le 4 Stagioni

Il fenomeno delle stagioni è causato dall'inclinazione dell'asse terrestre e dal moto di rivoluzione del nostro pianeta attorno al Sole.

La Terra infatti, orbitando secondo una traiettoria di forma ellittica, descrive un piano che a sua volta viene chiamato eclittica.

 Durante questo tragitto essa mantiene l'asse di rotazione sempre parallelo a se stesso, toccando in determinati periodi dell'anno quei quattro punti fondamentali che segnano il principio di ciascuna stagione, e che perciò corrisponderanno ad altrettanti punti del percorso solare apparente essendo questo la proiezione celeste dell'orbita terrestre.

Stagioni astronomiche

- Equinozio di Primavera - 21 marzo
» Inizia la primavera nell'emisfero boreale e l'autunno in quello australe.
» Al polo Sud inizia la notte polare, mentre al polo Nord il giorno polare.
» La durata del giorno e quella della notte sono uguali.
» Il Sole sorge e tramonta rispettivamente ad Est e ad Ovest, e passa per l'equatore celeste (punto d'Ariete).
- Solstizio d'Estate - 21 giugno
» Inizia l'estate nell'emisfero boreale e l'inverno in quello australe.
» Al polo Nord il Sole rimane sopra l'orizzonte per sei mesi, mentre al polo Sud ne rimane sotto per altrettanto.
» La durata del giorno è massima nell'emisfero boreale e minima in quello australe.
» Le giornate iniziano a decrescere nell'emisfero boreale e a crescere in quello australe.
» Il Sole sorge a Nord-Est e, passando al meridiano alla distanza massima di +23,5° dall'equatore celeste, tramonta a Nord-Ovest.

- Equinozio d'Autunno - 23 settembre
» Inizia l'autunno nell'emisfero boreale e la primavera in quello australe.
» Al polo Nord inizia la notte polare, mentre al polo Sud il giorno polare.
» La durata del giorno e quella della notte sono uguali.
» Il Sole sorge e tramonta rispettivamente ad Est e ad Ovest e passa per l'equatore celeste (punto della Bilancia).

- Solstizio d'Inverno - 21 dicembre
» Inizia l'inverno nell'emisfero boreale e l'estate in quello australe.
» Al polo Sud il Sole rimane sopra l'orizzonte per sei mesi, viceversa al polo Nord ne rimane sotto per altrettanto.
» La durata del giorno è massima nell'emisfero australe e minima in quello boreale.
» Le giornate iniziano a decrescere nel primo e a crescere nell'altro.
» Il Sole sorge a Sud-Est, passa al meridiano ad una distanza di -23,5° dall'equatore celeste e tramonta a Sud-Ovest.

Equinozi e Solstizi

Gli equinozi, chiamati anche punto d'Ariete e punto della Bilancia perchè nell'antichità il Sole appariva proiettato sulle omonime costellazioni, corrispondono a quei due punti della sfera celeste dove il Sole transita per l'equatore celeste, ovvero alle intersezioni di questo con l'eclittica, i nodi orbitali, che a loro volta si distinguono in:

Nodo Ascendente (eq. primavera) - quando la Terra passa dal Sud della sfera celeste al Nord;

Nodo Discendente (eq. autunno) - quando sei mesi dopo la Terra si muove nella direzione opposta.

I solstizi rappresentano invece i punti dell'orbita terrestre di massima distanza dall'equatore celeste, ovvero quelli del percorso apparente del Sole in cui questo inverte la direzione di marcia:

- Solstizio d'Estate - quello situato più a Sud nei cui pressi si trova anche il punto di massima distanza della Terra dal Sole (afelio);

- Solstizio d'Inverno - il punto più a Nord dall'equatore celeste, nelle cui vicinanze si trova anche il punto di minima distanza dal Sole (perielio).

