Rotacija Zemlje oko Sunca. Putanja kojom se Zemlja kreće oko Sunca naziva se ekliptika, i obično se crta baš onako kako mali Mikica zamišlja elipse: izdužena zatvorena kriva linija čija je jedna dimenzija znatno veća od druge. Tačka u kojoj je Zemlja najbliža Suncu naziva se perihel i, u našoj epohi, Zemlja je doseže otprilike 4. januara. Tačka u kojoj je Zemlja najdalje od Sunca naziva se afel i, u našoj epohi, Zemlja je doseže otprilike 4. jula. No, stvarnost je unekoliko drugačija. Sledeća slika prikazuje Zemljinu orbitu oko Sunca i samo Sunce u razmeri 1:1.
Vidimo, Zemljina orbita oko Sunca je zapravo skoro odličan krug. Na gornjoj slici je pravi krug i ucrtan, što se vidi po blago debljoj levoj strani zatvorene linije. Poluprečnik Zemljine orbite je otprilike stotinu puta već od prečnika Sunca, a Zemlja je u afelu od Sunca udaljena 3% više nego u perihelu. To su fine razlike koje oučavamo i koje ipak značajno utiču na klimu na Zemlji.
(Religijske i ostale (geo)političke organizacije nas izdašno bombarduju homocentričnim posmatranjem društvenih i prirodnih pojava. Potrošimo malo vremena, pogledajmo ponovo prethodnu sliku. Mi zaista jesmo zanemarljiva mrlja na oko-sićušne-tačke-motajućoj zanemarljivoj mrlji, sposobna da sve to i shvati. Ovo nije razlog ni za očaj ni za slavlje. Mi smo to što jesmo, te je svako vreme krajnje vreme da odrastemo i počnemo da živimo saglasno onome što jesmo.)
Kažemo da Zemlja kruži oko Sunca. Ovakva kratka izjava znači sledeće: Sunce, jedna od zvezda galaksije Mlečni put i Zemlja, jedna od planeta lokalnog planetarnog sistema koji nazivamo Sunčev sistem, kreću se (u odnosu na udaljene, fiksne zvezde) oko zajedničkog centra gravitacije. U slučaju Sunca i Zemlje, zajednički centar gravitacije se praktično nalazi u centru Sunca, tako da se u ovom smislu Sunce praktično ne kreće. Zemlja se (gledano sa Sunca) kreće po putanji koja je, istorijski govoreći, prvobitno opisana empirijskim zakonima koje je ustanovio Johan Kepler (koristeći podatke koje je, osmatrajući nebeska tela, sakupio Tiho Brahe). Keplerovi zakoni postuliraju da se Zemlja (gledano sa Sunca) kreće po elipsi u čijoj se jednoj od žiža nalazi Sunce, te da linija koja spaja centar Sunca i centar Zemlje u jednakim vremenskim intervalima prebriše jednake površine – što zapravo znači da se Zemlja (gledano sa Sunca) kreće brže što je njen položaj bliži Suncu, i obratno. Keplerovi zakoni su u saglasju sa Njutnovim zakonom gravitacije, odličnim teorijskim objašnjenjem kretanja (gledano sa Sunca) svih planeta izuzev Merkura.
(Čitalac će možda smatrati da je moje insistiranje na gledanju sa Sunca dosadno (ili u prevodu na hrvatski: smatrati moje insistiranje na gledanju sa Sunca dosadnim). No, da budemo načisto: jedan od suštinskih razloga za traljavo znanje fizike koje naše škole pružaju jeste olako prelaženje preko relativnosti svih kretanja u prirodi. Zapamtimo da bezuslovno uvek kada o nekom kretanju razmišljamo moramo pre svega da se odlučimo u odnosu na šta to kretanje posmatramo. I da, sve ovo ne važi u slučaju sedenja na stolicama.)
Godišnja doba. Naša matična planeta Zemlja, tokom svog kretanja oko obližnje zvezde koju zovemo Sunce, menja položaj na takav način da različiti delovi njene površine bivaju više ili manje osunčani (na udaru Sunčeve energije), što obično prikazujemo sledećom slikom:
Na slici vidimo četiri karakteristična položaja koja Zemlja zauzima tokom godišnje rotacije oko Sunca. Levi i desni položaj je solsticij, dok gornji i donji položaj nazivamo ravnodnevnica. Iz istorijskih razloga (dominantnih priloga tzv. zapadne civilizacije nauci), redom se sa desna nalevo ovi položaji zovu zimski solsticij (22. decembar), prolećna ravnodnevnica (21. mart), letnji solsticij (22. jun) i jesenja ravnodnevnica (23. septembar). Odgovarajuća godišnja doba počinju upravo tokom naznačenih dana.
