Perché cambiano la durata del giorno e le ombre: Terra, Sole e ombre

Il giorno e la notte dipendono dalla rotazione

Il Sole non gira intorno alla Terra ogni giorno. La Terra ruota sul proprio asse, completando una rotazione ogni 24 ore circa. Il lato del pianeta rivolto verso il Sole è illuminato dal giorno, mentre il lato opposto è immerso nella notte.

Il confine tra i due lati è il terminatore. Mentre la Terra ruota, la tua città viene trasportata verso quella retta, la attraversa e ne esce dall'altra parte. Entrare nella luce significa alba; tornare nell'oscurità significa tramonto.

La Terra ruota verso est, ed è per questo che il Sole sembra sorgere a est e tramontare a ovest.

Perché la luce del giorno non dura sempre 12 ore

Un giorno intero dura 24 ore, ma la quantità di luce del giorno cambia a seconda del luogo e della data. Immagina uno spillo sul globo terrestre. Mentre la Terra ruota, lo spillo traccia una circonferenza di latitudine costante. Una parte di quella circonferenza si trova alla luce del Sole e una parte all'ombra. Più è lunga la parte illuminata dal Sole, più è lungo il giorno.

Poiché l'asse terrestre è inclinato, nella maggior parte dell'anno il terminatore non va ordinatamente da polo a polo. Taglia le circonferenze di latitudine in modo irregolare. Vicino all'equatore, queste circonferenze sono divise quasi a metà tutto l'anno, quindi la luce del giorno dura quasi 12 ore ogni giorno. Più ci si avvicina ai poli, più la divisione diventa irregolare: giornate lunghe in una stagione, brevi nell'altra e, proprio vicino ai poli, periodi di luce o buio continui.

Perciò, nella stessa data, due luoghi a latitudini diverse possono avere quantità di luce del giorno molto diverse.

Le ombre e l'altezza del Sole

Un'ombra è una zona del terreno che la luce del Sole non riesce a raggiungere, perché un oggetto si trova sulla sua traiettoria. Prendi un bastone verticale su un terreno piano: l'unico raggio che passa sfiorando la sua estremità superiore indica il punto in cui l'ombra termina.

Questo rende semplice la geometria. La lunghezza dell'ombra dipende solo dall'altezza del bastone e da quanto è alto il Sole sopra l'orizzonte:

shadow length = stick height ÷ tan(Sun elevation)

• Sole alto nel cielo: l'ombra è corta.
• Sole basso vicino all'orizzonte: l'ombra è lunga.
• Sole a 45°: l'ombra è lunga quanto è alto il bastone.

Un bastone più alto aumenta tutto in proporzione, ma lo schema rimane lo stesso. È anche per questo che la tua ombra si allunga al mattino e alla sera e si accorcia verso mezzogiorno.

Il percorso del Sole e l'orologio solare

Per un determinato luogo e una determinata data, il Sole segue un arco fisso nel cielo. Sale durante la mattina, raggiunge il punto più alto a mezzogiorno solare e scende durante il pomeriggio. L'ombra lo segue esattamente, puntando nella direzione opposta al Sole e cambiando lunghezza man mano che il Sole sale e scende.

Questa è l'idea alla base di una meridiana, o orologio solare. Segna dove cade la punta dell'ombra in momenti diversi e puoi leggere l'ora osservando la direzione dell'ombra. Ci sono due dettagli importanti:

• l'arco è diverso in ogni stagione, quindi un orologio deve essere regolato per la data e la latitudine corrette, e
• l'ora solare e quella indicata dal tuo telefono non coincidono esattamente, perché gli orologi sono regolati per un'intera regione.

Anche un semplice bastone piantato nel terreno può dirti molto: l'ombra più corta della giornata indica il mezzogiorno solare e, al di fuori dei tropici, punta verso il vero nord o il vero sud, a seconda dell'emisfero in cui ti trovi.

Idee sbagliate comuni

• "Di notte è buio perché il Sole si muove dietro la Luna." La notte è semplicemente il lato della Terra rivolto dalla parte opposta rispetto al Sole.
• "A mezzogiorno il Sole è direttamente sopra la testa ovunque." Solo i luoghi nei tropici possono averlo sopra la testa, e solo in alcuni giorni.
• "Le ombre puntano sempre a nord." Puntano nella direzione opposta al Sole, quindi la loro direzione cambia durante il giorno.
• "Le stagioni esistono perché in estate la Terra è più vicina al Sole." Sono l'inclinazione, non la distanza, a causare le stagioni, e la durata del giorno è una parte importante della spiegazione.
• "Ogni giorno ha esattamente 12 ore di luce." Solo vicino all'equatore questo è approssimativamente vero.

Come esplorare questo fenomeno in laboratorio

Il laboratorio Sole, Terra e Luna ti permette di far ruotare il pianeta, spostare il perno e trascinare una lampada o il Sole reale intorno a un bastoncino. Un percorso attraverso il primo mondo gratuito:

1. Inizia con Una Terra che ruota e osserva il terminatore passare sul perno.
2. Confronta luoghi e date in Quanto dura un giorno?.
3. Misura la geometria in Altezza del Sole e lunghezza dell'ombra.
4. Metti tutto insieme con Il percorso del Sole e l'orologio solare.

La simulazione è un modello didattico semplificato: ignora l'atmosfera, le colline e i piccoli movimenti irregolari del moto della Terra, quindi gli orari di alba e tramonto risultano un po' più ordinati rispetto alla realtà. La geometria di base corrisponde a ciò che puoi verificare da solo con un bastoncino in una giornata di sole.