Maapallon vuotuinen kierto – seisaukset, tasaukset ja kiertoradan oikut

KAK – Tänään kesäkuun 21. päivänä on kesäpäivänseisaus (tarkka hetki oli kello 5.43.). Useimmille meistä se merkitsee juhannusta ja juhlimista monin tavoin. Jos omistat kesämökin tai huvilan, olet varmaankin siellä perheesi ja tai ystäviesi kanssa. Jos et omista mökkiä tai et jostakin syystä pääse matkustamana sinne, niin ehkä kotipaikkakunnallasi järjestettiin yhteisiä juhlia kokoineen aattoiltana. Tai jos viihdyt paremmin yksiksesi tai vaikka puolisosi kanssa, silloin uskoakseni olet kuitenkin juhlatuulella, onhan tämä vuoden parasta aikaan (vaikka joidenkin mielestä syksy tai talvi on parasta).

Kesäpäivänseisaus ei ole vain juhla, vaan sillä on myös astronominen merkitys. Tässä artikkelissa käsittelen maapallon vuotta, sillä maapallon kierto Auringon ympäri on paljon muutakin kuin kalenterivuosi. Vuoden mittaan tapahtuu joukko astronomisesti merkittäviä hetkiä – seisaus- ja tasauspäiviä, etäisyysvaihteluita ja akselin suunnan vaikutuksia – jotka kaikki yhdessä muovaavat maapallon ilmastollista ja valollista rytmiä.

 

Akselin kaltevuus – vuodenaikojen perusta

Maapallon pyörimisakseli on kallistunut noin 23,44 asteen kulmaan kiertoratansa tasoon nähden. Tämä kallistuma säilyy suunnilleen samana Maan kiertäessä Auringon ympäri. Tämän seurauksena eri vuodenaikoina Auringon säteet osuvat eri alueille eri kulmassa ja eri korkeudelta, mikä aiheuttaa vuodenajat. Ilman tätä kallistumaa ei olisi talvea, kesää eikä kevättä – vain tasainen, trooppinen ilmasto lähes koko planeetalla.

 

Maapallon vuodessa on astronomisesti muutama mielenkiintoinen piste. Kuva © Kari A. Kuure.

Tasauspäivät – kun valo ja pimeä lähes tasapainossa

Kevätpäiväntasaus (noin ^[1] 20. maaliskuuta) ja syyspäiväntasaus (noin 22.–23. syyskuuta) ovat hetkiä, jolloin Aurinko paistaa suoraan päiväntasaajalle. Usein sanotaan, että tällöin päivä ja yö ovat yhtä pitkät kaikkialla, mutta todellisuudessa tämä ei pidä tarkasti paikkaansa.

Ilmakehä taivuttaa auringonvaloa siten, että Aurinko näkyy vielä vähän sen jälkeen, kun se on geometrian mukaan horisontin alapuolella. Lisäksi Auringolla on halkaisijaa – sen yläreuna nousee ja laskee eri aikaan kuin keskikohta. Näin ollen päivä on tasauspäivinä yleensä 6–10 minuuttia pidempi kuin yö, riippuen havaintopaikasta.

Napapiirien läheisyydessä tasauspäivien merkitys liittyy ennen kaikkea siihen, milloin Aurinko alkaa jälleen nousta pitkän kaamoksen jälkeen tai milloin se laskee viimeisen kerran ennen yötöntä yötä.

Seisauspäivät – vuoden ääripisteet

Kesäpäivänseisaus (noin 20. – 21. kesäkuuta) on hetki, jolloin Aurinko on korkeimmillaan pohjoisella taivaalla ja päivä on pisimmillään. Talvipäivänseisaus (noin 21. – 22. joulukuuta) puolestaan on vuoden lyhin päivä, jolloin Aurinko käy matalimmillaan.

