Com’è noto, le stagioni sono causate dall’inclinazione dell’asse planetario, attorno al quale il pianeta ruota su se stesso, rispetto alla perpendicolare al piano dell’eclittica, ossia il piano sul quale il pianeta orbita attorno al Sole. L’inclinazione dell’asse terrestre è di 23.5°; quella di Urano è di 98° e causa stagioni estreme.
Agli equinozi di primavera e d’autunno, l’emisfero illuminato dal Sole e quello in ombra si incontrano ai poli: il giorno e la notte hanno ovunque la stessa durata, da cui il nome. Il Sole a mezzogiorno si trova allo Zenit (cioè esattamente sulla verticale) sull’equatore, dove gli oggetti non gettano ombra (Fig. 1).
Al solstizio d’estate boreale (attorno al 21 giugno), il Polo Nord è inclinato di 23.5° verso il Sole: tutte le regioni a nord del Circolo Polare Artico, vale a dire alle latitudini superiori a 66.5° Nord (90° - 23.5°), sono illuminate dal Sole durante tutto l’arco della giornata. Più ci spostiamo verso l’equatore, più la durata del giorno si accorcia. All’equatore il giorno e la notte hanno sempre la stessa durata, indipendentemente dalla stagione. A mezzogiorno il Sole si trova allo Zenit sul Tropico del Cancro (23.5° Nord).
Al solstizio d’inverno boreale (attorno al 21 dicembre) la situazione è simile, ma invertita: è il Polo Sud ad essere inclinato verso il Sole e a vedere “il Sole di mezzanotte”, ed è il Tropico del Capricorno (23.5° Sud) ad avere il Sole di mezzogiorno allo Zenit.
In estate il Sole è più alto sull’orizzonte e il giorno è più lungo della notte: ciò significa che il Sole scalda di più e più a lungo. Viceversa, in inverno il sole è più basso e le notti più lunghe.
23.5° non è un “numero magico”: se avesse un altro valore, le stagioni sarebbero molto diverse. L’esempio estremo è il pianeta Urano: la sua inclinazione è di 98°, con l’asse di rotazione (quasi) parallelo al piano dell’eclittica. Su Urano le stagioni si spingono all’estremo.
Il giorno uraniano dura circa 17 ore, mentre l’anno dura circa 84 anni terrestri. Immaginiamoci seduti al Polo Nord uraniano (il pianeta è un gigante gassoso, facciamo comunque finta che sia possibile). Al solstizio d’estate boreale il Sole appare quasi fermo allo Zenit; nei giorni seguenti, il Sole inizierà il suo moto apparente a spirale attorno allo Zenit, con un giro ogni 17 ore e un’elevazione sull’orizzonte progressivamente più bassa. Dopo 21 anni (84/4) cadrà l’equinozio: la spirale avrà raggiunto l’orizzonte. Addio Sole, lo rivedremo fra 42 anni, quando la spirale seguirà un percorso inverso, culminando allo Zenit al nuovo solstizio!
Nel video qui sotto trovate una simulazione generata con Stellarium del cielo estivo (42 anni) di Urano, visto dal Polo Nord verso lo Zenit, con un obbiettivo "occhio di pesce" (visuale a 180°). La rotazione giornaliera di Urano di 17 ore è stata eliminata, e quindi anche l'effetto "spirale" descritto sopra, in quanto troppo rapida rispetto al periodo simulato.
Il vento è causato soprattutto dal riscaldamento solare sbilanciato sulle diverse regioni di un pianeta (oltre a fenomeni di condensazione/evaporazione), combinato con la rotazione del pianeta stesso. Su Urano i contrasti di temperatura sul pianeta sono estremi: si ritiene che questa sia una delle cause all’origine dei fortissimi venti, che possono raggiungere velocità di 900 km/h!