Bentornato autunno!

Esatto, il 23 settembre! Ogni volta che un astronomo comunica data e orario dell’equinozio d’autunno è destinato a osservare reazioni di completa incredulità da parte dei propri interlocutori. Questo perché nella cultura popolare le date delle stagioni astronomiche sono tutte uguali: il 21 del relativo mese. Persino alcuni libri di testo scolastici riportano questa concezione totalmente erronea. La realtà è che non è mai stato così né mai lo sarà! Perché allora proprio il 23 settembre?

La risposta a questa domanda affonda le radici nella storia della nostra cultura e dell’astronomia, perché è tutta una questione di calendario. Fin dall’alba dei tempi i nostri antenati hanno usato i cieli e i corpi celesti per tenere traccia dello scorrere del tempo, elaborando complicati sistemi matematici e osservativi per poter predire correttamente il ritorno delle stagioni. Saperlo fare con precisione significava sopravvivere a inverni e carestie!

Calendario lunare islamico del 1280, conservato presso il Linden Museum di Stoccarda. Crediti: Karl Heinrich

I primi calendari furono lunari: si seguiva l’alternarsi delle fasi lunari, le si contava, e ogni volta che la Luna tornava nuova ogni 29,5 giorni ecco che si faceva iniziare un nuovo mese (l’etimologia di tale parola è da ricercarsi proprio nella Luna). Il nostro calendario nasce proprio nell’Antica Roma e originariamente aveva solamente 10 mesi: marzo era il primo, dicembre l’ultimo. Durante l’inverno non si usava il calendario. La religione islamica usa tutt’oggi un calendario puramente lunare fatto da 12 mesi alterni di 29 e 30 giorni.

Un anno solare tuttavia non dura esattamente 12 mesi lunari, ma circa 10-11 giorni in più. Per risolvere la discrepanza e mantenere le date del calendario allineate con le stagioni ecco che i nostri antenati introdussero i calendari lunisolari. In questi sistemi di computo del tempo la durata del mese era ancora legata alla Luna, ma occasionalmente si aggiungeva un intero mese aggiuntivo per compensare l’anticipo del calendario. Si chiama “mese embolismico”, e molti calendari lunisolari antichi e moderni ne fanno uso, come quello della religione ebraica. Ogni tanto l’anno dura 13 mesi invece che 12, e le date vengono riallineate alle stagioni. Forse è anche per questo che il tredici si è costruito la reputazione di numero sfortunato! Nei calendari lunari e lunisolari, per loro natura, le stagioni non cadevano in date fisse dell’anno, ma andavano determinate tramite l’osservazione astronomica.

In questo calendario murale romano del 1° secolo a.C. sono già presenti i dodici mesi moderni (con luglio e agosto ancora chiamati quintile e sestile) a cui si affianca l’occasionale mese intercalare, o mercedonio, riportato nell’ultima colonna a sinistra. I romani seguivano una “settimana” di otto giorni, indicati ciascuno da una lettera dalla A alla H. Crediti: Bauglir – Wikimedia Commons*

Durante l’era della Repubblica, Roma introdusse un calendario lunisolare di 12 mesi per un totale di 355 giorni, a cui si aggiungeva un mese embolismico chiamato mercedonio, dopo la fine di febbraio. Solo che invece di aggiungere 7 mesi embolismici ogni 19 anni, come voluto dall’astronomo Metone scopritore dell’omonimo ciclo (235 mesi lunari corrispondono quasi esattamente a 19 anni solari, sette lunazioni in più di 19 anni da 12 mesi ciascuno), i romani furono MOLTO più creativi. Mercedonio veniva aggiunto ad anni alterni, forse, e quando ciò avveniva si saltavano gli ultimi 5 giorni di febbraio, che quindi ne durava solo 23.

Dico “forse” perché era il sommo sacerdote di Roma, il Pontefice Massimo, a decidere quando aggiungere il mercedonio, e tale carica era politica. Significa che tale potere fu abusato spesso e volentieri, col risultato che il calendario della Roma repubblicana era quasi sempre sfasato di 2-3 mesi rispetto alle stagioni reali. Durante il pontificato di Giulio Cesare la situazione era diventata così paradossale che l’equinozio di primavera cadeva in giugno.

