La Terra nel Sistema solare: moti e stagioni in prima

Al liceo linguistico, in prima, il programma di scienze naturali sta lasciando (o ha appena lasciato) la parte di chimica di base per entrare nelle scienze della Terra, coordinate spesso con geografia — moti della Terra, atmosfera, idrosfera, geomorfologia. I moti di rotazione e rivoluzione e le stagioni si spiegano tipicamente fra fine settembre e ottobre, e la prima verifica arriva fra fine ottobre e metà novembre, quindi fra cinque e otto settimane da adesso. Al linguistico questa verifica è quasi sempre a test: domande chiuse più due aperte, non un tema da scrivere in prosa. Vale la pena impostare bene l’argomento adesso, non recuperarlo la sera prima.

Il problema concreto: “più vicini al Sole” non spiega niente

Quello che vedo più spesso, quando un ragazzo mi porta questo argomento, è una convinzione sbagliata che sembra ragionevole: d’estate fa caldo perché la Terra è più vicina al Sole, d’inverno fa freddo perché è più lontana. È un’idea intuitiva, ma è sbagliata, e in un test a crocette è esattamente la risposta-trappola che ti fa perdere il punto.

La distanza Terra-Sole varia pochissimo durante l’anno, e per una ragione che sorprende sempre: a inizio gennaio, in pieno inverno nell’emisfero nord, la Terra è al perielio, cioè nel punto della sua orbita più vicino al Sole. È il contrario esatto di quello che l’intuizione suggerirebbe. Se le stagioni dipendessero dalla distanza, gennaio dovrebbe essere il mese più caldo dell’anno nell’emisfero nord — e non lo è.

La vera causa delle stagioni è un’altra: l’inclinazione dell’asse terrestre di 23,5° rispetto al piano dell’orbita (il piano dell’eclittica). Questa inclinazione resta fissa nello spazio mentre la Terra gira intorno al Sole, e per questo motivo, a seconda del punto dell’orbita in cui la Terra si trova, l’emisfero nord o l’emisfero sud puntano più direttamente verso il Sole. Tienilo a mente come frase-chiave da riportare in una domanda aperta: le stagioni esistono per l’inclinazione dell’asse, non per la distanza dal Sole.

Procedura passo passo: dai due moti alle stagioni

1. Il moto di rotazione: il giorno e la notte

La Terra ruota su se stessa, intorno a un asse immaginario che passa per i due poli, in circa 24 ore (il giorno solare). È questo moto a produrre l’alternanza di giorno e notte: nell’istante in cui una parte della superficie terrestre è illuminata dal Sole, la parte opposta è in ombra. La rotazione avviene da ovest verso est, e questo è anche il motivo per cui il Sole ci appare sorgere a est e tramontare a ovest.

2. Il moto di rivoluzione: l’anno

La Terra percorre anche un’orbita ellittica intorno al Sole, completandola in circa 365 giorni e un quarto (l’anno solare, da cui i famosi anni bisestili, che recuperano il quarto di giorno accumulato ogni quattro anni). È il moto di rivoluzione, non quello di rotazione, a determinare l’anno e, insieme all’inclinazione dell’asse, le stagioni.

3. L’inclinazione dell’asse e i raggi solari

Qui è dove i due moti si incontrano per produrre le stagioni. Immagina l’asse terrestre come un’asta inclinata di 23,5° rispetto alla perpendicolare al piano dell’orbita. Mentre la Terra percorre l’orbita, l’asse mantiene sempre la stessa direzione nello spazio — punta sempre, più o meno, verso la stella polare. Il risultato è che:

• quando l’emisfero nord è inclinato verso il Sole, i raggi solari lo colpiscono più perpendicolarmente (più energia sulla stessa superficie) e il giorno dura più delle 12 ore: è l’estate boreale;
• sei mesi dopo, la Terra è nel punto opposto dell’orbita e lo stesso emisfero nord è inclinato lontano dal Sole: i raggi arrivano più radenti (meno energia sulla stessa superficie) e il giorno dura meno delle 12 ore: è l’inverno boreale.

