Η ημέρα δεν είναι 24 ώρες

Το σύστημά μας για τον χρόνο ώθησης βασίζεται στην παραδοχή ότι κάθε μέρα έχει ακριβώς 24 ώρες - ακριβώς με ακρίβεια, χωρίς εξαιρέσεις. Αυτή η ιδέα είναι πλήρως ριζωμένη στον πολιτισμό μας, μια βασική αρχή της σύγχρονης τεχνολογικής μας κοινωνίας. Ταυτόχρονα, διδάσκουμε στο σχολείο ότι μια μέρα αντιστοιχεί σε μια πλήρη περιστροφή της Γης στον άξονά της. Δυστυχώς, αυτές οι δύο έννοιες δεν ταιριάζουν αρκετά - και η αναντιστοιχία είναι κάτι παραπάνω από λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου. Στην πραγματικότητα, η αναντιστοιχία ανέρχεται σε αρκετά λεπτά κάθε μέρα. Επιπλέον, επειδή η παραδοσιακή μας έννοια της «ημέρας» ορίζεται στην πραγματικότητα από τον κύκλο του φωτός του ήλιου και του σκότους - και όχι από μια περιστροφή της Γης - το μήκος μιας πραγματικής ημέρας δεν είναι συνεπές, αλλά διαφέρει κάπως κατά τη διάρκεια του έτους. Προσποιούμαστε μόνο ότι όλες οι ημέρες έχουν το ίδιο μήκος - με μέσο όρο της διάρκειας όλων των ημερών του έτους και, στη συνέχεια, ορίζοντας αυτόν τον μέσο όρο ως «τυπική ημέρα» ακριβώς 24 ωρών.

Αυτό δεν είναι κακό. Στην πραγματικότητα, ήταν πολύ χρήσιμο να καθορίσουμε το σύστημα χρόνου μας με αυτόν τον τρόπο. Αλλά μόλις καταλάβετε γιατί αυτό το σύστημα δεν ταιριάζει απόλυτα με τον πραγματικό κόσμο, τότε μπορείτε να αρχίσετε να κατανοείτε αρκετά ενδιαφέροντα φαινόμενα. Για παράδειγμα, θα σκεφτόσασταν ότι το νωρίτερο ηλιοβασίλεμα και η τελευταία ανατολή θα συνέβαιναν και τα δύο τη συντομότερη ημέρα του έτους, που είναι η πρώτη ημέρα του χειμώνα. Αλλά αυτό δεν ισχύει καθόλου.

Εάν ο ορισμός μας για μια ημέρα βασίστηκε πραγματικά σε μια πλήρη περιστροφή της Γης στον άξονά της - μια περιστροφή 360 μοιρών - τότε μια ημέρα θα ήταν 23 ώρες, 56 λεπτά και 4 δευτερόλεπτα. Αυτό είναι σχεδόν 4 λεπτά μικρότερο από την 24ωρη κανονική ημέρα μας. Ωστόσο, η έννοια της «ημέρας» βασίζεται εδώ και πολύ καιρό στον φυσικό κύκλο του ηλιακού φωτός - μια περίοδο φωτός της ημέρας ακολουθούμενη από μια περίοδο χωρίς φως της ημέρας. Η αναντιστοιχία σχεδόν 4 λεπτών οφείλεται στο ότι η Γη πρέπει να περιστρέφεται περισσότερο από 360 μοίρες από τη μία αυγή στην άλλη. Όπως γνωρίζετε, η Γη βιώνει δύο ταυτόχρονες κινήσεις - όχι μόνο περιστρέφεται στον άξονα της, αλλά ταξιδεύει επίσης σε τροχιά γύρω από τον ήλιο. Σε μια περίοδο μιας ημέρας, η Γη ταξιδεύει περίπου το 1/365 του δρόμου γύρω από τον ήλιο (επειδή χρειάζεται περίπου 365 ημέρες για να περάσει ολόγυρα, έτσι ορίζουμε το έτος). Αυτή η καθημερινή πρόοδος στην τροχιά της Γης είναι σχεδόν ακριβώς ένας βαθμός (ορίζεται ως 1/360 ενός κύκλου). Επομένως, η Γη πρέπει να γυρίζει έναν επιπλέον βαθμό για να ευθυγραμμιστεί ξανά με τον ήλιο κάθε μέρα. Το αποτέλεσμα είναι ότι ένας πλήρης κύκλος ηλιακού φωτός και σκοτάδι - μια μέρα - αντιπροσωπεύει μια περιστροφή περίπου 361 μοίρες, όχι 360 μοίρες. Αν και ένα έτος αποτελείται από 365 και ένα τέταρτο ημέρες, η Γη περιστρέφεται πραγματικά 366 και ένα τέταρτο φορές κατά τη διάρκεια ενός έτους. Από την άποψη της ανατολής και του ηλιοβασιλέματος, ένα πλήρες γύρισμα αναιρείται κάθε χρόνο από το ταξίδι γύρω από τον ήλιο.

