สมมติว่าคุณวางกล้องถ่ายรูป อยู่กับที่ในตำแหน่งเดิมนั้น
แล้วถ่ายภาพท้องฟ้า
ในเวลาเดียวกันของทุกวันอยู่ตลอดทั้งปี
และให้ซ้อนภาพทั้งหมดบนภาพของแต่ละภาพ
ดวงอาทิตย์จะมีลักษณะเป็นอย่างไร ในภาพที่ซ้อนรวมกันนั้น
เป็นภาพจุดเดียว
เป็นภาพเส้นงกลมหรือเปล่า
ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง
มันค่อนข้างแปลก รูปที่ปรากฏเป็นเลขแปด
เรียกกันว่า แอนาเล็มมาของดวงอาทิตย์
ทำไมล่ะ
การเคลื่อนที่ของโลกสร้างวัฎจักรสองสามอย่าง
ประการแรก มันหมุนบนแกนโลก ประมาณหนึ่งรอบในทุก 24 ชั่วโมง
ซึ่งทำให้เกิดดวงอาทิตย์ขึ้นและดวงอาทิตย์ตก
ในขณะเดียวกัน มันทำให้เกิดวัฏจักรที่ช้ากว่า
คือการโคจรรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งใช้เวลาโคจรประมาณทุก ๆ 365 วัน
แต่มีการหักมุม
เมื่อเทียบกับการโคจรของมัน
โลกไม่ได้หมุนในแนว ที่มีขั้วโลกเหนือชี้ขึ้นตรง
แต่แกนของมันหมุนในลักษณะเอียงคงที่ อยู่ที่ 23.4 องศาต่างหากล่ะ
เรียกว่าแกนเอียงระนาบวงโคจรของโลก หรือค่าของมุมเอียง
การเอียงที่ 23 องศาอาจดูเหมือนไม่สำคัญ
แต่นี่เป็นเหตุผลหลักที่ทำให้เรา ได้เห็นฤดูกาลที่แตกต่างกัน
เนื่องจากแกนยังคงเอียงไปในทิศทางเดียวกัน
ในขณะที่โลกทำให้เกิดวงโคจรปี
ที่มีระยะเวลายาวนานในแต่ละปี
เมื่อครึ่งหนึ่งทางตอนเหนือของโลก ยังคงเอียงไปทางดวงอาทิตย์
ในขณะที่ครึ่งทางใต้เอียงออกไป
และในทางกลับกัน
สิ่งที่เราเจอก็คือฤดูร้อนและฤดูหนาวนั่นเอง
ในช่วงฤดูร้อนของซีกโลกหนึ่ง
ดวงอาทิตย์ปรากฏสูงขึ้นบนท้องฟ้า ซึ่งทำให้กลางวันยาวนานและอบอุ่นขึ้น
ทั้งนี้มีปีละครั้งที่การเอียงของดวงอาทิตย์
มุมระหว่างเส้นศูนย์สูตร
กับตำแหน่งบนโลก ที่ดวงอาทิตย์ปรากฏอยู่ตรงเหนือศีรษะ
จะเอียงถึงขีดสูงสุด
เราเรียกวันนี้ว่าฤดูร้อนอายัน ซึ่งเป็นกลางวันที่ยาวนานที่สุดของปี
และเป็นหนึ่งวันที่ดวงอาทิตย์ ปรากฏขึ้นสูงสุดบนท้องฟ้า
ดังนั้นการเอียงของแกนโลก
อธิบายได้บางส่วนว่าทำไมดวงอาทิตย์ เปลี่ยนตำแหน่งในท้องฟ้า
และความยาวของแอนาเล็มมา
เท่ากับ 46.8 องศาเต็ม ของการเบนลงของดวงอาทิตย์
ตลอดทั้งปี
แต่ทำไมถึงมีลักษณะเป็นเลขแปด และไม่ใช่เป็นแค่รูปเส้นตรงเท่านั้น
นี่เป็นเพราะคุณลักษณะอย่างอื่น ของการปฏิวัติของโลก
การเยื้องศูนย์กลางของวงโคจร
การโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ มีลักษณะเป็นวงรี
ซึ่งระยะทางการโคจรรอบดวงอาทิตย์ มีการเปลี่ยนแปลงที่จุดต่าง ๆ กัน
การเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันของแรงโน้มถ่วง
เป็นสาเหตุให้โลกเคลื่อนตัว เร็วที่สุดในเดือนมกราคม
เมื่อถึงจุดที่ใกล้ที่สุดกับดวงอาทิตย์
จุดแพริเฮเลียน (perihelion)
และมีการเคลื่อนตัวช้าที่สุดในเดือนกรกฎาคม เมื่อมันถึงจุดที่ไกลที่สุด
จุดอเฟเลียน (aphelion)
การเยื้องศูนย์กลางของวงโคจร หมายถึงเวลาเที่ยงสุริยะ
ซึ่งเป็นเวลาที่ดวงอาทิตย์ อยู่สูงสุดบนท้องฟ้า
ไม่ได้เกิด ณ จุดเดิมของวัน
ดังนั้นนาฬิกาแดดอาจจะร้อนมากเท่ากับ เวลาในอีกสิบหกนาทีต่อมา
หรือช้ากว่านาฬิกาปกติถึงสิบสี่นาที
ในความเป็นจริง เวลานาฬิกาและเวลาแดด ตรงกันเพียงปีละสี่ครั้งเท่านั้น
ความกว้างของแอนาเล็มมาหมายถึง ขอบเขตของความคลาดเคลื่อนนี้
แล้วเมื่อหลายปีก่อน ผู้คนรู้เวลาที่ถูกต้องได้อย่างไรกัน
ส่วนใหญ่ในประวัติศาสตร์มนุษย์
การดูเวลาตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ก็ใกล้เคียงพอสมควรแล้ว
แต่ในยุคสมัยใหม่
ความแตกต่างระหว่างนาฬิกาแดด กับนาฬิกากลไกกลายเป็นเรื่องสำคัญ
สมการเวลาเกิดขึ้นโดยทอเลมี
และต่อมาได้มีการปรับใช้ ตามผลงานของโจฮันเนส เคปเลอร์
ซึ่งแปลงค่าระหว่างเวลาแดดที่ปรากฏกับ เวลาสำคัญที่เราทั้งหมดต้องพึ่งพา
แม้แต่บนแผนที่ลูกโลกยังเคยพิมพ์ แอนาเล็มมาไว้บนลูกโลก
เพื่อให้ผู้คนสามารถกำหนดความแตกต่าง
ระหว่างเวลานาฬิกากับเวลาแดด ตามวันเวลาของปีได้
เพียงแต่วิธีที่แอนาเล็มมาปรากฏนั้น ขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ที่ไหน
มันอาจจะเอียงไปที่มุมหนึ่ง ก็ขึ้นอยู่กับละติจูดของคุณ
หรืออยู่กลับหัวถ้าคุณอยู่ที่ซีกโลกใต้
และถ้าคุณอยู่บนดาวเคราะห์ดวงอื่น
คุณอาจจะพบบางสิ่งบางอย่าง ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง
ขึ้นอยู่กับการเยื้องศูนย์กลางของวงโคจร และแกนเอียงของดาวเคราะห์ดวงนั้น
แอนาเล็มมาอาจจะปรากฏเป็นรูปหยดน้ำตา
รูปไข่
หรือแม้แต่เส้นตรง