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L’apparente deriva delle stelle di notte in notte è una conseguenza naturale di due moti fondamentali:la rotazione quotidiana della Terra attorno al proprio asse e la sua orbita annuale attorno al Sole. Mentre le stelle tracciano cerchi attorno ai poli celesti, la rotazione del pianeta pone ciascuna stella ad un’ascensione retta leggermente diversa per ogni giorno solare successivo. Poiché anche la Terra viaggia lungo la sua orbita, la posizione del Sole nel cielo è leggermente indietro rispetto a quella delle stelle, facendo sembrare che le stelle si spostino ogni giorno verso ovest.
Un giorno siderale è il tempo impiegato da una stella per ritornare sullo stesso meridiano:23 ore, 56 minuti e 4 secondi. Questa differenza di 4 minuti significa che se punti il telescopio verso una particolare costellazione a mezzanotte di una notte, sarà quasi esattamente lì alle 11:56 della notte successiva.
Al contrario, un giorno solare – l’intervallo tra i meriggi successivi – è di 24 ore. Ogni giorno solare il Sole compie un giro completo nel cielo, il che costituisce la base per gli orologi di tutti i giorni. Tuttavia, a causa dell'inclinazione assiale della Terra e dell'eccentricità orbitale, il tempo solare medio (utilizzato dalla maggior parte degli orologi) è un valore medio che attenua le sottili variazioni annuali.
Poiché il giorno siderale è più breve di quello solare, le stelle attraversano il cielo leggermente più velocemente del Sole. Ogni giorno solare le stelle sembrano spostarsi verso ovest di circa un grado, mentre il Sole resta indietro verso est. Questo spostamento cumulativo fa sì che il cielo notturno cambi di circa 30 gradi ogni mese.
Fatta eccezione per Polaris, che rimane quasi fissa sul polo nord celeste, la maggior parte delle stelle avanza verso ovest di circa un grado al giorno solare. Nel corso di un mese di 30 giorni, il totale ammonta a circa 30 gradi; nel corso di un anno intero, le stelle completano un circuito completo di 360 gradi, riportando il cielo alla sua disposizione familiare ogni stagione.
Comprendere la differenza tra tempo siderale e solare aiuta gli astrofili a pianificare le osservazioni, prevedere dove appariranno le costellazioni e apprezzare la natura dinamica del cielo notturno.