Μια αστρική ημέρα

Ένας άλλος τρόπος έκφρασης αυτής της ιδέας είναι ότι η διάρκεια μιας ημέρας εξαρτάται από το πλαίσιο αναφοράς μας. Για λόγους που είναι και παραδοσιακοί και λογικοί, συνήθως χρησιμοποιούμε τον ήλιο ως αναφορά μας όταν ορίζουμε μια μέρα. Αλλά αν θέλουμε να ορίσουμε μια ημέρα ως ένα πλήρες γύρισμα της Γης στον άξονά της, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα αστέρια ως αναφορά μας. Παρατηρώντας τις θέσεις των αστεριών στον ουρανό, μπορούμε να προσδιορίσουμε πότε η Γη έχει ολοκληρώσει ακριβώς μία περιστροφή. Καλούμε μια ημέρα που ορίζεται με αυτόν τον τρόπο μια αστρική ημέρα ή μια πλευρική ημέρα. (Οι δύο όροι έχουν ελαφρώς διαφορετικούς ορισμούς, αλλά σχεδόν πανομοιότυπα αποτελέσματα.)

Σε μια αστρική ημέρα, κάθε αστέρι αυξάνεται περίπου την ίδια ώρα κάθε μέρα. Πιο συγκεκριμένα, κάθε αστέρι φτάνει στο υψηλότερο σημείο του στον ουρανό ταυτόχρονα κάθε αστρική ημέρα. Αυτό συμβαίνει επειδή, στην αρχή και στο τέλος μιας πλήρους περιστροφής της Γης, οποιοδήποτε δεδομένο σημείο στη Γη αντιμετωπίζει τώρα την ίδια κατεύθυνση στο διάστημα. (Με άλλα λόγια, οποιοδήποτε σημείο στη Γη αντιμετωπίζει τώρα την ίδια κατεύθυνση με αναφορά στα άλλα αστέρια του γαλαξία μας.) Αλλά επειδή μια αστρική ημέρα είναι περίπου 4 λεπτά μικρότερη από μια παραδοσιακή ηλιακή ημέρα, αυτό σημαίνει ότι κάθε δεδομένο αστέρι αυξάνεται περίπου 4 λεπτά νωρίτερα κάθε μέρα. Για παράδειγμα, αν σας αρέσει να εντοπίζετε τον αστερισμό Orion το φθινόπωρο και το χειμώνα, τότε θα παρατηρήσετε ότι αυξάνεται λίγο νωρίτερα κάθε βράδυ. Εάν βγαίνετε ακριβώς στις 11:00 μ.μ. κάθε βράδυ για να σημειώσετε τη θέση του Orion, θα δείτε ότι κάθε βράδυ ο αστερισμός είναι λίγο υψηλότερος στον ανατολικό ουρανό από ό, τι πριν από τη νύχτα.

