Hvorfor vi har årstider

Jorden er nærmest Solen i begynnelsen av januar, midt i den nordlige vinteren. Så avstand kan ikke være det som gjør sommeren varm. Den virkelige grunnen er en tilt på ca 23 grader, og det endrer alt.

Årstider kommer fra en tilt, ikke fra avstand.

Se.

Gjett først: i hvilken måned er jorden nærmest solen?

I begynnelsen av januar, midt i den nordlige vinteren. Så avstand kan ikke være det som gjør sommer.

Mange tror sommeren skjer når jorden er nærmere solen. Det er ikke sant. Jorden er nærmest Solen i begynnelsen av januar, som er vinter i Europa, Nord-Amerika og det meste av Asia.

Den virkelige grunnen er at jorden er tiltet. Dens spinnakse heller med omtrent 23,4 grader. Aksen peker samme vei i rommet (mot Nordstjernen) hele året. Så:

• I Juni, den nordlige halvdelen av jorden lener seg mot solen. Dagene er lange, solen stiger høyt og nord har sommer. Sør har vinter.
• I desember, er det omvendt.
• I Mars og September, ingen av halvparten lener seg mot solen. Dag og natt er omtrent like overalt. Dette er jævndøgn.

Prøv Seasons Explorer ovenfor. Flytt datoen og breddegraden, og se to ting endre seg: hvor høyt solen kommer til middagstid, og hvor mange timer med dagslys det er.

Forstår

To effekter gjør sommeren varm:

1. Solens høyde. Når solen står høyt, treffer lyset bakken mer direkte og hver kvadratmeter får mer energi. Når den er lav, spres den samme strålen over et større område.
2. Lengden på dagen. Flere timer med sollys betyr mer tid til å varme opp og mindre natt til å kjøle seg ned.

Solens posisjon nord eller sør for ekvator kalles dens deklinasjon. Den svinger mellom +23,44° (junisolhverv) og −23,44° (desembersolhverv) og krysser 0° ved jevndøgnene.

Ved middagstid er solens høyde over horisonten:

Middagshøyde = 90° − |breddegrad − deklinasjon|

For London (51,5° N) i juni: 90 − |51,5 − 23,44| = 61,9°. I desember: 90 − |51,5 + 23,44| = 15,1°. Det er en stor forskjell i hvor sterkt sollys varmer opp bakken.

Nær polene skjer noe merkeligere. Nord for polarsirkelen (66,56° N) er det minst én dag hvert år hvor solen aldri går ned, og en dag når den aldri står opp.

Master

Lengden på dagslyset kommer fra timevinkelen H₀ ved solnedgang, der solens sentrum møter en flat horisont:

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

med breddegrad φ og deklinasjon δ, H₀ i grader. Hvis −tan φ · tan δ ≤ −1 går solen aldri ned, og hvis den er ≥ 1 går den aldri opp. Ved ekvator (φ = 0) gir formelen 12 timer på hver dag i året.

Dette er den geometriske dagen. 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°). Offisielle soloppgangstabeller bruker −0,833° i stedet for 0°.

Deklinasjonen i seg selv kommer fra solens ekliptiske lengdegrad λ og jordens skråhet ε: sin δ = sin ε · sin λ. Verktøyet bruker den amerikanske Naval Observatory’s omtrentlige formel for λ, nøyaktig til ca. 0,01° i dette århundret.

Avstandseffekten er reell, men liten. Mellom perihelium (147,1 millioner km) og aphelium (152,1 millioner km) endres sollyset som når jorden med (152,1/147,1)² ≈ 1,069, omtrent 7 %. Tilt endrer middagssolskinnet per kvadratmeter i London med en faktor på sin 61,9° / sin 15,1° ≈ 3,4, og dagslengden med en faktor på mer enn to.