Il solstizio d'estate...una o due volte l'anno?

Solstizi ed equinozi sono due tra gli eventi astronomici più noti. Segnando il passaggio da una stagione alla successiva, di questi eventi se ne sente parlare spesso, almeno quattro volte l’anno: il 21 Marzo e il 23 Settembre per gli equinozi primaverile e autunnale, rispettivamente, e il 21 Giugno e il 21 Dicembre per i solstizi estivo ed invernale, rispettivamente (nel nostro emisfero boreale).

Fin qui tutto bene; quanto appena detto sembrerebbe proprio non fare una grinza.

E se vi dicessi che questo è vero….ma non del tutto?

Ebbene sì! Infatti, vi sono regioni del nostro pianeta in cui ogni anno ci sono non uno ma bensì due solstizi estivi!!

Si tratta esattamente della fascia tropicale, cioè quella regione della superficie terrestre compresa tra il tropico del Cancro (parallelo terrestre a latitudine +23°) e il tropico del Capricorno (parallelo terrestre a latitudine -23°).

Non si tratta di un angolo sperduto del pianeta, ma stiamo parlando di una regione che copre più di un terzo dell’intera superficie terrestre (quasi il 38% per essere più precisi).

E’ interessante come questo fenomeno del raddoppio del numero di solstizi estivi, nonostante interessi una porzione così vasta della superficie terrestre, non sia così diffusamente riportato.

Nelle regioni boreali (settentrionali) a latitudini più alte dei +23° (e quindi anche in Italia), il solstizio estivo accade sempre alla stessa data del 21 Giugno. Così anche nelle regioni australi (meridionali) a latitudini più negative dei -23°,  il solstizio estivo si verifica sempre alla stessa data del 21 Dicembre.

Diversamente, nelle regioni tropicali non solo ci sono due solstizi estivi, ma la data dei due solstizi cambia con la latitudine.

Più precisamente, lungo l’equatore i due solstizi estivi avvengono il 21 Marzo ed il 23 Settembre, a distanza di sei mesi esatti l’uno dall’altro. A mano a mano che ci si sposta dall’equatore verso il tropico del Cancro (+23°), le due date dei solstizi estivi si avvicinano l’una all’altra (quindi ad Aprile e ad Agosto, poi a Maggio e a Luglio) fino a coincidere con la data del 21 Giugno in corrispondenza del tropico del Cancro a latitudine +23°. Poi a latitudini maggiori  di +23° fino al polo nord, la data del solstizio estivo rimane una sola e sempre in corrispondenza del 21 Giugno.

Lo stesso fenomeno del raddoppio dei solstizi estivi si verifica anche nell’emisfero australe (naturalmente con le stagioni invertite rispetto all’emisfero boreale). Lungo l’equatore i due solstizi estivi avvengono il 21 Marzo ed il 23 Settembre. A mano a mano che ci si sposta dall’equatore verso il tropico del Capricorno (-23°), le due date dei solstizi estivi si avvicinano l’una all’altra (quindi a Febbraio e ad Ottobre, poi a Gennaio e a Novembre) fino a coincidere con la data del 21 Dicembre in corrispondenza del tropico del Capricorno a latitudine  -23°. Poi a latitudini più negative di -23° fino al polo sud, la data del solstizio estivo rimane una sola e sempre in corrispondenza del 21 Dicembre.

L’esistenza dei due solstizi estivi e la variazione della loro data possono essere ben rappresentate graficamente, come nella seguente Figura.

Elevazione massima del Sole sopra l'orizzonte durante l'anno a diverse latitudini.

Il grafico mostra come l’altezza massima del Sole cambia durante l’anno a diverse latitudini (il grafico si limita all’intervallo di latitudine da 0° a +35°). Mentre a latitudini di +23°, +35° e maggiori (non mostrate nel grafico) l’altezza massima del Sole viene raggiunta una sola volta, il 21 Giugno, alle latitudini tra 0° e +23° l’altezza massima viene raggiunta due volte, a distanza di sei mesi all’equatore (latitudine 0°) e a distanze sempre più ravvicinate a mano a mano che si va verso il tropico del Cancro (latitudine +23°) fino a coincidere con la stessa data (il 21 Giugno).

Naturalmente, in questo raddoppio del solstizio estivo non c’è nulla di misterioso. E’ il risultato di un effetto puramente geometrico che nasce dalla forma pressoché sferica della Terra e dall’inclinazione del suo piano equatoriale di circa 23° rispetto al piano orbitale.

