4. Maapallo kiertää Aurinkoa

Maapallon kierros Auringon ympäri vuodessa

Maa on pla­neet­ta, joka kier­tää Au­rin­koa el­lip­sin muo­toi­sel­la ra­dal­la noin 150 000 mil­joo­nan kilo­met­rin etäi­syy­del­lä sii­tä. Maan kier­rok­seen Au­rin­gon ym­pä­ri ku­luu yksi vuo­si eli 365,25 vuo­ro­kaut­ta. Kos­ka ka­len­te­ris­sam­me on ta­val­li­si­na vuo­si­na vain 365 päi­vää, joka nel­jäs vuo­si li­sä­tään hel­mi­kuu­hun ns. kar­kaus­päi­vä.

Maa­pal­lo kier­tää Au­rin­koa hie­man ”kal­lel­laan”, eli Maan na­po­jen kaut­ta kul­ke­va ku­vit­teel­li­nen pyö­ri­mis­ak­se­li poik­ke­aa kier­to­ra­dan ta­sos­ta 66,5 as­tet­ta. Ak­se­lin suun­ta py­syy koko ajan sa­ma­na suh­tees­sa täh­tiin: Maa­pal­lon poh­joi­set osat, ku­ten Suo­mi, ovat ke­säl­lä enem­män koh­ti Au­rin­koa ja tal­vel­la suun­tau­tu­nee­na pois­päin Au­rin­gos­ta. Tämä se­lit­tää sen, että poh­joi­sen kesä on va­loi­sa ja läm­min, tal­vi taas pi­meä ja kyl­mä. Ete­läi­sel­lä pal­lon­puo­lis­kol­la vuo­den­ajat vaih­tu­vat päin­vas­tai­ses­sa jär­jes­tyk­ses­sä.

Ju­han­nuk­se­na, kesä­kuun 21. päi­vä, Au­rin­ko pais­taa koh­ti­suo­raan poh­joi­sen pal­lon­puo­lis­kon le­veys­pii­ril­le 23,5 as­tet­ta eli Kra­vun kään­tö­pii­ril­le. Täl­löin kesä­päi­vän­sei­sauk­se­na päi­vä on poh­joi­sel­la pal­lon­puo­lis­kol­la pi­sim­mil­lään, ja poh­joi­sel­la napa­pii­ril­lä sekä sen poh­jois­puo­lel­la vie­te­tään yö­tön­tä yötä. Syys­kuun 23. päi­vä­nä on syys­päi­vän­ta­saus: Au­rin­ko pais­taa koh­ti­suo­raan päi­vän­ta­saa­jal­le ja päi­vä on yhtä pit­kä kaik­ki­al­la maa­pal­lol­la.

Jou­lu­kuun 22. päi­vä­nä on tal­vi­päi­vän­sei­saus: Au­rin­ko pais­taa koh­ti­suo­raan ete­läi­sen pal­lon­puo­lis­kon le­veys­pii­ril­le 23,5 as­tet­ta eli Kau­riin kään­tö­pii­ril­le. Päi­vä on ly­him­mil­lään poh­joi­sel­la pal­lon­puo­lis­kol­la.

Maa­lis­kuun 21. päi­vä vie­te­tään ke­vät­päi­vän­ta­saus­ta: Au­rin­ko pais­taa koh­ti­suo­raan ze­nii­tis­tä päi­vän­ta­saa­jal­le ja syys­päi­vän­ta­sauk­sen ta­voin päi­vä ja yö ovat yhtä pit­kiä kaik­ki­al­la maa­pal­lol­la.

Au­rin­gon koh­ti­suo­ra sä­tei­ly käy siis kään­ty­mäs­sä kään­tö­pii­reil­lä sei­saus­päi­vi­nä jat­kaak­sen­sa jäl­leen siir­ty­mis­tään koh­ti päi­vän­ta­saa­jaa ja va­loi­san ajan pi­den­ty­mi­nen tai ly­he­ne­mi­nen sei­sah­tuu. Ta­saus­päi­vi­nä taas au­rin­gon koh­ti­suo­ra sä­tei­ly osuu päi­vän­ta­saa­jal­le ja au­rin­gon­valo me­nee ta­san koko maa­pal­lol­la eli päi­vä on 12 tun­nin mit­tai­nen poh­jois­na­val­ta ete­lä­na­val­le.

Miksi navoilla on kylmempää kuin päiväntasaajalla?

Maan pyö­reys ja ak­se­li­kul­man kal­te­vuus ai­heut­ta­vat sen, että maa­pal­lon eri osat saa­vat eri ta­voin Au­rin­gon sä­tei­lyä. Eni­ten sä­tei­lyn ener­gi­aa saa päi­vän­ta­saa­jan seu­tu: sä­tei­ly on voi­ma­kas­ta ja sen mää­rä py­syy mel­ko va­ki­o­na ym­pä­ri vuo­den.

