Astronomia: la precessione degli equinozi, di Mariano Piras

Astronomia: la precessione degli equinozi.

di Mariano Piras

Osservando la Terra, mettendo il Nord in altro, la vediamo girare intorno al sole in senso antiorario. Come sappiamo, la terra ha un sistema di coordinate, paralleli e meridiani utilizzabili per localizzare qualsiasi punto sulla superficie terrestre.

Esternamente, la sfera terrestre ha una sfera concentrica che la racchiude, la sfera celeste, dove si trovano tutti gli astri (stelle, pianeti, sole…) che possiamo immaginare appiccicati sulla sua superficie. Quindi la Terra è una sfera avvolta da un’altra sfera infinitamente più grande.

Date le enormi distanze degli astri rispetto a noi, la Terra rispetto alla sfera celeste è considerata un punto, e spostandosi da un punto sulla superficie terrestre al suo opposto non si rileva errore di paralasse rispetto alla sfera celeste. L’unica variazione è la nostra verticale, quindi gli astri che vedremo sulla testa e tutti gli altri come posizione relativa rispetto a noi, alla nostra verticale e al nostro orizzonte.

La sfera celeste presenta un sistema di coordinate identico a quello della Terra, utile per individuare i punti sulla sua superficie. La proiezione dell’asse terrestre, che sulla superficie della terra individua il polo Nord e il

polo Sud, sulla sfera celesta individua il polo Nord celeste e il polo sud celeste. Il piano normale a quest’asse, a metà globo interseca la superficie terrestre generando l’equatore, e il prolungamento di questo piano interseca la sfera celeste formando l’equatore celeste. Ciò vale per tutti gli infiniti piani normali all’asse terrestre che formano sulla superficie della Terra gli infiniti paralleli: sulla sfera celeste formano i paralleli celesti. Per ora escludiamo i meridiani.

La sfera celeste ha l’equatore celeste, ossia la proiezione dell’equatore della terra, al quale assegniamo il valore 0° di latitudine sulla Terra e valore 0° di declinazione sulla sfera celeste. Ricordiamo che sulla sfera celeste, la latitudine si chiama declinazione, e la longitudine si chiama ascensione retta. Poi ci sono i poli che sulla terra hanno latitudine 90°Nord e 90°Sud, mentre sulla sfera celeste hanno declinazione 90°Nord e 90°Sud. Se andiamo al polo Nord vedremo sulla nostra testa il polo Nord celeste, e andando all’equatore vedremo sulla testa l’equatore celeste. Se andassimo al quarantesimo (XL) parallelo di latitudine Nord sulla nostra testa vedremmo il quarantesimo (XL) parallelo di declinazione Nord. In qualsiasi punto ci troviamo sulla superficie terrestre, la retta che passa dal centro della Terra, ci incontra e prosegue sino alla sfera celeste intersecandola e generando un punto che si chiama Zenit. Al suo opposto sulla sfera celeste si trova il Nadir.

Ora rimane da mettere sulla sfera celeste i meridiani, come sulla Terra. Il problema creato dai meridiani é che la Terra gira intorno a se stessa. Questa rotazione non ha effetti sul sistema dei paralleli celesti, né sull’equatore celeste né sui poli celesti, che continuano a corrispondere con quelli terrestri. Si capisce bene che anche girando la Terra, paralleli e poli terrestri continuano a corrispondere a paralleli e poli celesti. Naturalmente parliamo di rotazione della terra intorno a se stessa. La rotazione della Terra intorno al Sole non ha effetti sulle coordinate, e date le immense distanze degli altri astri tutto il sistema solare è considerato un punto rispetto alla sfera celeste.

Ora, poiché la Terra gira, i suoi meridiani girano con lei e quindi le loro proiezioni sulla sfera celeste girerebbero e non sarebbero adatte a individuare un punto su di essa. Come è stato risolto questo problema?

Sulla Terra il meridiano di longitudine 0° è quello di Greenwich, per cui si è presa la proiezione di questo meridiano in un momento preciso che corrisponde al 21 marzo a mezzogiorno di Greenwich e lo si è inserito nella sfera celeste in quel momento.

