Già in epoca ellenistica (IV sec. a.C.) erano noti i fenomeni legati ai moti della Terra (rotazione intorno al suo asse e rivoluzione intorno al Sole): in particolare i momenti dei solstizi e degli equinozi. Nei primi la durata di luce (il giorno) è massima (solstizio d’estate) o minima (solstizio d’inverno), negli equinozi (di primavera ed autunno) il tempo che intercorre tra il tramonto e il sorgere del Sole, la notte, è uguale al successivo intervallo tra il sorgere e il tramonto, il giorno, dal latino aequa nox, notte uguale (al giorno).
Come sappiamo la visione era però quella di una Terra ferma, mentre Sole ed astri le ruotano intorno, un movimento che diverrà apparente molti secoli dopo, ma che risulta ancora oggi il miglior schema di rappresentazione dell’astronomia nautica.
La Terra gira intorno al Sole, in senso antiorario, secondo un’ellisse di ridotta eccentricità, in cui l’astro occupa uno dei fuochi, e con l’asse terrestre di rotazione inclinato rispetto al piano dell’orbita di circa 23° 27′, un angolo noto come obliquità dell’eclittica (in origine il percorso apparente del Sole nell’arco di un anno sulla sfera celeste), un valore probabilmente già noto nel V sec. a.C. (in origine valutato in 23° 44′).
Anche il moto apparente del Sole sulla volta celeste avviene in senso antiorario (moto diretto), nello stesso senso del moto di rivoluzione della Terra, da ovest verso est lungo lo zodiaco, in senso opposto a quello diurno dovuto alla rotazione della Terra, da est verso ovest. Lo spostamento giornaliero del Sole verso est è mediamente di circa 1° (360°/365gg), vale a dire se il Sole passa al meridiano insieme a una stella, il giorno dopo passerà circa 1° (4 min) dopo quella stella. Una condizione simile si verifica con la levata eliaca (la prima apparizione all’alba nel cielo orientale di una stella), resa possibile quando, dopo qualche giorno, il Sole si è allontanato dalla stella rendendola visibile. Altro esempio in cui tale scostamento si manifesta è quello per cui andando verso oriente il Sole sorge 4 min prima per ogni grado di longitudine.
Per quest’ultimo caso vale un episodio della famosa spedizione intorno al mondo di Magellano-Elcano. All’arrivo a Capo Verde, dopo tre anni, l’equipaggio si stupì che la data registrata a bordo del 9 luglio 1522 era di un giorno indietro rispetto alla data locale del 10 luglio 1522. Eppure ogni giorno avevano riportato la data nei registri di bordo.
Avevano viaggiato verso oriente perdendo così un giorno, nella stessa direzione del moto apparente del Sole.
E pensare che tale “fenomeno” era stato già indicato dagli arabi in testi di geografia tradotti in latino. Sarà il cardinale Gasparo Contarini (1483-1542), molto interessato alle scienze, in particolare all’astronomia, ambasciatore alla corte dell’imperatore Carlo V (1500-1558), il finanziatore dell’impresa, a fornire qualche tempo dopo la spiegazione del fenomeno, inizialmente considerato un castigo divino.
Nel corso di un anno (continuando in una esposizione geocentrica) i raggi del Sole raggiungono la Terra (considerata ferma e con l’asse dritto) con una inclinazione rispetto all’equatore terrestre variabile da un valore massimo di 23° 27′ nord a un valore di 23° 27′ sud passando per 0° . In astronomia l’inclinazione degli astri rispetto all’equatore celeste (il piano ortogonale all’asse attorno al quale le stelle fisse appaiono ruotare) prende il nome di declinazione costituendo con l’ascensione retta la coppia di coordinate equatoriali. Se le stelle presentano ognuna una coppia di coordinate che muta poco negli anni, Sole, Luna e pianeti le hanno variabili, ma tali da trovarsi all’interno dello zodiaco (da zoo, animale, per il maggior numero di costellazioni dal nome di animale), una fascia di 16° della sfera celeste a cavallo dell’eclittica suddivisa in 12 parti (già in uso presso i babilonesi-VI sec. a.C.), ognuna larga 30°, costituenti i segni dello zodiaco: Ariete, Toro, Gemelli, Cancro, Leone, Vergine, Bilancia, Scorpione, Sagittario, Capricorno, Acquario e Pesci.
Il moto apparente del Sole, per convenzione, viene fatto partire dall’equinozio di primavera che corrisponde all’entrata del Sole nel segno dell’Ariete (in realtà tale era la costellazione di oltre 2000 anni fa, oggi nella costellazione dei Pesci per il fenomeno di precessione degli equinozi). Tale punto iniziale è detto punto gamma, primo punto d’Ariete o punto vernale (dal lat. ver, primavera). Il punto gamma è un riferimento importante in astronomia nautica, origine del computo dell’anno tropico e dell’ascensione retta.
Quando la declinazione del Sole è 23° 27′ nord i raggi solari sono perpendicolari (a meno di errori dovuti alla non perfetta sfericità della Terra) al parallelo di eguale latitudine denominato tropico del Cancro (dal lat. tardo tropĭcus, circolo e Cancro il segno zodiacale in cui nel IV sec. a.C. entrava il Sole del solstizio). Analogamente i raggi sono perpendicolari al tropico del Capricorno nel solstizio d’inverno. I luoghi presenti nella fascia tra i due tropici sperimentano in due giorni dell’anno il sole allo zenit (senza ombre a mezzogiorno). Analogamente nelle zone a nord del circolo polare artico e a sud di quello antartico, che hanno latitudine complementare a quella dei tropici (66°33’), si verifica che in qualche giorno dell’anno il Sole non sorge o non tramonta.
Durante l’anno l’arco di cielo percorso dal Sole si modifica in posizione ed altezza (facendo riferimento all’Emisfero settentrionale):
– equinozio di primavera (20-21 marzo) levata ad est e tramonto ad ovest. l’altezza del sole a mezzogiorno corrisponde alla latitudine del luogo
– il Sole si sposta più verso Nord, descrivendo un arco via via più alto e il giorno dura più a lungo
– solstizio d’estate (20-21 giugno) il Sole raggiunge la massima altezza sull’orizzonte
– la declinazione decresce, il Sole descrive un arco via via più basso
– equinozio di Autunno (22 o 23 Settembre) valgono le condizioni dell’altro equinozio
– il Sole si sposta più verso Sud, descrivendo un’arco sempre più basso sull’orizzonte
– solstizio d’inverno (21 o 22 dicembre), in cui il Sole è alla minima altezza a mezzogiorno con un minimo di ore di luce
– la declinazione torna a crescere e il punto in cui sorge il Sole comincerà a tornare verso il punto cardinale Est