Päi­vän­ta­saa­jan seu­tu läm­pe­nee au­rin­gon sä­tei­lyn seu­rauk­se­na enem­män kuin na­po­jen lä­hei­set alu­eet, kos­ka sin­ne sä­tei­ly osuu lä­hes koh­ti­suo­raan ym­pä­ri vuo­den. Koh­ti­suo­ra sä­tei­ly läm­mit­tää te­hok­kaam­min kuin viis­tos­ti tu­le­va, kos­ka ne­li­ö­met­rin alal­le ilma­ke­hään tu­le­va sä­tei­ly­e­ner­gia osuu kaik­ki sa­man suu­rui­sel­le alal­le maan pin­nal­le.

Lä­hel­le na­po­ja sä­tei­ly osuu aina hy­vin viis­tos­ti ja sama ne­li­ö­met­rin alal­le ilma­ke­hään tu­le­va sä­tei­ly­e­ner­gia ja­kau­tuu laa­jal­le alu­eel­le, jo­ten läm­mi­tys­teho on pie­ni.

Kos­ka au­rin­gon sä­tei­ly läm­mit­tää maa­pal­lon eri osia eri te­hol­la, voi­daan maa­pal­lo ja­kaa päi­vän­ta­saa­jal­ta mo­lem­mil­le na­voil­le päin vaih­tu­viin läm­pö­vyö­hyk­kei­siin: tro­piik­ki, sub­tro­piik­ki, lauh­kea ja kyl­mä vyö­hy­ke.

Miksi navoilla on kaamos ja yötön yö, mutta päiväntasaajalla ei?

Kes­ki­le­veyk­sil­lä eli kään­tö­pii­rien ja napa­pii­rien vä­li­sel­lä alu­eel­la ero ke­sän ja tal­ven va­lais­tuk­ses­sa ja läm­pö­sä­tei­lys­sä on huo­mat­ta­va. Näil­lä alu­eil­la, ku­ten Keski-Eu­roo­pas­sa ja Suo­mes­sa, on nel­jä vuo­den­ai­kaa. Va­lais­tuk­sen kan­nal­ta on huo­mat­ta­va ero päi­vän­ta­saa­jan seu­tuun: aa­muin ja il­loin on sel­vä hä­mä­rän aika.

Kui­ten­kin, jos las­ke­taan koko vuo­den va­loi­sat tun­nit yh­teen, na­vat ja päi­vän­ta­saa­ja saa­vat juu­ri yhtä mon­ta tun­tia au­rin­gon sä­tei­lyä. Ero on vain sä­tei­lyn tulo­kul­mas­sa ja va­loi­san ajan ja­kau­tu­mi­ses­sa: päi­vän­ta­saa­jal­la sä­tei­ly tu­lee koh­ti­suo­raan ja joka vuo­ro­kau­des­ta puo­let on pi­me­ää, kun taas na­voil­la sä­tei­ly tu­lee viis­tos­ti ja puo­li vuot­ta ker­ral­la on pi­me­ää, puo­li vuot­ta va­loi­saa.

Poh­joi­sen napa­pii­rin poh­jois­puo­lel­la, ka­lot­ti­a­lu­eel­la, on pit­kä au­rin­go­ton kaa­mos­aika ja yhtä pit­kä yöt­tö­män yön jak­so ke­säl­lä. Sama pä­tee ete­läi­sen napa­pii­rin ete­lä­puo­lel­la, mut­ta vuo­den­ajat siel­lä ovat päin­vas­tai­set: poh­joi­sen ke­säl­lä siel­lä on tal­vi.

Va­lais­tuk­sen mu­kaan maa­pal­lo ja­e­taan kol­meen va­lais­tus­vyö­hyk­kee­seen: päi­vän­ta­saa­jan ym­pä­ril­lä tro­piik­ki, napa­pii­rien ja kään­tö­pii­rien vä­lil­lä kes­ki­le­veyk­sien alu­eet sekä napa­pii­rien ja na­po­jen vä­lil­lä ka­lot­ti. Vyö­hyk­keet ovat vas­taa­vat mo­lem­mil­la pal­lon­puo­lis­koil­la, vaik­ka ku­vas­sa ete­lä­na­paa ei näy­kään.

 Vaihtelua maapallon kiertoradassa.

Maa kier­tää Au­rin­koa soi­ke­al­la, el­lip­sin muo­toi­sel­la ra­dal­laan si­ten, että Au­rin­ko ei ole ai­van kier­to­ra­dan kes­ki­pis­tees­sä. Maan ak­se­li­kul­ma ei muu­tu kier­ron ai­ka­na: poh­joi­sen ke­säl­lä poh­joi­nen pal­lon­puo­lis­ko osoit­taa enem­män koh­ti Au­rin­koa ja poh­joi­sen tal­vel­la enem­män pois­päin Au­rin­gos­ta.

Ny­kyi­sin maa­pal­lo on lä­him­pä­nä Au­rin­koa eli perihelissä sil­loin, kun on poh­joi­sen tal­vi eli poh­joi­nen pal­lon­puo­lis­ko on osoit­taa pois­päin Au­rin­gos­ta. Pis­tet­tä, jos­sa Maa on kauim­pa­na Au­rin­gos­ta, kut­su­taan apheliksi. Kun Maa on aphelissä, on ny­kyi­sin poh­joi­sen pal­lon­puo­lis­kon kesä.

