Vuodenajat, päiväntasaus ja auringonseisaus
Vuoden aikana on vain kaksi ajankohtaa, jolloin maapallon akseli ei ole kallistunut aurinkoa kohti eikä siitä poispäin, jolloin päivänvaloa ja pimeyttä on ”lähes” yhtä paljon kaikilla leveysasteilla. Näitä tapahtumia kutsutaan päiväntasaajiksi.Sana päiväntasaus tulee kahdesta latinankielisestä sanasta – aequus (yhtä suuri) ja nox (yö). Päiväntasaajalla aurinko on näiden kahden päiväntasauksen aikaan keskipäivällä suoraan yläpuolella. Päivän ja yön ”lähes” yhtä pitkät tunnit johtuvat auringonvalon taittumisesta tai valonsäteiden taivutuksesta, joka saa auringon näkymään horisontin yläpuolella, vaikka auringon todellinen sijainti on horisontin alapuolella. Lisäksi päivät pitenevät hieman korkeammilla leveysasteilla (kauempana päiväntasaajasta), koska auringon nousu ja lasku kestää kauemmin. Näin ollen päiväntasaajalla ja useita päiviä ennen ja jälkeen päiväntasaajan päivänpituus vaihtelee noin 12 tunnista ja kuudesta ja puolesta minuutista päiväntasaajalla, 12 tunnista ja 8 minuutista 30 asteen leveysasteella ja 12 tunnista ja 16 minuutista 60 asteen leveysasteella.
Päivänseisaukset (kesä & talvi)
Kesäpäivänseisaukset tapahtuvat sillä hetkellä, kun maan kallistus kohti aurinkoa auringon suhteen on suurimmillaan. Näin ollen kesäpäivänseisauksen päivänä aurinko on korkeimmillaan ja sen asema muuttuu hyvin vähän useita päiviä ennen ja jälkeen kesäpäivänseisauksen. Kesäpäivänseisaus tapahtuu, kun aurinko on suoraan Kravun kääntöpiirin yläpuolella, joka sijaitsee 23,5° pohjoista leveyttä ja kulkee Meksikon, Bahaman, Egyptin, Saudi-Arabian, Intian ja Etelä-Kiinan kautta. Kaikissa paikoissa Kravun kääntöpiirin pohjoispuolella aurinko on korkeimmillaan taivaalla, ja tämä on vuoden pisin päivä.
Talvipäivänseisaus merkitsee vuoden lyhintä päivää ja pisintä yötä. Pohjoisella pallonpuoliskolla se tapahtuu, kun aurinko on suoraan Kauriin kääntöpiirin yläpuolella, joka sijaitsee 23,5° etelään päiväntasaajasta ja kulkee Australian, Chilen, eteläisen Brasilian ja pohjoisen Etelä-Afrikan halki.
Täydellinen luettelo talvi- ja kesäpäivänseisausten sekä kevät- ja syyspäiväntasausten päivämääristä vuoteen 2025 asti löytyy tältä Yhdysvaltain merivoimien observatorion sivustolta. Vaihtoehtoinen tekstilinkki löytyy täältä.
Jaksot
Me kaikki tiedämme, että Maa tekee täydellisen kierroksen Auringon ympäri kerran 365 päivässä, ja se seuraa elliptisen muotoista rataa. Tämä tarkoittaa, että Maan ja Auringon välinen etäisyys, joka on keskimäärin 93 miljoonaa kilometriä, vaihtelee vuoden aikana. Tammikuun ensimmäisellä viikolla Maa on noin 1,6 miljoonaa kilometriä lähempänä Aurinkoa. Tätä kutsutaan perihelioksi. Afeli eli piste, jossa Maa on noin 1,6 miljoonaa kilometriä kauempana Auringosta, tapahtuu heinäkuun ensimmäisellä viikolla. Tämä seikka saattaa kuulostaa ristiriitaiselta sen kanssa, mitä tiedämme pohjoisella pallonpuoliskolla vallitsevista vuodenajoista, mutta itse asiassa ero ei ole merkittävä ilmaston kannalta eikä se ole syy siihen, miksi meillä on vuodenaikoja. Vuodenajat johtuvat siitä, että maapallo on kallistunut akselinsa ympäri 23,5°. Kallistuksen suunta avaruuteen nähden ei muutu vuoden aikana; näin ollen pohjoinen pallonpuolisko on kesäkuussa kallistunut kohti aurinkoa ja joulukuussa poispäin auringosta, kuten alla olevasta grafiikasta käy ilmi.
Päivän pituuden ja lämpötilan suhde
Vuoden pisimmän vuorokauden ja lämpimimpien keskilämpötilojen välillä on viive useimmilla keski- ja korkeilla leveysasteilla.
Pohjois-OH:ssa/luoteis-PA:ssa päivän maksimilämpötila on lähes kolme viikkoa myöhemmin heinäkuun puolivälissä. Aivan kuten päivän lämpimin hetki tapahtuu yleensä useita tunteja keskipäivän jälkeen, kun aurinko on korkeimmalla taivaalla, niin myös kesän lämpimin hetki viivästyy kesäpäivänseisauksesta. Tämä viive johtuu siitä, että maan ja veden lämpenemiseen kuluu aikaa. Keskilämpötilat jatkavat nousuaan, kunnes aurinko laskee taivaalla alemmas. Vaikutus näkyy päivittäisessä lämpötilapiirroksessa, mutta se on helpompi havaita tarkastelemalla kuukausittaisten keskilämpötilojen muutoksia. Clevelandissa heinäkuun keskilämpötila on 3,3 astetta korkeampi kuin kesäkuun, ja myös elokuu on 2,8 astetta kesäkuun keskilämpötilaa lämpimämpi, vaikka elokuun päivien pituus on huomattavasti kesäkuun päivien pituutta lyhyempi.