di Amedeo Bellodi
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Alla fine di ogni giornata vi sentite stanchi della routine quotidiana? La fisica ci insegna che non esistono giornate uguali e che anche il signor Metodio deve rassegnarsi a essere… puntualmente non puntuale.
La ripetitività della vita umana può sì dipendere dal carattere dei singoli, ma ab origine risale a un principio ineluttabile: l’alternarsi del dì e della notte. Si tratta di un fenomeno “periodico”, che cioè si ripresenta ogni determinato lasso di tempo, dovuto – com’è noto – al moto di rotazione che la Terra compie su se stessa. Tale moto fa sì che alla latitudine dell’Italia ci si muova a 1240 chilometri all’ora “a star fermi” e l’effetto che ne deriva è che il Sole ci appare muoversi nel cielo, dall’alba al tramonto, distinguendo sulla superficie del pianeta due facce in continua evoluzione, l’una dormiente mentre l’altra vive le ore diurne della giornata.Il signor Metodio apre gli occhi ogni giorno allo stesso identico orario, nella stessa identica posizione: supino. A testimoniare la sua puntualità c’è la sua sveglia, collocata sul comodino in una posizione precisa, affinata da lui stesso nel tempo perché riesca a spegnerla in un unico gesto, identico ogni mattina: un braccio destro che disegna nell’aria una semicirconferenza prima di colpire il pulsante di spegnimento. Non si attarda sotto le coperte: è l’ora esatta per alzarsi. Tre piegamenti sulle gambe: un, due, tre e via, la giornata è incominciata. Passano le giornate e le stagioni ma la vita del signor Metodio si ripete ogni giorno uguale al precedente e al successivo: puntuale si alza, puntuale si reca al lavoro, puntuale rientra a casa, si siede a tavola per la cena, indi si corica. Dopo il compimento di ogni ciclo, nessuna evoluzione.
Figura 1. L’orbita ellittica della Terra attorno al Sole. Nei punti di equinozio i raggi del Sole colpiscono perpendicolarmente la superficie terrestre. Nei solstizi un emisfero risulta più illuminato dell’altro. Essendo l’orbita ellittica, con il Sole posto in uno dei due fuochi, la Terra non mantiene una distanza costante dalla stella: esiste un punto di minima distanza (perielio) e uno di massima distanza (afelio). Adattato da: scienzeascuola.it.
Giorno dopo giorno, notte dopo notte, arriva il momento del cambio di stagione. Anche il susseguirsi delle stagioni ha indiscutibilmente governato per secoli la ripetitività della vita dell’uomo; basti pensare all’influenza della periodica variazione di esposizione al calore e alla luce della superficie terrestre (leggi: le stagioni) sull’agricoltura. Una causa periodica che giustifichi questa ripetitività va ricercata nel celebre motto «E pur si move». Non si stupisce più nessuno del fatto che mentre ruota su se stessa, la Terra si muove attorno al Sole su un’orbita ellittica, percorrendo quasi 110 mila chilometri (quasi tre giri del mondo, in barba a Phileas Fogg) ogni ora, o equivalentemente 30 chilometri in uno schiocco di dita. Forse che la variazione stagionale dipenda proprio da questo moto della Terra attorno al Sole? In realtà, la responsabilità va attribuita non tanto al moto in sé o a un’eventuale variazione di distanza rispetto al Sole stesso (la traiettoria in buona approssimazione può dirsi circolare), quanto all’inclinazione che presenta l’asse di rotazione della Terra rispetto al piano su cui orbita. Mentre compie questo tragitto (vedi Figura 1), infatti, un’inclinazione dell’asse di circa 23 gradi fa sì che durante l’anno cambi l’angolo di incidenza dei raggi solari sulla superficie terrestre: quanto più i raggi sono perpendicolari, tanto più l’atmosfera assorbe calore con l’effetto di un aumento di temperatura. È anche per questo che l’alternanza delle stagioni è più evidente nelle fasce a clima temperato e, in modo netto, ai poli del pianeta, mentre si osservano meno variazioni all’equatore, dove i raggi arrivano sempre perpendicolari.
Non è finita qui: la Terra gira su se stessa, gira intorno al Sole e, come se non bastasse, il Sole a sua volta si trascina l’intero sistema solare nel suo viaggio attorno al centro della Galassia. Se Milano-Bologna in Alta Velocità vi richiede un’ora, sappiate che il Sole copre circa lo stesso percorso ogni secondo. Ognuno di questi movimenti avviene ripetutamente, ogni giorno, ogni anno e ogni paio di centinaia di milioni di anni: non c’è scampo, dopo il compimento di ogni periodo, si ricomincia. Accade un po’ come avviene nella vita del signor Metodio: ma è vero? Il tempo astronomico può davvero essere monitorato e misurato senza incorrere in errori? In realtà no: dopo (e già durante) il compimento di ogni ciclo, uno sviluppo graduale prende piede e impedisce alle giornate del signor Metodio di trascorrere identiche le une alle altre.