Napapiirin pohjoispuolella Aurinko ei laske lainkaan kesällä eikä nouse lainkaan talvella. Tätä kutsutaan yöttömäksi yöksi ja kaamokseksi. On kuitenkin huomattava, että kaamos ei ala tarkalleen napapiiriltä, vaikka napapiiri määritelläänkin sen mukaan, missä Aurinko juuri ja juuri ei nouse tai laske seisauspäivinä. Ilmakehän taite ja Auringon kiekon koko nostavat Auringon näkyviin vielä hieman geometristen rajojen ulkopuolellakin. Näin ollen todellinen kaamos alkaa vasta noin 67,4 asteen pohjoisella leveysasteella – siis esimerkiksi hieman Sodankylän pohjoispuolella.

Maan kiertorata ei ole ympyrä

Maapallon kiertorata ei ole tarkalleen ympyrä, vaan hieman soikea. Tämän vuoksi Maan etäisyys Auringosta vaihtelee. Maa on lähimpänä Aurinkoa (perihelissä) noin 3. tammikuuta, jolloin etäisyys on noin 147,1 miljoonaa kilometriä. Kauimpana (aphelissä) Maa on noin 4. heinäkuuta, jolloin etäisyys on noin 152,1 miljoonaa kilometriä.

Tämä etäisyysero aiheuttaa noin 7 % vaihtelun säteilytehossa. Vaikka se on havaittava ero, se ei aiheuta vuodenaikoja – akselin kallistuma on siihen verrattuna paljon merkittävämpi tekijä. Tämä tietysti jokainen huomaa, sillä heinäkuussa on paljon lämpimämpää kuin tammikuussa.

 

Vuodenaikojen kesto ei ole symmetrinen

Vuodenaikojen pituudet eivät ole keskenään yhtä pitkät. Pohjoisella pallonpuoliskolla kesä kestää hieman pidempään (noin 93 päivää) kuin talvi (noin 89 päivää). Tämä johtuu Keplerin laeista: Maa liikkuu radallaan nopeammin ollessaan lähempänä Aurinkoa (perihelissä, eli pohjoisen talvella) ja hitaammin kauempana (aphelissä, eli pohjoisen kesällä).

Eteläisellä pallonpuoliskolla tilanne on päinvastainen – siellä kesä on lyhyempi mutta intensiivisempi, koska Aurinko on silloin lähempänä.

 

Prekessio muuttaa niin tähtitaivaan koordinaatteja kuin Maan vuoden tapahtumien päivämääriä jos niitä ei korjattaisi tasaisin välein. Kuva © Kari A. Kuure.

 

Pitkän aikavälin vaihtelut

Maapallon akselin suunta ei pysy täysin muuttumattomana. Se piirtää hitaasti kartion muotoista liikettä, jota kutsutaan prekessioksi. Tämä liike kestää noin 26 000 vuotta. Lisäksi akselin kallistuskulma vaihtelee 22,1 ja 24,5 asteen välillä noin 41 000 vuoden jaksoissa, ja kiertoradan muoto muuttuu vielä pidemmillä aikaskaaloilla.

Näiden kolmen mekanismin – prekession, akselikulman muutoksen ja radan soikeuden – yhdistelmä muodostaa niin kutsutut Milankovićin syklit. Niiden uskotaan vaikuttavan maapallon pitkän aikavälin ilmastollisiin vaihteluihin, kuten jääkausien rytmiin.

 

Suomen näkökulma – valon vuoristorata

Suomen leveysasteilla päivän pituuden vaihtelu vuoden aikana on dramaattista. Esimerkiksi Helsingissä päivän pituus vaihtelee noin 6 tunnista yli 18 tuntiin. Pohjoisessa – vaikkapa Utsjoella – vaihtelu on vielä suurempaa: kesällä Aurinko ei laske lainkaan moneen viikkoon, talvella taas ei nouse viikkoihin.

