Pojava dana i noći, odnosno izlazak i zalazak Sunca, te ciklusi godišnjih doba određuju prirodni tijek vremena. Jedan dan na Zemlji traje 24 sata, a jedna godina 365 dana (osim ako nije prijestupna – tada ima 366 dana). Međutim, nije toliko jednostavno. Ako želite znati više o tome kako određujemo dan, i godinu, nastavite čitati.

Dan – Zvjezdani (ili siderični) dan i Sunčev (ili sinodični) dan

Do izlaska i zalaska Sunca, zvijezde oko koje Zemlja kruži, dolazi zbog Zemljine rotacije (vrtnje Zemlje oko sebe same). Za jedan okret oko svoje osi trebaju joj 23 sata i 56 minuta. Zanimljivo je da se iz toga može izračunati da se Zemlja oko svoje osi vrti obodnom ekvatorijalnom brzinom od otprilike 1670 kilometara na sat, što je više od peterostruko brže od automobila Formule 1! Ali što određuje dan?

Vrijeme od 23 sata i 56 minuta potrebno je Zemlji da se okrene oko svoje osi kada bismo je promatrali izdaleka; zato kažemo da je to vrijeme potrebno za jednu Zemljinu rotaciju u odnosu na daleke zvijezde (pogledajte donju ilustraciju). Drugim riječima, kada bismo Zemlju promatrali s neke daleke zvijezde (odnosno egzoplaneta, jer bi nas zvijezda spržila) izmjerili bismo da nam se primjerice neka zgrada u Hrvatskoj s kojom smo počeli mjerenje opet pojavila u smjeru u kojem promatramo 23 sata i 56 minuta poslije. Taj vremenski razmak zovemo zvjezdanim ili sideričnim danom. Međutim, znamo da dan traje 24 sata, a ne 4 minute kraće. I ne, nije riječ o zaokruživanju, nego o tome da Sunčev (ili sinodični) dan uistinu traje 4 minute dulje. Pomalo zbunjujuće, zar ne? Evo o čemu je riječ.

Zemlja se ne vrti samo oko svoje osi, nego istodobno putuje oko Sunca (u istome smjeru u kojem se i vrti oko svoje osi). Stoga se unutar jednoga dana (odnosno jednog okreta oko svoje osi) Zemlja pomakne i po svojoj putanji (orbiti) oko Sunca. Zbog tog se pomaka pak mora dodatno okrenuti oko svoje osi kako bi joj se Sunce nalazilo u početnome smjeru. Pogledajte sliku u nastavku.

Razlika u Zemljinome putu oko Sunca Zemlji nameće otprilike 1 dodatni stupanj za koji se Zemlja mora okrenuti oko svoje osi da bi se (nepomičnome) promatraču na Zemlji Sunce opet nalazilo na istome mjesto od kojeg je krenulo, odnosno mora se okrenuti za 361 stupanj (puni krug ima 360 stupnjeva), a za taj okret od jednoga dodatnog stupnja trebaju joj otprilike 4 minute.

Naravno, nama je za mjerenje vremena bitnije da nam se Sunce (a ne neke daleke zvijezde) pojavljuje u pravilnim ciklusima. Zato dan mjerimo po Suncu, a ne dalekim zvijezdama (odnosno uzimamo iznos Sunčeva, a ne zvjezdanoga dana za mjeru dana). No zbog razlike između Sunčeva dana i zvjezdanog dana zvijezde nam pak svaki dan izlaze 4 minute ranije i zato primjerice nebeska zviježđa dijelimo na sezonska (ljetna, jesenska, zimska i proljetna), prema tome koja će zviježđa u određeno godišnje doba po noći biti vidljiva na nebu. To se lijepo može vizualizirati planisferom.

