Ieri, 20 giugno alle ore 22.50 ora italiana c’è stato il Solstizio d’estate; un evento molto importante dal punto di vista astronomico, ma non solo!

Il solstizio è “il momento in cui il Sole raggiunge, nel suo moto apparente lungo l’eclittica, il punto di declinazione massima o minima”.

Questo vuol dire che i solstizi d’estate e di inverno, nel nostro emisfero, sono rispettivamente il giorno più lungo e più corto dell’anno.

Immaginiamo il cielo come un’enorme cupola emisferica sopra la nostra testa e il sole che si muove sulla superficie interna di questa cupola.

Disegniamo ora il sentiero del sole durante il solstizio d’estate e quello d’inverno.

Come si può vedere chiaramente i due sentieri sono diversi, con quello più lungo e più in alto nel cielo in estate (verde nella foto) e più corto e più basso nel cielo durante l’inverno (in bianco nella foto).

 

Più lungo è il percorso, più lunga è la permanenza del sole nel cielo.

Durante tutto l’anno, il percorso del sole continua a spostarsi su e giù tra questi due estremi.

Come può tornare utile questa conoscenza?

Ci sono diversi motivi, oggi vediamo i due più importanti:

• La finestra solare
• Orientamento speditivo

 

Il Solstizio e la Finestra solare

Conoscere l’arco del sole durante il Solstizio estivo e quello invernale, permette di calcolare la cosiddetta “Finestra solare” di una determinata posizione.

Si tratta di un rettangolo immaginario, disegnato nel cielo, i cui 4 vertici sono i punti in cui si trova il Sole alle ore 09 ed alle ore 15 durante la sua traiettoria nel cielo il 21 giugno e il 21 dicembre (giorni dei due solstizi).

Questa finestra solare è molto importante perché è tra le 9.00 e le 15.00 che riceviamo la massima energia dal sole.

Per sfruttare la massima energia possibile in una determinata posizione geografica, la finestra solare dovrebbe sgombera da ostacoli e senza ombreggiature tra le 9.00 e le 15.00, durante la maggior parte dell’anno.

È per questo motivo che, prima di installare qualsiasi dispositivo solare, si dovrebbe analizzare la finestra solare del sito di installazione e assicurarsi che non ci siano ostacoli di ombreggiatura.

Dall’elevazione del sole e quindi dall’inclinazione dei raggi solari nei diversi momenti dell’anno, si riesce anche a determinare il posizionamento di ombreggiature artificiali che, permettono, ad esempio, di schermare le vetrate durante i mesi caldi, ma lasciar entrare i raggi solari durante i mesi invernali!

 

Come calcolare la finestra solare

Per determinare la Finestra solare, dobbiamo fare due misurazioni per ciascun vertice, cioè in 4 momenti dell’anno:

• il 21 giugno ore 09.00 ed alle 15.00
• il 21 dicembre ore 09.00 ed alle 15.00

 

In ognuno di quest 4 momenti, dobbiamo misurare l’azimut e l’elevazione del sole.

La combinazione di azimut ed elevazione (o altitudine) del sole, identifica un punto specifico sulla cupola del cielo.

Utilizzando queste due misurazioni rilevate nei giorni del solstizio estivo e nel solstizio invernale, è possibile tracciare un grafico che mostrerà come la posizione del sole cambia durante tutto l’anno.

Questo grafico è chiamato anche “Tracciato del percorso solare” e mostra come il percorso del sole appare nel cielo ad uno osservature sulla superficie terrestre in un determinato luogo.

Nella foto qui sotto ti mostro un esempio del grafico appena descritto e fa riferimento ad una zona poco a nord di San Francisco (USA) che si trova a circa 38° di latitudine Nord.

A queste latitudini, in Italia, si trova la costa settentrionale della Sicilia.

La figura irregolare bordata di rosso corrisponde alla “Finestra solare”.

 

Come misurare l’azimut del sole

L’azimut di un certo oggetto (ad esempio un campanile) rispetto alla tua posizione, è l’angolo formato tra la linea della direzione Nord e la linea che va dalla tua posizione al campanile. L’azimut si misura in gradi (in senso orario): azimut 0° vuol dire che l’oggetto si trova esattamente a Nord rispetto a te, azimut 90° che a te si trova ad Est, azimut 180° che si trova a Sud e così via.

