Cosa sono perielio e afelio e cosa accade alla Terra quando si trova in questi due punti?

Alle ore 17:17 italiane del 4 gennaio il nostro pianeta ha raggiunto il punto più vicino al Sole, a 147.098.925 km di distanza. Per tutto l'anno il nostro pianeta non si troverà più così vicino alla nostra stella. L'inverso accadrà il 6 luglio alle 22:06 italiane, quando la Terra si troverà a 152.093.251 km dalla nostra stella, cioè il punto di distanza più grande dal Sole per il 2023.
Esatto, avete capito bene: la Terra ogni anno è più vicina al Sole quando qui nell'emisfero nord è inverno, e viceversa è più lontana dal Sole durante la nostra estate. Perché accade questo? A cosa è dovuta questa differenza? E che cosa comporta? Scopriamolo insieme.

Perielio e afelio

Johannes Kepler, noto in Italia anche come Giovanni Keplero (1571-1630) fu senza dubbio uno dei più grandi astronomi di tutti i tempi. Nato in Germania, fu un grande sostenitore della teoria eliocentrica copernicana. Il suo più grande contributo all'astronomia fu l'enunciazione, tra il 1609 e il 1619, delle tre leggi del moto planetario che tuttora portano il suo nome.
La prima legge di Keplero afferma che le orbite dei pianeti attorno al Sole non descrivono circonferenze (come si credeva un tempo) ma ellissi, di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.

La principale conseguenza di questo fatto è che la distanza tra un pianeta e il Sole non è costante nel tempo ma cambia continuamente. Possiamo così individuare due punti speciali dell'orbita di un pianeta: il perielio (cioè il punto di massima vicinanza al Sole) e l'afelio (il punto di massima lontananza).

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La differenza in termini percentuali tra distanza all'afelio e distanza al peri  elio varia da pianeta a pianeta e dipende da quanto l'orbita di ciascun pianeta è “schiacciata”. Per la Terra questa differenza è piuttosto piccola e si attesta attorno al 3,2%. Insomma, una differenza di circa 5 milioni di km, che rapportata alla distanza media di 149.600.000 km (la cosiddetta unità astronomica) è poca cosa.

La distanza della Terra dal Sole e le stagioni

Può stupire il fatto che la Terra sia più vicina al Sole nel pieno dell'inverno boreale e, viceversa, sia più lontana dal Sole durante l'estate boreale. In realtà non dovrebbe stupire alla luce dei numeri che abbiamo visto sopra. Una variazione di distanza del 3% tra afelio e perielio significa che il Sole al perielio ci manda il 6,5% dell'energia in più al perielio rispetto all'afelio. Una differenza non impercettibile, certo, ma nemmeno lontanamente abbastanza grande per spiegare l'alternarsi delle stagioni.

Si tratta infatti di una differenza assolutamente trascurabile rispetto alla differenza dovuta all'inclinazione dell'asse terrestre, che è la vera causa dell'alternarsi delle stagioni. L'asse terrestre è inclinato di 23,5° rispetto alla perpendicolare al piano su cui giace l'orbita terrestre. Il Polo Nord punta verso il Sole durante l'estate boreale: questo fa sì che i raggi solari arrivino al suolo con un'inclinazione molto minore, e dunque con un'intensità più elevata.

Alla latitudine di 45° (che corrisponde all'Italia settentrionale, per intenderci) la differenza di energia in arrivo dal Sole durante l'anno dovuta all'inclinazione dell'asse terrestre è del 250%, enormemente più del 3% dovuto alla diversa distanza dal Sole! La temperatura terrestre dipende poi da altri fattori che influiscono maggiormente rispetto alla semplice distanza dal Sole. Sappiamo per esempio che la maggior parte delle terre emerse si trova nell'emisfero nord. E le terre emerse, rispetto alle acque, si scaldano di più a parità di energia ricevuta. Questo significa che durante l’estate boreale l’emisfero boreale si riscalda più di quanto fa l’emisfero sud durante l’estate australe. Per questo motivo la temperatura media del nostro pianeta è 2,3 °C maggiore all’afelio, nonostante la Terra si trovi a una maggiore distanza dal Sole!

La velocità della Terra

Tra perielio e afelio non cambia solo la distanza della Terra dal Sole, ma anche la velocità con cui la Terra orbita attorno alla nostra stella.
Per capirlo dobbiamo tornare a Keplero e in particolare alla sua seconda legge. Questa afferma che i pianeti si spostano nella loro orbita tanto più rapidamente quanto più sono vicini al Sole. Il motivo è lo stesso per cui un danzatore sul ghiaccio ruota più rapidamente quando porta le braccia al petto: più ci si avvicina al centro di rotazione, più la rotazione è veloce. Questo principio è noto in fisica come conservazione del momento angolare ed è alla base della seconda legge di Keplero.

Questo significa che il 4 gennaio è stato il giorno del 2023 in cui la Terra era più veloce! La differenza di velocità tra afelio e perielio è però praticamente impercettibile per noi esseri umani: 30,3 km/s (109.080 km/h) al perielio e 29,3 km/s (105.480 km/h) all'afelio. Il fatto che la Terra proceda più rapidamente durante l'inverno boreale implica che nell'emisfero nord l'inverno è più corto dell'estate, per la precisione di 5 giorni. Nell'emisfero australe invece è il contrario: l'estate è 5 giorni più corta dell'inverno.