Σε αντίθεση με μια ηλιακή ημέρα, της οποίας το πραγματικό μήκος ποικίλλει καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους, η διάρκεια μιας αστρικής ημέρας είναι αρκετά σταθερή - πάντα 23 ώρες, 56 λεπτά και 4 δευτερόλεπτα. Ωστόσο, εάν θέλετε να είστε ακριβείς στο χιλιοστό του δευτερολέπτου (1/1000 του δευτερολέπτου), τότε πρέπει να λάβετε υπόψη διάφορα είδη «ταλαντώσεων» που επηρεάζουν την κατεύθυνση του άξονα της Γης. (Η μεγαλύτερη από αυτές τις ταλαντώσεις είναι ένας κύκλος 26.000 ετών που ονομάζεται αξονική μετάπτωση.) Πρέπει επίσης να εξετάσετε την πολύ σταδιακή επιβράδυνση της περιστροφής της Γης. (Μια πλήρη περιστροφή διαρκεί περίπου 1,7 χιλιοστά του δευτερολέπτου περισσότερο από ό, τι πριν από έναν αιώνα.)

Μια Ηλιακή Ημέρα

Σε αντίθεση με μια αστρική ημέρα, μια ηλιακή ημέρα - ένας πλήρης κύκλος ηλιακού φωτός και σκοτάδι - είναι πολύ πιο μεταβλητή σε μήκος. Ωστόσο, το ποσό της μεταβλητότητας εξαρτάται εν μέρει από το πότε σκέφτεστε την ημέρα να ξεκινήσει. Για παράδειγμα, μπορείτε να θεωρήσετε "μια νέα μέρα" ως αρχή την αυγή, όταν ο ήλιος ανατέλλει ή μπορείτε να θεωρήσετε την ημέρα ως λήξη όταν ο ήλιος δύει - οπότε η επόμενη μέρα ξεκινά το ηλιοβασίλεμα. (Αρκετές εξέχουσες θρησκείες εξακολουθούν να χρησιμοποιούν το τελευταίο σύστημα.) Μια τρίτη επιλογή είναι να πούμε ότι η νέα μέρα ξεκινά ακριβώς στο μέσο της νύχτας - στα μισά του ηλιοβασιλέματος και της ανατολής. (Αυτή η στιγμή μπορεί να ονομαστεί «αληθινά μεσάνυχτα».) Σε οποιοδήποτε από αυτά τα συστήματα, η διάρκεια μιας ημέρας ποικίλλει καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους, αλλά η μέση διάρκεια είναι 24 ώρες. Ωστόσο, το σύστημα των μεσάνυχτων παρουσιάζει πολύ λιγότερη μεταβλητότητα στη διάρκεια της ημέρας από ότι τα συστήματα της αυγής ή του σούρουπου.

Στο τρέχον σύστημα τυπικής ώρας μας, μια νέα ημέρα ξεκινά πράγματι τα μεσάνυχτα - εκτός από το ότι δεν είναι αληθινά τα μεσάνυχτα. Σε οποιαδήποτε δεδομένη τοποθεσία, οποιαδήποτε δεδομένη ημέρα, μπορεί να υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ πραγματικών μεσάνυχτων και μεσάνυχτων σύμφωνα με την κανονική ώρα. Στις ΗΠΑ, η διαφορά μπορεί να είναι τόσο μεγάλη όσο μια ώρα - και κατά τους μήνες της θερινής ώρας, η διαφορά μπορεί να φτάσει ακόμη και σε δύο ώρες. Στην πολύ δυτική Κίνα, η διαφορά μεταξύ του κανονικού και του πραγματικού χρόνου είναι τρεις ώρες, αποτέλεσμα της πλήρωσης ολόκληρης της χώρας σε μια ενιαία ζώνη ώρας.