Mentre nell’emisfero nord è estate, nell’emisfero sud è inverno, e viceversa: è per questo che in Australia o in Argentina il Natale cade in piena estate.

4. Solstizi ed equinozi

Lungo l’orbita ci sono quattro punti che segnano l’inizio (astronomico) delle stagioni:

• solstizio d’estate (intorno al 21 giugno nell’emisfero nord): il giorno più lungo dell’anno, massima inclinazione verso il Sole;
• solstizio d’inverno (intorno al 21 dicembre): il giorno più corto dell’anno, massima inclinazione lontano dal Sole;
• equinozio di primavera (intorno al 20 marzo) ed equinozio d’autunno (intorno al 22 settembre): giorno e notte hanno la stessa durata, 12 ore ciascuno, ovunque sulla Terra — è il momento in cui l’asse terrestre non è inclinato né verso né lontano dal Sole rispetto alla linea Terra-Sole.

Per le date esatte di quest’anno, che possono spostarsi di un giorno rispetto a queste indicazioni generali, verifica il calendario o il libro di testo della tua scuola: qui contano il meccanismo e l’ordine degli eventi, non il giorno preciso.

5. Perché la durata del giorno cambia con la latitudine

Un altro punto che spesso si liquida a memoria, senza capirlo, è perché a Milano d’estate il sole tramonti alle 21 e in Norvegia, nello stesso periodo, non tramonti quasi per niente. La spiegazione è sempre l’inclinazione dell’asse: più ci si sposta verso i poli, più la differenza fra la durata del giorno d’estate e quella d’inverno si accentua. All’equatore, invece, giorno e notte durano sempre circa 12 ore ciascuno, in ogni stagione, perché lì l’inclinazione dell’asse ha un effetto minimo sull’angolo di illuminazione durante l’anno. Ai circoli polari, in certi periodi dell’anno, il Sole non tramonta mai (sole di mezzanotte) o non sorge mai per intere giornate: è la stessa causa, portata all’estremo.

6. Le zone climatiche

Come conseguenza di questo meccanismo, la superficie terrestre si divide in fasce che ricevono, in media, quantità diverse di energia solare durante l’anno:

• zona torrida (tra i due tropici): i raggi solari cadono quasi perpendicolari tutto l’anno, poca variazione stagionale della temperatura;
• zone temperate (tra i tropici e i circoli polari): qui vivono le stagioni come le conosciamo, con una variazione marcata fra estate e inverno;
• zone glaciali (oltre i circoli polari): i raggi arrivano sempre molto radenti, e si presentano i fenomeni estremi di giorno o notte continui in certi periodi.

7. Fusi orari: una conseguenza della rotazione, non della rivoluzione

I fusi orari esistono perché la Terra ruota: mentre gira, punti diversi della superficie sono rivolti verso il Sole in istanti diversi, quindi non può esistere un solo orario “giusto” per tutto il pianeta basato sulla posizione del Sole in cielo. Per semplificare, la superficie terrestre è divisa in 24 fusi, uno per ogni ora del giorno, ciascuno largo circa 15° di longitudine:

Muovendosi verso est si guadagna tempo (l’ora locale è più avanti), muovendosi verso ovest si perde tempo (l’ora locale è più indietro). È lo stesso principio geometrico dietro il primo esercizio svolto qui sotto.

L’errore tipico da evitare

L’errore che costa quasi sempre il punto in un test a crocette è proprio quello con cui abbiamo aperto: attribuire le stagioni alla distanza Terra-Sole invece che all’inclinazione dell’asse. Se in una domanda leggi un’opzione che parla di “Terra più vicina al Sole d’estate”, scartala sempre: è quasi certamente il distrattore costruito apposta su questo fraintendimento, che è anche il più comune a livello di senso comune, non solo tra gli studenti.

Un secondo errore frequente è confondere rotazione e rivoluzione nell’attribuire l’effetto: la rotazione produce giorno e notte (24 ore), la rivoluzione più l’inclinazione dell’asse producono le stagioni (365 giorni). Se una domanda ti chiede “quale moto produce le stagioni”, la risposta corretta cita entrambi gli elementi — rivoluzione e inclinazione dell’asse — non la rotazione da sola.

