Misschien heb je tijdens je reizen gehoord dat de zon 's middags 'direct boven je hoofd' aan de hemel staat. Tenzij u zich op of ten noorden van de poolcirkel bevindt, is dit technisch gezien nooit het geval. Niet alleen dat, maar tenzij je op de evenaar van de aarde woont, bereikt de hoogste positie boven de horizon elke dag–dat wil zeggen, de hoogte van de zon–varieert enigszins van dag tot dag in de loop van het jaar.
De hoogte van de zon in graden hangt af van twee factoren: uw afstand tot de evenaar en de datum.
Stap 1: Ga naar locatie
Je breedtegraad is een getal tussen 0 graden (als je op de evenaar woont) en 90 graden (als je op de Noord- of Zuidpool woont). De meeste mensen in de Verenigde Staten zijn tussen de 25 graden noorderbreedte en 45 graden noorderbreedte. Omdat de omtrek van de aarde ongeveer 25.000 mijl is en er 360 graden in een cirkel zijn, komt elke breedtegraad uit op iets minder dan 70 mijl.
Als u uw breedtegraad niet weet, gaat u naar de NASA Latitude/Longitude Finder (zie bronnen) en voert u uw locatie in. Boston, Massachusetts, VS ligt bijvoorbeeld op 42,36 graden noorderbreedte.
Stap 2: Bepaal de equinoxhoogte van de zon
De aarde is 23,5 graden gekanteld ten opzichte van een lijn die loodrecht staat op het rotatievlak, als een tol die begint te wiebelen. Dit is de oorzaak van de seizoenen, en is ook de reden waarom de hoogste hoogte van de zon varieert. Op ongeveer 22 of 23 maart en opnieuw op ongeveer 22 of 23 september, gaat de aarde door een equinox - Latijn voor "gelijk aan nacht." Op deze twee dagen krijgt de aarde 12 uur of licht en 12 uur duisternis, en de zon klimt naar een hoogte gelijk aan:
\text{hoogte}=90-L
in graden boven de horizon. In het geval van Boston is dit dan:
\text{hoogte}=90-42.36 = 47.64
47,64 graden boven de horizon, dat is iets meer dan halverwege het zenit (het punt direct boven je hoofd).
Stap 3. Bepaal de zonnewendehoogten van de zon
Vanaf de lente-equinox op het noordelijk halfrond op 22 of 23 maart, de eerste dag van de lente, is de hoeveelheid van de tijd die de aarde in het licht doorbrengt, blijft toenemen, en de zon klimt elk naar een steeds hoger punt dag. Na drie maanden, op 22 juni of zo, breekt de zomerzonnewende, de eerste dag van de zomer en de zogenaamde "langste dag van het jaar" aan. Vanwege de hierboven genoemde kanteling van 23,5 graden is de zon om 12.00 uur in Boston nu:
(90 - 42.36 + 23.5) = 71.14
71,14 graden boven de horizon. Dit is ongeveer 80 procent van de weg van de horizon naar het zenit.
Zes maanden later, op 22 of 23 december, is de herfst-equinox gekomen en gegaan en komt de winterzonnewende aan. Op deze dag, de eerste dag van de winter en de zogenaamde "kortste dag van het jaar", is de situatie vanaf de zomer omgekeerd en bereikt de zon slechts een hoogte van:
(90 - 42.36 - 23.5) = 24.1
24,1 graden. Dit is iets meer dan een vierde van de afstand van de horizon tot het zenit.
Stap 4: Factor in de declinatie voor vandaag
De variatie als gevolg van de kanteling van de aarde wordt de declinatie genoemd. Het is een positief getal in de lente en zomer en een negatief getal in de herfst en winter, variërend tussen de waarden van 23,5 en -23,5 graden.
De vergelijking voor het berekenen van de hoogte boven de horizon op een bepaalde dag is:
\text{hoogte}=90-L+D
In onze eerste voorbeelden, op de equinoxen,Dwas nul en werd daarom niet expliciet opgenomen.
Om de declinatie voor vandaag en de hoogte van de zon te bepalen, kunt u de NOAA Solar Calculator of de Kiesan Calculator gebruiken, beide online. Als u geen toegang heeft tot een van deze, kunt u een goede gok doen, zolang u de datum en uw geschatte breedtegraad weet. Als het bijvoorbeeld begin mei is en je in Miami, Florida bent, weet je dat de declinatie van de zon ongeveer halverwege tussen 0 en 23,5 ligt, omdat de lente half voorbij is en je breedtegraad ongeveer 25 graden is. Daarom kun je schatten dat de zon zal stijgen tot een hoogte van ongeveer:
(90 - 25 + 11.5) = 76.5 \text{ graden}