چرا زودترین غروب سال در انقلاب زمستانی رخ نمی‌دهد؟

انقلاب زمستانی از نظر طول روز، کوتاه‌ترین روز سال است، اما نه دیرترین طلوع سال را دارد و نه زودترین غروب سال را. این به دلیل ناهماهنگی بین روش‌های امروزی سنجش زمان و نحوه اندازه‌گیری زمان با استفاده از خورشید است که به آن معادله زمان می‌گویند.

زودترین غروب، چند روز زودتر

اگر به زمان‌های طلوع و غروب هر شهر در نیمکره شمالی در اطراف انقلاب زمستانی نگاه کنید، متوجه خواهید شد که زودترین غروب چند روز قبل از انقلاب و دیرترین طلوع چند روز بعد از انقلاب رخ می‌دهد.

• ساخت ساعت آفتابی ساده

این موضوع برای مکان‌های نیمکره جنوبی نیز صادق است. در آنجا، زودترین غروب سال چند روز قبل و دیرترین طلوع سال چند روز بعد از انقلاب زمستانی در ماه ژوئن اتفاق می‌افتد.

مقایسه شهرها

بیایید شهر نیویورک در نیمکره شمالی و سیدنی در نیمکره جنوبی را مثال بزنیم. همان‌طور که در جدول زیر می‌بینید، دیرترین طلوع‌ها و زودترین غروب‌ها در این دو شهر در روز انقلاب زمستانی رخ نمی‌دهند.

این را می‌توان با دو عامل توضیح داد: معادله زمان و عرض جغرافیایی یک مکان.

 زمان خورشیدی متوسط  – زمان خورشیدی حقیقی = معادله زمان

معادله زمان، تفاوت بین زمان اندازه‌گیری شده با استفاده از ساعت آفتابی (که زمان خورشیدی حقیقی نیز نامیده می‌شود) و زمان اندازه‌گیری شده با استفاده از ساعت (که زمان خورشیدی متوسط نامیده می‌شود) است. این مفهوم اغلب به صورت تصویری با یک عدد ۸ نمایش داده می‌شود که آنالما نام دارد.

اکثر ساعت‌ها بر این ایده کار می‌کنند که یک روز دقیقاً ۲۴ ساعت است. از نظر فنی، یک روز مدت زمان بین یک ظهر خورشیدی (زمانی از روز که خورشید در بالاترین نقطه آسمان است) تا ظهر خورشیدی بعدی است.

دقیقاً ۲۴ ساعت طول نیست

طول یک روز خورشیدی (همان‌طور که به این مدت زمان گفته می‌شود) دقیقاً ۲۴ ساعت نیست. این طول در  سال به دلیل شکل بیضوی مدار زمین و انحراف محوری آن تغییر می‌کند. در حوالی انقلابین تابستان و زمستان طولانی‌تر از ۲۴ ساعت و در حوالی اعتدالین بهار و پاییز کوتاه‌تر از ۲۴ ساعت است.

در بیشتر روزها، ظهر خورشیدی در همان زمان ظهر ساعتی (ساعت ۱۲) اتفاق نمی‌افتد. در حوالی انقلابین، ظهر خورشیدی هر روز، چند دقیقه دیرتر از روز قبل رخ می‌دهد. برای مثال، در ۳۰ آذر ماه ۱۴۰۴ (روز انقلاب زمستانی نیمکره شمالی)، ظهر خورشیدی در ارومیه ساعت ۱۲:۲۷ ب.ظ است. در ۱۳ دی ماه ۱۴۰۴، روز قبل از دیرترین طلوع، ظهر خورشیدی ۷ دقیقه دیرتر، در ساعت ۱۲:۳۴ ظهر اتفاق می‌افتد. روز بعد، ۱۴ دی ماه، ظهر خورشیدی در ساعت ۱۲:۳۵ ب.ظ رخ می‌دهد و در طول دی ماه همچنان دیرتر می‌شود.

از آنجایی که ظهر خورشیدی یعنی زمانی که روز دقیقا به وسط رسیده، همچنین بعد از انقلاب زمستانی زمان ظهر خورشیدی به طور فزاینده‌ای دیرتر اتفاق می‌افتد (در حالی که قبل از انقلاب زمستانی زودتر اتفاق می‌افتاد)، طلوع و غروب خورشید نیز پس از انقلاب زمستانی هر روز به طور پیوسته دیرتر رخ می‌دهند (در صورتی که قبل از انقلاب زمستانی زودتر رخ می‌دهند). به همین دلیل است که زودترین غروب هر مکان قبل و دیرترین طلوع آن بعد از انقلاب زمستانی اتفاق می‌افتد.

عرض جغرافیایی مهم است

تاریخ‌های زودترین غروب و دیرترین طلوع برای هر مکان همچنین به عرض جغرافیایی آن بستگی دارد. مکان‌های نزدیک‌تر به خط استوا، زودترین غروب خود را در زمانی در اوایل آذر ماه تجربه می‌کنند. از سوی دیگر، مکان‌های با عرض جغرافیایی بالاتر، زودترین غروب خود را دیرتر، نزدیک به تاریخ واقعی انقلاب زمستانی دارند.

این اتفاق به دلیل میل خورشید رخ می‌دهد که زاویه برخورد پرتوهای خورشید با صفحه استوای زمین است.

از آنجا که محور چرخشی زمین حدود ۲۳.۴ درجه کج است، میل خورشید در طول سال تغییر می‌کند. در زمان انقلاب تابستانی ۲۳.۴+ درجه و در زمان انقلاب زمستانی ۲۳.۴- درجه است. در زمان اعتدالین، میل خورشید ۰ درجه است.

وقتی میل خورشید ۲۳.۴+ درجه است، همه مکان‌های نیمکره شمالی بیش از ۱۲ ساعت نور روز را تجربه می‌کنند، در حالی که همه مکان‌های نیمکره جنوبی کمتر از ۱۲ ساعت نور روز دارند. این اثر هنگامی که میل خورشید -۲۳.۴ درجه است، معکوس می‌شود.

در طول اعتدالین، هنگامی که میل خورشید ۰ درجه است، اکثر مکان‌های روی زمین (به جز مکان‌های روی قطب‌ها و اطراف آن) حدود ۱۲ ساعت نور خورشید را تجربه می‌کنند.