Bez względu na to, gdzie mieszkasz, prawie na pewno korzystasz z większej ilości światła dziennego w miesiącach letnich. Jeśli mieszkasz na półkuli północnej, lato trwa od końca czerwca do końca września; na półkuli południowej lato zajmuje ten sam okres co zima na północ od równika, od końca grudnia do końca marca. Ten wzrost letniego nasłonecznienia wynika z połączenia coraz wcześniejszych wschodów i coraz późniejszych zachodów słońca.
Dlaczego latem na planecie jest więcej światła słonecznego, a zimą mniej? Odpowiedź łączy podstawową geometrię z podstawową astronomią, choć nie w sposób, w jaki myślisz.
Czynniki astronomiczne określające długość światła dziennego
Ziemia znajduje się średnio około 93 milionów mil (150 milionów kilometrów) od Słońca. Kształt orbity nie jest kołem, ale elipsą, więc Ziemia zbliża się do Słońca w styczniu na odległość około 91 milionów mil, a w lipcu na odległość około 95 milionów mil.
Najwyraźniej jednak to nie ta odmiana sprawia, że miesiące letnie są cieplejsze i lepiej naświetlone niż miesiące zimowe. Zamiast tego pory roku w całości wynikają z przechylenia Ziemi o 23,5 stopnia od linii prostopadłej do jej orbity wokół Słońca. To nachylenie zawsze „wskazuje” w tym samym kierunku względem Słońca, podczas gdy Ziemia okrąża je w ciągu roku. Oznacza to, że zamiast tego, by każda część planety miała 12 godzin słońca i 12 godzin ciemności przez cały rok, co miałoby miejsce, gdyby Obroty Ziemi były prostopadłe do jej płaszczyzny orbity, każda lokalizacja (z wyjątkiem samego równika) doświadcza więcej światła dziennego niż ciemności w lato. Co więcej, ta nierównowaga staje się bardziej wyraźna wraz ze wzrostem odległości od równika (a więc bliskością biegunów). Na półkuli północnej czerwiec jest ogólnie najbardziej słonecznym miesiącem, a grudzień odpowiednio najciemniejszym.
Być może słyszałeś o kole podbiegunowym, linii szerokości geograficznej okrążającej Ziemię 66,5 stopnia na północ od równika (lub 23,5 stopnia na południe od bieguna północnego) i koła podbiegunowego, podobnie zlokalizowanego odpowiednika koła podbiegunowego na południu Półkula. Znaczenie tych wyimaginowanych granic polega na tym, że regiony bliższe biegunom niż te doświadczenia całodobowe światło słoneczne przez miesiąc lub dłużej począwszy od nadejścia lata, zwanego latem przesilenie dnia z nocą. Dzieje się tak, ponieważ nachylona oś obrotu Ziemi w tym dniu jest skierowana bezpośrednio w stronę Słońca, a małe fragmenty planety nie obracają się całkowicie poza promieniami słonecznymi, dopóki nie minie jakiś czas minęło. Liczba godzin przesilenia letniego w ciągu dnia jest w tym dniu najwyższa na całym świecie.
Pod koniec lata, podczas jesiennej (jesiennej) równonocy, która ma miejsce 21 lub 22 września na półkuli północnej, oś lub rotacja nie są skierowane ani do, ani od Słońca. Skutkuje to tym, że przez jeden dzień Ziemia w ogóle nie jest nachylona wokół własnej osi, a wszędzie na Ziemi otrzymuje 12 godzin światła słonecznego i 12 godzin ciemności. Dzieje się tak również w równonoc wiosenną (wiosenną) sześć miesięcy później, kiedy ilość dziennego światła słonecznego wzrastała od rocznego minimum przez trzy miesiące, zamiast maleć.
Przykłady geograficzne
Szereg stron internetowych, w tym strona obsługiwana przez US Navy (patrz Zasoby), integruje je zasady i pozwalają szybko określić, ile światła słonecznego otrzymuje dana lokalizacja w każdy dzień rok. Na przykład, jeśli wjedziesz do Portland w stanie Oregon w USA, które ma szerokość geograficzną nieco ponad 45 stopni, a zatem znajduje się nieco ponad połowę drogi na północ Biegun z równika, okazuje się, że miasto jest oświetlone przez 15 godzin i 41 minut w czasie przesilenia letniego oraz przez 8 godzin i 42 minuty minut w czasie przesilenia zimowego sześć miesięcy później, co oznacza, że czas zachodu słońca w Oregonie może się różnić o około trzy i pół godziny. Bardziej wysunięte na północ miasta wykazują ten sam wzór, ale większą amplitudę pomiędzy maksymalną i minimalną ilością światła słonecznego w różnych porach roku.