreto. Se andiamo a vedere di quanto è inclinata la Terra rispetto alla perpendicolare al piano dell'orbita, troviamo il valore di 23°27' (si legge "ventitré gradi e ventisette primi") che ci permette di spiegare come mai si alternano le stagioni, e altre curiosità, come la posizione dei tropici e del Circolo Polare Artico.
Nel corso del moto di rivoluzione che dura 365 giorni, la Terra risulta esposta in modo diverso ai raggi solari proprio per via di questa inclinazione: questo determina l'alternarsi delle stagioni.
È quindi il valore di 23° e 27' (che a volte si trova approssimato a 23° 5') di questa inclinazione a determinare le stagioni nel nostro pianeta. Se la Terra non fosse inclinata rispetto al piano dell'orbita, infatti, non avremmo l'alternarsi delle stagioni come le conosciamo e i climi sul nostro pianeta sarebbero completamente diversi.
L'alternarsi delle stagioni per l'inclinazione dell'asse terrestre
Un numero ci spiega quindi perché si alternano le stagioni. Il valore di 23° 27' non è altro che il valore dell'inclinazione del pianeta Terra rispetto alla perpendicolare al piano dell'orbita. Questa inclinazione, combinata con la posizione della Terra in un certo momento dell'anno, determina l’intensità con cui la luce solare arriva sul pianeta alle diverse latitudini, ed anche la lunghezza delle giornate. In sostanza, determina l'alternarsi delle stagioni, e il succedersi di equinozi e solstizi.
Cosa succede nel giorno dei solstizi
Prendiamo ad esempio il momento dei solstizi. Nel giorno dei solstizi la Terra raggiunge una posizione nella quale i raggi solari incidono su un emisfero con il massimo dell'inclinazione e per meno tempo, determinando l'inizio dell'inverno, e sull'altro emisfero con un'inclinazione minima e per più tempo, determinando l'inizio dell'estate. Ecco perché quando in Italia inizia l'estate, nell'emisfero sud del mondo inizia l'inverno, e viceversa.
Cosa succede nel giorno degli equinozi
Nei giorni degli equinozi la Terra raggiunge una posizione, lungo l'orbita, nella quale la sua inclinazione di 23° 27' la espone ai raggi solari in un modo particolare. In quel momento i raggi solari incidono perpendicolarmente all'equatore terrestre, e la durata del dì e uguale a quella della notte (circa 12 ore in tutto il pianeta). Il termine "equinozio" viene infatti dal latino aequus "uguale" e nox "notte", cioè la notte è uguale al giorno. Gli equinozi segnano l'inizio dell'autunno e della primavera. Quando in Italia si verifica l'equinozio d'autunno (guarda qui quando sarà nel settembre del 2022), nell'emisfero meridionale della Terra si verifica l'equinozio di primavera.
L'alternarsi delle stagioni è dovuto alla combinazione di due fattori: il moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole, e l'inclinazione dell'asse terrestre sul piano dell'orbita, pari a 23°27' (considerando l'inclinazione rispetto alla perpendicolare del piano dell'orbita).
Altre conseguenze dell'inclinazione dell'asse terrestre: Circolo Polare e tropici
Un'altra conseguenza della particolare inclinazione dell'asse terrestre è che ci sono dei punti della Terra in cui i raggi solari incidono in modo particolare nel giorno dei solstizi. Questi sono i tropici.
I tropici sono i paralleli situati sulla latitudine 23°27' N (tropico del Cancro) e 23°27' (tropico del Capricorno). Questo valore corrisponde esattamente all'angolo di inclinazione della Terra di cui abbiamo parlato sopra. Proprio come conseguenza di questa inclinazione, ai tropici il Sole si trova allo zenit solo nel giorno del solstizio d'estate (a giugno nel tropico del Cancro e a dicembre in quello del Capricorno). Nel giorno del solstizio d'estate, se ci troviamo in uno dei tropici, la nostra ombra "scompare" perché i raggi del Sole incidono perpendicolarmente all'osservatore.
Altro punto della Terra che è geometricamente legato all'inclinazione dell'asse terrestre è il Circolo Polare Artico, che si trova lungo il parallelo 66°33'39" di latitudine nord, ed il Circolo Polare Antartico, sul parallelo 66°33'39" Sud.
Questo valore, come si ricorderà dall'inizio dell'articolo, è proprio quello dell'inclinazione dell'asse terrestre rispetto al piano dell'orbita (il valore di 23°27' è riferito alla perpendicolare al piano dell'orbita, e sommato al valore di 66°33' ci dà 90°). Questo è il punto più meridionale (nel caso del Circolo Polare Artico) dal quale sia possibile osservare il sole di mezzanotte a nord dell'equatore, e la notte polare.