Takto se pohybuje Slunce na obloze v průběhu roku

V kteroukoli denní dobu byste teoreticky mohli nastavit fotoaparát a pořídit snímek krajiny, který by zahrnoval zdánlivou polohu Slunce na obloze. Kdybyste se vrátili následující den v přesně stejný čas o 24 hodin později, zjistili byste, že Slunce svou polohu nepatrně změnilo. Kdybyste to dělali každý den po celý rok, zjistili byste dvě důležité věci:

1. Slunce by se konečně vrátilo do výchozího bodu, stejně jako se Země vrátila do stejného bodu své dráhy z předchozího roku.
2. Vytyčený tvar by vypadal jako osmička s jednou smyčkou větší než druhou: tvar známý jako naše analéma.

Skutečnost, že Země obíhá kolem Slunce jednou za rok, vysvětluje první část. Pohyb Slunce ve zvláštním tvaru analemmy je však způsoben kombinací hlubokých příčin. Zjistíme proč.

Prvním významným faktorem, který přispívá ke zdánlivému pohybu Slunce, je skutečnost, že Země obíhá kolem Slunce, zatímco je skloněna kolem své osy. Osový sklon Země přibližně 23,5° zajišťuje, že pozorovatelé na různých místech uvidí Slunce v průběhu roku dosahovat vyšších či nižších poloh nad obzorem. Když je vaše polokoule nakloněna ke Slunci, maximum Slunce bude vycházet blíže k zenitu, zatímco když je vaše polokoule odkloněna, maximum Slunce se od něj bude vzdalovat.

Když je vaše polovina světa nakloněna k naší mateřské hvězdě, dráha Slunce po obloze se zdá delší, vychází výše a poskytuje nám více hodin denního světla, než je průměr. Osový sklon je příčinou ročních období na Zemi a vysvětluje, proč je takový rozdíl v délce a charakteru dne o letním slunovratu a o zimním slunovratu.

Obecně se na celé Zemi zdá, že Slunce vychází ve východní části oblohy, stoupá vysoko nad hlavu směrem k rovníku a poté klesá a zapadá na západě. Pokud žijete:

• jižně od 23,5° jižní šířky, červnový slunovrat označuje nejkratší, nejnižší dráhu Slunce po obloze, zatímco prosincový slunovrat označuje nejdelší, nejvyšší dráhu.
• severně od 23,5° severní šířky, prosincový slunovrat označuje nejkratší, nejnižší dráhu Slunce po obloze, zatímco červnový slunovrat označuje nejdelší, nejvyšší dráhu.
• mezi oběma tropy (mezi 23° severní šířky a 23,5° jižní šířky), prosincový slunovrat označuje nejkratší, nejnižší dráhu Slunce po obloze.5° j. š. a 23,5° s. š.) projde Slunce přímo nad hlavou ve dvou dnech stejně vzdálených od jednoho slunovratu.

Pokud byste z libovolného místa sledovali polohu Slunce v průběhu roku – například dírkovou komorou – viděli byste toto.

Ale nezdá se, že by Slunce na obloze jednoduše symetricky stoupalo a klesalo. Časy západu a východu Slunce se v průběhu roku mění. Slunce dosahuje svého nejvyššího bodu v různých časech podle střídání ročních období, nejen každý den v poledne.

Důvodem je do značné míry druhý hlavní faktor, který se podílí na zdánlivém pohybu Slunce v průběhu roku:

Obíhání po elipse neznamená jen to, že Země je v určitých bodech své dráhy blíže nebo dále od Slunce. Znamená to také – podle druhého Keplerova zákona – že když je Země blízko Slunce (perihelium), má vyšší oběžnou rychlost, a když je Země daleko od Slunce (afélium), má nižší oběžnou rychlost.

Sama o sobě by tato skutečnost neznamenala velký rozdíl, ale nyní musíme přidat další faktor: Země se neotočí kolem své osy jednou za 24 hodin. Místo toho se Země otočí o celých 360° za pouhých 23 hodin a 56 minut; den trvá 24 hodin, protože tyto 4 minuty navíc jsou potřeba k „dohnání“ vzdálenosti, kterou Země urazila na své dráze kolem Slunce.