Αν και μπορείτε να θεωρήσετε τη διάρκεια μιας πραγματικής ηλιακής ημέρας ως το χρονικό διάστημα από ένα πραγματικό μεσάνυχτα έως το επόμενο πραγματικό μεσάνυχτο, μια λογική εναλλακτική λύση είναι να το θεωρήσετε ως το χρονικό διάστημα από το ένα πραγματικό μεσημέρι έως το επόμενο πραγματικό μεσημέρι. Σε οποιαδήποτε δεδομένη τοποθεσία, το πραγματικό μεσημέρι εμφανίζεται ακριβώς στα μισά του δρόμου μεταξύ της ανατολής και του ηλιοβασιλέματος (υποθέτοντας έναν σχετικά επίπεδο ορίζοντα, χωρίς βουνά). Είναι επίσης η στιγμή που ο ήλιος φτάνει στο ψηλότερο σημείο του στον ουρανό για εκείνη την ημέρα. Στις βόρειες εύκρατες περιοχές του κόσμου, ο ήλιος αναμένεται νότος το μεσημέρι. Στις νότιες εύκρατες περιοχές του κόσμου, ο ήλιος αναμένεται βόρεια το μεσημέρι. Στις τροπικές περιοχές - δηλαδή, σε οποιοδήποτε μέρος του κόσμου που βρίσκεται νότια του Τροπικού Καρκίνου και βόρεια του Τροπικού του Αιγόκερω - ο ήλιος θα είναι είτε βόρειος είτε νότος νότος το μεσημέρι, ανάλογα με την ημέρα του έτους είναι. Επιπλέον, δύο φορές το χρόνο στις τροπικές περιοχές ο ήλιος είναι άμεσα πάνω από το μεσημέρι. Οι ακριβείς ημερομηνίες αυτού του φαινομένου ποικίλλουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος της τοποθεσίας.

Παραλλαγές σε μια Ηλιακή Ημέρα

Εάν η τροχιά της Γης γύρω από τον ήλιο ήταν απόλυτα κυκλική, τότε το μήκος μιας πραγματικής ηλιακής ημέρας - ο χρόνος από το ένα μεσημέρι μέχρι το επόμενο - θα ήταν αρκετά συνεπής καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους. Ωστόσο, η τροχιά της Γης είναι στην πραγματικότητα μια έλλειψη, αν και αρκετά κοντά στην κυκλική. Κατά συνέπεια, η απόσταση μεταξύ της Γης και του ήλιου ποικίλλει κατά τη διάρκεια του έτους κατά περίπου 3% (περίπου 3 εκατομμύρια μίλια). Η ταχύτητα με την οποία η Γη ταξιδεύει γύρω από τον ήλιο κυμαίνεται επίσης κατά περίπου 3% κατά τη διάρκεια του έτους και είναι ταχύτερη όταν η Γη είναι πιο κοντά στον ήλιο. Η μεταβαλλόμενη απόσταση και η μεταβαλλόμενη ταχύτητα και οι δύο επηρεάζουν το μήκος μιας πραγματικής ηλιακής ημέρας - επειδή και οι δύο επηρεάζουν πόσους βαθμούς η Γη πρέπει να περιστρέφεται μεταξύ δύο διαδοχικών στιγμών πραγματικού μεσημεριανού σε οποιαδήποτε δεδομένη τοποθεσία. Η διάρκεια μιας πραγματικής ηλιακής ημέρας στα τέλη Δεκεμβρίου είναι περίπου 24 ώρες συν 30 δευτερόλεπτα. Η διάρκεια μιας πραγματικής ηλιακής ημέρας στα μέσα Σεπτεμβρίου είναι περίπου 24 ώρες μείον 21 δευτερόλεπτα. Έτσι, η διάρκεια μιας ηλιακής ημέρας ποικίλλει κατά σχεδόν ένα λεπτό κατά τη διάρκεια του έτους.