Irraggiamento del pianeta

Da questo si denota che il maggior riscaldamento del nostro pianeta nella stagione estiva non dipende dalla distanza, ma dall'angolo d'incidenza con cui i raggi solari colpiscono la superficie e che ammonta in estate a circa 70° e d'inverno a circa 23°. Conseguentemente, a causa dell'asse terrestre che si mantiene inclinato e parallelo a se stesso, la Terra volgerà verso il Sole, al solstizio d'estate il polo Nord, e dunque l'emisfero boreale, ed al solstizio d'inverno il polo Sud, e dunque l'emisfero australe.

Alla luce di queste considerazioni risulta dunque evidente come le massime temperature non si registrino in Giugno, quando i raggi solari colpiscono la Terra più direttamente, bensì in Luglio ed Agosto, fatto comunque spiegabile con l'idrosfera, la massa liquida del nostro pianeta, che praticamente costituisce un gigantesco accumulatore di calore.

le Stagioni

La stagione è ciascuno dei periodi in cui è suddiviso l'anno solare. Esistono diversi modi di definire una stagione: quelli utilizzati più comunemente sono la suddivisione meteorologica e quella astronomica.

Secondo la suddivisione astronomica una stagione è l'intervallo di tempo che intercorre tra un equinozio ed un solstizio.

Si distinguono quindi quattro stagioni: primavera, estate, autunno, inverno,

ciascuna delle quali ha una durata costante e ben definita nel corso dell'anno, indipendente dalla latitudine e dalla collocazione geografica.

La suddivisione meteorologica, invece, tiene conto dei mutamenti climatici e ambientali che avvengono in un dato luogo nel corso dell'anno, e per questo non coincide quasi mai con la suddivisione astronomica delle stagioni.

Nelle zone temperate si distinguono in genere quattro stagioni approssimativamente simili a quelle astronomiche, ma la loro durata varia a seconda della latitudine e del microclima locale indotto dalla geografia circostante.

Nelle regioni polari generalmente si distinguono due sole stagioni (spesso denominate Sole di mezzanotte e notte polare, oppure semplicemente estate e inverno) determinate dalla presenza o meno del sole sopra l'orizzonte. Infine nelle zone tropicali si preferisce suddividere l'anno in due parti, definendole stagione delle piogge e stagione secca (anche se spesso sono presenti anche una stagione calda e una fredda), determinate dai principali mutamenti climatici annuali che investono la regione.

Cause ed effetti

Il fenomeno delle stagioni astronomiche, ovvero della diversa esposizione al calore e alla luce delle varie porzioni della Terra nell'arco di un anno, è causato dall'inclinazione della Terra sul proprio asse di rotazione.

L'inclinazione dell'asse di rotazione della Terra determina il cambiamento delle stagioni andando a mutare l'angolo di incidenza dei raggi solari che raggiungono la superficie.

 Quando un emisfero si trova in inverno i raggi solari colpiscono la superficie con una minore inclinazione rispetto all'orizzonte; come conseguenza si ha un minore grado di irraggiamento, l'atmosfera e la superficie assorbono meno calore e tutto l'emisfero risulta più freddo.

Viceversa, quando in un emisfero è estate, i raggi tendono al perpendicolo rispetto all'orizzonte e sia l'atmosfera che la superficie assorbono maggior calore, con un conseguente aumento di temperatura. L'effetto delle stagioni è sempre più evidente mano a mano che dall'Equatore ci si sposta verso i Poli perché, a causa della diversa inclinazione della superficie terrestre rispetto ai raggi solari, la differenza di calore assorbito tra la condizione di massimo irraggiamento e quella di mininimo irraggiamento diventa sempre più grande con l'aumentare della latitudine. Il ciclo delle stagioni di un emisfero è l'opposto di quello dell'altro. Quando è estate nell'emisfero boreale è inverno nell'emisfero australe e quando è primavera nell'emisfero boreale è autunno nell'emisfero australe.