Due esercizi svolti

Esercizio 1 — differenza di ora locale tra due città.

Due città si trovano rispettivamente a longitudine $15^{\circ }$ Est e $75^{\circ }$ Ovest. Calcola la differenza di ora locale tra le due.

Procedimento. La longitudine totale che separa le due città si ottiene sommando le due longitudini, perché una è a est del meridiano di riferimento (Greenwich, $0^{\circ }$) e l’altra è a ovest:

Ogni fuso orario corrisponde a $15^{\circ }$ e a un’ora di differenza, quindi:

La città a $15^{\circ }$ Est è più avanti (più vicina all’alba rispetto al riferimento), quella a $75^{\circ }$ Ovest è più indietro. Risultato: quando nella prima città sono le 14:00, nella seconda sono le 8:00 dello stesso giorno.

Un’annotazione prima del secondo esercizio: su scienze della Terra non abbiamo ancora un quiz dedicato, ma se ti serve allenarti a rispondere a crocette sotto tempo — che è metà del problema in una verifica a test — le simulazioni per il liceo di matematica e fisica servono a quello. La risposta corretta è gratis, la soluzione guidata si sblocca con la prima lezione.

Esercizio 2 — in quale emisfero si trova?

Il 21 dicembre, in una certa città, il giorno dura circa 15 ore contro le 9 di notte, e a mezzogiorno il Sole è molto alto in cielo. In quale emisfero si trova quella città? E che stagione si sta vivendo?

Procedimento. Due dati, e vanno letti in quest’ordine.

1. Il giorno dura più della notte (15 contro 9) e il Sole a mezzogiorno è alto: sono le condizioni di un emisfero inclinato verso il Sole, cioè l’estate. Scarto subito l’inverno, qualunque sia la data.
2. La data è il 21 dicembre, cioè il solstizio d’inverno boreale. Nell’emisfero nord quel giorno è il più corto dell’anno: 15 ore di luce sono impossibili.
3. Le due cose stanno insieme solo in un modo, perché le stagioni nei due emisferi sono sempre opposte: il 21 dicembre è il solstizio d’estate australe.

Risultato: la città si trova nell’emisfero sud, e sta vivendo l’estate. Il 15 contro 9 dice anche qualcosa in più sulla latitudine: all’equatore il giorno durerebbe 12 ore anche il 21 dicembre, quindi quella città è a una latitudine media, non equatoriale — più ci si allontana dall’equatore, più lo squilibrio fra giorno e notte al solstizio si accentua.

Geografia, e l’altra metà del programma di prima

Questo modulo di scienze della Terra è di solito coordinato con geografia: gli stessi concetti — fusi orari, zone climatiche, coordinate geografiche — tornano lì con un taglio più descrittivo e meno fisico. Studiarli insieme, con lo stesso linguaggio (inclinazione dell’asse, non “più vicino/più lontano”), evita di doverli imparare due volte in modo diverso.

Se in prima stai affrontando anche la parte di chimica di base del programma — densità, stati della materia, miscugli — non è l’argomento di questo articolo: la trovi trattata a parte in scienze in prima al classico e, per l’indirizzo tecnico, in chimica in prima al tecnico. Sono la “altra metà” del programma di scienze di prima, con logica e verifica diverse da questa.

Su scienze della Terra e astronomia di base non abbiamo ancora un quiz dedicato nel nostro catalogo: nelle simulazioni per il liceo trovi quelle di matematica e fisica, dove la risposta corretta è gratis e la soluzione guidata si sblocca con la prima lezione. Sono un allenamento al ragionamento sotto tempo, non un ripasso di questo argomento: quello lo fai sulle sette sezioni qui sopra.

Le lezioni di scienze sono online, uno a uno, e spesso il blocco non è la teoria in sé ma il collegare i pezzi — rotazione, rivoluzione, inclinazione — in un ragionamento unico da usare su qualsiasi domanda del test. Se vuoi una mano, la prima chiacchierata è gratuita → contatti.