Hvert år på denne tid, hvor mørket synes at sænke sig over landet – selv i dagtimerne tænker mange på, hvornår det igen går fremad med dagenes længde.
Det gør det selvfølgelig efter vintersolhverv på årets korteste dag, som i år indtræffer torsdag 22. december. Her i Danmark rykker datoen for den korteste dag mellem 21. og 22. december, fordi vi i vores kalender har indarbejdet en skudårsmekanisme, der tilføjer en ekstra dag hvert fjerde år.
Årets korteste dag er defineret som den dag, hvor Solen opnår sin laveste stilling på himlen, dvs. passerer det laveste punkt på ekliptika, der er Solens tilsyneladende bane på himlen. Det sker i år 22. december kl. 06:30. Dette punkt ligger i stjernebilledet Skytten.
Men det er nok ikke de få minutter, som døgnet bliver længere i dagene efter 22. december, der betyder noget. Det er snarere et spørgsmål om, hvor længe det er lyst om aftenen, eller hvornår det lysner om morgenen.
Tidligste solnedgang og seneste solopgang
Årets tidligste solnedgang falder ca. en uge før den korteste dag, mens årets seneste solopgang først indtræffer omkring en uge efter den korteste dag. Det er også tilfældet i år, hvor tidligste solnedgang faldt 14. december, mens den seneste solopgang falder 29. december.
Grunden til at tidligste solnedgang og seneste solopgang falder hhv. før og efter solhverv skyldes to forhold:
- At Jorden roterer om en akse, der hælder 23,5 grader, hvorved Jordens ækvatorplan ikke falder sammen med Jordens baneplan
- At Jordens kredsløbsbane om Solen ikke er en cirkel
Solen ‘flytter sig’ en grad i døgnet
Selv om det er Jorden, der bevæger sig omkring Solen, ser det for en iagttager på Jordens overflade ud, som om det er Solen, der bevæger sig om Jorden.
Kunne vi slukke for dagslyset i vores atmosfære, ville vi se Solen fra dag til dag vandre en grad mod venstre (øst) i forhold til baggrundsstjernerne.
Denne tilsyneladende bevægelse (i virkeligheden Jordens kredsløbsbevægelse) fører Solen langs ekliptika, hvor det højeste punkt over ækvator passeres ved sommersolhverv (21. juni), ækvator ved efterårspunktet (23. september), det laveste punkt passeres ved vintersolhverv (22. december) og forårspunktet på ækvator (20. marts).
Når Jorden har roteret én gang om sin egen akse (et døgn), vil Solen fra middag til næste middag have flyttet sig ca. en grad mod venstre. Det betyder, at Jorden skal udføre en hel rotation (i forhold til stjernehimlen) + ca. en grad ekstra for igen at få Solen i samme stilling som dagen før.
Solen kulminerer på forskellige tidspunkter
Når nu Solens tilsyneladende bevægelse (en grad pr. dag) ikke sker i Jordens ækvatorplan (rotationsplan), men langs ekliptika, der hælder 23,5 grader i forhold til ækvatorplanet, vil Solens daglige bevægelse have forskellig indflydelse på, hvor lang ekstra tid det tager, for at Jorden kan gennemføre et fuldt soldøgn (én rotation i forhold til Solen).
Solens bevægelse langs ekliptika ved forårspunktet og efterårspunktet (jævndøgn) sker i en vinkel på 23,5 grader, hvorved den ekstra grad projiceret ned på ækvator bliver til væsentlig mindre end en grad. Soldøgnet er derfor en smule kortere.
Resultatet bliver, at Solen kulminerer tidligere og tidligere.
Når Solens vandring langs ekliptika sker parallelt med ækvator (ved solhverv), er den projicerede effekt på ækvator større, og soldøgnet noget længere. Resultatet bliver, at Solen kulminerer stadig senere.
Alt andet lige medfører effekten af Jordens aksehældning altså, at soldøgnets længde varierer fire gange om året. To gange er soldøgnet kortere (omkring jævndøgn) end middelværdien på 24 timer, og to gange er det længere (omkring solhverv).
Jordens bevægelse om Solen
Jordens kredsløbsbane om Solen er ellipseformet med Solen anbragt i ellipsens ene brændpunkt. Jordens egen rotation er meget konstant, mens Jordens fart i kredsløbsbanen varierer. Farten er størst, når afstanden er mindst i begyndelsen af januar.
Disse to forhold er formuleret i hhv. Keplers første og anden lov for planeternes bevægelse om Solen.
Det solnærmeste punkt kaldes perihelium. Når farten er stor, bevæger Jorden sig et længere stykke langs sin krumme bane.
Banens krumning medfører, at Jorden skal dreje sig en smule mere for at fuldføre et soldøgn. Det får – alt andet lige – den konsekvens, at soldøgnet er en smule længere end middelværdien på 24 timer i den del af banen, der ligger omkring perihelium (vinterhalvåret).
I perioden omkring korteste dag vil begge faktorer virke i samme retning, og soldøgnet er derfor markant længere end middelværdien. Faktisk er det så meget som 30 sekunder for langt i slutningen af december.
Solhøjden, der har ansvaret for, hvor lang Solens dagbue bliver, varierer derimod ikke ret meget i perioden fra 14. til 29. december.
Faktisk er variationen af solhøjden i denne periode kun godt halvt så stor som solskiven. Så selv om dagens længde næsten ikke ændrer sig i denne periode, så forskydes tidspunktet for, hvornår Solen kommer på himlen for at fuldføre sin vandring hen over himlen.
