Se ti è mai stato insegnato come la Terra orbita attorno al sole, potresti pensare che il nostro pianeta percorra un percorso di forma ovale che lo porta molto più vicino al sole in alcuni periodi dell'anno rispetto ad altri. Avresti anche una buona ragione per pensarlo:è così che la maggior parte dei libri di testo mostra le cose.
In effetti, molte persone presumono che la Terra sia più vicina al sole in estate che in inverno. Si dà il caso che questo sia vero durante l'estate nell'emisfero meridionale, ma non può essere vero anche per l'estate nell'emisfero settentrionale.
Nell'emisfero meridionale, la Terra è 5 milioni di chilometri più vicina al sole in estate che in inverno, ma è il contrario nell'emisfero settentrionale. La distanza media tra la Terra e il sole è di 150 milioni di chilometri e il motivo principale delle stagioni è che la Terra è inclinata, quindi ciascun polo a volte punta più verso il sole e a volte più lontano da esso.
Quindi, l'orbita della Terra ha solo una deviazione relativamente piccola dalla circolarità perfetta. Ma perché viene spesso raffigurato praticamente a forma di uovo? E come possiamo visualizzare la situazione reale?
Per cercare di capire quanto fosse circolare l'orbita della Terra e di altri pianeti, ho deciso di confrontare la forma dell'orbita terrestre con quella di una normale ruota di bicicletta da 26 pollici ridimensionando le dimensioni reali per adattarle e consultando la mia bicicletta locale. Scopri cosa significherebbero le deviazioni per una ruota vera. Sono rimasto molto sorpreso dal risultato.
L'orbita era molto più vicina a un cerchio perfetto di quanto avessi pensato in precedenza. Se l'orbita fosse quella di una ruota di bicicletta da 26 pollici (660,4 mm), la deviazione da un cerchio perfetto sarebbe inferiore a 0,1 mm. È paragonabile a un sottile strato di vernice:praticamente indistinguibile da un cerchio perfetto a occhio nudo.
Nel mio studio pubblicato su Physics Education , Ho guardato anche gli altri pianeti. Le orbite di Venere e Nettuno sono ancora più vicine ai cerchi perfetti, con l'orbita di Venere che devia di soli 14μm (un μm o micrometro è un milionesimo di metro) e quella di Nettuno di 31μm.
I pianeti con le orbite meno circolari sono Marte e Mercurio. Se l'orbita di Marte fosse quella di una ruota da bicicletta da 26 pollici, sarebbe fuori di poco meno di 3 mm, difficilmente notabile se si guida una bicicletta con una ruota fuori sede di questa quantità.
Mercurio ha l'orbita meno circolare, con una deviazione di 14 mm, anche se è comunque solo del 2%.
Se hai una bicicletta, è probabile che le sue ruote non siano nemmeno circolari come l'orbita di Marte. Se hai avuto una collisione decente con un marciapiede o una roccia, la tua ruota anteriore potrebbe anche essere meno circolare dell'orbita di Mercurio.
Una piccola deviazione
I lettori con una mentalità matematica potrebbero avere una domanda dopo aver letto quanto sopra:se la Terra si trova in media a 150 milioni di chilometri dal sole e questa distanza varia di 5 milioni di chilometri nel corso di un anno, la deviazione nella sua orbita non dovrebbe essere leggermente oltre il 3%?
La risposta a questa domanda è che il sole non è al centro dell'ellisse ma è spostato su un lato come un punto chiamato fuoco. Se durante la formazione un pianeta viaggiasse alla velocità giusta per contrastare la gravità, viaggerebbe in cerchio.
Tuttavia, nell'universo reale i pianeti raramente vanno alla velocità giusta per un cerchio. A volte viaggiano un po' più velocemente, a volte più lentamente, cosa che può essere ottenuta solo con un'orbita ellittica.
Migliaia di anni fa, gli antichi greci credevano che tutti gli oggetti celesti orbitassero attorno alla Terra, viaggiando in cerchi perfetti.
Questa idea rimase dominante per circa 1.500 anni, finché l'astronomo polacco Nicolaus Copernicus (1473–1543) si rese conto che i pianeti (inclusa la Terra) orbitavano effettivamente attorno al sole.
Copernico pensava che le orbite fossero circolari. Successivamente, l'astronomo e matematico tedesco Johannes Kepler (1571–1630) si rese conto di avere torto e formulò le tre leggi del movimento planetario.
La prima legge è che le orbite dei pianeti sono ellittiche e non circolari. La terza legge collega la dimensione dell'orbita di un pianeta alla quantità di tempo impiegato in un modo che è un po' troppo complicato per essere spiegato qui.
La seconda legge è che, se si traccia una linea dal Sole a un dato pianeta, la linea percorrerà aree uguali nello stesso tempo mentre il pianeta si muove. Pensa alla pizza:una fetta stretta di una pizza grande può avere la stessa area di una fetta larga di una pizza piccola. Ciò accade perché i pianeti si muovono più velocemente quando sono più vicini al sole.
Il motivo principale per cui le orbite vengono disegnate come ellissi nei libri di testo è per dimostrare la seconda legge di Keplero. Se l'orbita della Terra fosse disegnata come mostrato nel diagramma correttamente in scala, sarebbe impossibile vedere alcuna differenza nei cunei.
Tuttavia, ciò può dare l’impressione che l’orbita della Terra sia molto più ellittica di quanto non sia in realtà. Tali diagrammi in realtà non sono sbagliati:sono un'esagerazione, una sorta di caricatura matematica che enfatizza una caratteristica importante.
Sebbene gli antichi greci avessero torto riguardo al fatto che la Terra fosse al centro del sistema solare, non si sbagliavano molto riguardo alle orbite dei pianeti. Quindi, se volete scusare il gioco di parole, abbiamo chiuso il cerchio.
Ulteriori informazioni: Stephen Hughes, Un nuovo sguardo alle orbite, Educazione alla fisica (2024). DOI:10.1088/1361-6552/ad1b21
Fornito da The Conversation
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