Talvipäivänseisaus

Tämän vuoden talvipäivänseisaus on 22.12.2019 kello 6.19. Tuolla hetkellä Aurinko on niin etelässä kuin se voi olla. Auringon koordinaatit ovat tuolla hetkellä RA 18 h 00 m 0,0 s, dec -23° 26’ 17”. Suomessa Aurinko talvipäivänseisauksen hetkellä ei ole vielä noussut; Tampereella se tapahtuu kello 9.47. Korkeimmillaan Aurinko näkyy kello 12.23 noin 5,1° korkeudella, ja horisonttiin se painuu kello 15.00. Päivälle tulee siis pituutta 5 tuntia 13 minuuttia.

Ekliptikan kaltevuus menneisyydessä. Kuva Wikimedia Commons.

Päivän pituus riippuu havaitsijan maantieteellisestä sijainnista. Pohjoisempana päivä on vielä lyhyempi, napapiirin pohjoispuolella Aurinko ei nouse lainkaan. Tampereelta etelään siirryttäessä päivän pituus kasvaa. Eteläisellä pallonpuoliskolla on kesä ja päivän pituus sen mukainen. Eteläisen napapiirin eteläpuolella on yötön yö, Aurinko ei laske lainkaan.

Ekliptikan kaltevuus tulevaisuudessa. Punainen neliö on tämänhetkinen arvo. Kuva Wikimedia Commons.

Talvipäivänseisauksena maapallon pyörimisakselin pohjoisnapa osoittaa Auringosta poispäin noin 23,4°. Tämän saman kulman tunnemme ekliptikan kaltevuutena suhteessa taivaanekvaattoriin. Ekliptika on maapallon ratataso Auringon ympäri ja taivaanekvaattori on tietysti maapallon ekvaattorin (päiväntasaaja) projektio taivaalla.

Ekliptika pysyy muuttumattomana, mutta maapallon asento ja samalla siis taivaanekvaattori hieman huojahtelee. Tällä hetkellä huojahtelu on kaltevuutta vähentävä noin 0,013 astetta (47 kulmasekuntia) vuosisadassa. Kulman muuttuminen johtuu Auringon, Kuun ja planeettojen gravitaatiovoimien vaikutuksesta.

Ekliptikan kaltevuus (ε) lasketaan nykyisin NASA/JPLn kehittämällä sarjalla

ε = 23° 26′ 21″.406 − 46″.836769 T − 0″.0001831 T² + 0″.00200340 T³ − 0″.576×10⁻⁶ T⁴ − 4″.34×10⁻⁸ T⁵

jossa T on aika laskettuna Juliaanisena vuosisatana epookista J2000.0. Kaavan tarkkuus on hyvä, sillä sen virhe on vähemmän kuin 0,04 kaarisekuntia vuosituhannessa seuraavien 10 000 vuoden aikana. 

Jos näin suurta tarkkuutta ei tarvita, laskukaavan voi lyhentää mistä termistä tahansa.

Ekliptikankaltevuus ja siten myös napapiirien sijainti ei pysy paikoillaan, vaan siinä tapahtuu muutoksia jopa vuorokauden aikana. Maanpinnalla napapiirin paikka voi nopeimmillaan siirtyä jopa 92 cm vuorokaudessa ja noin 34 m edestakaisin kolmen kuukauden jaksoissa. Pitemmissä ajanjaksoissa huojunta noin 270 metriä noin 18,5 vuodessa.

Huojunnan lisäksi napapiiri on siirtymässä kohti pohjoista noin 14,5 metriä vuodessa. Siirtyminen johtuu ekliptikan kaltevuuden vähenemisestä, mutta se ei voi jatkua ikuisesti. Pitkällä aikavälillä ekliptikan kaltevuuden lasketaan vaihtelevan 22 – 24,4° välillä, joka sijoittaa napapiirin aina jonnekin Simo – Taivalkoski etelälinjan ja Muonion korkeuden välille. Tällä hetkellä napapiiri on, kuten hyvin tiedetään, hieman Rovaniemen pohjoispuolella.