Il nostro dato di riferimento è il 21 marzo a mezzogiorno di Greenwich. In sostanza, il meridiano di Greenwich che ha longitudine 0° corrisponde in cielo al meridiano celeste fondamentale, che ha 0° di ascensione retta. Da quello partono i meridiani celesti in progressione verso est. Mentre sulla Terra i meridiani hanno longitudine crescente sia verso ovest sia verso est sino all’antimeridiano, in cielo la longitudine che è l’ascensione retta si inizia a contare dal meridiano fondamentale, andando verso est per tutti i 360°. Così anche la sfera celeste ha un sistema fisso di coordinate per individuare un punto su di essa.

Ogni astro ha una declinazione e un’ascensione retta, come ogni punto della Terra ha una latitudine e una longitudine. La declinazione e l’ascensione retta degli astri più noti sono riportati annualmente sulle effemeridi nautiche per stabilire il punto nave con gli astri. Annualmente perché a causa della precessione le coordinate degli astri variano, e la variazione anche se minima sulla superficie terrestre si trasforma in certi casi, in alcune miglia.

Quindi i meridiani celesti corrispondono ai meridiani terrestri solo il 21 marzo a mezzogiorno di Greenwich, e ogni giorno dell’anno quando il meridiano 0° terrestre (quello di Greenwich) passa in corrispondenza del meridiano fondamentale celeste, ma non più a mezzogiorno. Per sapere dove sarà il meridiano fondamentale celeste tra un’ora, sappiamo che la terra compie un giro su se stessa (360°) in 24 ore, ossia 15° in un’ora, quindi, dopo un’ora, il meridiano di Greenwich sarà spostato di 15° a est rispetto al meridiano fondamentale celeste, e di conseguenza il meridiano celeste sarà spostato di 15° a ovest rispetto al meridiano di Greenwich.

In pratica l’ascensione retta non si misura in gradi ma in angolo orario, cioè in ore, minuti e secondi a partire dal meridiano celeste fondamentale e aumenta andando verso est sulla sfera celeste. Il meridiano celeste fondamentale come coordinate orarie ha 0 ore, 0 minuti e 0 secondi di ascensione retta e nello stesso tempo 24 ore, 0minuti e 0 secondi di ascensione retta.

Per ora su questo discorso fermiamoci qua, e vediamo come avvengono le stagioni. L’asse di rotazione della Terra è inclinato di 23° 27’ rispetto al suo piano orbitale. Quindi la Terra gira intorno al Sole con l’asse inclinato sempre di quel valore (vedi foto 1). Durante gli equinozi l’asse si presenta al Sole inclinato si, ma parallelo al suo piano verticale, per cui il Sole illumina la terra per metà dal polo Nord al polo Sud, tutti i punti della Terra vedono il sole (naturalmente non la notte).

Dopo l’equinozio di primavera, la Terra continua il suo moto intorno al Sole e si trova dopo tre mesi nel punto in cui il suo asse, che è sempre inclinato della stessa angolazione, presenta la parte nord verso il Sole. Per cui all’emisfero nord sarà estate. In quel periodo oltre il circolo polare artico il Sole non tramonta, invece oltre il circolo polare antartico il Sole non sorge. Quando la Terra sarà dalla parte opposta, il suo asse presenterà la parte meridionale verso il Sole e sarà estate all’emisfero meridionale e inverno a quello settentrionale. Oltre il circolo polare artico il Sole non sorge. La parola solstizio deriva dal fatto che se osserviamo il Sole con le ombre proiettate a terra da puntatori, man mano che ci si avvicina al solstizio l’ombra proiettata a mezzogiorno si accorcia, se si tratta del solstizio d’estate, nei giorni prossimi al solstizio l’ombra non si accorcia più e alcuni giorni dopo il solstizio l’ombra si allunga, quindi è come se il Sole si fermasse in quei giorni per arrivare alla fermata totale il giorno preciso del solstizio e poi ritornasse indietro. Infatti, il Sole a mezzogiorno, dall’equinozio di primavera sino al solstizio d’estate sale sempre più in alto rispetto all’orizzonte in direzione Sud, poi il giorno del solstizio si ferma e infine ritorna a scendere. Si troverà alla stessa altezza che aveva all’equinozio di primavera durante l’equinozio di autunno, sino a scendere al minimo il giorno del solstizio di inverno. Dalla foto1 si capisce il fenomeno guardando la luce e l’ombra sulla superficie terrestre. Si chiamano solstizio d’estate perché nell’emisfero nord è estate e solstizio d’inverno perché all’emisfero nord è inverno.

