Wyobraź sobie, że stawiasz aparat w jednym miejscu,
żeby robić zdjęcie nieba
codziennie o tej samej porze przez cały rok,
a potem nakładasz na siebie wszystkie fotografie.
Jak na takim kolażu wyglądałoby Słońce?
Jak nieruchomy punkt?
Biegłoby po okręgu?
Ani tak, ani tak.
Choć to dziwne, słońce tworzy na niebie ósemkę,
zwaną analemmą.
Dlaczego tak jest?
Ruch Ziemi tworzy kilka cyklów.
Przede wszystkim Ziemia obraca się wokół własnej osi raz na dobę,
co powoduje wschody i zachody Słońca.
Jednocześnie tworzy znacznie wolniejszy cykl,
okrążając Słońce średnio co 365 dni.
Ale kryje się tu pewna niespodzianka.
W stosunku do płaszczyzny swojej orbity
Ziemia nie obraca się z Biegunem Północnym skierowanym ku górze.
Zamiast tego jej oś jest stale nachylona pod kątem 23,4 stopnia.
To tak zwane nachylenie osi ziemskiej.
Choć może się ono wydawać nieistotne,
jest to główny powód istnienia pór roku.
Ponieważ Ziemia nachylona jest w tym samym kierunku
podczas obiegu rocznego planety,
w trakcie długich okresów
północna półkula odchylona jest w stronę Słońca,
podczas gdy południowa znajduje się z drugiej strony
i vice versa.
Dlatego mamy lato i zimę.
Podczas lata na danej półkuli
słońce jest wyżej nad horyzontem, a dni są dłuższe i cieplejsze.
Raz do roku deklinacja Słońca,
czyli kąt pomiędzy równikiem
a miejscem na Ziemi, gdzie Słońce pojawia się tuż nad głowami,
osiąga maksimum.
To tak zwane przesilenie słoneczne, najdłuższy dzień roku,
kiedy Słońce jest na niebie najwyżej.
Nachylenie osi Ziemi
częściowo wyjaśnia zmianę pozycji Słońca na niebie,
a długość analemmy
przedstawia pełne 46,8 stopnia deklinacji słonecznej
w ciągu roku.
Ale dlaczego jest to ósemka, a nie prosta linia?
Powodem jest inna cecha obrotu kuli ziemskiej,
ekscentryczność orbity.
Orbita Ziemi ma kształt elipsy,
a odległość od Słońca nie jest jednakowa w różnych jej miejscach.
To zmienia siłę grawitacji,
przez co Ziemia porusza się najszybciej w styczniu,
kiedy znajduje się najbliżej Słońca.
To tak zwany perihelion.
Najwolniej Słońce porusza się w lipcu, kiedy znajduje się najdalej.
To aphelium.
Ekscentryczność Ziemi powoduje, że południe słoneczne,
czyli moment, kiedy Słońce jest na niebie najwyżej,
nie zawsze występuje o tej samej porze.
Zegar słoneczny może być przesunięty o 16 minut do przodu
albo opóźniony o 14 minut w stosunku do zwykłego zegara.
Czas zegarowy i czas słoneczny zgadzają się tylko cztery razy do roku.
Szerokość analemmy określa stopień tej rozbieżności.
Jak więc ludzie określali prawidłowy czas dawno temu?
Przez większość ludzkich dziejów
wystarczało opieranie się na pozycji Słońca.
Ale w czasach współczesnych
różnica pomiędzy czasem słonecznym a zegarami stała się istotna.
Równanie czasu wprowadzone przez Ptolemeusza,
udoskonalone później na podstawie prac Johannesa Keplera,
pozwala przeliczyć czas słoneczny na czas rzeczywisty, którego używamy.
Dawniej na globusach znajdowały się analemmy
pozwalające określić różnice
między czasem zegarowym a słonecznym danego dnia kalendarzowego.
Wygląd analemmy zależy od tego, gdzie się znajdujemy.
W zależności od szerokości geograficznej będzie ona nachylona
albo odwrócona, jeśli jesteś na półkuli południowej.
A jeśli jesteś na innej planecie,
możesz zobaczyć coś zupełnie innego.
W zależności od ekscentryczności orbity i nachylenia osi planety
analemma może mieć kształt łzy,
owalu,
a nawet linii prostej.