Waarom komt de kortste daglengte niet overeen met de laatste zonsopkomst?
Op het noordelijk halfrond is er elk jaar rondom 21 december sprake van de kortste dag, maar de laatste zonsopkomst vindt altijd later plaats. Rondom 21 juni is er sprake van de langste dag, terwijl de laatste zonsondergang altijd later plaatsvindt. Een alternatieve kop had dus kunnen zijn: 'Waarom komt de langste daglengte niet overeen met de laatste zonsondergang?'
Binnen dit artikel leg ik het principe uit van de 'tijdsvereffening', omdat deze tot een aantal opvallende waarnemingen leidt. Het afgebeelde 'analemma' van de zon hierboven - de stand van de zon op hetzelfde moment van de dag over een heel jaar voor een bepaalde lokatie - is het gevolg van dezelfde dynamische baanbewegingen die de tijdsvereffening veroorzaken.
Tijdsvereffening is de wetenschap en grafiek van hoe zonsopkomst en zonsondergang over het jaar heen uit de pas lopen met onze 24-uurs middelbare kloktijd. Waarbij 'middelbaar' staat voor de gemiddelde tijd binnen een tijdzone. Onze 24-uurs middelbare kloktijd betreft namelijk een gemiddelde van de zonnetijd over een heel jaar. Gedurende het jaar varieert de actuele zonnetijd van zonsopkomst tot zonsopkomst voor een deel onafhankelijk van de daglichtlengte en dit resulteert in zonne-etmalen die zowel regelmatig naar boven als naar beneden afwijken ten opzichte van onze 24-uurs middelbare etmalen. Dit effect is voor alle tijdzones eender.
Over een lijn van oost naar west binnen elke tijdzone is er hiernaast sprake van een structurele afwijking van de zonnetijd die voor elke specifieke geografische lokatie binnen die tijdzone constant is. Deze constante afwijking van de zonnetijd wordt in meerdering of in mindering gebracht op de tijdsvereffening, afhankelijk van de specifieke geografische lokatie. Zowel de tijdsvereffening als de geografische correctie zijn reeds verdisconteerd als je de zonsopkomst en zonsondergang voor een specifieke geografische lokatie opzoekt.
I. Daglichtlengte is een rechtstreeks gevolg van breedtegraad en baanpositie
Daglichtlengte is een rechtstreeks gevolg van de breedtegraad en de baanpositie van de aarde in zijn omloopbaan om de zon. De baanpositie van de scheve aardas in zijn omloopbaan om de zon bepaalt rechtstreeks de daglichtlengte voor elke afzonderlijke breedtegraad, min of meer overeenkomstig de afbeeldingen hieronder.
Images by Przemyslaw "Blueshade" Idzkiewicz, CC BY-SA 2.0
II. Zonsopkomst en -ondergang houden deels verband met de daglichtlengte
Intuïtief verwachten de meeste mensen waarschijnlijk hierom dat de kortste dag samenvalt met de laatste zonsopkomst en dat de langste dag samenvalt met de laatste zonsondergang. Dit blijkt echter niet helemaal te kloppen. De laatste zonsopkomst ijlt bijna twee weken na op de kortste dag en de laatste zonsondergang ijlt bijna een week na op de langste dag. De opsommingen van zonsopkomsten en zonsondergangen rondom beide zonnewendes in mijn woonplaats Amerongen onder bovengenoemde URL's illustreren dit punt heel duidelijk.
Als zinnige analogie om naar een verklaring toe te werken, kunnen we daglichtlengte het beste beschouwen als de breedte van een venster op de verlichte aarde en de positie van het venster aan weerszijden als de kloktijden van zonsopkomst en zonsondergang. Zoals ik eerder al aangaf, past de breedte van dit venster zich rechtstreeks aan aan de breedtegraad en de baanpositie van de aarde in zijn omloopbaan om de zon.
Onze 24-uurs middelbare kloktijd is gebaseerd op een min of meer stabiele aardrotatie van 23 uur 56 minuten en 4 seconden en een relatief variabele hoeksnelheid van de aarde van gemiddeld 3 minuten en 56 seconden over het 'tropisch jaar' (zie Deel II. Rotatie van de aarde om zijn eigen as).
III. Zonsopkomst en -ondergang houden deels verband met de hoeksnelheid van de aarde
Naast dat zonsopkomst en zonsondergang vanzelfsprekend beïnvloed worden door de daglichtlengte gelden er echter nog twee extra afhankelijkheden. Afhankelijkheden die in het geheel niet door de daglichtlengte worden gedicteerd, maar rechtstreeks verband houden met de variabele lengte van ons zonne-etmaal. Enerzijds de afhankelijkheid van de variabele hoeksnelheid van de aarde om de zon als gevolg van zijn variabele baansnelheid. Anderzijds de afhankelijkheid van de variabele hoeksnelheid van de aarde om de zon als gevolg van zijn baanpositie in relatie tot de scheve aardas.
De baansnelheid van de aarde in zijn omloopbaan om de zon leidt rondom het perihelium tot een grotere hoeksnelheid dan rondom het aphelium. Dit heeft te maken met het licht-elliptische karakter van onze omloopbaan. Dit is nog vrij eenvoudig intuïtief aan te voelen en af te beelden, omdat baansnelheid en hoeksnelheid richting het perihelium toenemen en richting het aphelium weer afnemen. Het betreft een éénjarige cyclus, welke je terugvindt in de grafiek van de tijdsvereffening verderop.
