Stabilità asse terrestre e principio antropico

La Terra percorre un’ellisse con eccentricità di 0,017: a inizio gennaio dista dal Sole circa 147,1 milioni di chilometri, a inizio luglio circa 152,1. Uno scarto di circa il 3 per cento nella distanza, che si traduce in circa il 7 per cento di differenza nella luce solare ricevuta.

L’orbita terrestre è un’ellisse appena deformata, stabile da miliardi di anni. I numeri, il confronto con Marte e con gli esopianeti, e che cosa il Principio Antropico può davvero sostenere su questo dato.

Le stagioni non dipendono da questo: dipendono dall’inclinazione dell’asse, che trovi in Asse terrestre. La forma dell’orbita decide invece quanto sono lontani gli estremi di caldo e freddo che il pianeta riceve dal Sole. Questo articolo mette in fila i numeri, separa i fatti dalle ipotesi e dice che cosa il Principio Antropico può sostenere su questo parametro.

1. STABILITÀ DELL’ORBITA TERRESTRE: I NUMERI 📐

L’eccentricità misura quanto un’ellisse si discosta da un cerchio: zero è un cerchio perfetto, valori vicini a uno sono ellissi molto allungate. Quella terrestre è bassa, ma non è la più bassa del sistema solare.

Tabella – L’eccentricità di quattro pianeti rocciosi

Pianeta	Eccentricità	Variazione della luce solare tra il punto più vicino e il più lontano
Venere	0,007	circa 3%
Terra	0,017	circa 7%
Marte	0,093	circa 45%
Mercurio	0,206	circa 130% (più del doppio)

L’eccentricità terrestre non è costante. Oscilla tra circa 0,003 e circa 0,058 in cicli di circa 100.000 e 400.000 anni, descritti da André Berger e Marie-France Loutre nel 1991 e collegati ai ritmi delle ere glaciali. Con il valore massimo, la differenza di luce solare tra il punto più vicino e il più lontano arriverebbe a circa il 26 per cento. Anche l’orbita “quasi circolare” della Terra respira.

H2 – 2. UN SISTEMA STABILE, MA NON IMMOBILE 🌀

La stabilità dell’orbita terrestre non è una garanzia eterna: è un tempo lunghissimo. Nel 1989 Jacques Laskar ha mostrato che il sistema solare è caotico: un errore minuscolo nelle condizioni iniziali cresce di un fattore dieci circa ogni dieci milioni di anni. Non significa che le orbite siano instabili adesso, ma che prevederle con esattezza oltre alcune decine di milioni di anni è impossibile.

Nel 2009 Laskar e Mickaël Gastineau hanno simulato migliaia di evoluzioni del sistema solare per i prossimi 5 miliardi di anni. In circa l’1 per cento dei casi l’orbita di Mercurio diventa instabile, e in alcune simulazioni questo porta a collisioni tra pianeti, compresa la Terra. Per la maggior parte delle simulazioni, quindi, l’architettura dei pianeti interni regge. Un dato rassicurante, ma anche un promemoria: la stabilità è una probabilità molto alta, non una certezza.

3. ESOPIANETI: ORBITE ESTREME 🪐

Fuori dal sistema solare le orbite quasi circolari non sono la regola. Il pianeta HD 80606 b ha un’eccentricità di circa 0,93: la sua distanza dalla stella varia di quasi trenta volte in un’unica orbita, con un riscaldamento improvviso al passaggio più vicino. Molti giganti gassosi extrasolari hanno eccentricità superiori a 0,3.

Occorre un’avvertenza onesta: i metodi di rilevazione favoriscono i pianeti massicci e vicini alla loro stella, quindi il campione osservato non rappresenta tutti i sistemi planetari. Inoltre un’orbita eccentrica non esclude la vita. Nel 2002 Darren Williams e David Pollard hanno calcolato che per il clima conta soprattutto la luce media ricevuta nell’arco dell’anno, e che oceani e atmosfera possono attenuare le variazioni. Il requisito di un’orbita quasi circolare è quindi meno stretto di quanto si dica spesso.

4. COSA DICE IL PRINCIPIO ANTROPICO, E COSA NO ⚖️

L’orbita quasi circolare della Terra non è una costante della fisica: è il risultato della storia del sistema solare. Sappiamo anche perché le orbite dei pianeti nati in un disco di gas e polvere tendono a essere quasi circolari: il gas smorza le eccentricità durante la formazione. Il dato, quindi, ha un meccanismo noto, e una parte della stabilità attuale è la conseguenza di come si sono formati i pianeti.

Il Principio Antropico Debole osserva che ci troviamo per forza su un pianeta con un’orbita che permette la vita; il Forte vi legge un’intenzione. Io, Zeno Pagliai, medico e possibilista, distinguo i due piani: la stabilità orbitale è un dato misurato e pesa, ma da sola non dimostra una volontà. Pesa di più insieme agli altri parametri, a partire dalla distanza dal Sole, che trovi in Zona abitabile, e dalle letture descritte in Principio Antropico Forte o Debole.

CONCLUSIONE

La Terra percorre da miliardi di anni un’ellisse quasi circolare, con oscillazioni piccole e cicliche, in un sistema che le simulazioni giudicano stabile con probabilità molto alta. È un dato solido, meno stringente di quanto talvolta si dica, e da leggere insieme agli altri. Quanto pesi nel quadro complessivo lo decide ciascuno, dati alla mano.

