Hvordan er et år defineret?
Vi har lige siddet og snakket med vores børn om skudår, og har set på jeres webside, at omløbstiden for jorden er 365,256 døgn. Vores søn på 13 undrede sig over, at tiden er over 365,25 døgn, når skudåret er lidt under hvert 4. år. Det mente vi klart han måtte have en pointe i. Så vi ledte videre på nettet og fandt et andet tal: 365,242216, hvilket vi syntes lyder mere rigtigt. Vi kan dog ikke gennemskue om der kan være en sandhed i begge tal, eller om det er en skrivefejl? Mvh. Christian
Svar:
Godt observeret! Jeg ved ikke præcis hvad der står, men mit gæt er, at begge tal er rigtige, men at de hentyder til to forskellige definitioner, som er forskellige fordi Jordklodens rotation langsomt ændrer retning:
Siderisk år
Et "siderisk år" er den tid det tager Jorden at rejse én gang rundt om Solen i forhold til verdensrummet. Dette tager 365,256363004 døgn (mere præcist tog det så lang tid d. 1. januar 2000 kl. 12 middag; en "reference-dato" der kaldes J2000.0-epoken, men det ændrer sig ganske langsomt).
Med andre ord: Hvis I tegner en linje fra Solen, gennem Jordens omløbsbane, og ud til en fjern stjerne, så går der et siderisk år mellem at Jorden krydser denne linje.
Her er det vigtigt at stjernen er så fjern, at den ikke bevæger sig ift. Solen (en såkaldt "fixstjerne").
Jeg tænker at det er det sideriske år, I har set omtalt på vores hjemmeside.
Tropisk år
Et "tropisk år" er den tid det tager Solen at vende tilbage til samme position på himlen, set fra Jorden. For eksempel fra efterårsjævndøgn til efterårsjævndøgn, eller sommersolhverv til sommersolhverv.
Årstiderne følger altså det tropiske år, og derfor bruges denne definition i kalendere.
Man skulle tro, at dette tog lige så lang tid, men det tropiske år er kun 365,242190402 døgn (også i J2000.0-epoken), altså 20 minutter og 24½ sekund kortere end det sideriske år. Det er nok dét tal, I efterfølgende fandt på nettet.
Og hvorfor er de to så ikke ens?
Jordens præcession
Ting, der drejer rundt, har en tendens til at beholde deres rotationsretning. "Impulsmoment-bevarelse", kaldes dette fysiske princip. Men påvirkes et roterende legeme af en kraft, vil rotationsretningen langsomt selv udføre en rotation.
I kender nok dette princip fra en snurretop: Jo hurtigere den spinner, jo mere stabil er den, men aksen vil alligevel langsomt ændre retning.
Det samme sker med Jordens rotationsakse. I øjeblikket peger den mod Nordstjernen, men ganske langsomt flytter den sig og peger mod andre stjerner, og om f.eks. 12.000 år vil den pege hen i retning af Vega. I løbet af små 26.000 år vil den pege samme sted hen igen.
Dette fænomen kaldes "præcession". I snurretoppens tilfælde skyldes det Jordens tyngdekraft. I Jordens tilfælde skyldes det tyngdekraften fra Solen og Månen, og i mindre grad de påvirkningen fra de andre planeter.
Fun fact: Pga. Jordens præcession har Solen flyttet ift. stjernebillederne, og derfor er I sandsynligvis ikke født i det stjernetegn som en astrolog siger, at I er. Vil I vide, hvilket stjernetegn Solen står i på din fødselsdag, så se her.
Andre definitioner af år
Kredit: WillowW / CC BY 3.0.
I astronomi har vi ofte brug for en definition af et år, som ikke ændrer sig. Derfor har vi defineret et juliansk år som præcis 365,25 døgn. "Et døgn" er så defineret som præcis 86.000 sekunder, hvilket kaldes "et efemerisk døgn" (og et sekund er defineret som så lang tid det tager en foton fra en bestemt overgang i cæsium-atom at svinge 9.192.631.770 gange).
Jorden bevæger sig ikke i en perfekt cirkel omkring Solen, men i et let fladtrykt cirkel, altså en ellipse. Det betyder, at vi i løbet af et år ændrer vores afstand til Solen en lille smule. Den tid det tager at fuldføre én omgang — f.eks. fra vi er nærmest Solen, til vi er nærmest igen — tager et såkaldt anomalistisk år, hvilket er 365,259636 døgn (i J2011.0-epoken). Grunden til, at det er lidt anderledes end de andre definitioner, er, at ikke blot Jordens omdrejningsakse, men også vores omløbsbane om Solen, præcesserer.
Jordens gennemsnitsafstand til Solen definerede tidligere en afstand, som kaldes en "astronomisk enhed" (AU). Fordi afstanden er ustabil og ændrer sig, er 1 AU nu defineret som den afstand, en partikel med forsvindende lille masse i cirkulært kredsløb om et legeme med massen 1 Solmasse, skal have for et bruge et Gaussisk år på at komme rundt. Dette år tager 365,2568983 døgn.
Det hele kompliceres yderligere af flere omstændigheder: For eksempel ændrer vores omløbs ellipticitet sig henover ca. 100.000 år, og vores omdrejningsakses retning ift. omløbsbanen, som er ca. 23.5 grader, og som er det der gør at vi har sommer og vinter, ændrer sig henover 41.000 år. Om disse og andre ændringer kan I læse på NASA's hjemmeside.
Skudår
Al den her ballade kommer jo af, at Jordens rotation ikke er i sync med omløbet om Solen, og at bevægelserne påvirkes af andre himmellegemer (endda et kraftigt jordskælv kan ændre døgnets længde). For at rette op på det, indførte Julius Cæsar skudår hvert 4. år. Det passer nogenlunde, fordi året er nogenlunde 365,25 døgn, men ikke helt, så efterfølgende er vi begyndt at skippe skudåret hvert 20. år, men ikke hvert 100. år, men alligevel hvert 400. år, og så et par skudsekunder i ny og næ.
På den måde slipper vi for at ende med at skulle holde jul om sommeren :)
Bedste hilsener,
Peter Laursen