Αν και αυτό το φαινόμενο είναι σχετικά μικρό όταν λαμβάνετε υπόψη μία μόνο ημέρα, είναι αρκετά αισθητό όταν συσσωρεύεται για αρκετούς μήνες. Φανταστείτε ότι έχετε δύο ρολόγια. Το πρώτο ρολόι, το οποίο είναι απλά ένα πολύ ακριβές ηλιακό ρολόι, δείχνει την πραγματική τοπική ώρα, συμπεριλαμβανομένου του αληθινού μεσημεριανού. Το δεύτερο ρολόι είναι ηλεκτρικό, αλλά αντί να ρυθμίζεται στην κανονική ώρα σύμφωνα με την τοπική ζώνη ώρας, ρυθμίζεται στην τοπική μέση ώρα. Με άλλα λόγια, το ηλεκτρικό ρολόι υποθέτει ότι όλες οι ημέρες είναι ακριβώς 24 ώρες (η λέξη «μέσος» σημαίνει μέσος όρος), αλλά ότι ο μέσος χρόνος του μεσημέρι πρέπει να ταιριάζει με το τοπικό πραγματικό μεσημέρι, όπως υποδεικνύεται από το ηλιακό ρολόι. Τέσσερις φορές το χρόνο, τα δύο ρολόγια θα συμφωνήσουν ως προς το πότε είναι το μεσημέρι. Αλλά στις αρχές Φεβρουαρίου, το ηλεκτρικό ρολόι δείχνει το μεσημέρι 14 λεπτά πριν το ηλιακό ρολόι. Στις αρχές Νοεμβρίου, το ηλεκτρικό ρολόι δείχνει το μεσημέρι 16 λεπτά αργότερα από ό, τι το ηλιακό ρολόι. Αυτή είναι μια μάλλον έντονη διαφορά!

Αυτή η αναντιστοιχία είναι ο λόγος για τον οποίο το νωρίτερο ηλιοβασίλεμα και η τελευταία ανατολή του χρόνου δεν συμβαίνουν τη συντομότερη ημέρα του έτους - το χειμερινό ηλιοστάσιο - που εμφανίζεται στις 21 Δεκεμβρίου ή κοντά στο βόρειο ημισφαίριο. (Στο νότιο ημισφαίριο, η 21η Δεκεμβρίου είναι η μεγαλύτερη ημέρα του χρόνου και επομένως η πρώτη ημέρα του καλοκαιριού.) Εάν χρησιμοποιήσαμε πραγματικά την πραγματική ώρα του ήλιου (σε αντίθεση με την τοπική μέση ώρα ή την κανονική ώρα), τότε η τελευταία ανατολή και το νωρίτερο ηλιοβασίλεμα του έτους θα συνέβαινε πράγματι στο χειμερινό ηλιοστάσιο, την πρώτη ημέρα του χειμώνα.

Ζώνες ώρας

Η χρήση του πραγματικού χρόνου του ήλιου εγκαταλείφθηκε όταν τα μηχανικά ρολόγια μας επέτρεπαν - ή ίσως μας ανάγκασαν - να υιοθετήσουμε ένα κανονικό μήκος 24 ωρών την ημέρα, ανεξάρτητα από την πραγματική θέση του ήλιου. Έτσι η ώρα του ήλιου αντικαταστάθηκε από την τοπική μέση ώρα - πριν από αρκετούς αιώνες. Αλλά φυσικά, δεν χρησιμοποιούμε πλέον τον τοπικό μέσο χρόνο. Αν το κάναμε, τότε όποτε ταξιδεύατε μερικά μίλια ανατολικά ή δυτικά, θα πρέπει να προσαρμόσετε το ρολόι σας. Από τη δεκαετία του 1880, βασίζαμε αντ 'αυτού τον κανονικό χρόνο, με βάση τις ζώνες ώρας. Η ιδέα είναι να χωριστεί ο κόσμος σε 24 ρίγες ή ζώνες Βορρά-Νότου. Σε κάθε ζώνη, όλοι χρησιμοποιούν τον ίδιο χρόνο. Καθώς πηγαίνετε από τη μία ζώνη στην άλλη, συνήθως προσαρμόζετε τα ρολόγια σας ακριβώς μία ώρα. Κάθε ζώνη ώρας έχει μέσο πλάτος 15 μοίρες γεωγραφικού μήκους (διαιρώντας 360 μοίρες σε 24 ίσα κομμάτια). Αυτό μεταφράζεται σε πλάτος περίπου 1000 μίλια στον ισημερινό, αλλά οι ζώνες ώρας σταδιακά στενεύουν καθώς πλησιάζετε τους πόλους της Γης.

