04/01/21

Inclinazione o eccentricità: chi comanda il clima? *

Questo articolo è stato inserito nella sezione d'archivio "Astronomia classica"

 

Non ridete di questo articolo... dovrebbe essere cosa risaputa, ma talvolta mi capita di avvertire un po' di confusione in chi affronta questo argomento. Vale, quindi, la pena fare chiarezza una volta per tutte. I più esperti non ci facciano caso.

Tralasciamo, questa volta, il moto "a trottola" della Terra, quello che causa la ben nota precessione degli equinozi, ossia la rotazione del piano dell'equatore terrestre attorno al polo dell'eclittica, ossia il polo dell'orbita terrestre.

Illustriamo quattro casi, più che sufficienti per comprendere i concetti di base. Per tutti loro, immaginiamo che il pianeta (in particolare, la Terra) non abbia alcun fratello che l'accompagni. Insomma, sia figlia unica del Sole.

(1)  Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita circolare. Inoltre, la rotazione attorno al proprio asse avviene sullo stesso piano orbitale. In poche parole eclittica ed equatore celesti coincidono. Esistono, in questo caso, le stagioni? Assolutamente no! La configurazione è sempre la stessa in ogni periodo dell'anno. Chi sta sull'equatore ha sempre il Sole allo zenit; chi sta ai poli lo vede sempre sull'orizzonte. Per "abbondare" disegniamo pure la Fig. 1., in cui EE' indicano l'equatore e il Sole è considerato molto lontano e quindi i suoi raggi sono paralleli. L'angolo tra lo zenit Z del luogo P e la direzione del Sole (distanza zenitale z) è SEMPRE lo stesso durante tutto l'anno. Non ha alcun senso parlare di solstizi o di equinozi, dato che in ogni giorno dell'anno il Sole assume sempre la stessa posizione alla stessa ora.

Figura 1

(2) Il Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita circolare. La rotazione attorno al proprio asse avviene, però, su un piano che è diverso dal piano orbitale. In poche parole, eclittica ed equatore celesti NON coincidono. Esistono, in questo caso, le stagioni? Assolutamente SI! La situazione, che conosciamo molto bene, è quella di Fig. 2. L'angolo tra eclittica ed equatore (ε) può essere considerato costante (nel caso semplificato in esame). Si riconoscono benissimo i due solstizi del punto P, quello invernale, in cui la distanza zenitale zI è massima (ossia il Sole è basso rispetto all'orizzonte) e quello estivo, in cui la distanza zenitale zE è minima (il Sole è alto sopra l'orizzonte). In ogni giorno dell'anno, ogni punto P vede il Sole cambiare posizione nel cielo, alla stessa ora (la figura che disegna in cielo il Sole, fotografato ogni giorno dell'anno alla stessa ora da uno stesso luogo, si chiama analemma: è molto suggestiva, oltre che istruttiva, e ve la spieghiamo QUI)

Figura 2

(3) Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita ellittica, ossia tale che in un certo giorno dell'anno la distanza dalla stella sia minima (perielio) e sei mesi dopo sia massima (afelio). Eclittica ed equatore, tuttavia, coincidono. Esistono le stagioni. Assolutamente SI, sempre che la differenza tra afelio e perielio sia abbastanza grande, altrimenti si ricade nel caso (1). La situazione è quella di Fig. 3. Teniamo in conto che, sebbene il Sole sia più vicino o più lontano, la sua distanza è tale che si possa comunque considerarlo all'infinito (raggi paralleli). La distanza zenitale rimane immutata. In ogni modo, il Sole riscalda di più quando è al perielio...

Figura 3

(4) Il pianeta gira intorno al Sole su un'orbita ellittica e su un piano diverso da quello equatoriale. E' il caso più generale (per un pianeta singolo). E' inutile fare la figura, dato che è un mix della Fig. 2 e della 3. Esiste, comunque, una lotta tra distanza del Sole e inclinazione dell'orbita. Teniamo conto che non vi è nessuna relazione tra inclinazione del piano orbitale e distanza perielica. Tutti i casi sono possibili. Ne segue che tutto dipende dall'eccentricità e dall'inclinazione. Se è grande la prima e molto bassa la seconda, il clima è dominato dalla distanza; se vale il viceversa, il clima è dominato dall'inclinazione.

Conclusione: L'estate più calda si ha se il passaggio al perielio avviene proprio al solstizio d'estate e, di conseguenza, anche l'inverno più freddo, dato che, in questo caso, il solstizio d'inverno si verifica proprio quando il Sole è più distante.

Noi terrestri, perciò, siamo fortunati oppure no? Beh... dipende dai punti di vista e dall'emisfero nel quale si vive! Se definiamo, come viene fatto. solstizio d'estate quello del 21 giugno (gli abitanti dell'emisfero boreale hanno sempre preso le decisioni in merito) si ha il solstizio d'inverno proprio quando il Sole è più vicino e quello d'estate quando è più lontano. Tuttavia, nell'emisfero australe, le cose vanno al contrario  (quello a sud dell'equatore dove vivono "a testa in giù", vero Frank???) e la loro estate coincide con il nostro inverno. Dispiace per loro, però, ma il solstizio d'estate e d'inverno rimangono gli stessi per entrambi, il che vuol dire che la loro estate si ha in concomitanza con il solstizio d'inverno. Le cose, però, possono anche cambiare completamente, come vedremo tra poco.

