Τροχιὰ

Ὁ Ἥλιος εἶναι τὸ κέντρον τοῦ ἡλιακοῦ μας συστήματος καὶ ἡ πηγή τοῦ φωτὸς καὶ τῆς θερμότητος διὰ τὴν Γῆ. Ἀνήκει εἰς τὸ καλούμενον εἶδος τῶν κιτρίνων ἀστέρων. Ἔχει διάμετρον 1.392.000 χλμ. καὶ στρέφεται περὶ τοῦ ἄξονός του (διαφορικὴ περιστροφή). Ἡ ἔκτασις τῆς τροχιᾶς του εἶναι τεράστια· μία πλήρης στροφὴ περὶ τοῦ κέντρου τοῦ Γαλαξίου διαρκεῖ 200.000.000 γήινα ἔτη.

Ἡ Ἐκλειπτικὴ (ecliptic)

Ἡ νοητὴ προβολή τῆς τροχιᾶς τῆς Γῆς ἐπὶ τῆς οὐράνιας σφαῖρας καλεῖται Ἐκλειπτική. Ὀνομάσθη ἔτσι διότι ὅταν ἡ Σελήνη κατὰ τὴν τροχιὰν της τέμνει τὴν Ἐκλειπτικήν, συμβαίνουν αἱ σεληνιακαὶ ἐκλείψεις. Ἡ Ἐκλειπτικὴ δύναται νὰ ὁρισθῇ ἐναλλακτικῶς ὢς ἡ φαινόμενη διαδρομή τοῦ Ἡλίου εἰς τὸν οὐρανόν, ὄπως φαίνεται δηλαδὴ ἀπὸ τὴν Γῆ. Ἐὰν προεκταθῇ νοητῶς ὁ οὐράνιος ἰσημερινὸς (δηλαδὴ ἡ νοητὴ προβολή τοῦ ἰσημερινοῦ τῆς Γῆς), τέμνει τὴν Ἐκλειπτικὴν εἰς δύο σημεῖα σχηματίζοντας γωνία 23° 27'. Τὰ σημεῖα τομῆς ὁρίζουν τὰς ἰσημερίας. Ἡ Γῆ κατὰ τὴν τροχιάν της, τὰ διασχίζει περί τὴν 21ην Μαρτίου καὶ περί τὴν 23ην Σεπτεμβρίου.

Αἱ ἐποχαὶ δημιουργοῦνται ἐπειδὴ ὁ ἄξων περιστροφῆς τῆς Γῆς δὲν εἶναι κάθετος τῇ τροχιᾷ της (Ἐκλειπτική) ἀλλὰ σχηματίζει γωνία 66° 33' (90° μεῖον 23° 27'). Κατὰ τὴν διάρκειαν τοῦ ἔτους ἡ γῆ στρέφει ἄλλοτε τὸ βόρειον καὶ ἄλλοτε τὸ νότιον ἠμισφαίριον πρὸς τὸν Ἥλιον, δεχόμενη μὲ διαφορετικαὶς γωνίαις τὰς ἡλιακὰς ἀκτῖνας ἕκαστην ἐποχὴν (χειμών, ἔαρ, θέρος, φθινόπωρον). Εἰς τὰς ἰσημερίας τὸ βόρειο καὶ τὸ νότιο ἠμισφαίριον δέχονται τὰς ἡλιακὰς ἀκτῖνας μὲ ἰδίᾳ κλίσει.

Ὁ λόγος λοιπὸν διὰ τὴν ὕπαρξιν τῶν ἐποχῶν εἶναι ἡ κλίσις τοῦ ἄξονος περιστροφῆς τῆς Γῆς ποὺ προκαλεῖ τὴν κλίσιν τῆς τροχιᾶς της (Ἐκλειπτική) ἐν σχέσει μὲ τὴν προέκτασιν τοῦ Ἰσημερινοῦ της (Οὐράνιος Ἰσημερινός). Συχνᾶ ὅμως μερικοὶ ἀναρωτώνται μήπως αἱ ἐποχαὶ ἐπηρεάζονται καὶ ἀπὸ τὴν ἀπόστασιν τῆς Γῆς ἐκ τοῦ Ἡλίου (περιήλιον - ἀφήλιον).