(Datumi su ovde dati orijentaciono i važe samo za našu epohu, jer tanani uticaji koje je teško grupisati i numerički izraziti menjaju ove datume od godine do godine, ali ne dalje od par dana.)
Slika prikazuje i osnovni razlog za prepoznavanje godišnjih doba: promena u osunčanosti Zemlje. U okolini zimskog solsticija vidimo da je severna polulopta Zemlje izložena Sunčevim zracima tako da oni stižu pod oštrim uglom – odnosno, drugačije rečeno, Sunce se pojavljuje niže na nebu. Takođe, na delu je efekat koji opisuje drugi Keplerov zakon: pošto je Zemlja u zimskom solsticiju bliža Suncu, ona se brže kreće, što se projektuje u brže Sunčevo kretanje po nebu – stoga obdanica traje kraće.
Rotacija Zemlje oko sopstvene ose. Zemlja, osim rotacije oko Sunca, izvodi i rotaciju oko sopstvene ose rotacije. Pošto ravan Zemljinog ekvatora zaklapa sa ekliptičkom ravni ugao od 23,4°, a osa sopstvene rotacije Zemlje je normalna na ravan Zemljinog ekvatora, obično kažemo da je Zemljina osa sopstvene rotacije nagnuta pod uglom od 23,4°. Ta osa, prirodno, prolazi kroz Zemljine polove i u našoj epohi je usmerena ka zvezdi Severnjači.
Ova činjenica je veoma bitna. Uspeh zapadne civilizacije se u dobroj meri zasniva na moreplovstvu, koje je imalo uspeha upravo zato što je zvezda Severnjača najbolji nebeski marker koji je moguće imati – dovoljno je i sjajna i usamljena na severnom nebu.)
Za praktične potrebe godišnjih proračuna, možemo reći da osa sopstvene rotacije ostaje sama sebi paralelna tokom godine. No, na duže, milenijumske staze ova izjava nije tačna.
Precesija. Pravac Zemljine ose sopstvene rotacije nije stabilan, već se menja tokom vremena. Kažemo da Zemljina osa sopstvene rotacije izvodi precesiju, odnosno rotira u odnosu na udaljene (praktično stalne) zvezde. Precesiono kretanje je posledica zakona o održanju momenta impulsa, koji se može odlično simulirati pomoću čigre (a klizači na ledu ga izdašno koriste za pravljenje raznoraznih kerefeka).
Precesija je prilično spor proces za ljudske standarde: ceo precesioni krug osa sopstvene rotacije Zemlje obavi za nekih 26 hiljada godina. Ovo znači da je u našim krajevima pre 13 hiljada godina leto počinjalo onog dana kada nama počinje zima, da je pre 6500 godina leto počinjalo kada nama počinje proleće (ove dve izjave treba shvatiti uslovno: klima je tada bila značajno drugačija nego sada, i teško je olako praviti paralele), kao i da se Zemljina osa sopstvene rotacije pomerila za nekih 30° od vremena Aristotela do danas. Otuda, kompletna priča koju ovde pričamo važi za našu epohu, vreme od (u odnosu na danas) nekih prethodnih i budućih hiljadu godina.
(Spomenimo ovde još samo da su precesija i slični spori procesi, koji ne utiču na naš svakodnevni život, razlozi za postavljanje Milankovićeve teorije klimatskih promena. Posledični Milankovićev godišnji kalendar je klasičan primer pucanja topom u vrapce: kalendar koji čini grešku od jednog dana u četiri hiljade godine je našoj civilizaciji nepotreban.)
Trajanje dana. Astronomi na Zemlji se ne stide korišćenja naziva koji impliciraju kretanje Sunca oko Zemlje, čime blago čuvaju sećanje na epska vremena Ptolomejeve, geocentrične astronomije. Recimo, vreme potrebno Zemlji da napravi jednu punu rotaciju oko svoje ose astronomi nazivaju Sunčev dan. Administrativno, dan na Zemlji traje 24 časa, ili 86400 sekundi. No, ova vrednost se u astronomiji obično zove srednji Sunčev dan. Trajanje stvarnog Sunčevog dana razikuje se od administrativne vrednosti zbog delovanja nekoliko parametara, od kojih se u standardnim proračunima koriste dva: uticaj iskošenosti Zemljine ose sopstvene rotacije, i ranije pomenuti uticaj promene brzine kretanja Zemlje tokom godine. Uključivanjem ovih parametara, dobijamo vreme trajanja Sunčevog dana u toku godine:
Vidimo da se trajanje dana u toku godine menja tako da se tek četiri puta godišnje administrativno trajanje dana poklapa sa stvarnim Sunčevim danom. Takođe vidimo da tokom godine stvarno trajanje dana može da bude i do 14 minuta kraće, odnosno i do 16 minuta duže od administrativnog.
(Nastaviće se)