Un bel modo per rendere meno drastico il passaggio da una stagione all'altra? Molto relativamente per noi, dato che l'eccentricità è molto bassa e chi comanda è l'inclinazione. Lo stesso, però non vale per altri corpi celesti, come Plutone, ad esempio, in cui comanda di più l'eccentricità.

Tuttavia, la Terra può passare da un eccesso all'altro (ma non solo lei), dato che non è figlia unica! Le perturbazioni planetarie fanno sì che la linea degli apsidi, ossia la congiungente afelio con perielio, ruoti lentamente, compiendo un giro completo in circa 112 000 anni. Chi vivrà molto a lungo potrà, perciò, assistere ad estati molto calde e anche un po' meno, così come per gli inverni (alla faccia del riscaldamento globale). tenendo sempre conto che l'estate australe coincide con l'inverno boreale e viceversa. Tutto ciò, ribadiamo, senza introdurre la rotazione dell'equatore attorno al polo dell'eclittica che complica ancora di più le cose.

Questo rotazione della linea degli apsidi viene chiamata precessione del perielio (famosa soprattutto nel caso di Mercurio per le ripercussioni sulla Relatività Generale, e recentemente verificata in modo eclatante per una stella che orbita intorno al buco nero posto al centro della nostra Via lattea). Di seguito una bella animazione presa da Wikipedia

Per finire, quindi, non confondiamo estate "eccentrica" con estate "inclinata"... mi raccomando!

 

Piano orbitale, eclittica, distanza zenitale, afelio, linea degli apsidi sono termini sconosciuti o ne avete sentito parlare ma non sapete definirli con esattezza? Nessun problema... QUI un corso online e gratuito messo a disposizione per voi! 8) 

La spiegazione dell'eccentricità di una ellisse la trovate QUI

 

11 commenti

  1. leandro

    Attendo con ansia la spiegazione della precessione del perielio di Mercurio nella sezione RG

  2. Mario Fiori

    E poi si vorrebbe semplificare lo studio del clima?  Va bè lasciamo perdere. Comunque è sempre molto interessante ripassare queste cose.

  3. Cavolo Leandro! Lo sai che hai ragione!! Pensavo di averne già parlato e invece sembra proprio di no. Colmerò quanto prima il... buco :oops:

  4. ALessandro

    Ciao Enzo,ma.. conoscendo tutti i vari passaggi che fa la terra con la sua orbita attorno al sole, facendo un percorso a ritroso tipo di 2000 anni, e attraverso documenti storici ricostruire il più fedelmente possibile la storia climatica di quei periodi, non si potrebbe fare una specie di calendario che ti indichi delle linee di tendenza?  tipo: la terra in questa posizione con questa inclinazione ecc ecc, "tendenzialmente" per i prossimi 20 anni affronterà  una serie di inverni rigidi  o miti e estati roventi o miti nell emisfero boreale-australe ecc ecc..

    oppure non abbiamo ancora elementi sufficienti per fare tutta queste serie di correlazioni ?

  5. Papalscherzone

    In attesa che ti risponda il prof., Alessandro, ti consiglio di leggere questo articolo:

    http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2015/11/14/un-atlante-idroclimatico-europeo-ma-chi-lo-conosce/

    Il percorso climatico a ritroso di 2000 anni, è stato ricostruito, almeno per l'Europa, sulla base dello studio degli anelli degli alberi e potrebbe essere utilizzato come base per ipotizzare tendenze future. Peccato che nessuno ne parli... :roll:

  6. Alessandro

    Ah ecco.. Fantastico l atlante idroclimatico.. Allora serve solo un buon astronomo che metta in relazione i vari periodi con le posizioni planetarie corrispondenti.. si potrebbe indagare così se c'è un collegamento..

  7. Alessandro

    Un buon astronomo.. Anzi super lo abbiamo no?? :-D

  8. Eh, caro Alessandro... bastasse l'astronomia per descrivere e prevedere il clima! Intanto, si deve anche tener conto della quantità di radiazione che emette il Sole, indipendentemente dalla sua distanza (macchie solari e via dicendo). Poi la parte più grande la gioca l'atmosfera con le sue risposte alle radiazioni solari che innescano processi tali da influenzare anche le condizioni iniziali, ossia un serpente che si morde la coda.

    Tanto per fare un esempio, i raggi cosmici, la cui quantità è controllata dall'attività solare, sembra che comandino la formazione nuvolosa. Ma il fenomeno, benché molto probabilmente reale, deve essere quantificato...

