Hvorfor dagens længde og skygger ændrer sig: Jorden, Solen og skygger

Dag og nat skyldes rotation

Solen kredser ikke om Jorden hver dag. Jorden drejer om sin akse og gennemfører en hel rotation på cirka 24 timer. Den side af planeten, der vender mod Solen, har dag, og den modsatte side har nat.

Grænsen mellem dem kaldes terminatoren. Når Jorden roterer, føres din by hen mod denne linje, gennem den og ud på den anden side. Når du bevæger dig ind i lyset, er det solopgang; når du bevæger dig tilbage ind i mørket, er det solnedgang.

Jorden drejer mod øst. Derfor ser Solen ud til at stå op i øst og gå ned i vest.

Hvorfor dagslys ikke altid varer 12 timer

En hel dag er 24 timer, men mængden af dagslys ændrer sig alt efter sted og dato. Forestil dig en nål på globussen. Mens Jorden drejer, følger nålen en cirkel på en konstant breddegrad. En del af cirklen ligger i sollys, og en anden del ligger i skygge. Jo længere den solbelyste del er, jo længere er dagen.

Fordi Jordens akse hælder, går terminatorlinjen ikke pænt fra pol til pol det meste af året. Den skærer breddegradscirklerne ujævnt. Nær ækvator deles cirklerne næsten i to hele året, så dagslyset er tæt på 12 timer hver dag. Nærmere polerne bliver opdelingen meget mere ujævn: lange dage i den ene årstid, korte dage i den anden, og nær selve polerne perioder med kontinuerligt lys eller mørke.

Den samme dato kan derfor give meget forskelligt dagslys to steder på forskellige breddegrader.

Skygger og Solens højde

En skygge er et område på jorden, som sollyset ikke kan nå, fordi en genstand står i vejen. Tag en lodret pind på fladt underlag: Den ene stråle, der lige strejfer dens øverste ende, markerer, hvor skyggen slutter.

Det gør geometrien enkel. Skyggens længde afhænger kun af pindens højde, og hvor højt Solen står over horisonten:

shadow length = stick height ÷ tan(Sun elevation)

• Solen står højt på himlen: skyggen er kort.
• Solen står lavt nær horisonten: skyggen er lang.
• Solen står i 45°: skyggen er lige så lang, som pinden er høj.

En højere pind skalerer det hele op i samme forhold, men mønstret forbliver det samme. Det er også derfor, din egen skygge bliver lang om morgenen og aftenen og bliver kortere omkring middagstid.

Solens bane og skyggeuret

For et bestemt sted og en bestemt dato følger Solen en fast bue over himlen. Den stiger gennem morgenen, når sit højeste punkt ved solmiddag og synker gennem eftermiddagen. Skyggen følger den præcist, peger væk fra Solen og ændrer længde, mens Solen stiger og falder.

Det er idéen bag et solur eller et skyggeur. Markér, hvor skyggens spids falder på forskellige tidspunkter, så kan du aflæse tiden ud fra skyggens retning. To detaljer er vigtige:

• buen er forskellig i hver årstid, så et ur skal indstilles efter den rigtige dato og breddegrad, og
• soltiden og tiden på din telefon passer ikke helt sammen, fordi ure er indstillet for en hel region.

Selv en simpel pind i jorden fortæller dig meget: Dagens korteste skygge markerer solmiddag, og uden for troperne peger den mod det geografiske nord eller syd afhængigt af, hvilken halvkugle du befinder dig på.

Almindelige misforståelser

• "Det er mørkt om natten, fordi Solen bevæger sig bag Månen." Det er ganske enkelt den side af Jorden, der vender væk fra Solen.
• "Solen står lige over hovedet ved middagstid overalt." Det kan den kun gøre steder i troperne, og kun på nogle dage.
• "Skygger peger altid mod nord." De peger væk fra Solen, så deres retning ændrer sig i løbet af dagen.
• "Årstider findes, fordi Jorden er tættere på Solen om sommeren." Det er hældningen, ikke afstanden, der skaber årstiderne, og dagens længde spiller en stor rolle.
• "Hver dag har præcis 12 timers dagslys." Det passer kun nogenlunde nær ækvator.

Sådan undersøger du det i laboratoriet

I laboratoriet Solen, Jorden & Månen kan du dreje planeten, flytte stiften og trække en lampe eller den rigtige Sol rundt om en pind. En rute gennem den gratis første verden:

1. Begynd med En roterende Jord, og se terminatoren bevæge sig hen over stiften.
2. Sammenlign steder og datoer i Hvor lang er en dag?.
3. Mål geometrien i Solens højde og skyggens længde.
4. Saml det hele med Solens bane og skyggeuret.

Simuleringen er en forenklet undervisningsmodel: Den ser bort fra atmosfæren, bakker og de små svingninger i Jordens bevægelse, så tiderne for solopgang og solnedgang bliver lidt mere regelmæssige end i virkeligheden. Den grundlæggende geometri passer med det, du selv kan undersøge med en pind på en solrig dag.