2. Oorzaken van de tijdsvereffening

Wat is de oorzaak van de variërende omlooptijd van de zon? Welnu, we zeggen vaak dat de aarde in 24 uur om zijn as draait, maar dat is niet juist: de aarde draait ten opzichte van de vaste sterren in 23 uur, 56 minuten en 4 seconden om zijn as. In die tijd vordert de aarde ook een stukje in zijn baan rond de zon, waardoor de zon nog niet in dezelfde richting gezien wordt als 24 uur eerder. Dat duurt nog 3 minuten en 56 seconden. Dat wil zeggen, gemiddeld, want soms is het iets meer en soms iets minder; maximaal zo'n 30 seconden.

De tijdsvereffening heeft twee oorzaken:

• De baan van de aarde rond de zon is een ellips
• De aardas staat schuin op het vlak van de aardbaan

De elliptische aardbaan

Zoals alle planetenbanen is ook de aardbaan elliptisch, al is het verschil met een cirkelbaan klein. De afstand tot de zon is het grootst rond 4 juli; dat punt noemt men het aphelium. De kleinste afstand bereikt de aarde rond 3 januari, in het perihelium. Op weg van het aphelium naar het perihelium neemt de baansnelheid van de aarde toe. Daarmee neemt ook de tijd toe waarna de zon na een etmaal weer in dezelfde richting gezien wordt, en dus de lengte van de zonnedag. Na het passeren van het perihelium neemt de baansnelheid weer af en daarmee de lengte van de zonnedag.

Dit verschijnsel wordt beschreven door de wetten van Kepler. De lengte van de zonnedag varieert door dit verschijnsel in een jaarlijkse cyclus met één maximum en één minimum.

De schuine aardas

De tweede oorzaak van de tijdsvereffening is de schuine stand van de aardas op het vlak van de aardbaan. De aardas staat niet haaks op de baan, maar wijkt 23,5° daarvan af. Daardoor bevindt de zon zich op wisselende afstand van de aardas. (Voor dit effect zien we er even vanaf dat de afstand zon-aarde iets varieert door de elliptische aardbaan.)

Op de equinoxen staat de aardas dwars op de richting aarde-zon. Dan is de afstand van de zon tot de aardas maximaal. Tijdens het zomersolstitium staat de noordkant van de aardas naar de zon toe geleund en is de afstand zon-aardas minimaal. Bij het wintersolstitium leunt de zuidzijde van de aardas naar de zon toe en is de afstand zon-aardas opnieuw minimaal.

Als de afstand zon-aardas kleiner is dan gemiddeld, duurt het langer voor de zon weer in dezelfde richting gezien wordt en is de zonnedag langer. Dat is tweemaal per jaar het geval, en daar tussenin is de zonnedag tweemaal korter. De lengte van de zonnedag ten gevolge van dit effect volgt een jaarlijkse cyclus met twee minima en twee maxima.

De tijdsvereffening zoals die gemeten wordt is de som van beide effecten.