Ritornando alle coordinate, il punto in cui si incontrano l’equatore celeste e il meridiano celeste fondamentale si chiama punto dell’Ariete o punto  Gamma e si indica con Y (ho scritto Y ma è Gamma) come si vede dalle foto 2 e 3. Quel punto ha declinazione 0° e ascensione retta 0 ore, 0 minuti e 0 secondi. Nelle effemeridi viene data la posizione del punto Gamma (che si trova sulla sfera celeste ed essendo il punto di incontro tra equatore celeste e meridiano fondamentale celeste è l’origine delle coordinate celesti), e quindi del meridiano fondamentale celeste, rispetto al meridiano di Greenwich (che si trova sulla Terra). Questa differenza si chiama tempo siderale del punto Gamma. Viene dato in ore, minuti e secondi. A mezzogiorno di Greenwich del 21 Marzo, il tempo siderale del punto Gamma è 0 ore, 0 minuti e 0 secondi. In quel momento l’ascensione retta di un astro qualsiasi, trasformata da ore,minuti e secondi, in gradi, primi e secondi, ci da la longitudine del meridiano terrestre sulla cui proiezione si trova l’astro. Sempre in quel momento coordinate terrestri corrispondono a coordinate celesti. In altri momenti il tempo siderale del punto gamma avrà un valore che sottratto all’ascensione retta di un astro (che è la distanza in ore dal meridiano passante per l’astro, al meridiano celeste fondamentale, che contiene il punto Gamma) ci darà, trasformando le ore in gradi, la longitudine del punto sulla terra sulla cui verticale si trova il meridiano celeste passante per l’astro.

C’è ancora da inserire un elemento: l’eclittica.

Il piano orbitale della Terra che passa per il centro del Sole e per il centro della Terra (quello colorato di rosa nella foto 1) non è parallelo all’equatore terrestre perché l’asse terrestre è inclinato proprio rispetto a questo piano, e di conseguenza neanche a quello celeste, perché l’equatore celeste è la proiezione di quello terrestre.

La proiezione di questo piano orbitale sulla sfera celeste, (foto 2 e 3) intersecandola genera una linea o, meglio, un cerchio chiuso chiamato eclittica ed è inclinata rispetto all’equatore sia terrestre sia celeste, perché è contenuta nel piano orbitale, che a sua volta è inclinato rispetto agli equatori, come ho già scritto.

L’eclittica è un cerchio della sfera celeste che rappresenta (sulla sfera celeste) il movimento apparente del sole in un anno. Questo perché essendo l’eclittica la proiezione del piano orbitale, il piano orbitale contiene i centri di Sole e Terra, e quindi dalla Terra, traguardando il piano orbitale dalla parte del Sole, vediamo sullo sfondo il Sole e le stelle che appartengono alla regione dell’eclittica. In un anno il Sole descriverà col suo moto apparente tutta l’eclittica, spostandosi approssimativamente di un grado al giorno, e passerà apparentemente sopra le stelle e costellazioni che si trovano a contorno dell’eclittica (foto 2 e 3). Ricordiamoci che è la Terra che gira intorno al Sole ma noi vediamo apparentemente il Sole spostarsi sull’eclittica sullo sfondo delle stelle.

In realtà, noi non vediamo neanche apparentemente il Sole spostarsi sullo sfondo delle stelle perché se guardiamo il Sole vuol dire che è giorno e non possiamo vedere lo sfondo delle stelle. Ma chi conosce la sfera celeste e le costellazioni, specialmente quelle dell’eclittica, sa che guardando, ad esempio, il Sole al tramonto, dopo mezz’ora si vedranno le stelle, e si noterà che ogni giorno successivo le stelle al tramonto sono andate avanti verso ovest, cioè verso il sole, di circa un grado, e a un certo punto, con l’avanzare dei giorni, non si vedranno più perché il Sole le copre passandoci sopra, apparentemente. Stesso fenomeno, ma al contrario, avviene se osserviamo il Sole all’alba prima del sorgere, quando con la sua luce nasconde le stelle, e ogni giorno vediamo le stelle avanzare di un grado verso ovest (tutta la volta celeste avanza di circa un grado verso ovest) come se si liberassero della luce del Sole che le ha coperte passandoci sopra.