L'inclinazione è di circa 23,27 gradi sul piano dell'eclittica. Se l'asse di rotazione fosse perfettamente perpendicolare al piano orbitale non avremmo le stagioni astronomiche, ovvero l'esposizione al calore e alla luce in una data porzione del pianeta sarebbe costante durante l'anno. All'Equatore si avrebbe sempre la massima insolazione, mentre i Poli sarebbero sempre freddi, con il sole costantemente sulla linea dell'orizzonte. La definizione di Tropico o di Circolo polare perderebbe di significato. Va osservato che, in una simile ipotesi, lo spostamento delle masse d'aria dalle regioni a diversa temperatura (tra l'Equatore e Poli, tra gli oceani e i continenti, e tra l'emisfero diurno e quello notturno della Terra) produrrebbe comunque una grande varietà di fenomeni climatici periodici, anche se in senso stretto non si potrebbe parlare di vere e proprie stagioni meteorologiche.

Si noti che, dato che l'orbita terrestre è un'ellisse, esiste effettivamente un periodo dell'anno in cui la Terra si trova più vicina al Sole (perielio). Attualmente la Terra raggiunge il perielio all'inizio del mese di gennaio (corrispondente quindi all'inverno boreale), mentre il punto più lontano dell'orbita (l'afelio) viene raggiunto all'inizio del mese di luglio (quindi nell'estate boreale). Questa situazione è destinata a cambiare nel corso dei prossimi millenni a causa della lenta precessione dell'orbita terreste (precessione anomalistica), che compie un ciclo completo in 21.000 anni (si vedano anche i cicli di Milankovitch). Il raggiungimento dell'afelio o del perielio non influenza la temperatura terrestre se non in minima parte, in quanto l'orbita descritta dalla Terra è un'ellisse molto poco eccentrica (l'eccentricità attuale è 0.0167), quindi le variazioni della distanza dal Sole tra l'afelio e il perielio sono molto contenute (circa 152 milioni di chilometri all'afelio e circa 147 milioni di chilometri al perielio).

Stagioni astronomiche

La linea dei solstizi e quella degli equinozi ad essa perpendicolare dividono l'ellisse dell'orbita terrestre in 4 zone, non identiche, corrispondenti alle stagioni astronomiche. Attualmente la linea dei solstizi forma un angolo di 10° con l'asse maggiore dell'ellisse ma, per il già citato fenomeno della precessione anomalistica la posizione di equinozi e solstizi lungo l'orbita terrestre è destinata a cambiare nel corso dei prossimi millenni.

Per la Seconda Legge di Keplero la velocità areolare della Terra nella sua orbita attorno al Sole è costante, quindi significa che aree più grandi dell'ellisse sono coperte in tempi più lunghi.

Siccome le quattro zone dell'ellisse comprese tra equinozi e solstizi non sono uguali, allora anche la durata della corrispondente stagione astronomica è differente:

A seconda dell'anno la primavera boreale inizia il 20 o il 21 marzo (equinozio di primavera), l'estate boreale il 20 o il 21 giugno (solstizio d'estate), l'autunno boreale il 22 o il 23 settembre (equinozio d'autunno) e l'inverno boreale il 21 o il 22 dicembre (solstizio d'inverno).

Si ha quindi che l'emisfero boreale beneficia di una maggiore durata dell'insolazione in primavera ed estate. Questo fenomeno è parzialmente compensato dal fatto che durante l'estate boreale la Terra si trova nel punto della sua orbita più lontano dal Sole (afelio), quindi l'irraggiamento complessivo ricevuto dal pianeta è leggermente minore rispetto al perielio, in cui è estate nell'emisfero australe. Tenendo conto dei due effetti si stima che l'emisfero Nord riceva circa il 7 per cento di insolazione in più rispetto all'emisfero Sud, godendo quindi di inverni leggermente meno freddi e di estati leggermente meno calde.

Si osservi comunque che fenomeni climatici globali, tra i quali la maggiore estensione degli oceani nell'emisfero sud (che, cedendo calore durante l'inverno rendono gli inverni meno freddi e le estati meno torride) e lo scambio di calore dall'equatore ai poli contribuiscono non poco a mitigare la differenza nelle escursioni climatiche tra i due emisferi indotta dal diverso tasso di insolazione.

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