Wie ziet dat de zon raar doet?

Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen.

Deze week: het wordt langer licht terwijl de zon tot deze zondag toch niet vroeger opkomt.

Montage van de zon op verschillende dagen in Midden-Duitsland.
Montage van de zon op verschillende dagen in Midden-Duitsland. Foto jailbird/Wikimedia Commons

Pas dit weekend, op zondag 5 januari om precies te zijn, begint de zon meetbaar vroeger op te komen dan ze al die tijd sinds Kerstmis heeft gedaan. Elf dagen lang was het steeds 8.48 uur, maar zondag wordt het opeens 8.47 uur. Een week later is het 8.44 uur. Geen mens die het merkt, maar de tabellen van het KNMI sluiten twijfel uit.

Dezelfde tabellen tonen voor het einde van de dag een heel andere ontwikkeling. Al vanaf 15 december blijkt de zon geleidelijk aan steeds later onder te gaan. Op de vijftiende was het nog 16.28 uur, een dag later 16.29 uur en komende zondag is het 16.43 uur. Een week later 16.53 uur. Het is nóg niet veel, maar een enkele oplettende Nederlander moet het toch spontaan kunnen vaststellen.

Begin januari komt het lengen van de dagen voornamelijk van de verlating van de zonsondergang, dat is de grote lijn. Waarom is dit zo, wordt de AW-redactie opvallend vaak gevraagd. Je verwacht toch symmetrie rond 22 december, het tijdstip van midwinter, het winter-solstitium?

Vreemde hoek van de aardas

Tja, daar kun je lang of kort over nadenken, maar wie het spel en de knikkers een beetje kent voelt wel aan dat de verklaring maar uit twee richtingen komen kan. Ofwel van de vreemde hoek die de aardas maakt met het vlak waarin de aarde om de zon draait. Ofwel van het gegeven dat haar baan om de zon geen cirkel is maar een ellips. Wat anders?

En zoals je altijd zien zult: beide spelen een rol. De vreemde asstand (de aardas staat 23,5 graden uit het lood) veroorzaakt de afwisseling van de seizoenen en het beurtelings lengen en korten van de dagen, dat weet iedereen. Maar het staat wel vast dat dit lengen en korten als zodanig niet de asymmetrie rond 22 december kan verklaren. Bouw een mini-planetarium van een gloeilamp en een pingpongbal (met satéprikker als as) en je ziet het ook.

Het vervelende is dat de afwijking van de symmetrie nog steeds niet begrijpelijk wordt als je het planetarium van een overdreven elliptische aardbaan voorziet. Toch moet de verklaring van de anomalie van die ellipsheid komen, want het kan geen toeval zijn dat de aarde in haar ellips de zon uitgerekend op 5 januari het dichtst nadert. Dan gaat ze door het zogenoemde ‘perihelium’ en ze staat ruim 3 procent dichter bij de zon dan ze op 4 juli doet als ze door het andere uiterste, het ‘aphelium’, gaat.

Korten en lengen

De crux is dat niet de wisselende afstanden tot de zon doorslaggevend zijn in de onderhavige kwestie maar de verschillen in baansnelheid die ermee samenhangen. In het perihelium is de baansnelheid 3,4 procent hoger dan in het aphelium. Het was Kepler die dit in 1609 voor het eerst op de juiste manier beschreef. Tachtig jaar later gaf Newton de verklaring.

Het zijn de versnelling die de aarde vóór 5 januari ondergaat en de vertraging in de weken erna die het korten en lengen uit de symmetrie trekken. Ze treffen de aarde op haar kwetsbaarste plek: als ze net dicht bij het solstitium is en er een paar weken lang sowieso maar weinig verandert aan de tijdstippen van opkomst en ondergang.

Dit is trouwens wél toeval. De plaats van de aarde in haar ellipsvormige baan en de richting van de aardas hebben, om het zo eens te zeggen, niets met elkaar te maken. Ze zijn onafhankelijk van elkaar. Sterker nog: in 1246 vielen solstitium en perihelium nog precies samen, sindsdien zijn ze qua tijd uit elkaar gegroeid in een tempo van ongeveer één dag per 58 jaar.

Allerlei almanakken

Met deze vlotte beschouwing moet de lezer het doen, het valt nu eenmaal niet mee om de aardbewegingen te modelleren. Maar er is een hulpmiddel dat de zaak op een andere manier invoelbaar maakt. Dat is het analemma, zoals het analemma (van Wikipedia) dat hier als illustratie wordt gebruikt. Het plaatje laat in een montage zien waar op de verschillende dagen in het jaar om 09.00 uur ’s ochtends Midden-Europese Tijd (MET) in Midden-Duitsland (bij Wiesbaden) de zon aan de hemel staat. De denkbeeldige camera was op het oosten gericht en ‘fotografeerde’ de zon om de acht dagen. Er is ook een mooi analemma voor de westelijke hemel boven Sicilië dat de stand van de zon om 16.45 uur MET laat zien. Ontwerper Marcella Giulia Pace voegde er een instructieve video met kalmerende tokkelmuziek aan toe.

Elke plaats en elk tijdstip heeft zijn eigen analemma. In de achtvormige lus komen zowel de scheve stand van de aardas als het elliptische van de aardbaan tot uitdrukking. Het analemma van Wiesbaden laat mooi zien dat de zon pas zo’n 16 dagen na 22 december begint met vroeger opgaan. De dubbele lus van Sicilië toont aan dat de verlating van de zonsondergang al ruim voor 22 december begint. Let wel: dit is geen verklaring, maar een beschrijving met andere middelen.

Wanneer heeft de niet kosmografisch geschoolde Nederlander voor het eerst gemerkt dat er iets vreemds gebeurde rond het begin van het nieuwe jaar? Misschien pas rond 1880 toen kranten als De Gooi- en Eemlander het tijdstip van zonsopkomst en -ondergang begonnen te vermelden. Daarvóór deden allerlei almanakken en jaarboekjes dat al, maar die gebruikten de sterk variërende ‘ware tijd’ (‘zonnetijd’) voor hun opgaven en daarmee werd de anomalie effectief gemaskeerd. In ‘ware tijd’ is het per definitie altijd 12 uur als de zon precies in het zuiden staat, elke dag opnieuw. De kranten gingen na 1880 middelbare zonnetijd gebruiken, die van Amsterdam of die van Greenwich, en toen zag je het opeens. Dat is te zeggen: in de krant. Of het ook buiten werd opgemerkt viel deze week niet te achterhalen.