Przesilenia i równonoce: kiedy zaczynają się astronomiczne pory roku?

Cztery punkty na drodze Słońca

W ciągu roku Słońce pozornie obiega niebo wzdłuż ekliptyki, odzwierciedlającej płaszczyznę ziemskiej orbity. Nachylenie osi o około 23,4° względem normalnej do tej płaszczyzny sprawia, że ekliptyka jest pod takim kątem do równika niebieskiego. Deklinacja zmienia się więc między wartościami około +23,4° i −23,4°.

Wyróżniamy następujące położenia pozornej geocentrycznej długości ekliptycznej:

• 0°: przejście przez punkt równonocy marcowej, z południa na północ. Na półkuli północnej zaczyna się astronomiczna wiosna.
• 90°: przesilenie czerwcowe i największa północna deklinacja. Na półkuli północnej jest to początek lata oraz okolica najdłuższego dnia.
• 180°: równonoc wrześniowa, przejście z północy na południe i początek północnej jesieni.
• 270°: przesilenie grudniowe, największa południowa deklinacja i początek północnej zimy.

Nazwy według miesięcy są jednoznaczniejsze niż samo „letnie” lub „zimowe”: w czerwcu półkula południowa zaczyna zimę. Do dokładnego wyznaczania momentów służy położenie pozorne, z odpowiednimi poprawkami, między innymi nutacją i aberracją. Drobne kąty mają znaczenie, gdy podajemy czas z dokładnością do minut.

To chwile, a nie całe dni

Równonoc lub przesilenie jest jednym momentem wspólnym dla całej Ziemi. Zapis lokalny może przypadać na różne daty. Jeśli dane wydarzenie nastąpi późnym wieczorem w Polsce, w Japonii może być już następny dzień. Zmienia się kalendarz i godzina, nie samo zjawisko.

„Przesilenie” opisuje pozorny zwrot sezonowego ruchu: wysokość południowego Słońca przez kilka dni zmienia się bardzo powoli, a następnie zaczyna maleć zamiast rosnąć lub odwrotnie. Łacińskie solstitium oznacza zatrzymanie Słońca. Aequinox wiąże się z równą nocą, choć widoczny dzień podczas równonocy nie jest dokładnie dwunastogodzinny.

Dlaczego daty się przesuwają?

Rok zwrotnikowy trwa w przybliżeniu 365,2422 doby, a zwykły rok kalendarzowy ma 365 dni. Moment sezonowy przesuwa się więc względem kalendarza średnio o prawie sześć godzin rocznie. Dzień przestępny cofa ten dryf o dobę. Kalendarz gregoriański koryguje dłuższą skalę regułą, która pomija trzy dni przestępne w cyklu czterystuletnim.

W XXI wieku początek wiosny w polskim czasie przypada najczęściej 20 marca. Nie należy jednak traktować 21 marca z dawnych szkolnych przybliżeń jako definicji astronomicznej. Konkretna data zależy od roku i strefy, a rozkład zmienia się w dłuższych okresach. Także dokładne odstępy między kolejnymi równonocami nie są idealnie stałe.

Pory roku nie trwają jednakowo długo

Na półkuli północnej lato astronomiczne trwa około 93,6 dnia, wiosna 92,8, jesień 89,8, a zima około 89. To orientacyjne wartości dla obecnej epoki, nie cztery równe ćwiartki roku.

Drugie prawo Keplera wyjaśnia różnicę: na początku stycznia Ziemia znajduje się przy peryhelium i porusza się szybciej, na początku lipca przy aphelium wolniej. Północne lato trwa więc dłużej, mimo że Ziemia jest wtedy dalej od Słońca. O cieple lata decydują przede wszystkim wyższe położenie Słońca i dłuższy dzień, nie mniejsza odległość.

Dystans zmienia się w przybliżeniu od 147 do 152 milionów kilometrów, co daje około siedmioprocentową różnicę strumienia promieniowania między skrajnymi odległościami. To inny efekt niż sezonowa zmiana kąta padania i czasu oświetlenia na danej szerokości.

Meteorologia stosuje wygodny podział na całe miesiące: na półkuli północnej pory zaczynają się 1 marca, 1 czerwca, 1 września i 1 grudnia. Służy on porównywaniu statystyk pogody i jest odrębny od chwil astronomicznych.

Jak obserwować sezonowy zwrot?

Wybierz bezpieczny punkt obserwacji z wyraźnymi elementami horyzontu. Przez kilka tygodni notuj miejsce zachodu względem zabudowy lub krajobrazu, bez patrzenia bezpośrednio w tarczę. Zbliżając się do przesilenia, punkt przesuwa się coraz wolniej, a później wraca w przeciwną stronę. Na szerokości około 50° różnica między skrajnymi kierunkami zachodu jest rzędu osiemdziesięciu stopni.

Takie regularności wykorzystywały dawne kultury. Oś Stonehenge wiąże się z kierunkami przesileń, a bramy neolitycznej konstrukcji w Goseck w Niemczech z kierunkami zimowego wschodu i zachodu. To rzeczywiste miejsca historyczne. Własny prosty rejestr możesz prowadzić również znad Bieszczadów lub z polskiego ogrodu, zachowując ten sam punkt widzenia.

W jeszcze dłuższej skali **precesja** przesuwa punkt równonocy na tle gwiazd. Pełny obieg trwa około 26 tysięcy lat. Punkt marcowy leży w obecnej epoce w obszarze Ryb, choć tradycyjna nazwa punktu Barana pozostała. To położenie na tle gwiazdozbiorów, nie zmiana definicji początku astronomicznej wiosny.