Busto di Giulio Cesare, autore della più importante riforma del calendario degli ultimi due millenni. Crediti: Musei Vaticani

Una volta diventato padrone di Roma ecco che Cesare si dedicò a riformare il calendario, grazie anche al contatto avuto con l’astronomia dell’Egitto ellenico di Cleopatra. Si disfò del mercedonio e della dipendenza dalla fase lunare, aggiunse dieci giorni al calendario portandolo a 365 giorni, e proclamò che ogni quattro anni andava aggiunto un giorno in più, al posto del mercedonio. In tal modo la durata media dell’anno era pari a 365,25 giorni, molto vicina alla durata effettiva dell’anno terrestre. È il cosiddetto calendario giuliano, rimasto in vigore per oltre 1600 anni!

Una curiosità è che venne deciso di inserire il giorno aggiuntivo esattamente dove un tempo c’era il mercedonio. In pratica, fino al tardo Impero, i romani ripetevano due volte il 24 febbraio. In latino tale data veniva chiamata il “sesto giorno prima delle calende di marzo”, e questo rendeva il giorno ripetuto il bi-sesto. Da cui il nome moderno.

Il calendario entrò in vigore nel 45 a.C., dopo che Cesare aggiunse ben 90 giorni al 46 a.C. per riallineare le stagioni. Tutt’oggi quest’anno di calendario, durato 445 giorni, è il più lungo mai osservato dall’umanità! Questa correzione fissò anche per la prima volta la data dell’equinozio di primavera: il 25 marzo. Cesare non vide la sua creatura in opera, visto che venne assassinato quell’anno stesso, e nel tumulto che seguì il bisestile venne osservato erroneamente. Fu il primo imperatore, Augusto, a sistemare una volta per tutte le carte, e dall’8 d.C. non è mai stato perso un colpo. Due mesi del calendario furono dedicati a questi personaggi: luglio (Julius, dalla gens Giulia) e agosto (Augustus, il titolo imperiale).

Il lavoro svolto da Cesare e i suoi astronomi, in particolare Sosigene di Alessandria, era molto buono, ma non perfetto. Perché 1600 anni dopo ci si ritrovò ad affrontare lo stesso problema: gli equinozi e i solstizi avevano preso stavolta ad anticipare, tanto che la primavera del 1582 iniziò l’11 marzo!

Il motivo è da ricercarsi nell’esatta durata dell’anno, e quale anno si sta considerando! Ci sono infatti molti modi per definire tale intervallo temporale. Il primo è il tempo che la Terra impiega a girare intorno al Sole. Si chiama anno siderale, perché lo si misura rispetto alle stelle lontane. La sua durata è un pelo superiore ai 365,25 giorni canonici: 365,25636 giorni, cioè circa 9 minuti in più. Se si usasse tale anno per il calendario però le stagioni finirebbero per sfasarsi, perché il tempo che trascorre tra un equinozio di primavera e il successivo, noto come anno tropico, è di 20 minuti più corto. La sua durata è infatti di 365,24219 giorni, vale a dire circa 11 minuti in meno dei 365,25 giorni standard del calendario giuliano.

Nel corso di 26.000 anni l’asse terrestre descrive un grande cerchio in cielo. In questo periodo storico la stella polare è, appunto, la Polare, ma già 2000 anni fa non vi era una stella chiaramente tale, e fra 2000 anni sarà Errai la stella più a nord di tutte. Crediti: Lorenzo Colombo

Il fatto che l’anno tropico sia più corto di quello siderale è noto come “precessione degli equinozi”, ed è dovuto al comportamento dell’asse di rotazione terrestre. La Terra gira un po’ come una trottola ubriaca, e ogni 26.000 anni circa l’asse fa un giro completo del suo moto conico.

Sono quegli 11 minuti a fregare il calendario giuliano. Inizialmente la differenza era insignificante, ma nel corso di 1600 anni il calendario ha finito per accumulare quasi tredici giorni di ritardo! Ecco perché la primavera, impostata da Cesare al 23-25 marzo, finì per cadere tra il 10 e il 12 marzo (l’oscillazione della data è proprio dovuta alla correzione bisestile, che ogni quattro anni recupera un giorno).