Procedimento:

Identifica la verticale del sole sull’orizzonte, cioè quel punto sull’orizzonte che si trova tracciando una linea verticale dal sole verso la linea dell’orizzonte.

Prendendi una bussola, traguarda attraverso il mirino il punto identificato sull’orizzonte e leggi l’angolo indicato.

Questo angolo è la misura dell’azimut del sole.

 

 

Come misurare l’elevazione del sole

L’altezza del sole o elevazione solare nella località considerata, è l’angolo formato dalla direzione dei raggi solari con la superficie orizzontale.

In questo caso esistono due metodi per determinarla:

Metodo 1

Si utilizza un calcolatore online che fornisce tutte le informazioni richieste.

Solitamente è sufficiente inserire la località, il perido dell’anno e l’orario richiesto ed il software elabora le informazioni.

Io consiglio SunEarthTools che offre molte informazioni, grafici ed è molto intuitivo anche per un neofita (come il sottoscritto).

Selezioni il luogo in cui ti trovi (Es: Castiglion della Pescaia) e dalla mappa satellitare puoi vedere oltre che l’elevazione del Sole per ciascuna ora, anche l’azimut e la sua posizione rispetto al punto scelto.

Inoltre il grafico evidenzia con un pallino giallo crociato di blu, il punto in cui il sole ha la sua elevazione massima. Spostando il cursore sul pallino puoi leggere il rilevamento e l’elevazione.

Ti metto una foto qui sotto.

 

Metodo 2

Il secondo metodo è un poco più laborioso, meno preciso, ma ci permette di ottenere l’elevazione del sole, in ogni momento del giorno di qualsiasi giorno dell’anno (quindi non solo al solstizio o a mezzogiorno) utilizzando una calcolatrice ed un riferimento.

Specifico questo perché esistono formule più semplici che permettono però di determinare l’altezza del sole solamente a mezzogiorno e conoscendo la latitudine del luogo in cui ci si trova.

Il procedimento che segue, invece, permette di calcolare l’elevazione del sole in qualsiasi orario e anche ignorando la latitudine della propria posizione.

In termini tecnici si chiama “Metodo dello gnomone” e vi lascio qui il link dove poter vedere la descrizione completa.

Semplicemente si utilizza la lunghezza dell’ombra di un oggetto.

Procedimento:

Prendi un bastoncino o matita o qualsiasi cosa che puoi mettere in verticale su una superficie piana.

Misura la lunghezza dell’ombra proiettata in cm e l’altezza dell’oggetto che avete scelto.

Dividi l’altezza del riferimento con la lunghezza dell’ombra e poi calcola l’arcotangente del valore ottenuto. Si ottiene un valore, espresso in gradi che indica l’elevazione del sole in quel punto a quell’orario.

Arcotangente: è una funzione trigonometrica di calcolo e puoi utilizzare una calcolatrice scientifica oppure la calcolatrice dello smartphone utilizzando la funzione tan-1.

 

Vediamo un esempio per semplificare:

ombra proiettata: 4,8cm

altezza dell’oggetto (matita): 8,5cm

 

 

 

 

 

 

 

Dividiamo 8,5 per 4,8 ed otteniamo 1,77.

Calcoliamo ora l’arcotangente di 1,77 ossia determiniamo quale angolo ha per tangente 1,77.

Tale angolo è 60,5 gradi. (vedi foto qui sotto)

 

 

Moltiplichiamo la parte decimale 0,5 per 60 ed otteniamo il valore dei primi, cioè 30.

L’altezza del Sole è quindi 60° 30′.

Le misure che vedi sono rilevazioni reali, fatte oggi 21 giugno alle ore 11:08 documentate con la foto; ho ottenuto un valore di elevazione del sole di 60°30’.

Utilizzando il calcolatore online menzionato al punto precedente è stata fornita un’elevazione di 57°84’.

La differenza di meno di 3° è dovuta agli errori di misurazione ed le imprecisioni dettate da un metodo più spartano.

Un errore tutto sommato accettabile.

 

 

 

 

Il Solstizio e l’orientamento speditivo

Il sole non sorge sempre ad Est e non tramonta sempre a Ovest.

 

Spero non questa frase di non aver stravolto alcune tue credenze…ma nella realtà dei fatti è così!

Hai mai fatto caso che il Sole sorge (o tramonta) in un punto all’orizzonte durante l’inverno e in un punto diverso durante l’estate?