Σε κάθε ζώνη ώρας, η τυπική ώρα βασίζεται στον τοπικό μέσο χρόνο σε συγκεκριμένο γεωγραφικό μήκος εντός της ζώνης. Για παράδειγμα, στην Ανατολική Ζώνη Ώρας στη Βόρεια Αμερική, ο τυπικός χρόνος βασίζεται σε 75 μοίρες δυτικό μήκος - τη θεωρητική κεντρική γραμμή για αυτήν τη ζώνη ώρας. Για οποιαδήποτε πόλη ή κωμόπολη με το ίδιο κατά προσέγγιση γεωγραφικό μήκος, όπως η Φιλαδέλφεια, υπάρχει σχεδόν τέλεια αντιστοιχία μεταξύ της τοπικής μέσης ώρας και της τυπικής ώρας. Αλλά για μια πόλη ή κωμόπολη με μήκος περίπου 80 βαθμούς δυτικά, όπως το Τσάρλεστον (Νότια Καρολίνα), η κανονική ώρα και η τοπική μέση ώρα διαφέρουν κατά περίπου 20 λεπτά. Στην Ινδιανάπολη, που βρίσκεται περίπου 86 μοίρες δυτικό γεωγραφικό μήκος, η διαφορά μεταξύ της τυπικής ώρας και της τοπικής μέσης ώρας είναι περίπου 45 λεπτά. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, όταν ισχύει η θερινή ώρα, προστίθεται μια άλλη ώρα διαφοράς σε οποιαδήποτε τοποθεσία που βρίσκεται δυτικά της κεντρικής γραμμής - αν και μια ώρα αφαιρείται για τοποθεσίες ανατολικά της κεντρικής γραμμής (όπως η Βοστώνη). Το αποτέλεσμα είναι ότι το καλοκαίρι, η κανονική ώρα και η τοπική μέση ώρα διαφέρουν κατά περίπου δύο ώρες στην Ινδιανάπολη.

Η Ινδιανάπολη ήταν στην κεντρική ζώνη ώρας, μαζί με ολόκληρη την πολιτεία της Ιντιάνα. Αλλά τώρα το μεγαλύτερο μέρος της πολιτείας βρίσκεται στην ανατολική ζώνη ώρας. Εάν η Ινδιανάπολη εξακολουθούσε να χρησιμοποιεί την Κεντρική Ώρα, τότε η τυπική ώρα και η τοπική μέση ώρα θα διαφέρουν μόνο κατά 15 λεπτά, αντί για 45 λεπτά. Το πρόβλημα είναι ότι, κατά μέσο όρο, ο ήλιος θα ήταν ήδη στα μισά του ουρανού μέχρι τις 11:45 π.μ. Στις αρχές Νοεμβρίου, λόγω της διαφοράς μεταξύ του μέσου χρόνου και του πραγματικού χρόνου του ήλιου, ο ήλιος θα ήταν στα μισά του ουρανού στις 11:30 π.μ. Επομένως, η αυγή και το ηλιοβασίλεμα θα συμβούν και οι δύο μισή ώρα νωρίτερα από το αναμενόμενο. Οι περισσότεροι άνθρωποι θα προτιμούσαν να έχουν τον ήλιο στα μισά του ουρανού στις 12:30 μ.μ. και όχι στις 11:30 π.μ., έτσι ώστε η ανατολή και το ηλιοβασίλεμα να είναι λίγο αργότερα από το αναμενόμενο. Ένα παρόμοιο ζήτημα επηρεάζει οποιοδήποτε άλλο μέρος που βρίσκεται ανατολικά της κεντρικής γραμμής της αντίστοιχης ζώνης ώρας. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι πολιτικοί μπαίνουν στον πειρασμό να αλλάζουν τα όρια της ζώνης ώρας προς τα δυτικά. Η πλειονότητα των θέσεων στις ΗΠΑ (αλλά σίγουρα όχι όλες) βρίσκονται τώρα δυτικά της κεντρικής γραμμής για την αντίστοιχη ζώνη ώρας.

