Suncostaji i ravnodnevice

Uzrok smjene godišnjih doba jest nagib Zemljine osi u odnosu na ravninu po kojoj Zemlja obilazi oko Sunca. Za kruženja Zemlje oko Sunca zamišljena Zemljina os ostaje uvijek jedanko položena u svemiru, primjerice sjeverna strana Zemljine osi uvijek pokazuje točku vrlo blizu zvijezde Sjevernjače. Budući da Zemlja kruži oko Sunca, Zemljina os u odnosu na Sunce dolazi u različite položaje. U jednom je trenutku Zemljin Sjeverni pol najviše priklonjen Suncu. Sjeverna polovica Zemlje prima znatno više Sunčeve topline nego južna. To se događa 21. lipnja, i taj trenutak zovemo ljetnim suncostajem ili ljetnim solsticijem. Toga je dana svim ljudima na sjevernoj Zelmjinoj polutki dan najdulji a noć najkraća u godini. Sunčeve zrake padaju okomito nad sjevernom obratnicom, na 23°27' sjeverne geografske širine.
Kako Zemlja nastavlja svoju ophodnju oko Sunca, ono sve manje obasjava sjevernu polutku, a sve više južnu, do trenutka kada su obje polutke jednako obasjane, a Sunčeve zrake padaju okomito nad polutnikom ili ekvatorom. To se događa 22. ili 23. rujna za jesenske ravnodnevice ili jesenskog ekvinocija (ekvinokcija) Dan i noć jednako su dugi, taj dan se na sjevernoj polutki smatra početkom jeseni.

Zemlja nastavlja putovati po putanji dok ne dođe u položaj kada je Južni pol najviše priklonjen Suncu, i kad su Sunčeve zrake okomite na južnu obratnicu, na 23°27' južne geografske širine. Sjeverni pol je, nasuprot tomu, najviše otklonjen od Sunca i na sjevernoj polutki je noć najdulja a dan najkraći. Zimski suncostaj je početak zime na sjevernoj polutki, a događa se 21. ili 22. prosinca.
Prvi dan proljeća, dan proljetne ravnodnevice, jest 20. ili 21. ožujka. Obje su Zemljine polutke ponovno jednako obasjane, Sunčeve su zrake okomite na polutnik.

Prividno gibanje Sunca

Promatraču na Zemlji vide da Sunce tijekom godine mijenja svoj položaj. Mi u Hrvatskoj, koji živimo na sjevernoj polutki, vidimo da se Sunce od proljeća do ljeta sve više "diže" na obzoru i osjećamo da nam je toplije. Za ljetnog suncostaja Suce je u podne najviše nad obzornicom. Kako ljeto odmiče, Sunce "pada", u podne je sve niže i luk koji opisuje po nebu sve je nagnutiji i kraći. Dani su sve kraći, a za jesenske ravnodnevice dan traje koliko i noć. Za zimskog suncostaja Sunce putuje najniže nad obzorom. Međutim, kad je kod nas zima, na južnoj je polutki ljeto, pa tako Australci Božić slave u ozračju početka ljeta i ukoliko ne skoknu do Antarktike nikada neće doživjeti "bijeli" Božić. Kako ljudi žive u različitim geografskim širinama, različito doživljavaju smjenu godišnjih doba. U pojasu uz polutnik zapravo nema smjene godišnjih doba, uvijek je "ljeto". Uglavnom iz praktičnih razloga, te s obzirom na vremenske prilike u umjerenim širinama, meteorolozi i klimatolozi često godišnja doba promatraju u tromjesečjima, pa će zimskim mjesecima smatrati cijeli 12., 1. i 2. mjesec. Stoga se može čuti da kalendarski zima počinje 1. prosinca.

Najkraći dan nije najhladniji

Općenito, točno određeni opisani astronomski parametri, odnosno odnosi Sunca i Zemlje, uzeti su kao jasno odrediv početak pojedinih godišnjih doba. Ljeto i zima počinju za suncostaja ili solsticija (lat. od sol = Sunce + sistere = stati, zaustaviti), dakle kad Sunce u prividnom kretanju nad obzorom "zastane" u svom najvišem ili najnižem položaju. Proljeće i jesen počinju za ravnodnevica ili ekvinocija (od lat. aequus = jednak + nox, noctis = noć) tj. kad dan i noć traju jednako na cijeloj Zemlji. Zanimljivo je istaknuti da prvi dan zime, kad je dan najkraći, uobičajeno nije nahladniji dan zime i da tijekom zime dan postaje sve dulji, a zima se još neko vrijeme "ne predaje". Isto tako najdulji dan nije i najtopliji, a za ljeta dan postaje sve kraći dok je najtopliji mjesec uobičajeno srpanj. Najniža i najviša srednja mjesečna temperatura u umjerenim širinama nastupaju nakon suncostaja. To, recimo tako, kašnjenje vremena za astronomskim pojavama posljedica je postojanja atmosfere i hidrosfere, koji mijenjaju toplinsku bilancu Zemlje. Naime potrebno je neko vrijeme da se atmosfera, a posebno Zemaljsko more ugrije ljeti, odnosno ohladi zimi.

Zimski solsticij - 21. ili 22. prosinca?

Još nešto primjećujemo, a to je da suncostaji i ravnodnevice ne nastupaju svake godine u isti sat, pa ni u isti dan. Čak i u udžbenicima i atlasima nisu uvijek navedeni isti datumi. Kako to? Kako bi pojasnili suncostaje i ravnodnevice, odnosno godišnja doba, rečeno je da Zemljina os ne mijenja položaj u prostoru tijekom vremena. Ipak, postoje razmjerno polagane, dugoročne promjene položaja Zemljine osi zbog složenih uzajamnih gravitacijskih djelovanja tijela Sunčeva sustava, poglavito Sunca i Mjeseca na Zemlju, tzv. precesija i nutacija. Zbog toga se pomiču točke suncostaja i ravnodnevica po ekliptici u suprotnom smjeru od prividnog godišnjeg gibanja Sunca. Na sam datum suncostaja i ravnodnevica utječe i korekcija kalendara u prijestupnim godinama. Vrijeme nastupa suncostaja odnosno ravnodnevica je drugačije iskazano u svakoj vremenskoj zoni, budući da u svijetu nije svugdje isto doba. Stoga treba biti pažljiv pri preuzimanju vijesti o početku pojedinog godišnjeg doba iz zemalja koje se nalaze u drugoj vremenskoj zoni.

Evo kako se mijenja nastup zimskog ekvinocija iz godine u godinu prema Griničkom vremenu (za Hrvatsku treba dodati jedan sat).

2000. godine: 21. prosinca u 13.37
2001. godine: 21. prosinca u 19.21
2002. godine: 22. prosinca u 01.14
2003. godine: 22. prosinca u 07.04
2004. godine: 21. prosinca u 12.42
2005. godine: 21. prosinca u 18.35
2006. godine: 22. prosinca u 00.22
2007. godine: 22. prosinca u 06.08
2008. godine: 21. prosinca u 12.04
2009. godine: 21. prosinca u 17.47
2010. godine: 21. prosinca u 23.38

izvor: http://aa.usno.navy.mil/data/docs/EarthSeasons.html