Lo spostamento nella posizione del Sole all’orizzonte è dovuto all’inclinazione dell’asse terrestre e al suo orientamento unidirezionale.

Il moto di rivoluzione che la Terra compie attorno al Sole, in circa 365 giorni, 6 ore, 9 minuti (anno solare), avviene con una inclinazione dell’asse terrestre pressoché costante.

L’attuale inclinazione dell’asse terrestre è di circa 23° 26′ rispetto alla perpendicolare al piano dell’eclittica.

Ne deriva che durante l’estate, il Polo Nord è inclinato verso il sole. Di conseguenza, il percorso del sole è più alto nel cielo, permettendo all’emisfero settentrionale di ricevere più luce e calore. Intorno al 21 giugno, l’emisfero settentrionale è inclinato di più verso il sole ed è chiamato Solstizio d’Estate. In questo giorno, che può essere definito il primo giorno d’estate, il percorso del sole è più alto nel cielo di quanto non lo sia in qualsiasi altro giorno dell’anno.

Inoltre, poiché il sole si trova nel cielo per più ore, il solstizio d’estate è anche il giorno più lungo dell’anno. Queste ore extra di luce solare danno al sole più tempo per riscaldare la terra, uno dei motivi per cui l’estate è la stagione più calda.

Mentre la terra continua la sua orbita attorno al sole, raggiunge un punto in cui la sua inclinazione è laterale al sole, quindi neutra. Questo punto è chiamato l’Equinozio d’Autunno, dove sia il giorno che la notte sono di uguale durata con 12 ore ciascuna.

Proseguendo ulteriormente nel suo percorso orbitale intorno al sole, la terra raggiunge l’altro lato del sole, con l’emisfero settentrionale inclinato più lontano dal sole. Ora, il percorso del sole è più basso nel cielo, facendo sì che l’emisfero settentrionale riceva meno luce e calore.

Questo rende le giornate più corte e fredde. Il giorno più corto in questo periodo è chiamato il Solstizio d’Inverno.

Il movimento prosegue poi in direzione del 4 punto significativo, chiamato Equinozio di Primavera, che ha le medesime caratteristiche del suo omonimo autunnale.

 

Questa inclinazione è anche la ragione principale per lo spostamento della posizione del sole all’orizzonte che si può osservare ogni mattina o sera.

 

Di che tipo di spostamento parliamo?

Immaginiamo di svegliarci all’alba per 365 giorni di fila e scattare una foto al disco solare che sbuca dall’orizzonte.

Se osserviamo le foto in sequenza, noteremo il disco solare spostarsi lungo l’orizzonte.

In estate il sole sorgerà verso la parte più sinistra della foto, in inverno verso la parte di destra.

Gli estremi sono delimitati dai solstizi, a giugno e dicembre; durante i due equinozi, invece, il sole sorgerà esattamente ad Est.

Ti metto un esempio in foto qui sotto.

 

 

 

Nello specifico al Solstizio d’estate, in Italia il sole sorgerà con un azimut che varia da 53°(Predoi – BZ) a 60° (Portopalo – SR). Ho preso i due punti più estremi dell’Italia, escludendo Lampedusa.

Al Solstizio d’inverno, a dicembre, l’azimut rilevato è di circa 124°(Predoi) e 120°(Portopalo).

Quindi immagina di trovarti sulla spiaggia di Portopalo (SR) ed osservare l’alba. Il 21 giugno, il sole lo vedrai sorgere a 60°; il giorno del solstizio d’inverno, invece, sorgerà a 120°.

Ti metto in grafica quanto appena detto.

Qui sotto invece vedi una parte del Tracciato del percorso solare, sempre rilevato a Portopalo (SR), dove oltre agli azimut dell’alba, ci sono anche quelli del tramonto.

 

Una bella differenza, vero?

Man mano che ci si sposta verso Nord, questa forchetta aumenta, fino a raggiungere il Polo Nord dove, a seconda della stagione, il sole NON tramonta mai, oppure NON sorge mai..

 

Cosa fare ora?

Ora, con queste informazioni, prova a vedere nella tua zona, dove sorge o tramonta il sole durante alcuni momento dell’anno e prendi dei punti di riferimento fisici: montagne, costruzioni, alberi.

Osserva nel corso dell’anno come varia la posizione all’orizzonte e creati una tua mappa personalizzata!!

 

 

 

 

A presto,

Carlos