Το ανάλογο

Όπως όλοι γνωρίζουν, ο ήλιος ανατέλλει ψηλότερα στον ουρανό το καλοκαίρι από ό, τι τον χειμώνα. Υποθέτοντας ότι ζείτε στο Βόρειο Ημισφαίριο, το υψηλό σημείο κάθε μέρα εμφανίζεται το πραγματικό μεσημέρι και το υψηλότερο σημείο για το έτος συμβαίνει στο θερινό ηλιοστάσιο (την πρώτη ημέρα του καλοκαιριού), περίπου στις 21 Ιουνίου. Εάν τοποθετήσατε μια κάμερα σε ένα πλατφόρμα που δείχνει προς τα νότια, και τραβήξατε μια φωτογραφία του ουρανού και του ορίζοντα κάθε μέρα το μεσημέρι, τότε ο ήλιος θα ανέβαινε ψηλότερα σε κάθε φωτογραφία μέχρι τις 21 Ιουνίου, στη συνέχεια θα βυθίστηκε χαμηλότερα κάθε μέρα μέχρι τις 21 Δεκεμβρίου. Αλλά τι γίνεται αν, αντί να τραβήξετε τη φωτογραφία το πραγματικό μεσημέρι, τραβήξατε τη φωτογραφία το μεσημέρι σύμφωνα με το ρολόι (αγνοώντας τη θερινή ώρα); Καθώς γυρίσατε τις φωτογραφίες, ο ήλιος θα συνέχιζε να ανεβαίνει και κάτω, αλλά θα υφαίνει ελαφρώς αριστερά και δεξιά, λόγω της αναντιστοιχίας έως και 16 λεπτών μεταξύ της πραγματικής ώρας και του μέσου χρόνου. Εάν συνδυάσετε όλες τις εικόνες σε μία φωτογραφία, τότε θα δείτε μια εικόνα-8 στον ουρανό. Εάν τραβάτε τις φωτογραφίες σε σταθερό χρόνο ρολογιού εκτός από το μεσημέρι, τότε το σχήμα-8 θα κλίνει προς τα πλάγια:

Ανάλογο του Ήλιου, από τον György Soponyai

Ίσως έχετε δει ένα διάγραμμα με το ίδιο σχήμα - που ονομάζεται ανάλογο - τυπωμένο σε έναν κόσμο. Το νόημα είναι ουσιαστικά το ίδιο. Εάν επρόκειτο να σχεδιάσετε μια κουκκίδα στον πλανήτη σε ακριβή διαστήματα 24 ωρών για ένα ολόκληρο έτος, υποδεικνύοντας το σημείο στη γη όπου ο ήλιος είναι άμεσα πάνω, τότε θα παράγατε την ίδια εικόνα-8 στον κόσμο:

Εποχές του χρόνου

Σε αντίθεση με αυτό που περιμένουν οι άνθρωποι στο Βόρειο Ημισφαίριο, η πλησιέστερη προσέγγιση της Γης στον ήλιο (που ονομάζεται περιήλιο) είναι στις αρχές Ιανουαρίου. Η ένταση του ηλιακού φωτός που πέφτει στη Γη είναι 7% μεγαλύτερη στις αρχές Ιανουαρίου από ό, τι στις αρχές Ιουλίου, όταν η Γη είναι πιο απομακρυσμένη από τον ήλιο. Αυτό προκαλεί μια ελαφρά συγκράτηση των διαφορών μεταξύ θερμοκρασίας καλοκαιριού και χειμώνα στο Βόρειο Ημισφαίριο και προκαλεί μια μικρή αύξηση των διαφορών μεταξύ θερμοκρασιών καλοκαιριού και χειμώνα στο Νότιο Ημισφαίριο.

