Hvorfor vi har årstider

Jorden er tættest på Solen i begyndelsen af januar, midt i den nordlige vinter. Så afstand kan ikke være det, der gør sommeren varm. Den virkelige årsag er en hældning på omkring 23 grader, og det ændrer alt.

Årstider kommer fra en tilt, ikke fra afstand.

Se.

Gæt først: i hvilken måned er Jorden tættest på Solen?

I begyndelsen af januar, midt i den nordlige vinter. Så afstand kan ikke være det, der gør sommer.

Mange tror, at sommeren kommer, når Jorden er tættere på Solen. Det er ikke sandt. Jorden er tættest på Solen i begyndelsen af Januar, som er vinter i Europa, Nordamerika og det meste af Asien.

Den virkelige grund er, at Jorden er hældt. Dens spin-akse hælder med omkring 23,4 grader. Aksen peger hele året i samme retning (mod Nordstjernen) og er derfor altid den samme. Så:

• I Juni, den nordlige halvdel af Jorden læner sig mod Solen. Dagene er lange, solen stiger højt, og norden har sommer. Syd har vinter.
• I december er det omvendt.
• I marts og september hælder ingen af halvdelene mod Solen. Dag og nat er omtrent lige overalt. Det er jævndøgn.

Prøv Seasons Explorer ovenfor. Flyt datoen og breddegraden, og se to ting ændre sig: hvor højt solen kommer til middag, og hvor mange timers dagslys der er.

Forstået.

To effekter gør sommeren varm:

1. Solens højde. Når solen står højt, rammer lyset jorden mere direkte og hver kvadratmeter får mere energi. Når den er lav, spredes den samme stråle over et større område.
2. Dagens længde. Flere timers sollys betyder mere tid til at varme op og mindre nat til at køle ned.

Solens position nord eller syd for ækvator kaldes dens deklination. Den svinger mellem +23,44° (junisolhverv) og −23,44° (decembersolhverv) og krydser 0° ved jævndøgn.

Ved middagstid er Solens højde over horisonten:

noon height = 90° − |latitude − declination|

For London (51,5° N) i juni: 90 − |51,5 − 23,44| = 61,9°. I december: 90 − |51,5 + 23,44| = 15,1°. Det er en enorm forskel i, hvor stærkt sollyset opvarmer jorden.

Nær polerne sker der noget mærkeligere. Nord for polarcirklen (66,56° N) er der mindst én dag om året, hvor solen aldrig går ned, og en dag, hvor den aldrig står op.

Master

Dagens længde kommer fra solnedgangsvinklen H₀, hvor Solens centrum møder en flad horisont:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   dagslys = 2H₀ / 15 timer

med breddegrad φ og deklination δ, H₀ i grader. Hvis −tan φ · tan δ ≤ −1 går Solen aldrig ned, og hvis den er ≥ 1 står den aldrig op. Ved ækvator (φ = 0) giver formlen 12 timer på hver dag i året.

Det er den geometriske dag. Real daylight is longer by several minutes because the atmosphere bends light over the horizon (refraction, about 0.57°) and because sunrise is defined by the Sun’s top edge, not its centre (about 0.27°). Officielle solopgangstabeller bruger −0,833° i stedet for 0°.

Deklinationen kommer fra Solens ekliptiske længde λ og Jordens skævhed ε: sin δ = sin ε · sin λ. Værktøjet bruger den amerikanske. Naval Observatory’s omtrentlige formel for λ, nøjagtig til omkring 0,01° i dette århundrede.

Afstandseffekten er reel, men lille. Mellem perihelium (147,1 millioner km) og aphelium (152,1 millioner km) ændrer sollyset sig med (152,1/147,1)² ≈ 1,069, omkring 7%. Tilt ændrer middagssolens lys pr. kvadratmeter i London med en faktor på sin 61,9° / sin 15,1° ≈ 3,4 og dagslængden med en faktor på mere end to.