Täs­tä voi pää­tel­lä, että pie­ni ero etäi­syy­des­sä Au­rin­gos­ta vai­kut­taa Maan pin­nan läm­pö­ti­laan pal­jon vä­hem­män kuin sä­tei­lyn tulo­kul­ma.
Maan ra­dan si­jain­ti suh­tees­sa Au­rin­koon ei kui­ten­kaan pysy aina sa­ma­na, vaan ti­lan­ne on päin­vas­tai­nen noin 11 000 vuo­den ku­lut­tua.

Maa­pal­lon kier­to­ra­dan muo­to­kin vaih­te­lee. Maan kier­to­rata on vä­lil­lä soi­ke­am­pi, vä­lil­lä se muis­tut­taa enem­män ym­py­rää. Kun kier­to­rata on ym­py­rä­mäi­sem­pi, vuo­den­ai­ko­jen sä­tei­ly­erot ovat pie­net. Kun kier­to­rata on soi­kea, ja poh­joi­sen pal­lon­puo­lis­kon tal­ven osu­es­sa sii­hen vai­hee­seen kun Maa on kau­ka­na Au­rin­gos­ta, poh­joi­sen tal­vi on eri­tyi­sen kyl­mä. Muo­don vaih­te­lus­sa on noin 100 000 vuo­den syk­li.

Peri- ja aphelin osu­mi­nen eri vuo­den­ai­koi­hin ja maa­pal­lon kier­to­ra­dan muu­tok­set ovat ol­leet tut­ki­muk­sen koh­tei­na, kun on yri­tet­ty sel­vit­tää syi­tä ai­em­piin il­mas­ton vaih­te­lui­hin, esi­mer­kik­si jää­kau­sien esiin­ty­mi­siin.

Termejä maapallosta ja maapallon kierrosta Auringon ympäri.

Ge­oi­di on maa­pal­lon muo­to. Maa­pal­lo on na­voil­taan hie­man li­tis­ty­nyt ja hie­man kuh­mu­rai­nen pal­lo.

Ze­niit­ti on tai­vaan ylin koh­ta eli koh­ti­suo­raan kat­so­jan ylä­puo­lel­la. Au­rin­ko on ze­nii­tin lä­hel­lä keskipäivisin päi­vän­ta­saa­jan tun­tu­mas­sa. Tark­kaan ot­ta­en Au­rin­ko on ze­nii­tis­sä kään­tö­pii­reil­lä ker­ran vuo­des­sa (ta­saus­päi­vi­nä) ja päi­vän­ta­saa­jal­la kak­si ker­taa vuo­des­sa (sei­saus­päi­vi­nä).

Periheli on se pis­te Au­rin­koa kier­tä­vän kap­pa­leen ra­dal­la, jos­sa kap­pa­le on lä­him­pä­nä Au­rin­koa. Maa­pal­lo kier­tää ny­kyi­sin Au­rin­koa soi­ke­al­la ra­dal­laan si­ten, että maa­pal­lo on perihelissä tam­mi­kuus­sa.

Apheli on se pis­te Au­rin­koa kier­tä­vän kap­pa­leen ra­dal­la, jos­sa kap­pa­le on kauim­pa­na Au­rin­gos­ta. Maa­pal­lo on aphelissä täl­lä het­kel­lä hei­nä­kuus­sa. Ti­lan­ne muut­tuu 11 000 vuo­den ai­ka­na si­ten, että maa­pal­lo on aphelissä tam­mi­kuus­sa.

Perihelin ja aphelin etäi­syys Au­rin­gos­ta on eri, kos­ka Au­rin­ko ei ole ai­van maa­pal­lon kier­to­ra­dan kes­ki­pis­tees­sä.

Kuva 4.3. Sä­tei­ly­kul­man vai­ku­tus sä­tei­lyn voi­mak­kuu­teen maa­pal­lon eri osis­sa.

Kuva 4.1. Au­rin­gon­las­ku lä­hes kes­ki­yöl­lä kes­ki­ke­säl­lä Suo­mes­sa Kala­jo­el­la..

Kuva 4.2. Maa­pal­lon kier­to Au­rin­gon ym­pä­ri vuo­den ai­ka­na.

Kuva 4.4. Ar­vi­oi lap­sis­ta muo­dos­tu­van var­jon pi­tuus! Var­jo on ly­hyt: Au­rin­ko pais­taa lä­hes koh­ti­suo­raan yl­hääl­tä. Ke­nia, päi­vän­ta­saa­ja, 23.3.2013 klo 15.

Kuva 4.5. Maa­lis­kui­nen ilta­päi­vä Suo­mes­sa: Au­rin­gon sä­teet tu­le­vat vi­nos­ti.

Kuva 4.6. Va­loi­san ajan vaih­te­lu maa­pal­lon pal­lon­puo­lis­koil­la,kun poh­joi­sel­la pal­lon­puo­lis­kol­la on kesä.

Kuva 4.7. Va­lais­tus­vyö­hyk­keet.

Kuva 4.8. Maa­pal­lon kier­to­rata Au­rin­gon ym­pä­ri.