Kaamos ei kuitenkaan ulotu napapiirille asti, vaikka se olisi looginen raja. Ilmakehän taite ja Auringon kiekon koko siirtävät todellista pimeän jakson alkua pohjoisemmaksi. Rovaniemen korkeudella Aurinko pysyy hyvin matalalla ^[2] talvipäivänseisauksen aikaan, mutta nousee silti näkyviin – jos horisontti sen sallii.

 

Taivaallinen aikakello

Maapallon kiertoliike Auringon ympäri on taivaallinen aikakello, jonka osoittimina toimivat valo, varjo ja lämpö, sekä joskus aurinkokello pihamaalla. Seisauspäivät ja tasauspäivät, perihelit ja aphelit eivät ole vain taulukoidut hetket vaan konkreettisia käännekohtia ajassa ja luonnon rytmissä. Meidän arkinen aikakäsityksemme on yhä sidoksissa tähän suureen, säännölliseen kiertoon, vaikka sitä ei ehkä enää aina tule ajatelleeksi.

 

Tapahtuma	Päivämäärä (2025)	Ilmiö
Periheli	4. tammikuuta	Maa lähimpänä Aurinkoa
Kevätpäiväntasaus	20. maaliskuuta	Aurinko päiväntasaajalla
Kesäpäivänseisaus	21. kesäkuuta	Pohjoisen pisin päivä
Apheli	4. heinäkuuta	Maa kauimpana Auringosta
Syyspäiväntasaus	22. syyskuuta	Aurinko taas päiväntasaajalla
Talvipäivänseisaus	21. joulukuuta	Pohjoisen lyhin päivä

 

Viitteet

[1] Päiväntasaus- ja seisauspäivien tarkka päivämäärä vaihtelee muutamasta syystä, jotka liittyvät Maan liikkeeseen ja kaltevuuteen:

Tärkein syy vaihteluun on karkausvuosien järjestelmä. Maan kierto Auringon ympäri ei ole tasan 365 päivää, vaan noin 365,2422 päivää. Kalenterimme pyöristää vuoden 365 päivään, ja karkauspäivä 29. helmikuuta lisätään joka neljäs vuosi tasapainottamaan tätä eroa. Ilman karkauspäiviä kalenterivuosi ja todellinen aurinkovuosi siirtyisivät vähitellen toisistaan, jolloin vuodenajat ja niihin liittyvät tapahtumat, kuten tasauspäivät, osuisivat eri aikoihin kalenterissa.

Myös muiden Aurinkokunnan planeettojen gravitaatio vaikuttaa hieman Maan kiertorataan ja sen nopeuteen. Nämä pienet vetovoimat voivat muuttaa Maan rataa hyvin vähän, mikä puolestaan voi siirtää tasauspäivien ajankohtia. Nämä vaikutukset ovat kuitenkin hyvin pieniä verrattuna karkausvuosien ja radan elliptisyyden vaikutukseen.

Pitkällä aikavälillä Maan akselin prekessio eli Maan pyörimisakselin hidas huojunta vaikuttaa tasauspäivien ajankohtaan. Maan akselin asento muuttuu hitaasti noin 26 000 vuoden syklillä, mikä saa aikaan sen, että tasaus- ja seisauspäivät siirtyvät vähitellen aikaisemmaksi gregoriaanisessa kalenterissa. Tämä vaikutus on kuitenkin vuositasolla niin vähäinen, ettei sitä yleensä huomaa ilman tarkkaa mittausta.

Nämä tekijät yhdessä aiheuttavat sen, että tasaus- ja seisauspäivien päivämäärät voivat vaihdella hieman vuosittain, yleensä päivällä tai kahdella. Tästä syystä myös tekstissä käytetään ilmaisua ” noin”.

[2] Auringon ja Kuun nousu- ja laskuajat määritellään näiden kappaleiden yläreunan mukaan, kun taas päiväntasaukset ja pohjoiset ja eteläiset deklinaatiot näkyvän kiekon keskipisteen mukaan.