Il calendario fu quindi nuovamente riformato da Papa Gregorio XIII, che nel 1582 introdusse il calendario gregoriano. Praticamente identico a quello giuliano, se non per una piccola differenza: ogni 400 anni si saltano tre bisestili. In pratica i secoli tondi (come 1700, 1800 e 1900) non sono bisestili, a meno che non siano divisibili per 400 (come 1600 e 2000). Ecco perché non vi siete accorti della differenza tra i due calendari: il 2000 fu appunto un bisestile normale, come voluto da Cesare. Ma il 2100 non lo sarà!

La leggerissima differenza (97 bisestili in 400 anni invece che 100) riduce la durata media del calendario gregoriano a 365,2425 giorni, appena 26 secondi di differenza dall’anno tropico. Il risultato è che ora la data dell’equinozio di primavera è stabile per periodi molto più lunghi, misurabili in svariati millenni!

Gregorio XIII, come Cesare, dovette quindi decidere di quanto riallineare il calendario, e proclamò che sarebbero stati saltati 10 giorni: al 4 ottobre 1582 sarebbe seguito il 15. In questo modo venivano recuperati 10 dei 13 giorni di ritardo, e l’equinozio di primavera veniva portato a cadere tra il 20 e il 21 marzo, cosa che fa ancora oggi. Perché non riportarlo al 23-25, come voluto da Cesare? Perché Gregorio XIII era interessato a mantenere stabile il calcolo della Pasqua, che dipende dalla data dell’equinozio di primavera, e le regole per tale calcolo erano state scritte dal Concilio di Nicea nel 325 d.C., anno per il quale il calendario giuliano aveva accumulato 3 giorni di ritardo.

La data dell’equinozio d’autunno è quindi una semplice conseguenza di quella dell’equinozio di primavera, della durata dei mesi del calendario, e della durata delle varie stagioni. Anche queste cambiano molto lentamente, perché l’orbita terrestre è in continua evoluzione. In questo periodo storico l’equinozio d’autunno cade più spesso il 22 che il 23, e solo nel 2092 la precessione degli equinozi la porterà a cadere il 21 settembre! Otto anni più tardi però il bisestile sarà saltato, e la data dell’equinozio d’autunno tornerà a oscillare tra 22 e 23.

La parola equinozio deriva dal latino aequa nox, a indicare che in questo giorno la durata delle ore di luce è pari alla durata della notte. Tuttavia non è proprio così, perché questa è una semplificazione.

Schemino che mostra cosa sta accadendo quanto vediamo il Sole sorgere o tramontare. In realtà il disco è visibile anche se ancora sotto l’orizzonte! Una conseguenza curiosa è che anche località immediatamente a sud del circolo polare artico possono vedere il Sole di mezzanotte (come nell’immagine), anche se geometricamente parlando ciò sarebbe impossibile. Crediti: Lorenzo Colombo

Innanzitutto, il Sole non è puntiforme! È vero che il giorno dell’equinozio passano esattamente 12 ore tra l’alba e il tramonto, ma ciò è riferito al centro del disco solare. C’è quindi ancora una bella fetta di Sole sopra l’orizzonte anche dopo che il centro è tramontato. Il disco solare impiega almeno altri due minuti a tramontare completamente (e viceversa all’alba), garantendo 5 minuti di luce solare diretta in più delle canoniche 12 ore.

In secondo luogo, la Terra ha un’atmosfera! E questo significa rifrazione. Cioè, il percorso dei raggi solari viene deviato leggermente. L’effetto è maggiore quando il Sole è vicino all’orizzonte e la sua luce deve attraversare molta più atmosfera, un po’ come una cannuccia in un bicchiere, che sembra spezzata. Similmente la rifrazione atmosferica vi fa vedere il Sole più in alto di quanto non sia, e posticipa il tramonto (e anticipa l’alba) di ulteriori 5 minuti circa.

Morale: la giornata in cui c’è luce solare diretta esattamente per 12 ore non è l’equinozio d’autunno (o di primavera), ma qualche giorno dopo (o prima). Quest’anno il 23 settembre a Torino ci saranno 8 minuti di luce in più rispetto a una divisione perfetta (alba alle 7:17 e tramonto alle 19:25). Le 12 ore esatte di luce solare saranno tre giorni più tardi, il 26 (alba alle 7:20 e tramonto alle 19:19). Questo giorno è informalmente noto come “equilux”, quando la luce eguaglia esattamente il buio.