Det er nok en gang tid for å feire jul, og muligens vil noen oppleve at medlemmer av den oppvoksende generasjon undrer seg over årsaken til festlighetene. Et fullstendig svar vil kreve innsikt i humaniora og samfunnsvitenskapene, men en del av svaret er at vi på denne tiden av året kan begynne å se fram til lysere og varmere dager. Og da er vi inne på mitt felt, astronomien. Så her følger forklaringen på hvorfor vi har årstider. Dette kanskje er kjent stoff for mange, men julen handler jo om tradisjoner. Orker man enda en runde med «Tre nøtter til Askepott», klarer man kanskje å høre historien om jordaksens helning og årstidene en gang til.

Effekten av seks millioner milliarder milliard

Selv om jorda produserer noe energi selv fordi den har radioaktive grunnstoffer i sitt indre, er det klart at det ville ha vært ganske kaldt og ufyselig her uten strålingen fra sola. Solas utstråling har en effekt som svarer til mer enn seks millioner milliarder milliard av de gode, gamle 60 watts-lyspærene. Etter hvert som strålingen brer seg utover, fordeles energien over et stadig større areal. Det er derfor en betydelig mindre effekt som mottas på jorda, og avstanden mellom jorda og sola betyr noe for hvor høy effekt vi mottar, og dermed hvor varm jorda blir.

Jordas bane rundt sola er ikke sirkelformet, men elliptisk. Det betyr at avstanden mellom jorda og sola varierer gjennom året. På det største er avstanden litt i overkant av 152 millioner kilometer, mens den på det minste er omtrent 147 millioner kilometer. Da er det naturlig å tro at vi mottar mer energi fra sola når vi er nærmest, og følgelig får vi sommer, mens det blir vinter når avstanden er størst. Men ved nærmere ettertanke innser vi at dette ikke kan være den riktige forklaringen på årstidene. Hadde den vært riktig, ville vinter og sommer inntruffet til samme tider over hele jorda. Men når vi tar på ullundertøyet, fyrer folk i Australia opp grillen ved svømmebassenget. I tillegg er det et annet faktum som rimer dårlig med denne forklaringen, nemlig at jorda faktisk er nærmest sola i begynnelsen av januar, når vinteren på den nordlige halvkula er på det hardeste.

Vi går i bane

Tankegangen vi startet med er allikevel riktig: Jordas avstand fra sola har betydning for temperaturen. Men et grovt overslag for middeltemperaturen til jorda når den er lengst vekk sammenlignet med når den er nærmest sola, viser at temperaturforskjellen er mindre enn en halv grad.

Samtidig som jorda går i bane rundt sola, roterer den rundt en akse som går fra Nordpolen til Sydpolen. Denne aksen står ikke loddrett på baneplanet, men har en helning på omtrent 23 grader i forhold til en linje som står vinkelrett på baneplanet.

Det handler om vinkelen

Figur 1 viser en skisse av situasjonen. Jeg ber leseren bære over med at jeg ikke har ofret størrelsesforhold en tanke her, og at helningsvinkelen til jordaksen er mer enn 23 grader i figuren. Forhåpentligvis illustrerer den allikevel poenget: Den ene halvparten av året heller den nordlige halvkulen mot sola, og den andre halvdelen heller den vekk fra den.

Når den nordlige halvkulen heller vekk fra solen, er antall timer solen står over horisonten i løpet av et døgn færre, og den maksimale høyden solen når på himmelen lavere enn når halvkulen heller mot sola. De to figurene under illustrerer situasjonen ved henholdsvis vinter og sommer på den nordlige halvkule. Jordas rotasjonsakse er linjen mellom N og S. Linjen fra a til b i figur 2, og fra c til d i figur 3, markerer horisonten på et tilfeldig valgt sted på den nordlige halvkulen. Vinklene h og h’ er solens høyde over horisonten ved en bestemt tid av døgnet. Vi ser at h er mindre enn h’, det vil si at ved et bestemt tidspunkt står sola lavere på himmelen om vinteren enn ved samme tidspunkt om sommeren. I løpet av døgnet roterer Jorda om aksen fra N til S, og da ser vi også at sola vil forsvinne under horisonten raskere på den nordlige halvkule om vinteren enn den gjør om sommeren.

Kombinasjonen av lavere solhøyde og færre timer med sol fører til vinter i nord. At antall timer solen er over horisonten spiller en rolle for temperaturen er nokså greit å forstå. At solhøyden også spiller en rolle er kanskje mer spissfindig, men som figur 4 viser, blir solstrålene spredt over et større areal på den halvkulen som peker vekk fra sola. Den samme energien blir spredt over et større areal, og det gir mindre oppvarming.

Kort oppsummert: Årstidene kan av flere grunner ikke skyldes at avstanden mellom jorda og sola varierer. Den riktige forklaringen er at jordas rotasjonsakse heller ikke står vinkelrett på baneplanet, og at dette fører til at den halvkulen som heller vekk fra sola mottar mindre energi i løpet av ett døgn, og at denne energien blir spredt over et større areal.

Vintersolverv – og dagene blir lysere igjen.

I disse dager tipper vår halvkule som mest vekk fra sola, og går inn i den delen av banen der den sakte men sikkert begynner å tippe mot sola igjen. Dette er den astronomiske delen av forklaringen på julen. Å forklare hvorfor feiringen blant annet involverer å sette opp et tre i stua og pynte det er langt vanskeligere, og heldigvis utenfor min kompetanse.

God vintersolvervsfeiring!

Human-Etisk Forbunds mange lokallag arrangerer flere steder vintersolvervsfester. Lyst til å delta? Sjekk på human.no, Human-Etisk Forbunds fylkeslags nettsider eller lagenes egne Facebooksider.