Ἀστρικὸ ἔτος (sidereal year) καὶ τροπικὸ ἔτος (tropical year)

Ὁ Ἥλιος ἐκτὸς ἀπὸ πηγὴ φωτός, θερμότητος καὶ ζωῆς διὰ τὸν πλανήτην μας, καθορίζει καὶ τὰ μέτρα τοῦ χρόνου ποὺ χρησιμοποιοῦμε.

Ἡ Γῆ συμπληρώνει μίαν πλήρην στροφὴν περὶ τοῦ Ἡλίου (360°), ἐν χρόνῳ 365,2564 ἡλιακῶν ἡμερῶν. Αὐτὸ καλεῖται ἀστρικὸ ἔτος καὶ ἐναλλακτικῶς δύναται νὰ ὁρισθῇ ὢς ὁ χρόνος κατὰ τὸν ὁποῖον οἱ ἀπλανεῖς ἀστέρες συμπληρώνουν περιστροφήν 360° ἐπὶ τῆς Οὐράνιας Σφαίρας.

Ὅμως ἐὰν λάβουμε ὠς σημεῖον ἀναφοράς, ὄχι τοὺς ἀπλανεῖς ἀλλὰ τὸν Ἥλιον καὶ εἰδικοτέρως τὸν χρόνον ποὺ μεσολαβεῖ μεταξὺ δύο διαδοχικῶν ἐαρινῶν ἰσημεριῶν (τροπῶν), θὰ διαπιστώσουμε πὼς εἶναι κατὰ 20' μικρότερος. Αὐτὸ καλεῖται τροπικὸ ἔτος καὶ διαρκεῖ 365,2422 ἡλιακὰς ἡμέρας. Ἡ διαφορὰ ὀφείλεται εἰς τὴν ἐλαφρὰν κίνησιν τοῦ γηίνου ἄξονος, ποὺ προκαλεῖ τὸ φαινόμενον τῆς μεταπτώσεως τῶν ἰσημεριῶν. Τὸ ἡμερολόγιόν μας ἀκολουθεῖ τὸ τροπικὸ ἔτος, ὥστε νὰ μένῃ πάντοτε συγχρονισμένο μετὰ τῶν ἐποχῶν.

Ἀστρικὴ ἡμέρα (sidereal day) καὶ ἡλιακὴ ἡμέρα (solar day)

Ὄχι μόνον τὸ ἔτος ὑπολογίζεται βάσει του Ἡλίου ἀλλὰ καὶ ἡ διάρκεια τῆς ἡμέρας.

Ὁ Ἥλιος διατρέχει τὸ δωδεκατημόριον ἑνὸς ζῳδίου (εὔρους 30°) ἐν διαστήματι ἑνὸς μηνός. Ἡ φαινόμενη κίνησις τοῦ Ἡλίου ἐπὶ τῆς Ἐκλειπτικῆς εἶναι σχεδὸν 1° τὴν ἡμέρα, πρὸς ἀνατολάς, ἐν σχέσει μὲ τους ἀπλανεῖς ἀστέρας. Αὐτὸ σημαίνει ὅτι οἱ ἀπλανεῖς ἀστέρες φαίνονται νὰ ἀνατέλλουν καὶ νὰ δύουν 4' νωρίτερα κάθε ἡμέρα. Συμπληρώνουν δηλαδὴ μίαν πλήρην περιστροφὴν ἡμερησίως σὲ 23ώ 56' ἢ πιὸ σωστὰ ἡ γῆ συμπληρώνει μίαν πλήρην στροφήν περὶ τοῦ ἄξονός της σὲ 23ω 56' μὲ σημεῖον ἀναφορὰς τοὺς ἀπλανεῖς. Αὐτὸς ὁ χρόνος ὀνομάζεται ἀστρικὴ ἡμέρα καὶ παραμένει πάντοτε σταθερὸς εἰς ὅποιον σημεῖον τῆς τροχιᾶς της κὶ ἂν εὑρίσκεται ἡ Γῆ. Ἔναν μῆνα μετὰ ὁ ἴδιος ἀπλανὴς ἀστὴρ θὰ ἀνατέλλει δύο ὦρας νωρίτερα (30 ἡμέραι x 4 λεπτὰ / ἡμέρα = 120 λεπτά)