Při průměrném dni, kdy se Země pohybuje svou průměrnou rychlostí kolem Slunce, je 24 hodin tak akorát. Když se však Země pohybuje pomaleji (v blízkosti afélia), je 24 hodin příliš dlouhá doba na to, aby se Slunce vrátilo do stejné polohy, a proto se zdá, že se Slunce posouvá pomaleji, než je průměr. Podobně, když se Země pohybuje rychleji (v blízkosti perihelia), není 24 hodin dostatečně dlouhá doba na to, aby se Slunce vrátilo na místo, kde začalo, a proto se posouvá rychleji, než je průměr.

Pokud bychom se museli potýkat pouze s axiálním sklonem a naše oběžná dráha by byla dokonalou kružnicí, dráha, kterou Slunce vytyčuje na obloze, by byla skutečně dokonalou osmičkou: symetrická kolem horizontální i vertikální osy.

Pokud bychom žili na planetě, která by měla eliptickou dráhu, dráha Slunce na obloze by byla jednoduše elipsa: kde by excentricita byla jediným faktorem, který by přispíval k tomu, jak se Slunce pohybuje. To se zhruba děje na Jupiteru a Venuši, kde jsou axiální sklony zanedbatelné.

Ale tady na Zemi máme jak eliptickou dráhu, tak značný axiální sklon, a tak jsou oba vlivy významné. Zejména když je zkombinujeme, okamžitě vidíme, proč naše analema vypadá jako „osmička“, která je na jedné úzké straně přitisknutá.

Tady na Zemi nastává perihelium 3. ledna: pouhé 2 týdny po prosincovém slunovratu. Protože se naše planeta pohybuje největší rychlostí v blízkosti prosincového slunovratu, je díky tomu „dolní“ strana analemu (ze severní polokoule) mnohem větší než „horní“ strana, která se shoduje s aféliem na začátku července a červnovým slunovratem.

Podtrženo a sečteno, můžeme tyto efekty spojit a sestavit rovnici pro určení místa, kde se bude Slunce nacházet v určitém čase při pohledu z libovolného místa na Zemi. Tuto odvozenou veličinu nazýváme rovnice času.

Podle všeho je to pouze axiální sklon a elipticita, které určují tvar dráhy Slunce při pohledu ze Země každý den ve stejnou dobu. Zemská analemma má tento konkrétní tvar pevně daný.

Při určování přesné orientace analemmy jsou však ve hře ještě další dva faktory. Jedním z nich je vaše poloha na Zemi: pozorovatelé ze severní polokoule uvidí malou smyčku analemmy vysoko na obloze a velkou smyčku níže na obloze, zatímco pozorovatelé z jižní polokoule uvidí opak.

A druhou věcí je, v jakou denní dobu fotografujete. Pokud budete denně fotografovat:

• v poledne, kdy je Slunce nejvýše, bude se jevit analemma dokonale svislá.
• před polednem, než Slunce dosáhne svého maxima, bude se jevit analemma otočená proti směru hodinových ručiček z polední polohy.
• po poledni, následně po dosažení maxima Slunce, se bude jevit analemma otočená po směru hodinových ručiček z polední polohy.

Zkoumáním 52 kombinovaných snímků Césara Cantúa z celého roku sešitých dohromady můžete zjistit, že fotografoval Slunce v pozdním odpoledni ze své zeměpisné šířky v Mexiku.

Je snadné si všimnout, že nejvyšší bod odpovídá letnímu slunovratu, zatímco nejnižší bod odpovídá zimnímu slunovratu, ale „křížový bod“ v analemmě Slunce při pohledu ze Země nemá žádný zvláštní astronomický význam. Tato data, která nastávají přibližně 14. dubna a 30. srpna, jsou pouze určena způsobem, jakým jsou naše roční období, určená osovým sklonem, sladěna s oběžnou dráhou naší planety kolem Slunce.

Pokud by naše perihelium a afélium byly sladěny s rovnodennostmi, nikoliv se slunovraty, měli bychom analemma ve tvaru slzy, nikoliv osmičky, jak se Slunce jeví z Marsu! Analéma je krásný, přirozený tvar, který Slunce vytyčilo v průběhu času a který vytváří tvar osmičky, jak to diktuje naše dráha i osový sklon. Vychutnejte si pohyb Slunce po naší obloze, protože jeho jedinečná vesmírná pirueta je způsobena jedinečným pohybem naší planety vesmírem!