Figura 2. Il moto della Terra su se stessa durante il moto di rivoluzione fa sì che essa deve ruotare su se stessa un grado in più perché un certo meridiano riveda il Sole. Questo problema diventa trascurabile se in riferimento si sceglie una stella molto più lontana: l’angolo diventerà infinitesimale.
La sveglia del signor Metodio non è affatto puntuale, poiché tra due suoi risvegli non trascorre davvero un giorno, ma… 24 ore. Che differenza c’è? Il cosiddetto “giorno solare” è il tempo che trascorre tra due culminazioni del Sole su un dato meridiano terrestre: questa durata sarebbe costante se la Terra girasse solo attorno al proprio asse, ma muovendosi contemporaneamente attorno al Sole, ogni giorno deve ruotare attorno al proprio asse mediamente un grado in più perché il Sole sia nuovamente sullo stesso meridiano (Figura 2). A complicare le cose, la velocità con cui la Terra si muove attorno al Sole non è costante: il giorno solare ha lunghezza massima nel momento in cui siamo più vicini al Sole, in gennaio, e durata minima in luglio, quando la Terra si attarda sulla sua orbita ellittica. Il risultato è che ogni giorno la Terra fa un po’ più o un po’ meno strada per rincorrere il Sole, con il risultato di giornate di durata variabile. Per risolvere in buona parte questo problema, il signor Metodio dovrebbe rifarsi non al “giorno solare” ma “siderale”. Se, cioè, invece di considerare il moto apparente del Sole e le sue culminazioni, il signor Metodio si rifacesse a quelle di una stella più lontana, la durata del suo giorno sarebbe costante: 23 ore 56 minuti 4 secondi. Ciò si spiega se consideriamo il fatto che mentre ci muoviamo attorno a un punto, ritrovarlo dopo una piroetta su noi stessi sarà tanto più semplice tanto più lontani siamo dal punto stesso.
La puntualità del signor Metodio è messa alla prova duramente anche su molti altri fronti. Tra questi, l’attrazione gravitazionale della Luna e del Sole sulla Terra: l’interazione del nostro pianeta con i due corpi celesti fa sì che le zone equatoriali del pianeta siano “attirate” più intensamente, con l’effetto di tentare un “raddrizzamento” dell’asse di rotazione terrestre rispetto al piano dell’orbita. La rotazione della Terra si oppone tuttavia a questo cambiamento, così come una trottola tende a conservare il suo asse di rotazione parallelo a se stesso. L’effetto complessivo è che in circa 26 mila anni un “doppio cono” viene “disegnato” dall’asse terrestre. Questo fenomeno è detto “precessione luni-solare”, ma anche “precessione degli equinozi” visto che una delle conseguenze più importanti è che gli equinozi si verificano venti minuti in anticipo ogni anno. Niente paura, non dovremo mettere mano agli armadi per un cambio di vestiti in anticipo: le stagioni, come detto, dipendono dall’inclinazione dell’asse terrestre; la precessione degli equinozi non riguarda in realtà tanto il tempo (né meteorologico né del calendario) quanto… lo spazio. Questo fenomeno infatti fa sì che, per effetto del moto “trottolante” della Terra, il piano dell’orbita venga in un certo senso trascinato e si metta a ruotare. In questo modo il Sole ci apparirà muoversi con uno “sfondo” che cambia nel tempo. 
Le costellazioni che compaiono su questo sfondo sono note ai più come Costellazioni dello zodiaco: tredici costellazioni (non dimentichiamoci dell’Ofiuco!) che vengono occultate dal Sole nel corso dell’anno, periodicamente. Si osserva quindi che, mentre nei tempi antichi il momento dell’equinozio di primavera cadeva mentre il Sole “entrava” nella costellazione dell’Ariete[1], oggi ciò avviene mentre percorre la costellazione dei Pesci e arriverà il momento (fra circa 600 anni) in cui sarà il turno dell’Acquario.
Troppi dilemmi per la vita tranquilla del signor Metodio: che oroscopo leggersi quindi domani? A questo la fisica sicuramente non dà una risposta. Semmai rivolgetevi all’I Ching.
Note