    Come se non bastasse, vi sono gli oceani che, in base alla loro temperatura, innescano correnti in grado di agire a grande distanza, in modo periodico (Il Nino e la Nina), ma anche del tutto inaspettato. Il clima, in generale, non è prevedibile con le conoscenze attuali e si può andare solo a tentavi, in attesa di conoscere meglio tutti i parametri in gioco e come contribuiscono effettivamente. In poche parole, è un sistema caotico e, come tale, assolutamente non deterministico. Sperare di costruire un modello valido è ancora un sogno!

    Non dimentichiamo, poi, che vi sono altri fenomeni astronomici che concorrono a variazioni a lungo periodo, come la precessione degli equinozi e la stessa variazione dell'eccentricità orbitale e della stessa inclinazione del  piano orbitale rispetto all'equatore. Le grandi glaciazioni sono sicuramente legate ai cicli astronomici; periodi più caldi e più freddi di durata più breve, all'attività solare; periodi ancora più brevi a mille cose di cui abbiamo solo un'idea molto vaga. Per non parlare di eruzioni vulcaniche parossistiche, di eventuali impatti con asteroidi e comete... Insomma un vero CAOS!

    Ricordiamoci che se una farfalla batte le ali sull'Himalaya, forse domani pioverà a Milano...

  9. Guido

    Buongiorno a tutto il Circolo. Giustificare correttamente l'andamento climatico (per non parlare delle semplici sue oscillazioni, cioè dell'andamento a scala più fine) è una vera sfida e, ritengo, siamo ben lontani dall'avere dato una risposta a questo problema. Troppi fattori e troppi quelli di cui si sa troppo poco. Siamo ancora nella fase in cui i dati sono troppo scarsi rispetto alla complessità del problema. Riusciamo in qualche modo a predire l'andamento meteo per i 3 gg successivi all'emissione della previsione (e anche in tal caso le cantonate capitano), fare previsioni dopo 3 gg comporta il crollo dell'affidabilità. Considerato che i dati meteo di cui disponiamo e che aggiorniamo giornalmente sono tantissimi e discretamente diffusi spazialmente, il fatto che le previsioni meteo pongano ancora seri problemi quando si supera il breve termine dà un'idea delle difficoltà che il problema pone. La macchina "clima" è enormemente più complessa e obbedisce a dinamiche molto intricate (fermandosi a quanto oggi ne sappiamo, e certo ne ignoriamo ancora molto). Modellizzarne efficacemente il funzionamento è un traguardo lontano. L'attività umana attuale influisce sul clima? In realtà non lo sappiamo e meno che mai sappiamo quanto influisca, potrebbe influire in modo più che marginale oppure non influire affatto. Ma si sa, all'uomo piace sempre mettersi di mezzo e pensare di avere la Natura in pugno ma la verità è che la specie umana è solo un più che temporaneo ospite un po' arrogante.

  10. parole sante che condivido in pieno, ovviamente!

  11. Frank

    Ricordiamoci che se una farfalla batte le ali sull'Himalaya, forse domani pioverà a Milano...

    Che fretta Enzo, no dai domani no, magari tra un mese. Nel famoso titolo "Predictability: does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas?" Lorenz non faceva menzione di grandezze temporali.

    Una curiosità ascoltata durante un'intervista a Lorenz: La "farfalla" dell'articolo è del redattore non di Lorenz che a suo dire, se fosse dipeso da lui avrebbe usato un "gabbiano" e non una farfalla e spiegava anche perché ma non lo ricordo bene, mi pare riguardasse il luogo dove abitava pieno di gabbiani, niente di importante. Decisamente più elegante la farfalla ma capisco Lorenz, era già abbastanza preso con il suo attrattore per non perdere tempo con la prosa.

    Guido forse il discorso andrebbe articolato nei suoi tantissimi aspetti. Se è vero l'effetto farfalla anche il clima deve sottostare a questa regola. Penso che se ne possa uscire definendo come variazione climatica significativa quella variazione globale che va oltre la possibilità di continuare a sostenere la natura e quindi la vita come la conosciamo e probabilmente per ora siamo, per fortuna, ben lontani da averne le capacità però in mezzo ci sono un sacco di danni possibili, naturalmente non solo in senso di temperatura. Per spiegarmi faccio un esempio eclatante: il  fu mare di Aral.

    Riposto questo link nel caso fosse sfuggito:

    https://www.youtube.com/watch?v=JUeBorG3s1A

    Dove Lucio Caracciolo con grande semplicità e padronanza di linguaggio mette a fuoco criticamente i molteplici punti di vista del problema da non scienziato ma da attento osservatore e quindi tanto di cappello a lui. Particolarmente bravo nello smontare, con poche parole, quell'idea di staticità del clima che è stata inculcata nel pubblico.

     

Lascia un commento

*

:wink: :twisted: :roll: :oops: :mrgreen: :lol: :idea: :evil: :cry: :arrow: :?: :-| :-x :-o :-P :-D :-? :) :( :!: 8-O 8)

 

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.