Konstig vetenskap bakom vintersolståndet

Denna märkliga tidsdans når sin höjdpunkt vid decembersolståndet - även känt som Vintersolståndet - den mest magiska delen av vinterns tid!

Vad exakt är vintersolståndet, undrar du? Det är ett naturfenomen som inträffar när solen når sin sydligaste punkt på himlen. I år äger vintersolståndet rum tisdagen den 21 december 2021 klockan 15:59 UTC (eller 9:59 CST).

Vad händer under solståndet?

I stort sett finns det två extrema punkter för jordens avstånd från solen som den kretsar kring. Den ena är den punkt där vi befinner oss närmast solgiganten, en punkt som kallas för Sommarsolståndet; och en annan då vi lutar längst bort från den, som kallas vintersolståndet.

De allra första människostammarna iakttog solens färd över himlen. På så sätt lärde de sig att dagsljusets längd och de exakta platserna för soluppgång och solnedgång förändrades enligt ett mönster som upprepades varje skördeår. Denna kunskap kan ses i gamla konstgjorda underverk som Stonehenge. (som sägs vara en plats för Druid tillbedjan) och ruinerna av Machu Picchu i Peru. Båda dessa monument och andra liknande monument hade ett praktiskt syfte med att byggas - att följa solens gång varje år.

Vetenskapen har kommit långt sedan dess, och vår förståelse av solstickorna har följt med den. Raketer och andra svävare från rymdåldern - som den internationella rymdstationen, för att nämna den största hittills - har gjort det möjligt för människan att observera båda solstickorna från rymden.

Hur mycket lutar jorden på sin axel?

Nu vet vi att solståndet är en astronomisk händelse som vilken annan som helst, och inte bara ett slumpmässigt tecken på kungars död, som solförmörkelser brukade vara. Forskare har faktiskt kommit fram till att solståndet är ett naturligt resultat av lutningen av jordens axel och av hur den kretsar runt solen.

Så här ligger det till. Har du lagt märke till att dagens glober i klassrummet inte står upprätt? Det beror på att den verkliga planeten som den är baserad på, jorden, lutar 23 ½ grader på sin axel. Under året "alternerar" denna lutning hur mycket av solens värme och ljus som ges till norra respektive södra halvklotet. Det som ger oss vinter och sommar är inte vårt avstånd från solen - det är jordens lutning, eller hur planeten lutar sig bort från soljätten.

Därför är vi faktiskt närmast solen - och inte längst ifrån den - i slutet av varje år. Vi som sitter i våra varma jackor uppfattar det helt enkelt inte på det sättet, eftersom vintertid är det hela Den övre halvan av jorden ligger längst bort från solen.

Vintersolståndet: Den kortaste dagen, den längsta natten

Under vintersolståndet fixerar jorden sin position på ett sådant sätt att solen håller sig under nordpolens horisont. Vid middagstid, några grader söder om ekvatorn - 23 ½ grader för att vara exakt - skiner solen direkt på dem som bor inom den osynliga linje som kallas för Stenbockens vändkrets. Detta är det längst ner på planeten som solen någonsin kommer att skina på.

Vad händer då? Alla platser under ekvatorn har dagar som varar mer än 12 timmar. De som bor ovan Vid ekvatorn däremot har dagarna mindre än 12 timmar. För dem som bor i snörika områden inträffar den kortaste dagen vid vintersolståndet. Men efter solståndet? Du kan förvänta dig det motsatta fenomenet: längre dagar och kortare nätter.

Det är svårt att ignorera det plötsliga årstidsskiftet - som att slå om naturens växel till vinter.

Naturliga tecken som signalerar vintersolståndet

Det finns många tecken i naturen som förebådar vintersolståndet, om du har ögon att se det. Om du bor på norra halvklotet kommer du till exempel att märka att gryningen kommer senare än vanligt - och solnedgången tidigare. Solen tycks inte heller "sväva" lika högt över himlen som den brukade göra under dagen.

Här är ett smart knep som du kan prova när du bestämmer dig för att sola lite utomhus. Ta en titt på din skugga vid middagstid. Det borde vara årets längsta dagskugga - endast möjligt under vintersolståndet!

För dem som bor på det södra halvklotet ser solståndet i december helt annorlunda ut. Soluppgången kommer tidigt och solnedgången kommer sent, vilket gör att du får årets längsta dag. För er som befinner er under ekvatorn är skuggorna vid middagstid kortast för året.

Soltid vs. klocktid

För att reda ut saker och ting en gång för alla: Vintersolståndet är årets kortaste dag för dem som bor ovanför ekvatorn och årets längsta dag för dem som bor under ekvatorn. Men om du bor i den norra halvan av världen är det tidigaste solnedgången inträffar faktiskt före vintersolståndet. Samma sak gäller för dem som bor på det södra halvklotet.

Här är anledningen till detta:

Solens verkliga färd över himlen stämmer inte överens med timmarna på klockan. Istället bör du använda det som experterna kallar verklig soltid., eller den specifika tid på dagen då solen lyser rakt över din hjärna. Det är inte alltid klockan 12 på eftermiddagen, vet du!

I de första veckorna i december är klockan nästan 10 minuter tidigare än vid vintersolståndet. Men vid solståndet den 21 december kommer den verkliga middagstiden mycket senare - tillsammans med när solen går upp och ner för dagen.

Denna knäppa skillnad i soltid jämfört med klocktid gör att den tidigaste solnedgången ovanför ekvatorn (och den tidigaste soluppgången för dem som befinner sig under ekvatorn) inträffar före vintersolståndet.

Konstigt, eller hur? Du kan skylla på lutningen av jordens axel för detta.

Längs den oblånga omloppsbanan

En annan faktor som bidrar till skillnaden mellan soltid och klocktid är jordens elliptiska bana runt solen - en bana i form av en avlång bana. Tänk på att vår blå planets bana inte är en riktig cirkel. Så ju närmare jorden kretsar runt solen, desto snabbare går den i sin bana. Planeten är en racerbil som sätter fart på revolutionsprocessen.

I början av januari befinner sig jorden i sin närmaste position i förhållande till solen. Denna osynliga punkt i rymden kallas perihelion. Men innan det sker flyter planeten snabbast i sin omloppsbana runt vintersolståndet. Snabbare än den normala hastigheten på cirka 30 km per sekund. (eller 19 miles per sekund).

Däremot är det ingen större skillnad mellan klocktid och soltid under sommarsolståndet i juni. Huvudsakligen för att vi är mycket längre från solen och inte "accelererar" på den osynliga ellipsen i rymden.

2021 Vintersolståndet

I år inträffar vintersolståndet tisdagen den 21 december 2021 klockan 15:59 UTC. Detta är den första vinterdagen på norra halvklotet. (kortaste dag) och den längsta dagen på södra halvklotet.

I grund och botten följer den konstiga vetenskapen bakom vintersolståndet ett enkelt mönster: tidigast solnedgång i början av december, kortaste dag vid vintersolståndet runt den 22 december och senaste soluppgång i januari. Det exakta datumet för när solen går ner tidigast beror alltid på hur långt upp du bor ovanför ekvatorn.

Och så fortsätter det till nästa år och nästa...