Un giro completo della sfera celeste corrisponde, ovviamente, ad un giro completo della Terra su se stessa e cioè, per definizione, ad un giorno. Si tratta di un termine generico, legato al suddetto periodo di rotazione della Terra; di fatto ci sono diversi tipi di giorno a causa di differenti fenomeni che aggiungono il loro effetto ma, nel nostro caso e per semplicità, ci limiteremo a quello come sopra indicato. Quanto di seguito riportato, inoltre, varrà per un’esposizione semplificata, adatta alle pratiche osservazioni quotidiane.
Consideriamo ora il fatto che la Terra orbita attorno al Sole e che il suo asse di rotazione non è perpendicolare al piano dell’orbita ma inclinato in modo da formare un angolo di 23° 26′ con la perpendicolare a tale piano. Inoltre la Terra orbita mantenendo sempre l’asse parallelo a se stesso, cioè sempre puntato verso le medesime stelle. Per questo motivo osserviamo che, nell’emisfero boreale, la Stella Polare (alpha Ursae Minoris) è sempre fissa nello stesso punto per tutto l’anno: la porzione nord dell’asse terrestre, infatti, punta proprio in quella direzione.
Partiamo, per cominciare, il luogo dell’orbita nel quale la Terra punta l’estremità sud del proprio asse in direzione del Sole, denominato solstizio d’inverno (vedasi figura in calce). In tale punto, nella calotta compresa fra il polo sud ed il parallelo che ne dista 23° 26′, cioè il parallelo di latitudine -66° 34′, detto circolo polare antartico, al girare della Terra il Sole non tramonta mai.
In tutto l’emisfero australe la durata del dì, inteso come ore di luce, è massima e quella della notte minima; il contrario avviene nell’emisfero boreale. Nella calotta compresa tra il polo nord ed il parallelo +66° 34′, detto circolo polare artico, il Sole non sorge mai. All’equatore la notte è di durata esattamente uguale al dì, come sempre. Fra i due circoli polari la durata della notte è minore di 12 ore nell’emisfero australe e maggiore di 12 ore in quello boreale, andando da pochi minuti in prossimità del circolo polare antartico a 12 ore all’equatore e fino a quasi 24 ore nei pressi del circolo polare artico.
Sul circolo polare antartico, in questo periodo dell’anno, il Sole non tramonta, lambendo l’orizzonte per un giorno soltanto; poi, spostandosi la Terra lungo la propria orbita, ricomincia a sparire ogni giorno sempre più a lungo. A sud del circolo polare antartico le giornate senza tramonto sono sempre di più a mano a mano che ci si avvicina al polo sud, dove i giorni senza tramonto ( e senza alba) durano 6 mesi.
Analogamente, sul circolo polare artico, alla stessa epoca il Sole non sorge per un giorno; la notte "perpetua" dura sempre di più quanto più ci si avvicina al polo nord, dove dura 6 mesi. L’apparente immobilità del Sole che causa la stabilità della notte (e del dì) ha dato origine al termine solstizio.
Quando la Terra, percorso circa un quarto del suo giro attorno al Sole (diciamo circa perchè l’orbita non è esattamente circolare), viene a trovarsi nella posizione denominata equinozio di primavera allora, facendo l’asse di rotazione un angolo di 90° con la direzione del Sole, la notte dura esattamente quanto il dì ovunque, soltanto che al polo sud in quell’istante il Sole scompare sotto l’orizzonte ed ha inizio la notte di 6 mesi, mentre al polo nord il Sole spunta ed inizia il semestre di luce ininterrotta.
Dall’uguaglianza delle ore di luce con quelle dell’oscurità deriva il nome equinozio dato alla posizione della Terra in tale epoca dell’anno. Da qui si entra nella stagione primaverile per l’emisfero boreale.
Superato l’equinozio di primavera, le notti diventano sempre più corte nell’emisfero boreale e sempre più lunghe in quello australe.
Nel punto orbitale denominato solstizio d’estate, esattamente dalla parte opposta rispetto al solstizio d’inverno (cioè dopo metà orbita, o 6 mesi), è il polo nord che si rivolge al Sole e la descrizione dei fenomeni fatta per il solstizio d’inverno vale esattamente anche qui, ma al contrario. Il Sole è visibile anche a mezzanotte per tutte le località situate nella calotta a nord del circolo polare artico.
Proseguendo nel moto orbitale, nella zona compresa fra i circoli polari, le notti divengono sempre più lunghe nell’emisfero boreale e sempre più brevi in quello australe.
Nel punto dell’equinozio d’autunno, a tre quarti dell’orbita, la situazione è perfettamente simmetrica rispetto a quella dell’equinozio di primavera: la notte è uguale al dì dappertutto, però il Sole tramonta al polo nord e sorge al polo sud.
Superato l’equinozio d’autunno le notti continuano ad allungarsi nell’emisfero boreale e ad accorciarsi in quello australe. La notte cala di giorno in giorno su località sempre più lontane dal polo nord e, analogamente, i giorni senza tramonto si estendono a località sempre più lontane dal polo sud.
Tornata la Terra nella posizione del solstizio d’inverno, il Sole in quel giorno non sorge per i paesi situati sul circolo polare artico e non tramonta, per quel solo giorno, per le località situate sul circolo polare antartico.
Siamo così tornati alla situazione di partenza, ed è trascorso un anno.
