Il giorno è il periodo di rotazione della Terra attorno al proprio asse. Ma rispetto a che cosa? In questo blog partiamo da un piccolo indovinello per capire la differenza fra un giorno solare e un giorno siderale e come questa differenza spieghi il moto apparente del Sole lungo le costellazioni dello Zodiaco.
Per accedere alla maggior parte dei College degli Stati Uniti, è richiesto il superamento di un test attitudinale (“Scholastic Aptitude Test” o SAT), del tipo a scelta multipla (“multiple choice”). Nel 1982, una delle domande del test era la seguente:
Le possibili riposte sono:
Voi come rispondereste? Non sbirciate sotto!
Nessuna delle risposte elencate era quella corretta! Dopo diversi reclami, gli esaminatori sono stati costretti a rivalutare il test SAT del 1982 per 300'000 studenti.
Forse anche gli autori del test avevano le idee un po’ confuse, anche se – è vero – tutto dipende da come definiamo una rivoluzione: dal punto di vista del cerchio B, il cerchio A avrà fatto 3 rivoluzioni complete; dal punto di vista dello sfondo su cui è disegnato ne avrà fatte 4, una in più.
L’animazione seguente, creata da John Cartan, dovrebbe rendere evidente l'ambiguità: contate quante volte la lettera A si trova orientata con la base in basso: 4. Ora contate quante volte la lettera A è orientata con la base verso il cerchio B: 3.
Sostituendo il cerchio A con la Terra e il cerchio B con l’orbita terrestre attorno al Sole (approssimativamente circolare) abbiamo una situazione equivalente. Una rotazione completa della Terra attorno al Sole corrisponde ad un anno. Dal nostro punto di vista terrestre vedremo il Sole sorgere e tramontare 365 volte (più precisamente 365.25 volte: è per questo che ogni 4 anni aggiungiamo un giorno alla durata dell'anno. Ma questa è un'altra storia); dal punto di vista di un osservatore lontano che guarda il sistema solare “dall’alto” (diciamo dalla Stella Polare), la Terra avrà rotato su se stessa 366.25 volte: un giro in più.
In altre parole: in un anno vedremo culminare il Sole 365 volte (circa) e una stella lontana 366 volte (circa).
Qualche lettore pratico di meccanica avrà probabilmente riconosciuto il principio dell’ingranaggio planetario (o epicicloidale), che si può trovare ad esempio nelle trasmissioni automatiche delle automobili, nei cambi ciclistici interni al mozzo, o in alcuni utensili come i cacciaviti elettrici. In questo video è mostrata una simulazione del meccanismo. Si noti come anche i nomi delle ruote dentate sono di origine astronomica: la ruota centrale è detta “sole”, quelle che le ruotano attorno sono dette “pianeti”.
Potete provare voi stessi con due monete uguali: con un dito tenete ferma la prima moneta e fatele rotolare attorno la seconda fino a raggiungere di nuovo la posizione iniziale. Quanti giri su se stessa avrà fatto la seconda moneta? Intuitivamente si potrebbe rispondere uno, ma la risposta è due.
In astronomia, con “giorno solare” si intende il periodo che intercorre fra due culminazioni successive del Sole, cioè fra due passaggi del Sole sopra lo stesso meridiano terrestre. Questo corrisponde anche al significato comune della parola “giorno”: un periodo di 24 ore. Un giorno siderale o sidereo è invece definito come il periodo di culminazione di un punto lontanissimo, idealmente infinitamente lontano, ad esempio una stella: nel nostro indovinello, questo corrisponde a prendere come riferimento il foglio su cui sono disegnati i due cerchi. Come ben illustrato anche nel blog dello scorso 27 dicembre , il giorno siderale è di circa 4 minuti più breve del giorno solare.
La differenza fra la durata del giorno solare e del giorno siderale è all’origine del movimento apparente del Sole lungo le costellazioni dello Zodiaco durante l’anno, come illustrato dall’animazione seguente.
Vi proponiamo un interessante pagina di riferimento, proposta da C. Tralamazza, che ringraziamo.