Il punto Y gamma, come ho detto, è il punto di intersezione tra il meridiano celeste fondamentale e l’equatore celeste, ma anche dell’eclittica. In altre parole, il meridiano celeste fondamentale, l’equatore celeste e l’eclittica si incontrano nel punto Gamma. All’opposto del punto Gamma si incontrano ancora nel punto Omega. Il punto Gamma è il punto sull’eclittica dove si trova il Sole all’equinozio di primavera, quindi quel giorno il Sole si trova sull’eclittica (come sempre) ma anche  sull’equatore e illumina il globo terrestre da Nord a Sud. E’ l’equinozio di primavera, il punto Gamma corrisponde all’inizio dell’Ariete perché da quel punto inizia il segno dell’Ariete, che è esteso 30° sull’eclittica come tutti gli altri segni, e il Sole impiega, con il suo avanzamento di circa un grado al giorno sull’eclittica, un mese per attraversarne ognuno. Nelle foto 2 e 3, il Sole dal punto Gamma si muove sull’eclittica verso destra della foto, cioè verso Est. Nella foto 2, il punto Gamma si trova tra la fine dell’Acquario e l’inizio dei Pesci, mentre nella foto 3 si trova tra la fine dei Pesci e l’inizio dell’ Ariete. Sono entrambi giusti, si tratta dello stesso punto, solo che nel primo caso, foto 2, sui settori dell’eclittica sono riportati i nomi delle costellazioni che si trovano sullo sfondo in corrispondenza di ciascun settore, mentre nel secondo caso, foto 3, sono riportati i nomi, anzi ci sono solo i simboli, dei segni di quel settore che non corrispondono più alla rispettive costellazioni a causa del movimento di precessione degli equinozi.

Cosa è la precessione degli equinozi?

La Terra durante la rotazione intorno a se stessa si comporta come una trottola. Il suo asse, pur rimanendo con la stessa inclinazione rispetto al piano orbitale, compie un movimento che descrive un cerchio sulla sfera celeste. Si vede nella parte in alto delle foto 2, 3 e 5. Nella trottola questo movimento diventa sempre più ampio man mano che la trottola rallenta, sino a quando si ferma. La Terra, che mostra un movimento di rotazione costante, presenta anche un movimento di precessione dell’asse terrestre costante e con la stessa inclinazione. Il tempo perché l’asse terrestre descriva sulla sfera celeste un cerchio completo è di circa 26000 anni. Cosa comporta questo movimento? Innanzi tutto il variare della proiezione dell’asse terrestre sulla sfera celeste che individua i 2 poli, Nord e Sud. Nella nostra epoca il polo nord celeste si trova in prossimità della Stella Polare, tra circa 12000 anni si troverà sulla stella Vega. Ma, se cambia la posizione dei poli sulla sfera celeste, cambieranno anche le coordinate di tutti i punti sulla sfera stessa. Conseguentemente cambierà anche l’orizzonte di un osservatore qualsiasi sulla Terra. Per essere precisi, cambierà l’orizzonte verso Nord e verso Sud con costellazioni che prima l’osservatore non vedeva mai e che poi si scoprono, e costellazioni che prima vedeva e poi non sorgono più. Mentre verso Est e Ovest, dato che la Terra gira, si vedranno le costellazioni determinate dalla loro posizione ma in orari diversi, con diverse coordinate.

