Licht en donker, zomer en winter

Licht en donker. We ervaren het als een doodgewoon en tevens vanzelfsprekend verschijnsel. Dankzij de beweging die de aarde rond de zon maakt en daarbij ook eenmaal per dag om haar eigen as draait, kennen we op aarde een periode van licht en donker en beleven we op deze wijze ook de verschillende seizoenen. De zon komt 's morgens in het oosten op en gaat onder in het westen. Toch is het allemaal net iets ingewikkelder dan we in eerste instantie denken. Onze planeet, de aarde, beschrijft in 365 dagen, 5 uren, 48 minuten en 45,1814 seconden een elliptische baan om de zon, d.w.z. van lentepunt naar lentepunt. Deze tijdsduur wordt een tropisch jaar genoemd. Dit betekent dat de baan rond de zon iets langer duurt dan een volledig kalenderjaar van 365 dagen. Als men zich van dat verschil niets zou aantrekken en de duur van een jaar op 365 dagen zou afronden, dan zou men na vier jaar bijna een dag tekortkomen (preciezer: 23 uur en 15 minuten). Het toelaten van deze afwijking zou tot gevolg hebben dat na langere tijd de seizoenen ten opzichte van het kalenderjaar gaan verschuiven. Daarom werd in 1582 het schrikkeljaar ingevoerd. Zo wordt - meestal om de 4 jaar - 29 februari als extra dag ingevoerd en kunnen we het grootste deel van de afwijking compenseren.

Zomer hier, winter daar

De as van de aarde die van de geografische noordpool naar de geografische Zuidpool loopt staat niet rechtop of haaks op de baan die de aarde om de zon maakt. De aardas maakt een hoek van 23,439281° met het vlak waarin de aardbaan ligt. Dit feit veroorzaakt de seizoenen. De aarde staat daardoor schuin t.o.v. de zon. Wanneer het zomer is in onze omgeving, staat het Noordelijk Halfrond meer naar de zon gericht dan het Zuidelijk Halfrond. Het is dan op het hele Noordelijk Halfrond zomer. De zon beschijnt dit deel van de aarde dan intensiever dan de zuidelijker breedten. In onze winterperiode is het Zuidelijk Halfrond meer naar de zon gericht. Het omgekeerde is dan waar. Bij ons is het winter, op het Zuidelijk Halfrond is het dan zomer.

Op de evenaar, de denkbeeldige lijn die de aarde precies in de twee halfronden verdeelt, staat de zon tweemaal per jaar loodrecht boven, dat is op het exacte moment wanneer astronomisch gezien de lente en de herfst aanbreekt, dus rond 20 maart of 23 september. Tussen de eerste dag van de lente en herfst 'schuift' de zon tussen de Steenbokskeerkring en de Kreeftskeerkring. Deze keerkringen liggen op ruim 23,4 graden zuiderbreedte en 23,4 graden noorderbreedte, breedtegraden die exact overeenkomen met de schuine stand die de aarde t.o.v. de zon maakt. Dit betekent dat in deze zone de zon op elk punt tweemaal per jaar loodrecht boven uw hoofd staat. Enkel op of tussen de keerkringen kan de zon 's middags dus loodrecht boven u staan. Ten noorden van de Kreeftskeerkring staat de zon 's middags op haar hoogste punt altijd in het zuiden. Ten zuiden van de Steenbokskeerkring staat zij op haar hoogste punt dus altijd in het noorden. Een inwoner van bijv. Kaapstad ziet de zon dus 's middags altijd in het noorden staan.

Niet altijd oost en west

De aarde draait in 23 uur, 56 minuten en 4 seconden (dus in iets minder dan 24 uur) om haar eigen as. De draairichting (linksom) bepaalt ook grotendeels de richting waar de zon op komt en ondergaat. De zon komt gemiddeld genomen in het oosten op en gaat in het westen onder. Dit is zeker niet exact. Doordat de aarde niet alleen om haar as draait maar ook de hoek die zij t.o.v. de zon langzaam wijzigt, verandert per dag ook de richting van zonsopkomst en zonsondergang. In Nederland komt de zon op de langste dag (meestal 20 juni) in het noordoosten op en gaat zij in het noordwesten onder. De zon maakt dan een langere baan boven de horizon en gaat eerder op en later onder. De zon staat 's middags dan loodrecht boven de Kreeftskeerking.

Op 21 december, in de meeste gevallen de kortste dag, gaat de zon in het zuidoosten op en in het zuidwesten onder. De zon maakt dan een kortere baan boven onze omgeving en komt - zoals we weten - later op en gaat zij eerder onder. De zon staat nu loodrecht boven de Steenbokskeerkring. Dit houdt tevens in dat alleen op de dag dat de lente en herfst volgens de sterrenkunde begint, de zon exact in het oosten op komt en in het westen ondergaat.

