Il moto della Terra attorno al Sole si svolge in prima approssimazione lungo un’orbita ellittica. L’ellisse è una figura geometrica semplice, piana e chiusa. Si può tracciare facilmente con una cordicella, due chiodi ed una matita ed è una bella espressione della semplicità della Natura. Certo, non semplice quanto il cerchio, che gli antichi pensavano fosse la traiettoria naturale dei pianeti, ma comunque una figura riconducibile all’armonia.
Nella realtà la geometrica precisione della Natura viene "sporcata" dalle perturbazioni che gli altri corpi celesti esercitano sul nostro pianeta.
Il risultato è che l’orbita terrestre in realtà non è né semplice, né piana, né chiusa. E’ noto il caso del pianeta Mercurio che, essendo molto vicino al Sole, risente maggiormente degli effetti relativistici della gravità e per questo compie un’orbita "a rosetta", che non si chiude mai. Meno noto è il fatto che anche il piano dell’orbita dei pianeti è soggetto ad oscillazioni.
Per valutare queste oscillazioni si deve realizzare una simulazione molto accurata del sistema solare, tenendo conto di quanti più fattori perturbativi possibile. La cosa non è facile perché le approssimazioni numeriche – se non gestite – possono portare a risultati completamente errati. Basti pensare al fatto che in ogni momento l’energia meccanica totale ed il momento angolare si devono conservare. Se l’intervallo di tempo utilizzato come passo della simulazione è troppo lungo, le approssimazioni di calcolo possono portare alla violazione di questi principi di conservazione. Metodi adeguati possono tenere questi errori sotto controllo e quindi produrre simulazioni consistenti.
E’ conveniente assumere come piano di riferimento il cosiddetto piano invariante, che passa per il centro di massa del sistema solare ed è perpendicolare al vettore del momento angolare complessivo. Non stupisce che tale piano invariante sia molto prossimo al piano dell’orbita di Giove, essendo questo il pianeta più massiccio ed il più interno tra i giganti gassosi.
I risultati sono interessanti e le conclusioni che se ne possono trarre riguardano sia lo studio del clima che la possibilità di vita nell’Universo!
Prendiamo ad esempio l’articolo di Edvardsson e altri dal titolo Accurate spin axes and solar system dynamics: climatic variations for the Earth and Mars Astronomy & Astrophysics, 384, 689-701 (2002).
Immaginiamo di fissare l’eclittica al momento attuale e di simulare il moto del sistema solare. In ogni momento il piano istantaneo dell’orbita terrestre potrà essere inclinato rispetto al piano che abbiamo preso come riferimento.
Il seguente grafico mostra l’andamento dell’inclinazione del piano dell’orbita terrestre in una finestra di tempo di ben due milioni di anni, centrati sull’epoca attuale. Come si vede, l’oscillazione tocca i quattro gradi.
.gif)
Il primo studio sull’influenza dei cicli astronomici sul clima terrestre venne proposto dall’ingegnere serbo Milankovic, che considerò tre parametri:
- l’eccentricità dell’orbita terrestre
- l’inclinazione dell’asse rispetto al piano dell’orbita
- la longitudine del perielio (ovvero la posizione orbitale del punto più vicino al Sole)
In sostanza da questi parametri si ricava la quantità totale di energia ricevuta dal Sole (che dipende solo dalla distanza), la sua distribuzione in funzione della latitudine della Terra (che dipende dall’inclinazione dell’asse) e la sua variazione nel periodo orbitale (che dipende dall’eccentricità e dalla longitudine del perielio).
Tale modello non tiene conto dell’inclinazione dell’orbita terrestre rispetto al piano invariante ed infatti, da un punto di vista logico, non ci dovrebbe essere alcuna influenza. Se incliniamo l’intera orbita terrestre, a meno che l’irraggiamento solare dipenda dalla latitudine del Sole, non avremo alcuna modificazione del flusso di energia ricevuto dalla Terra.
Invece pare proprio che ci sia una evidente correlazione con la principale periodicità del clima terrestre: il ciclo glaciale di circa 100.000 anni.
L’unico meccanismo plausibile è l’interazione con il presunto disco di materiale (polveri e meteoroidi) che potrebbe giacere sul piano invariabile del sistema solare. Quando l’orbita terrestre coincide col piano, i ghiacciai avanzano; si ritirano invece quando l’orbita è inclinata. Occorre cercare conferme perché fin qui la spiegazione è assai debole.
Attualmente la Terra passa per il piano invariante il 9 luglio ed il 9 gennaio. Curiosamente attorno al 9 luglio vi è la più alta concentrazione di nubi nottilucenti, che sono certamente causate da materiale raccolto dagli strati più esterni dell’atmosfera terrestre. Il picco del 9 gennaio non è così evidente perché i dati sono insufficienti.
In sostanza, secondo questo approccio, proposto nel 1997 da Muller e MacDonald, non ci dovrebbe essere alcuna influenza dell’inclinazione dell’eclittica sul clima terrestre, eppure c’è, anche se non se ne conosce la causa diretta!
Invece secondo gli autori dell’articolo che abbiamo citato in apertura è sufficiente considerare i parametri classici (alla Milankovic) e andare a considerare l’effetto dei parametri terrestri non sulla quantità totale di ghiaccio, ma sulla variazione dell’accumulo dei ghiacci polari.
Il risultato è interessante perché la correlazione trovata è molto buona.
A margine delle considerazioni climatiche sopra esposte, è interessante notare l’effetto della Luna sui parametri terrestri.
Nel grafico seguente (linea continua) vediamo variare l’inclinazione dell’asse terrestre rispetto al piano dell’orbita di quasi due gradi attorno al valore attuale, di 23,5 gradi.
La linea tratteggiata mostra l’enorme oscillazione che avrebbe l’asse terrestre se non ci fosse la Luna. Il nostro satellite stabilizza la rotazione della Terra e probabilmente rende possibile la vita sul nostro pianeta.
Effettuando i calcoli per il pianeta Marte, che non ha satelliti massicci come la Luna, si vede bene che sia il piano dell’orbita che l’inclinazione dell’asse hanno variazioni notevoli che probabilmente non favoriscono la stabilità climatica per lo sviluppo di forme di vita evolute.