Il movimento di precessione comporta, come è facile intuire, lo slittamento del punto Gamma sull’eclittica, perché l’equatore che è normale all’asse terrestre, rimanendo sempre normale all’asse terrestre, subisce il suo movimento di rotazione della sua inclinazione. Quindi, il punto di intersezione tra equatore celeste ed eclittica, che è il punto Gamma, e che è il punto in cui si trova il Sole all’inizio della primavera, slitta verso sinistra sull’eclittica spostandosi nei segni con movimento contrario all’avanzamento annuale apparente del Sole tra i segni, quindi va incontro al movimento apparente del Sole e il Sole lo incontra prima dell’anno precedente. Il movimento di precessione è molto lento. Esso comporta uno spostamento annuale del punto Gamma (e di conseguenza di Omega e dei solstizi, non sono solo gli equinozi che si anticipano) sull’eclittica di circa 50’’ di grado, che corrispondono a circa 20 minuti di tempo all’anno. Gli Equinozi e i solstizi avvengono ogni anno 20 minuti prima, e in settanta anni si anticipano di un giorno. Per fare in modo che il punto Gamma passi dall’inizio dell’Ariete all’inizio dei Pesci, che sono 30° di eclittica, occorrono 2000 anni. Oggi il punto Gamma si trova tra l’inizio dei Pesci e la fine dell’Acquario. Prossimamente entrerà nell’Acquario. Entrerà dalla fine perché, come ho detto, il movimento di precessione del punto Gamma è contrario al movimento di avanzamento apparente annuale del Sole, e l’ordine dei segni procede secondo l’avanzamento apparente del Sole.

Questo spiega anche la non corrispondenza attuale tra segni e costellazioni dello zodiaco. Quando ai tempi di Tolomeo decisero di creare una carta delle costellazioni zodiacali (la fascia che contorna l’eclittica circa 7° verso Nord e 7° verso Sud si chiama zodiaco e contiene le 12 costellazioni zodiacali) il Punto gamma si trovava come sempre nell’intersezione tra equatore celeste ed eclittica, e sullo sfondo c’era l’inizio della costellazione dell’Ariete e la fine della costellazione dei Pesci. La primavera avveniva con il Sole come sempre sul punto Gamma, perché la primavera avviene quando il sole è sull’equatore celeste (anche l’autunno avviene quando il Sole è sull’equatore celeste ma dall’altra parte). A causa del movimento di precessione, il punto gamma in 2000 anni da allora è slittato di 30° che corrisponde all’ampiezza della costellazione dei Pesci ed è finito tra l’inizio della costellazione dei Pesci e la fine della costellazione dell’Acquario.

Quindi, il Sole, nel suo movimento apparente annuale, percorre l’eclittica che interseca le costellazioni dello zodiaco, da ovest verso est, (verso destra nelle foto 2 e 3) e impiega un anno a compiere il giro dell’eclittica. Ribadisco che in realtà è la Terra che gira, e in seguito a questa rivoluzione terrestre vediamo il Sole che si sposta sullo sfondo delle stelle. Invece, il movimento di precessione degli equinozi sposta il punto Gamma, e di conseguenza anche gli altri, di 50’’ di grado all’anno sull’eclittica, da est verso ovest, quindi il Sole ogni anno lo incontra 50’’ di grado in anticipo che sono 20 minuti di tempo.

Il Sole, all’inizio della primavera, quando è nel punto gamma, inizierà a percorrere il segno dell’Ariete, ma all’interno dello spezzone di eclittica chiamata Ariete si trova oggi la costellazione dei Pesci, proprio a causa del movimento di precessione, cioè dello spostamento del punto Gamma.

A causa del suddetto movimento di precessione cambiano tutte le coordinate dei punti della sfera celeste, per cui le carte celesti hanno segnato il tempo in cui sono valide. L’unica cosa che non cambia è la linea dell’eclittica perché è lo sfondo del piano orbitale della Terra sulla sfera celeste, e il piano orbitale non cambia. Nella foto 4 si vedono le costellazioni dello zodiaco in cui si trovava il punto Gamma nelle varie epoche.

Negli aggiustamenti che si fanno durante gli anni bisestili, c’è compreso anche il tempo precessionale, per cui la primavera anche tra 100 o tra 1000 o tra 10000 anni inizierà sempre il 21 Marzo, ma lo sfondo delle stelle sul punto gamma continua a variare come sempre.

E per quanto riguarda l’astrologia, il nostro sistema, cioè quello di cui si parla in un oroscopo e che si chiama tropicale, non tiene conto del movimento di precessione degli equinozi, e prevede che il 21 marzo il Sole entra in Ariete cioè nel primo settore che viene chiamato Ariete con tutte le sue caratteristiche, ma che invece contiene una costellazione che dipende dall’era zodiacale.