Lezioni ed esercizi categoria Junior 1

Oltre ai moti di rotazione e rivoluzione della Terra, il nostro pianeta sperimenta anche dei moti che si svolgono su tempi molto lunghi: tali moti sono detti moti millenari.
Essi sono tutti dovuti, essenzialmente, alla forza di gravità esercitata sul nostro pianeta da parte del Sole, della Luna e degli altri pianeti del Sistema Solare, e si distinguono in movimenti dell'asse di rotazione e variazioni dell’orbita.

Movimenti dell'asse di rotazione

Tra questi, il più famoso è la precessione dell’asse terrestre, attualmente inclinato di 23° 27' rispetto alla perpendicolare al piano dell’orbita, che non conserva un orientamento fisso nello spazio, ma ruota lentamente intorno alla stessa perpendicolare come una trottola, descrivendo un cono ed eseguendo una rotazione completa in circa 25.786 anni (anno platonico).

Se la Terra fosse una sfera perfetta, il suo asse di rotazione non subirebbe effetti perturbativi dovuti alle forze gravitazionali dei corpi vicini. La Terra ha invece la forma di un ellissoide appiattito e le forze gravitazionali del Sole, della Luna e dei pianeti agiscono sul rigonfiamento equatoriale e, cercando di riportare l’asse di rotazione allineato alla perpendicolare al piano dell’eclittica, producono il moto di precessione dell’asse di rotazione della Terra.

La precessione dovuta all'azione gravitazionale del Sole e della Luna produce uno spostamento annuo di 50”.37 in senso orario, mentre l'azione gravitazionale dei pianeti produce uno spostamento annuo di 0”.11 in senso antiorario. L’effetto risultante sarà una precessione di circa 50".26 per anno, in senso orario, equivalentemente a 1° ogni 71.6 anni circa. Tener conto di questa differenza è importante nella compilazione di calendari e nelle regole per stabilire gli anni bisestili.

Il fenomeno prende il nome di precessione degli equinozi perché produce una rotazione annua di 50’’.26 in senso orario della linea degli equinozi, con un conseguente anticipo annuo di circa 20 minuti degli equinozi e dei solstizi.
Se adesso prendiamo come punto di partenza della Terra, per il suo moto di rivoluzione, la posizione del Sole all’equinozio di primavera, a causa del moto di precessione degli equinozi la Terra non si troverà allineata nuovamente con il Sole dopo aver compiuto una rotazione di 360° (anno siderale), ma un po’ prima, e cioè dopo aver compiuto una rotazione di (360° - 50”.26) = 359° 59’ = 9“.74.

Questo spiega perché l’anno solare (tropico) è più breve dell’anno siderale, avendo una durata di 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi, cioè di circa 20 minuti in meno dell'anno siderale che ha una durata di 365 giorni, 6 ore, 9 minuti e 9 secondi.

A causa di questo fenomeno, il polo celeste descrive una circonferenza sulla sfera celeste variando, di conseguenza, la posizione nel corso del tempo. Attualmente si trova a meno di 1° dalla Stella Polare (α UMi), nel 3000 a.C. era invece prossimo a Thuban (α Dra), in futuro la stella più brillante che assumerà il ruolo di polare, tra circa 12000 anni, sarà Vega (α Lyr).

A causa della precessione degli equinozi le posizioni del Punto γ (da cui vengono misurate le coordinate equatoriali) e del Punto della Bilancia si spostano lungo l’eclittica di circa 50”.3/anno.
La conseguenza sarà l’anticipo del giorno d’ingresso del Sole nelle costellazioni zodiacali. Per esempio, in 2000 anni l’effetto del moto di precessione sarà un anticipo di 30° della posizione del Sole rispetto alle costellazioni zodiacali, che equivale all’anticipo di una costellazione.

A causa della precessione degli equinozi gli astronomi, per poter puntare correttamente i telescopi, devono conoscere l'epoca a cui le coordinate di un oggetto vengono riferite per poter applicare un fattore correttivo (usando semplici formule) che tenga conto della differenza tra l'epoca a cui è riferito il catalogo e la data in cui si effettuano le osservazioni. Per questo motivo nei cataloghi si trovano le coordinate delle stelle e l‘epoca a cui sono riferite. Durante la maggior parte del XX secolo è stata usata l'epoca 1950.0, mentre oggi si usa l'epoca 2000.0 (a volte abbreviata in J2000), che indica le coordinate dell’oggetto all’1 gennaio 2000.

Variazioni dell'orbita

La seconda categoria di moti millenari della Terra è quella legata alle variazioni della sua orbita. Nel suo moto intorno al Sole la Terra descrive un'orbita ellittica di eccentricità e = 0.017, che tuttavia cambia nel tempo assumendo valori compresi tra 0.005 e 0.058.

Anche l'inclinazione del piano orbitale, misurata rispetto ad un piano di riferimento fisso nel Sistema Solare, varia leggermente con un periodo di circa 100.000 anni.

Infine, il perielio dell'orbita (ovvero il punto di minima distanza dal Sole) ruota anch'esso lentamente intorno al Sole, con un periodo di circa 112.000 anni. Quest'ultima precessione, che corrisponde ad una rotazione di tutta l’ellisse orbitale, è chiamata precessione anomalistica o precessione del perielio. Legata anch'essa all'attrazione gravitazionale del Sole, è stata definitivamente spiegata solo grazie alla Teoria della Relatività Generale di Einstein.

In virtù della precessione del perielio, che avviene in senso contrario rispetto a quella dell'asse terrestre, la precessione degli equinozi si completa ogni circa 21.000 anni, quindi in un tempo più breve del periodo di precessione dell'asse terrestre.