L’inclinazione dell’asse terrestre di 23°1/2 sul piano dell’orbita che la terra descrive intorno al sole, rimane sempre costante in ogni punto dell’orbita stessa.

Questo significa che l’asse terrestre è rivolto sempre verso lo stesso punto del cielo durante il moto della terra intorno al sole. Nell’emisfero Nord la proiezione dell’asse terrestre nel cielo notturno (North Celestial Pole) coincide quasi con la stella Polare.

Così mentre tutte le altre stelle descrivono un moto di rivoluzione intorno alla proiezione dell’asse nel cielo per effetto della rotazione terrestre, la stella Polare rimane quasi stazionaria ora dopo ora e giorno dopo giorno.

Poiché la terra é sferica, la posizione della stella Polare relativa all’orizzonte dipende dalla latitudine in cui é posto l’osservatore. Per esempio all’equatore (0° di latitudine) un osservatore vedrebbe la stella Polare all’orizzonte Nord, mentre se si trovasse al polo Nord (90° di latitudine) la stella Polare gli apparirebbe direttamente sopra la sua testa.

In tutti i punti intermedi, l’osservatore vedrebbe la stella Polare a diversi gradi sopra l’orizzonte (per esempio a 30° di latitudine la vedrebbe a 30° sopra l’orizzonte a 40° a 40° sopra l’orizzonte e così via..).

In realtà non è così: le stagioni non si alternano a causa dello spostamento dell'asse terrestre, ma proprio perché questo rimane fermo (o quasi, come vedremo più avanti).

Come si osserva nella figura 1 l'asse mantiene sempre la stessa inclinazionee questo fa sì che l’angolo tra l’asse terrestre ed il raggio che unisce la terra con il sole cambi attraverso l’anno. Due volte all’anno, attorno al 21 marzo e al 22 settembre, le due direzioni sono perpendicolari. Queste date sono gli equinozi e sono le uniche due in cui in tutto il globo la durata della notte è uguale a quella del giorno: 12 ore. Due volte all’anno l’angolo tra l’asse terrestre ed il raggio che unisce la Terra con il Sole, raggiunge il suo valore minimo (23.5 gradi): durante il solstizio d’estate (21 giugno), quando il polo nord è inclinato verso il Sole, e durante il solstizio d’inverno (21 dicembre) quando è il polo sud ad essere inclinato verso il Sole.

Il limite AB (nella figura 2) tra la notte ed il giorno è sempre perpendicolare rispetto alla direzione dei raggi solari. Al solstizio d’estate il Sole si trova a sinistra rispetto alla figura 2. È evidente che nell’emisfero settentrionale il giorno avrà una durata maggiore della notte ed i raggi solari saranno meno inclinati rispetto a quelli che raggiungono l’emisfero meridionale. Di conseguenza al nord avremo l’estate ed al sud l’inverno. Viceversa per quanto riguarda il solstizio d’inverno. Da notare che al solstizio d’estate il polo nord è sempre illuminato dal sole (giornata di 24 ore) mentre il polo sud è sempre in ombra (notte di 24 ore). Viceversa al solstizio d’inverno.

Questa quindi è l’origine delle stagioni.

Torniamo alla domanda iniziale: la direzione dell’asse terrestre. Oggi punta verso la stella polare, ma in realtà non è sempre stato così: l’asse terrestre subisce altri due movimenti, oltre alla rotazione, prodotti dalle attrazioni gravitazionali del Sole e della Luna: il movimento di precessione degli equinozi e quello di nutazione.

Senza entrare nella meccanica di questi due movimenti, diremo solo che il movimento di nutazione produce piccole oscillazioni dell’asse terrestre, trascurabili per il discorso che facciamo qui, mentre quello di precessione è circolare, antiorario ed ha un ciclo di circa 25.700 anni.

Già gli antichi greci scoprirono che la posizione degli equinozi si spostava verso ovest rispetto alle stelle fisse. Ai tempi dei Greci però non era ancora nota l’esatta quantità dello spostamento, che oggi è misurata in circa 50,3 secondi per anno, oppure di 1 grado ogni 71.6 anni.

Uno degli effetti del movimento di precessione degli equinozi è che la stella polare non è sempre stata la stessa (figura 4): oggi coincide con la stella al timone dell’orsa minore, ma nel 2000 prima di Cristo coincideva con la stella Thuban, della costellazione del Drago. Tra circa 5000 anni si troverà invece nella costellazione di Cepheus

L’asse terrestre si sposta molto lentamente nello spazio ed impiega circa 25.700 anni a compiere un circolo completo. Gli effetti di tale movimento sulla Terra sono rilevanti in quanto, tra l’altro, influiscono sulla quantità di radiazione solare ricevuta dal nostro pianeta e quindi sul suo clima. Poiché però il movimento è molto lento, non ce ne possiamo accorgere nel corso della nostra vita. Per quanto riguarda l’attuale stella polare, possiamo ancora fare affidamento sul fatto che, ancora per qualche centinaio di anni, essa ci indicherà il nord con un’ottima approssimazione.