Ὁ χρόνος ποὺ μεσολαβεῖ μεταξὺ δύο διαδοχικῶν διελεύσεων τοῦ Ἡλίου ἀπὸ τὸν ἴδιον μεσημβρινόν, καλεῖται ἡλιακὴ ἡμέρα. Ἐπειδὴ ὁ Ἥλιος εἴπαμε ὃτι κινεῖται ἐπὶ τῆς Ἐκλειπτικῆς σχεδὸν 1° / ἡμέρα, ἡ Γῆ χρειάζεται νὰ περιστραφῇ 360° + 1° διὰ νὰ φανῇ ὁ Ἥλιος ἐπὶ τοῦ ἰδίου μεσημβρινοῦ, μὲ ἀποτέλεσμα ἡ ἡλιακὴ ἡμέρα νὰ διαρκῇ 23ω 56' + 4' = 24ω (1° = 4 λεπτὰ τῆς ὥρας). Πιὸ σωστά, ἡ μέση ἡλιακὴ ἡμέρα, διότι ἡ πραγματικὴ ἡλιακὴ ἡμέρα συμβαίνει ἄλλοτε νὰ εἶναι ὁλίγον μεγαλύτερη καὶ ἄλλοτε ὁλίγον μικρότερη τῶν 24 ὡρῶν. Αὐτὸ συμβαίνει πρῶτον ἐπειδὴ ἡ τροχιὰ τῆς Γῆς γύρω ἀπὸ τὸν Ἥλιον εἶναι ἔλλειψις καὶ ὄχι κύκλος.

Ἡ Γῆ φθάνει εἰς περιήλιον περί τὴν 3ην Ἰανουαρίου ἐνῶ εἰς ἀφήλιον περί τὴν 4ην Ἰουλίου. Ἔτσι ἡ Γῆ ἐστὶ πλησιέστερα τῷ Ἡλίῳ κατὰ τὸ θέρος τοῦ Νοτίου Ἠμισφαιρίου. Μήπως λοιπὸν αὐτὸ σημαίνει ὅτι τὰ καλοκαίρια εἰς Νότιον Ἠμισφαίριον εἰσὶ θερμότερα; Πράγματι τὸ Νότιον Ἠμισφαίριον κατὰ τὴν θερινήν αὐτοῦ περίοδον δέχεται ἐλαφρῶς περισσότερην θερμότητα ἀπὸ τὸν Ἥλιον ἐν σχέσει μὲ τὴν θερινὴν περίοδον τοῦ Βορείου. Ἐπειδὴ ὅμως τὸ Νότιον Ἠμισφαίριον ἀποτελεῖται ἐπὶ τὸ πλεῖστον ἀπὸ ὠκεανοὺς, τὸ ἐπίπλεον ὕδωρ ἀπορροφᾷ τὴν ἐπίπλεον θερμότητα. Οὓτως αἱ διαφοραί θερμοκρασίας μεταξύ τοῦ θέρους τοῦ Νοτίου καὶ τοῦ θέρους τοῦ Βορείου Ἠμισφαιρίου γίνονται ἀμελητέαι.

Δεύτερον ἐπειδὴ ἡ φαινόμενη διαδρομὴ τοῦ Ἡλίου δὲν εἶναι παραλλήλη πρὸς τὸν οὐράνιον ἰσημερινὸν (τὴν προβολὴν τοῦ γήινου ἰσημερινοῦ ἐπὶ τῆς οὐράνιας σφαίρας) μὰ ἄλλοτε κινεῖται βορειοτέρως καὶ ἄλλοτε νοτιοτέρως αὐτοῦ.