Mentre l’alternarsi di un solstizio estivo e di uno invernale produce uno schema regolare di riscaldamento della superficie terrestre, con massimi di temperatura in estate e minimi di temperatura in inverno; nella fascia tropicale, la presenza di due solstizi, e per di più a distanza variabile con la latitudine, produce uno schema di riscaldamento più complesso.

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Ma esattamente, cosa sono i solstizi e gli equinozi?

Quale sia il percorso del Sole sopra l’orizzonte è sicuramente a tutti noto. Chiunque viva nell’emisfero settentrionale sa per esperienza diretta che guardando a sud, il Sole sorge a sinistra (est), durante il dì si sposta verso destra raggiungendo la sua massima altezza sopra l’orizzonte (culminazione) intorno a mezzogiorno, e poi continua a muoversi verso destra scendendo verso l’orizzonte per poi tramontare e scomparire sotto l’orizzonte ad ovest.

E’ forse meno noto il fatto che questo percorso si ripete ogni giorno, ma con la differenza che di giorno in giorno l’altezza massima del Sole sopra l’orizzonte cambia. L’altezza massima oscilla tra un valore minimo in corrispondenza del solstizio invernale e un valore massimo in corrispondenza del solstizio estivo.

Immaginando di osservare il Sole solo a mezzogiorno per 365 giorni consecutivi lo si vedrà salire sempre più in alto dal solstizio invernale fino a quello estivo, poi il Sole inverte la direzione per ridiscendere dal solstizio estivo a quello invernale.

Nuovamente invertirà la sua direzione per risalire.

Immaginando di fare ogni giorno a mezzogiorno una foto del Sole, quello che verrà fuori è un percorso del tipo riportato in figura, che prende il nome di analemma.

Esempio di analemma solare. Gentile concessione di Anthony Yiomamitis.

I giorni in cui il Sole inverte la direzione (cioè smette di salire ed inizia a scendere o viceversa) è come se il Sole si fermasse, appunto per invertire la direzione. Ecco il motivo per cui questi giorni si chiamano solstizi dal latino solstitium (composto dal nome Sol = Sole e dal verbo sistere = fermarsi), cioè Sole che si ferma.

Poiché il Sole, dopo il solstizio invernale culmina sempre più in alto, deve percorrere una traiettoria sempre più lunga sopra l’orizzonte e di conseguenza il dì dura di più. Invece, dopo il solstizio estivo, poiché il sole culmina sempre più in basso percorrerà una traiettoria più corta e quindi diminuirà la durata del dì.

Tra i giorni di solstizio, si collocano i giorni di equinozio (primaverile e autunnale), durante i quali dì e notte hanno stessa durata

Questo è ciò che si osserva.

Ma perché succede? Perché di giorno in giorno l’altezza massima del Sole sopra l’orizzonte cambia?

Proviamo a capirlo aiutandoci con un’analogia.

Si pensi ad una bambina che si dondola sull’altalena mentre la mamma le sta di fronte a guardarla. Durante l’oscillazione dell’altalena, c’è una posizione (la più alta) dalla quale la bambina osserva la mamma dall’alto verso il basso. Poi via via l’altalena scende fino alla posizione (la più bassa) dalla quale la bambina osserva la mamma dal basso verso l’alto.

Queste due situazioni sono rappresentate nelle due vignette qui di sotto.

Variazione della prospettiva durante l'oscillazione dell'altalena:  la mamma è vista dall'alto (vignetta superiore) e poi dal basso (vignetta inferiore). Le vignette sono state gentilmente realizzate da Elvira D'Angelo (dangeloelvira@gmail.com).

In maniera analoga, la Terra ruotando attorno al Sole compie un’oscillazione (che a differenza dell’altalena dura 1 anno). Ci sono sei mesi durante l'anno (da settembre a marzo) in cui dalla Terra si guarda il Sole dall’alto verso il basso. Il giorno in cui il Sole al mezzogiorno raggiunge la sua altezza più bassa è il giorno del solstizio invernale. Ci sono poi sei mesi (da marzo a settembre), in cui dalla Terra si osserva il Sole dal basso verso l’alto. Il giorno in cui al mezzogiorno il Sole raggiunge la sua massima altezza sopra l’orizzonte è il giorno del solstizio estivo.

Variazione della posizione relativa del sistema Sole-Terra durante il corso dell'anno:  il Sole è visto dall'alto in inverno (vignetta superiore) e poi dal basso in estate (vignetta inferiore). Le vignette sono state gentilmente realizzate da Elvira D'Angelo (dangeloelvira@gmail.com).

Sergio Messina