FAQ ❓

L’orbita terrestre è un cerchio?

No, è un’ellisse quasi circolare. L’eccentricità è di circa 0,017: a inizio gennaio la Terra dista dal Sole circa 147,1 milioni di chilometri, a inizio luglio circa 152,1. Uno scarto di circa il 3 per cento, che si traduce in circa il 7 per cento di differenza nella luce ricevuta.

La Terra è più vicina al Sole in inverno?

Sì, nell’emisfero nord. La distanza minima, il perielio, cade a inizio gennaio. Eppure da noi è inverno, perché le stagioni dipendono dall’inclinazione dell’asse e non dalla distanza. Nell’emisfero sud, dove a gennaio è estate, il Sole è sì più vicino, ma la differenza è assorbita da oceani e atmosfera.

L’orbita terrestre cambia nel tempo?

Sì, in cicli regolari. L’eccentricità oscilla tra circa 0,003 e circa 0,058 con periodi di circa 100.000 e 400.000 anni. Questi cicli, descritti da Milanković e calcolati con precisione da André Berger, modulano la quantità di luce ricevuta e sono legati al ritmo delle ere glaciali.

Il sistema solare è stabile?

Lo è per tempi lunghissimi, ma è un sistema caotico. Nel 1989 Jacques Laskar mostrò che piccoli errori sulle condizioni iniziali crescono di un fattore dieci circa ogni dieci milioni di anni. Per questo prevedere le orbite con esattezza oltre alcune decine di milioni di anni è impossibile.

Gli esopianeti hanno orbite come la nostra?

Spesso no. HD 80606 b ha un’eccentricità di circa 0,93, e la sua distanza dalla stella varia di quasi trenta volte. Molti giganti gassosi extrasolari superano 0,3. I metodi di rilevazione favoriscono però i pianeti massicci e vicini alla stella, quindi il campione osservato non rappresenta tutti i sistemi.

DOMANDE E RISPOSTE 💬

Perché la differenza di luce è del 7 per cento se la distanza varia del 3?

Perché l’intensità della luce cala con il quadrato della distanza. Se la distanza tra il punto più vicino e il più lontano cresce di circa il 3,4 per cento, la luce ricevuta scende di circa il 7 per cento: il rapporto (152,1 diviso 147,1) elevato al quadrato dà circa 1,07.

Questo spiega anche perché Marte, con un’eccentricità di 0,093, riceve circa il 45 per cento di luce in più nel punto più vicino. Sulla Terra la variazione è modesta, e viene smorzata da oceani e atmosfera, ma esiste. Non spiega le stagioni, che dipendono dall’inclinazione.

Che cosa significa che il sistema solare è caotico?

Significa che non possiamo prevedere le orbite con esattezza a lunghissimo termine. Piccolissime differenze oggi, anche di pochi metri sulla posizione di un pianeta, si amplificano nel tempo: Laskar ha calcolato che crescono di un fattore dieci circa ogni dieci milioni di anni.

Non vuol dire che le orbite siano instabili adesso: i pianeti si muovono con regolarità da miliardi di anni. Vuol dire che oltre alcune decine di milioni di anni non possiamo dire con certezza dove saranno. Nel 2009 Laskar e Gastineau hanno stimato in circa l’1 per cento la probabilità che Mercurio diventi instabile nei prossimi 5 miliardi di anni.

Un’orbita eccentrica esclude la vita?

No, non necessariamente. Nel 2002 Darren Williams e David Pollard hanno calcolato che per il clima conta soprattutto la luce media ricevuta nell’arco dell’anno, e che oceani e atmosfera possono attenuare le variazioni. Il requisito di un’orbita quasi circolare è quindi meno stretto di quanto si dica spesso.

Ci sono limiti, ovviamente: un’eccentricità molto alta porterebbe estremi di caldo e freddo difficili da sopportare. Ma tra l’orbita terrestre e i casi estremi c’è un’ampia fascia in cui la vita può esistere, ed è un’osservazione da tenere presente quando si parla di coincidenza.

La stabilità orbitale è una prova di disegno?

No, non lo è. L’orbita quasi circolare della Terra ha una spiegazione fisica: nei dischi di gas e polvere in cui si formano i pianeti, il gas smorza le eccentricità. È un meccanismo noto, non un’ipotesi.

Il Principio Antropico Debole osserva che ci troviamo per forza su un pianeta con un’orbita che permette la vita; il Forte vi legge un’intenzione. La stabilità orbitale è un dato misurato e pesa, ma da sola non dimostra una volontà. Pesa di più insieme agli altri parametri, a partire dalla distanza dal Sole.

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FONTI

• Laskar, J. (1989). A numerical experiment on the chaotic behaviour of the Solar System. Nature, 338, 237–238.
• Laskar, J., Gastineau, M. (2009). Existence of collisional trajectories of Mercury, Mars and Venus with the Earth. Nature, 459, 817–819.
• Berger, A., Loutre, M. F. (1991). Insolation values for the climate of the last 10 million years. Quaternary Science Reviews, 10(4), 297–317.
• Williams, D. M., Pollard, D. (2002). Earth-like worlds on eccentric orbits: excursions beyond the habitable zone. International Journal of Astrobiology, 1(1), 61–69.
• NASA, Planetary Fact Sheet: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/fac