Kijk in de sterren

Kijk in de sterren – Donkere dagen voor Kerstmis
vervolg van Oppepper 12 december

Rondje om de zon

De Grieken gingen ervanuit dat alle bewegingen aan de hemel in cirkels verliepen en dus ook die van de zon. De hemel was immers het gebied van de goden en daarmee perfect, en de cirkel werd gezien als een perfecte vorm. Dat betekende dat de zon met een constante snelheid langs de hemel moest bewegen en dat er altijd hetzelfde tijdsverschil moest zijn tussen het moment dat de zon de volgende dag weer in het zuiden zou staan (zonnedag). Preciezere waarnemingen waren pas mogelijk toen een betrouwbare d.w.z. constant lopende klok uitgevonden werd. De waarnemingen lieten toen al snel zien dat dat tijdsverschil niet van dag tot dag hetzelfde was en de dag volgens de zon dus niet altijd even lang was. De kloktijd tussen het moment waarop de zon ‘in het zuiden’ staat en het volgende moment ‘in het zuiden’ is niet precies 24 klokuren. Soms loopt de zon voor, dan weer loopt ze achter. Door Copernicus en Galilei weten we dat de aarde om de zon beweegt en sinds Kepler weten we dat de baan van de aarde om de zon geen cirkel maar licht elliptisch is. Begin januari staat de aarde het dichtst bij de zon en is zijn snelheid in de baan om de zon het grootst. Dit verlengt de zonnedag omdat de aarde iets langer om zijn as moet draaien om de zon weer recht voor zich te krijgen om ‘op het zuiden te staan’. Een tweede oorzaak van dat de zonnedag schommelt komt doordat de aardas schuin staat. Dit schuin staan veroorzaakt ook de seizoenen; zichtbaar door het bewegen van de lengte van de schaduw en uiteraard de veranderingen in de natuur.

De donkere dagen voor kerst

Aan het begin van de zomer en de winter is de aardas naar de zon toe gekanteld. In onze winter is onze (noord-)kant van de aarde van de zon afgewend. Daardoor valt er iets minder zonlicht – en daardoor minder warmte – op het noordelijk halfrond en is het hier dan winter. Bij het begin van de lente en de herfst staat de aardas scheef voor de zon. Het effect van het verschil tussen de kloktijd en de zonnetijd is het meest merkbaar rond de jaarwisseling. Het begin van de winter (langste schaduw, meestal 21 december) is de kortste dag. Maar de dag waarop de vroegste zonsondergang gebeurt vindt al eerder plaats, in Nederland ongeveer 9 dagen eerder. Vandaar dat men wel spreekt van ‘de donkere dagen voor kerst’. De laatste zonsopgang is juist 9 dagen na de kortste dag. In januari worden de dagen ook langer door de seizoensinvloed. Dit maakt dat we spreken over dat het snel ‘licht’ wordt.

Tijdsvereffening en Analemma

Dit hele proces van het verschil tussen de kloktijd en de zonnetijd wordt tijdsvereffening genoemd en heeft – zoals we hierboven lazen – twee oorzaken: de verschillende snelheid van de aarde gedurende het jaar in zijn baan om de zon en het scheef staan van zijn draaias. De tijdsvereffening is zichtbaar te maken in een heel speciaal figuur dat het Analemma genoemd wordt. Dit figuur is niet in het echt te zien. Het is een vorm die ontstaat als men elke dag op hetzelfde tijdstip de positie van de zon vastlegt, bijvoorbeeld op een meervoudig belichte foto. Onderstaand figuur geeft hiervan een voorbeeld. Ze toont wanneer de zon voor, resp. achterloopt ten opzichte van ons fantastisch regelmatig lopend horloge. De figuur is een uitgerekte acht. De uitwijking in de hoogte hangt samen met de seizoenen: in de zomer staat de zon hoger aan de hemel dan in de winter. De zijdelingse component wordt veroorzaakt door de tijdsvereffening. De onderste lus is wijder dan de bovenste, omdat de twee oorzaken van de tijdsvereffening in dezelfde richting werken tijdens herfst en winter, en tegengesteld in de lente en de zomer.

De foto geldt voor een waarnemer die zich op het noordelijk halfrond bevindt. Als vast tijdstip is hier het moment gekozen dat de zon bij de zonnewende in het zuiden staat. (Daardoor staat het figuur rechtop.) Vanuit de winterstand loopt het spoor dat de zon aan de hemel volgt linksom de 8 door. Voor iemand op de evenaar staat het figuur recht boven hem. Vanaf het zuidelijk halfrond staat ze omgekeerd. De kleine lus van de acht is altijd naar het noorden gericht.

Carol v.d. Wijngaart