Perché ci sono le stagioni? L'inclinazione terrestre, non la distanza dal Sole

In Germania può essere inverno mentre nell’Australia meridionale è estate. Le due regioni appartengono alla stessa Terra e, nello stesso momento, si trovano praticamente alla stessa distanza dal Sole. Le stagioni dipendono soprattutto dall’inclinazione dell’asse terrestre: durante l’orbita cambiano l’altezza del Sole e la durata del giorno nei due emisferi.

«In estate la Terra è più vicina al Sole» sembra una spiegazione plausibile, ma non spiega l’estate dell’emisfero nord. Per capire il meccanismo, distinguiamo la rotazione giornaliera, il moto annuale intorno al Sole e la direzione dell’asse.

Un asse inclinato che mantiene quasi la stessa direzione

L’asse terrestre è una linea immaginaria che attraversa il Polo Nord e il Polo Sud. La Terra ruota intorno a questa linea, producendo l’alternanza di giorno e notte. Nel frattempo orbita intorno al Sole.

L’asse non è perpendicolare al piano dell’orbita: è inclinato rispetto a quella perpendicolare. Nel modello semplificato di un anno, mantiene all’incirca la stessa direzione nello spazio. La Terra non si inclina nuovamente ogni estate per poi raddrizzarsi in inverno.

Immagina una palla inclinata che sposti intorno a una lampada, con l’estremità superiore sempre rivolta verso la stessa parete. In una posizione pende verso la lampada; sul lato opposto pende dalla parte contraria. Conta proprio questo cambiamento di orientamento rispetto al Sole (NASA: la causa delle stagioni, in inglese).

Due effetti portano più luce in estate

Quando un emisfero è inclinato verso il Sole, cambiano sia l’angolo dei raggi sia il tempo durante il quale illuminano il terreno.

1. Un Sole più alto concentra la luce

Illumina un foglio con una torcia tenuta quasi perpendicolare: la zona illuminata è compatta. Inclina il foglio e la stessa luce si distribuisce su un’area più ampia. Ogni unità di superficie riceve meno luce.

Lo stesso principio vale per la radiazione solare. Quando il Sole è più alto nel cielo, i raggi arrivano più direttamente al suolo. Con il Sole basso, si distribuiscono su una superficie maggiore. Il servizio meteorologico statunitense NWS usa questo modello del foglio e della torcia.

2. Giorni più lunghi lasciano più tempo all’irraggiamento

Alle latitudini medie dell’emisfero inclinato verso il Sole, un luogo trascorre una parte maggiore della rotazione nella metà illuminata della Terra. Il Sole rimane più a lungo sopra l’orizzonte.

Raggi più diretti e una maggiore durata del giorno agiscono insieme. Spiegano l’aumento stagionale dell’energia solare, non la temperatura di ogni singola giornata. Nuvole, movimenti dell’aria e altre condizioni meteorologiche influenzano anche la temperatura locale.

La Terra continua a ruotare in inverno. Una giornata invernale corta non significa che giri più velocemente: quel luogo trascorre meno tempo nella luce durante la stessa rotazione.

Perché le stagioni sono opposte nei due emisferi

L’emisfero nord e quello sud si trovano ai lati opposti dell’equatore. Quando il nord è più inclinato verso il Sole, il sud è rivolto nella direzione opposta. Sei mesi dopo la situazione si inverte.

La tabella descrive il ciclo stagionale, non una previsione del tempo. Spiega perché Natale cade in estate nell’Australia meridionale e in inverno in Germania, ma non promette una temperatura particolare per quel giorno.

Agli equinozi di marzo e settembre, nessun emisfero è più inclinato verso il Sole. Non ne derivano però esattamente dodici ore tra alba e tramonto in ogni luogo. Lo chiarisce l’articolo perché giorno e notte non durano uguale all’equinozio.

Che cosa spiega la distanza dal Sole e che cosa no

L’orbita terrestre è un’ellisse, non un cerchio perfetto. La distanza dal Sole varia: la Terra è normalmente più vicina a gennaio e più lontana a luglio (NASA Space Place).

È un buon modo per mettere alla prova l’idea comune: l’inverno dell’emisfero nord si verifica proprio nel periodo di maggiore vicinanza. Il confronto tra emisferi è ancora più chiaro. Un cambiamento di distanza riguarda l’intero pianeta; non spiega perché contemporaneamente una metà abbia l’estate e l’altra l’inverno.

La distanza non è irrilevante per la radiazione ricevuta. Ma l’inclinazione dell’asse spiega il ciclo stagionale opposto che stiamo considerando. «Estate significa più vicino al Sole» non è la regola giusta.

Un modello semplice con una palla e una luce

Immagina una palla, una sorgente luminosa e un segno per il Polo Nord:

1. La luce resta ferma. Rappresenta il Sole.
2. Tieni inclinato l’asse della palla. L’estremità superiore deve puntare nella stessa direzione per tutto l’esercizio.
3. Confronta due posizioni opposte. Mantieni la stessa distanza dalla luce sui due lati. In una posizione il Polo Nord pende verso di essa; nell’altra dalla parte opposta.
4. Aggiungi mentalmente la rotazione. Segui un punto alle latitudini medie settentrionali: quanto tempo è illuminato e con quale angolo riceve la luce?
5. Confronta un punto meridionale. La sua evoluzione stagionale è opposta.

Non serve avvicinare la palla alla lampada. Conta la direzione costante dell’asse mentre cambia la posizione sull’orbita. Una lampada vicina è un modello illustrativo, non una riproduzione in scala del sistema Terra-Sole.

Individuare gli emisferi sul globo

Con LiveGlobe 3D puoi ruotare e ingrandire il globo e attivare equatore, tropici e circoli polari nelle impostazioni. Cerca prima l’Europa e poi l’Australia: l’equatore rende evidente che si trovano in emisferi diversi. L’applicazione web prevede l’accesso con un account.

Usa il globo per l’orientamento geografico e il modello luminoso per la causa. Ruotare il globo sullo schermo cambia il punto di vista, non la causa fisica delle stagioni. Per gli orari solari locali esatti consulta una tabella astronomica.

Esplora le viste disponibili del globo e chiediti, passando da nord a sud: quale emisfero è più inclinato verso il Sole in questo periodo dell’anno?

Domande frequenti

Giorno e notte sono anch’essi stagioni?

No. Dipendono dalla rotazione terrestre. Il ciclo annuale delle stagioni dipende dall’orbita intorno al Sole insieme all’inclinazione dell’asse.

La Terra si inclina di nuovo verso il Sole ogni estate?

No. Nel modello annuale semplificato, la direzione dell’asse resta quasi costante. La posizione sull’orbita cambia quale emisfero è inclinato verso il Sole.

Perché non è estate ovunque nello stesso momento?

I due emisferi sono orientati in modo opposto. Quando il nord è più inclinato verso il Sole, il sud è rivolto nella direzione contraria. Sei mesi dopo accade il contrario.