De afbeelding hieronder geeft een extreem voorbeeld weer van een excentrische omloopbaan met hierin het perihelium en aphelium. De baan van de aarde om de zon is overigens veel minder excentrisch.
Hetgeen daarentegen intuïtief een stuk moeilijker aan te voelen en af te beelden is, is dat de draairichting van de aarde van oost naar west in relatie tot onze scheve aardas en de richting van onze baanbeweging van oost naar west resulteren in een grotere hoeksnelheid rondom beide zonnewendes dan rondom beide equinoxen. Dit heeft namelijk te maken met hoe de helling van de aardas is georiënteerd ten opzichte van zijn oost-west draai- en baanbeweging om de zon. Het betreft een halfjaarlijkse cyclus, welke je eveneens terugvindt in de grafiek van de tijdsvereffening hieronder. Hiervoor moet je de sinusoïdale wiskunde eenvoudigweg maar vertrouwen!
Beide cycli bij elkaar opgeteld, leiden tot het principe van de tijdsvereffening (Equation of time) visueel afgebeeld in de grafiek hieronder, zijnde het cumulatieve verschil tussen de plaatselijke 24-uurs middelbare kloktijd en de actuele zonnetijd. Het verschil tekent zich af in gelijktijdige cumulatieve verschuivingen van zonsopkomst en zonsondergang gedurende het jaar in relatie tot onze 24-uurs middelbare kloktijd. Het afgebeelde 'analemma' van de zon boven de titelkop - de stand van de zon op hetzelfde moment van de dag over een heel jaar voor een bepaalde lokatie - is het gevolg van dezelfde dynamische baanbewegingen die de tijdsvereffening veroorzaken.
IV. De tijdsvereffening leidt tot een aantal opvallende waarnemingen
Uit bovenstaande grafiek valt op te maken dat rondom beide zonnewendes de middelbare kloktijd enkele minuten voorloopt op onze actuele zonnetijd. Oplopend tot wel 14 minuten begin februari. Begin november loopt de middelbare kloktijd daarentegen tot wel 16,5 minuten achter op onze actuele zonnetijd. Deze verschuivingen vinden altijd gelijktijdig plaats voor zowel zonsopkomst als zonsondergang.
- A. Het leidt zowel tot een progressief latere zonsopkomst als een progressief latere zonsondergang rondom de winterzonnewende volgens onze 24-uurs middelbare klok. Dit leidt dus juist bij inmiddels toenemende daglichtlengte op het noordelijk halfrond tot de TEGENINTUÏTIEVE waarneming van een alsmaar LATERE zonsopkomst. Dit effect duurt ongeveer twee weken, waarna het rap wordt verdrongen door de oplopende daglichtverlenging.
- B. Vanwege de sterk progressief latere zonsondergangen tot begin februari lijkt met name de daglichtverlenging op het noordelijk halfrond in januari veel sneller te verlopen dan dat ze in werkelijkheid doet. De gelijktijdige progressief latere zonsopkomsten maken namelijk dat dit in werkelijkheid niet zozeer het geval is. Veel mensen valt het namelijk op dat het na medio januari wel heel snel langer licht lijkt te worden.
- C. Vanwege de sterk progressief eerdere zonsondergangen tot begin november lijkt de daglichtverkorting op het noordelijk halfrond met name rondom die periode extra snel plaats te vinden. Sneller dan ze in werkelijkheid doet. De gelijktijdige progressief eerdere zonsopkomsten maken namelijk dat dit in werkelijkheid niet zozeer het geval is.
- D. Het leidt zowel tot een progressief latere zonsopkomst als een progressief latere zonsondergang rondom de zomerzonnewende volgens onze 24-uurs middelbare klok. Bij inmiddels afnemende daglichtlengte leidt dit dus juist tot de TEGENINTUÏTIEVE waarneming van een alsmaar LATERE of GELIJKBLIJVENDE zonsondergang. Dit effect duurt ongeveer een week, waarna het rap wordt verdrongen door de oplopende daglichtverkorting.
Het tegenintuïtieve effect doet zich overeenkomstig de duidelijk minder steile grafiek zwakker/korter voor rondom de zomerzonnewende dan rondom de winterzonnewende op het noordelijk halfrond.
Op het zuidelijk halfrond
Op het zuidelijk halfrond werkt de tijdsvereffening eender qua richting, maar omgedraaid met betrekking tot zomer- en winterzonnewende en daglichtverkorting en -verlenging. Met een tegenintuïtief alsmaar LATERE zonsondergang rondom de zomerzonnewende en een tegenintuïtief alsmaar LATERE of GELIJKBLIJVENDE zonsopkomst rondom de winterzonnewende. [punten a + d]
Vanwege de sterk progressief latere zonsondergangen tot begin februari lijkt met name de daglichtverkorting op het zuidelijk halfrond in januari veel langzamer te verlopen dan dat ze in werkelijkheid doet. Vanwege de sterk progressief eerdere zonsondergangen tot begin november lijkt de daglichtverlenging op het zuidelijk halfrond met name rondom die periode extra langzaam plaats te vinden. Langzamer dan ze in werkelijkheid doet. [punten b + c].
Tenslotte
Met name voor de punten b + c geldt dat deze natuurlijk enigszins individueel bepaald kunnen worden geïnterpreteerd, deels afhankelijk van of je een overduidelijk ochtend- of avondmens bent!
Dit bronartikel in het Engels vormde de aanvankelijke inspiratie voor mijn artikel.
Deel dit bericht
Loading