Het hoogste punt

De hoek die zon met de aarde maakt, bepaalt gemiddeld genomen ook de temperatuur. Hoe hoger de zon op een bepaalde dag kan komen, hoe meer straling op een gelijkwaardige oppervlakte van bijv. 1 m2 terecht kan komen, hoe meer de aarde door de zon verwarmd kan worden. In Nederland varieert de maximale zonshoogte (culminatie) van 13 graden in het uiterste noorden van Nederland op 21 december tot bijna 63 graden in het uiterste zuiden van Limburg op 20 juni. Wanneer de zon haar hoogste punt bereikt, staat zij exact in het zuiden (of in het noorden ten zuiden van de Steenbokskeerkring).
Het tijdstip waarop de zon op haar hoogste punt staat, verloopt per één bepaalde plaats in Nederland ca. 15 minuten in de loop van het jaar. Aan het begin van de lente bereikt de zon later haar hoogste punt, bij de start van de herfst op zijn vroegst. In onderstaande tabel zien we de tijdstippen waarop de zon in de stad Utrecht haar hoogste punt bereikt en de maximale hoogte die zij bereikt.

De zon boven Utrecht
Datum	Hoogte zon	Hoogste punt
21 maart	38.3	12:47
20 juni	61.4	12:41
23 september	37.7	12:32
21 december	14.5	12:38

Tijden in Nederlandse wintertijd. Voor 20 juni en 23 september dient u gezien de zomertijd één uur op te tellen.

Van licht naar donker

Zodra de zon ondergaat, zal niet direct de volledige duisternis invallen. Voor een aantal minuten zal de zon ook beneden de horizon aanvankelijk voor wat restlicht zorgen. We spreken in deze periode van schemering. Er zijn drie soorten schemeringen die elk afhankelijk zijn van de hoogte van zon beneden de horizon:

Schemering	Zonshoogte in graden
Civiel	0-6
Nautisch	6-12
Astronomisch	12-18

We komen dus na zonsondergang eerst in de civiele schemering, vervolgens in de nautische en tenslotte in de astronomische schemering terecht. Zoals wij met onze ogen licht en donker vaststellen, moeten we uitgaan van de civiele schemering. Wanneer de civiele schemering eindigt is het voor de meeste mensen donker. Zodra de zon beneden een hoogte van 18 graden onder de horizon komt, is er pas volgens de astronomie sprake van volledige duisternis. In Nederland eindigt de astronomische schemering niet tussen 20 mei en 24 juli en blijft er een klein beetje restlicht over dat we bij een heldere nacht onder donkere omstandigheden heel duidelijk in het noorden kunnen zien. De duur van de schemering is bepalend voor hoe snel het donker en licht wordt. In de zone tussen de keerkringen is de schemering van vrij korte duur. De civiele schemering duurt er 11 tot 23 minuten. Het is daar dus snel donker. Komen we meer noord- of zuidwaarts dan neemt de duur van de schemering toe.


Het genoemde feit dat de aardas schuint staat t.o.v. de zon, heeft ook tot gevolg dat de Noordpool en de Zuidpool geen dagelijks terugkerende perioden van licht en donker kennen. Tussen 21 maart en 23 september schijnt de zon onafgebroken op de Noordpool. Het is er dus dag en nacht licht. Op de Zuidpool heerst dan ruim 3 maanden duisternis. Tussen 23 september en 21 maart schijnt de zon boven de Zuidpool en is de Noordpool iets korter dan 3 maanden in duisternis gedompeld. Een periode van constante licht en duisternis treedt in een kortere periode ook op boven de poolcirkel (66,5 graden). In de zomerperiode gaat de zon afhankelijk van de breedtegraad een dag tot enkele maanden niet onder. Dit noemen we de middernachtzon. In het bovenstaande voorbeeld zien we dat Reykjavik op 20 juni constant daglicht heeft. In Nederland varieert de duur van civiele schemering van 30 tot 52 minuten. In de herfst is de schemering het kortst, rond 20 juni het langst.

Dag	Duur schemering Utrecht (minuten)
1 jan	41
1 feb	37
1 mrt	34
1 apr	35
1 mei	39
1 jun	47
1 jul	48
1 aug	41
1 sep	35
1 okt	33
1 nov	36
1 dec	40

Tijdens de civiele schemering wordt het zonlicht vooral tegen hoge sluierwolken gereflecteerd. Zodra de zon dichter bij de horizon komt worden vervolgens ook middelhoge en lagere wolken beschenen. Het resultaat is dikwijls een fraaie schakering aan kleuren die met name versterkt wordt wanneer de onderste luchtlagen ook veel stof bevatten waardoor zonlicht verstrooid wordt. Er ontstaan zodoende oranje tot dieprode of purperen kleuren.