Entrambi i termini derivano dal greco. Afelio (ἀφήλιον) unisce apo- (“lontano da”) e hḕlios (“Sole”); perielio (περιήλιον) unisce peri- (“vicino, intorno a”) e hḕlios. Keplero introdusse questi termini nell’opera Mysterium Cosmographicum del 1596, sul modello dei termini analoghi già in uso per l’orbita lunare (apogeo e perigeo).
I corpi celesti legati gravitazionalmente al Sole, come pianeti, pianeti nani, asteroidi e la maggior parte delle comete, percorrono orbite ellittiche, con il Sole situato in uno dei due fuochi dell’ellisse.
L’afelio è il punto di massima distanza dal Sole nel corso di un’orbita ellittica ed è anche il punto in cui un corpo celeste tocca la sua velocità orbitale minima, in accordo con la seconda legge di Keplero1. Viceversa, il perielio è il punto di massima vicinanza al Sole nel corso di un’orbita ellittica ed è anche il punto in cui un corpo celeste tocca la sua velocità orbitale massima, sempre per la seconda legge di Keplero.
Insieme, questi due punti estremi - afelio e perielio - vengono chiamati apsidi e la linea immaginaria che li congiunge è detta linea degli apsidi.
Per un’orbita ellittica di semiasse maggiore a ed eccentricità e, le distanze ai due punti si scrivono:
$$ \begin{aligned} r_{\text{afelio}} &= a\left(1+e\right) \\r_{\text{perielio}} &= a\left(1-e\right) \end{aligned} $$Per e = 0 (orbita circolare) i due punti coincidono e la distanza è costante e pari ad a. Detto più semplicemente, se un corpo percorresse un’orbita perfettamente circolare intorno al Sole, non ci sarebbe possibilità di identificare un afelio e un perielio, perché tutti i punti dell’orbita sarebbero equidistanti dal Sole.
Come esempio numerico consideriamo l’orbita terrestre, che ha semiasse maggiore a = 1 UA ed eccentricità e = 0,0167. Ne risulta:
$$ \begin{aligned} r_{\text{afelio}} = 1 \times (1 + 0{,}0167) = 1{,}0167 \text{ UA} \approx 152{,}1 \times 10^6 \text{ km}\\r_{\text{perielio}} = 1 \times (1 - 0{,}0167) = 0{,}9833 \text{ UA} \approx 147{,}1 \times 10^6 \text{ km} \end{aligned} $$È importante specificare che le distanze di afelio e perielio sono misurate tra il centro del Sole e il centro del corpo orbitante (in questo caso la Terra), come avviene convenzionalmente in meccanica celeste.
Curiosamente, la Terra passa al perielio tra il 2 e il 5 gennaio e all’afelio tra il 3 e il 7 luglio: la distanza del nostro pianeta dal Sole è minima quando nell’emisfero boreale è inverno e massima quando è estate. Ciò dimostra che le stagioni sono determinate principalmente dall’inclinazione dell’asse terrestre (che è di circa 23,5°), non dalla distanza dal Sole.
La tabella seguente mostra chiaramente come, a seconda delle caratteristiche geometriche di ciascuna orbita, lo scarto tra la distanza minima (perielio) e massima (afelio) dal Sole possa variare da poche centinaia di migliaia di chilometri, come nel caso di Venere, a miliardi di chilometri, come per la cometa di Halley.
| Corpo | Perielio (au) | Perielio (milioni km) | Afelio (au) | Afelio (milioni km) | Eccentricità |
|---|---|---|---|---|---|
| Mercurio | 0,3075 | 46,00 | 0,4667 | 69,82 | 0,2056 |
| Venere | 0,7184 | 107,48 | 0,7282 | 108,94 | 0,0068 |
| Terra | 0,9833 | 147,10 | 1,0167 | 152,10 | 0,0167 |
| Marte | 1,3814 | 206,65 | 1,6660 | 249,23 | 0,0934 |
| Giove | 4,9501 | 740,52 | 5,4588 | 816,62 | 0,0489 |
| Saturno | 9,0412 | 1352,55 | 10,1238 | 1514,50 | 0,0565 |
| Urano | 18,2861 | 2735,56 | 20,0965 | 3006,39 | 0,0472 |
| Nettuno | 29,8108 | 4459,63 | 30,3271 | 4536,87 | 0,0086 |
| Plutone | 29,6580 | 4436,82 | 49,3050 | 7375,93 | 0,2488 |
| Cometa di Halley | 0,5860 | 87,80 | 35,0820 | 5248,00 | 0,9671 |
La variazione della velocità orbitale lungo l’ellisse deriva dal principio di conservazione del momento angolare. Per una trattazione quantitativa di questo fenomeno e per il calcolo della velocità in ogni punto dell’orbita, si veda la voce Equazione di vis-viva. ↩︎