Κατὰ τὴν θερινὴν τροπήν, ὁ Ἥλιος ἀνατέλλει ἀπὸ τὸ βορειότερον σημεῖον τῆς ἐτησίας διαδρομῆς του καὶ διαγράφει τὸν ὑψηλότερον κύκλον τῆς τροχιᾶς του. Κατὰ τὴν χειμερινὴν τροπήν, ὁ Ἥλιος ἀνατέλλει ἀπὸ τὸ νοτιότερον σημεῖον τῆς ἐτησίας διαδρομῆς του καὶ διαγράφει τὸν χαμηλότερον κύκλον τῆς τροχιᾶς του.

Τὸ μέγιστο καὶ τὸ ἐλάχιστο τῶν δύο προαναφερθέντων φαινομένων δὲν συμπίπτουν καὶ ὁ συνδυασμὸς των ἀποτελεῖ τὴν περιπλοκὴν σχέσιν τῆς ἐξισώσεως τοῦ χρόνου ποὺ ἀπεικονίζεται εἰς τὸ ἀκόλουθον διάγραμμα. Ἔτσι ἐξηγεῖται τὸ ὅτι π.χ. ἡ πιὸ ἀργοπορημένη ἀνατολὴ καὶ τὸ νωρίτερο ἠλιοβασίλεμα δὲν συμβαίνουν κατὰ τὴν χειμερινὴ τροπή. Ὅμως ἡ συντομότερη ἡμέρα εἶναι ἐκείνη τῆς χειμερινῆς τροπῆς.

Τὰ ὡρολόγιά μας εἶναι ῥυθμισμένα βάσει τῆς μέσης ἡλιακῆς ἡμέρας τῶν 24 ὡρῶν. Δηλαδὴ δὲν ὑπολογίζουν τὴν πραγματικὴν ἡλιακὴν ἡμέρα ποὺ διακυμαίνεται (ὄπως τὰ ἡλιακὰ ὡρολόγια) ἀλλὰ μίαν μέσην τιμήν, προκύπτουσα ἀπὸ ἡλιακὸν σῶμα σταθερὰ κινούμενον ἐπὶ τοῦ οὐρανίου ἰσημερινοῦ μὲ ταχύτητᾳ 360°/365.2564 ἡμ.

Δίπτυχον ἠλιακὸν ὡρολόγιον ἀπὸ ἐλεφαντόδοντο,
Johann Gebhart, "1556", Νυρεμβέργη, Whipple Collection

Τὸ ἀνάλημμα

Ἐὰν παρατηρήσουμε τὸν Ἥλιον τὴν ἰδίαν ὥραν ἕκαστης ἡμέρας (συνήθως τὴν μεσημβρία) διά ἕνα ἔτος θὰ δοῦμε πὼς ἡ θέσις του μεταβάλλεται σταδιακῶς, λόγῳ τῆς κλίσεως τοῦ γηίνου ἄξονος καὶ τῆς ἐλλειψοειδοῦς τροχιᾶς τῆς Γῆς. Ἔτσι προκύπτει τὸ σχῆμα ποὺ ὁμοιάζει μὲ 8 καὶ ὀνομάζεται ἀνάλημμα. Τὸ ὑψηλότερον σημεῖον τοῦ ἀναλήμματος συμβαίνει τὸ θέρος ἐνῶ τὸ χαμηλότερον τὸν χειμῶνα.

Τὸ ἀνάλημμα, ἀπὸ τὸ Ἐρέχθειον (φωτογραφία Anthony Ayiomamitis).

Σχετικαὶ Σελίδαι ἐν Διαδικτύῳ:

Τὸ Ἀνάλημμα - Ἀναλυτικὴ παρουσίασις τοῦ φαινομένου τοῦ ἀναλήμματος.
Ἡλιακὰ Ὡρολόγια - Ὅλα ὅσα ἀφοροῦν τὰ ἡλιακὰ ὡρολόγια καὶ τὴν κατασκευήν των.
Ἡλιακὰ Ὡρολόγια - Συλλογὴ δικτυακῶν τόπων σχετικῶν μὲ τὰ ἡλιακὰ ὡρολόγια.