Φυσικά, ο κύκλος των εποχών μας οφείλεται στην κλίση του άξονα της Γης και όχι στην απόσταση από τον ήλιο. Ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει την ένταση του ηλιακού φωτός είναι απλώς πόσο ψηλά είναι ο ήλιος πάνω από τον ορίζοντα. Όταν ο ήλιος είναι χαμηλός στον ουρανό, οι ακτίνες χτυπούν τη Γη σε λοξή γωνία, διαδίδοντας την ενέργεια σε μια μεγάλη περιοχή, μειώνοντας έτσι την ένταση. Επομένως, το φως του ήλιου είναι πολύ πιο έντονο το μεσημέρι από ό, τι νωρίς το πρωί ή αργά το απόγευμα. Ομοίως, το φως του ήλιου είναι πιο έντονο το καλοκαίρι, όταν ο ήλιος ανατέλλει ψηλότερα στον ουρανό, από ό, τι είναι το χειμώνα. Υπάρχουν επίσης περισσότερες ώρες ημέρας το καλοκαίρι, με αποτέλεσμα μια μεγαλύτερη ημερήσια περίοδο θέρμανσης και μικρότερη νυχτερινή περίοδο ψύξης. Στις τροπικές περιοχές, το ύψος του ήλιου το μεσημέρι δεν αλλάζει πολύ κατά τη διάρκεια του έτους, ούτε το μήκος της περιόδου της ημέρας. Ως εκ τούτου, οι τροπικοί δεν παρουσιάζουν μεγάλη διακύμανση στις μέσες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια του έτους.

Σε τοποθεσίες που απέχουν πολύ από τον ισημερινό και επομένως βιώνουν έντονη διάκριση μεταξύ καλοκαιριού και χειμώνα, το φαινόμενο διευρύνεται σε περιοχές με ηπειρωτικό κλίμα, σε αντίθεση με το θαλάσσιο κλίμα. Με άλλα λόγια, τοποθεσίες που βρίσκονται όχι μόνο μακριά από τον ισημερινό, αλλά και πολύ μακριά από οποιονδήποτε ωκεανό θα βιώσουν τη μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ θερμοκρασιών καλοκαιριού και χειμώνα. Η Σιβηρία, που βρίσκεται στη γιγαντιαία ήπειρο της Ασίας, είναι το πρωταρχικό παράδειγμα τέτοιων ακρών - αλλά οι βόρειες πεδιάδες της Βόρειας Αμερικής (όπως η Βόρεια Ντακότα και η νότια Σασκάτσουαν) αποτελούν επίσης ένα καλό παράδειγμα.

Περίληψη

Εν κατακλείδι, ας επιστρέψουμε στην αρχική μας ερώτηση: Πόσο διαρκεί μια μέρα; Εάν ορίσουμε μια ημέρα βασισμένη σε ένα πραγματικό, καθημερινό, παρατηρήσιμο φυσικό φαινόμενο, τότε έχουμε δύο πιθανές απαντήσεις. Εάν ορίσουμε μια ημέρα ως μια πλήρη περιστροφή της Γης στον άξονά της - μια αστρική ημέρα - τότε μια ημέρα είναι περίπου 4 λεπτά λιγότερο από 24 ώρες. Αν ορίσουμε μια ημέρα ως την ώρα μεταξύ του αληθινού μεσημέρι την ημέρα και του αληθινού μεσημέρι την επόμενη ημέρα - μιας ηλιακής ημέρας - τότε το μήκος μιας ημέρας ποικίλλει καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους, που κυμαίνεται από 21 δευτερόλεπτα λιγότερο από 24 ώρες έως 30 δευτερόλεπτα περισσότερο από 24 ώρες . Αλλά αν πάρουμε τη μέση διάρκεια όλων των ηλιακών ημερών σε ένα χρόνο, τότε το αποτέλεσμα είναι ακριβώς 24 ώρες, έτσι φτάσαμε στην κανονική μας ημέρα. Ωστόσο, υπάρχουν μόνο 4 φορές κάθε χρόνο όταν η κανονική ημέρα και η πραγματική ηλιακή ημέρα έχουν το ίδιο μήκος. Το αποτέλεσμα είναι ότι η συνήθης 24ωρη ημέρα δεν είναι κάτι που βρίσκεται στη φύση, αλλά μια ανθρώπινη εφεύρεση που αντιστοιχεί περίπου στις πραγματικές ημέρες - ηλιακές ημέρες ή αστρικές ημέρες - που βιώνουμε πραγματικά στη Γη.