Godina - zvjezdana (ili siderična) godina i Sunčeva (ili tropska ili sinodična) godina

Mjera jedne godine proizlazi iz vremena koje je Zemlji potrebno da jednom obiđe Sunce. A ono iznosi otprilike 365 dana i nije tako jednostavno jer kao i za mjeru dana postoje opet razni iznosi tog ophodnog vremena, gledamo li to razdoblje u odnosu na Sunce ili daleke zvijezde. Tako Zemlji treba 365 dana, 6 sati, 9 minuta i 9,76 sekunda da obiđe Sunce u odnosu na daleke zvijezde. To zovemo zvjezdanom ili sideričnom godinom. Međutim, opet nam je za život na Zemlji važnije kako se Zemlja giba u odnosu na Sunce, a ne na daleke zvijezde, jer to gibanje prati Zemljina godišnja doba. Tako se onda Sunčeva godina definira kao vrijeme između dva uzastopna prolaska Sunca kroz proljetnu točku, a to je jedna od dvaju točaka u kojoj se nebeski ekvator i ravnina u kojoj se Zemlja giba oko sunca – ekliptika – sijeku. Pogledajte sliku u nastavku i primijetite da su te dvije ravnine pod nagibom zbog toga što je Zemljina os nagnuta otprilike 23,5 stupnjeva u odnosu na ekliptiku.

Sunčeva godina, koju zovemo još tropskom ili sinodičnom godinom, traje 365 dana, 5 sati, 48 minuta i 46 sekunda, dakle 20-ak minuta manje od zvjezdane godine. Ona prati cikluse godišnjih doba i zato je primjerena za ljudsku definiciju godine i slaganje kalendara.

Do razlike između trajanja Sunčeve i zvjezdane godine dolazi zbog toga što Zemljina os – koja je pod nagibom od otprilike 23,5 stupnja u odnosu na ekliptiku – rotira. Tu rotaciju nazivamo precesijom. Za jedan okret (u odnosu na daleke zvijezde) potrebno je 25 800 godina i to razdoblje naziva se Platonova godina.

Precesija je bitna za Sunčevu godinu zato što položaj Zemljine osi određuje gdje se nalazi Zemljin, pa tako i nebeski ekvator. Zbog precesije se položaj nebeskog ekvatora unutar jedne godine mijenja (Zemljina os pomakne se za kutnu udaljenost od 50,29 lučnih sekunda) pa time onda i sjecište nebeskog ekvatora i ekliptike koje pak određuje proljetnu točku kroz koju Sunce mora proći kako bismo odredili trajanje Sunčeve godine. 

Kalendar

Prirodni tijek vremena određuje gibanje Zemlje oko svoje osi (što određuje dan), gibanje Zemlje oko Sunca (što određuje godinu) te se tomu može pridodati i ciklus Mjesečevih mijena na našemu nebu. Dan je određen kao jedna rotacija Zemlje oko svoje osi (u odnosu na Sunce). Jedna tropska godina iznosi 365,2422 dana (odnosno, 365 dana, 5 sati, 48 minuta i 46 sekunda), a za jedan ciklus svih Mjesečevih mijena potrebno je 29,5306 dana (odnosno, 29 dana, 12 sati, 44 minute i 3,84 sekunda). Omjeri tih brojeva nisu okrugli brojevi, zbog čega je bilo teško osmisliti kalendar koji bi mogao precizno i dugo pratiti mijene godišnjih doba.

Danas se veći dio svijeta služi gregorijanskim kalendarom, nastalim u 16. stoljeću kao reforma dotadašnjega julijanskog kalendara.

S obzirom na to da je za obilazak Zemlje oko Sunca potrebno 365 dana i otprilike 6 sati, što iznosi četvrtinu dana, već je julijanski kalendar sadržavao prijestupne godine – svaka četvrta godina imala je dan više (poznajete li ikoga rođenog 29. veljače? 🙂 ). S obzirom na to da je tropska godina otprilike 11 minuta kraća od 365 dana i 6 sati, julijanski je kalendar sadržavao odstupanje od tropske godine od 11 minuta godišnje. Iako se to možda ne čini znatnim, kroz stoljeća te su se minute nakupile toliko da je od 325. godine, kada je julijanski kalendar prihvaćen, do 1582. godine početak proljeća bio 11. ožujka umjesto 21. ožujka.

Gregorijanski kalendar promijenio je odstupanja julijanskog kalendara tako da je 10 dana jednostavno odlukom izbačeno iz tadašnjeg kalendara: nakon 4. listopada 1582. uslijedio je 15. listopada.

Druga promjena uvedena gregorijanskim kalendarom odnosila se na prijestupne godine tako da je prosječna kalendarska godina sličnija tropskoj. Pravilo za prijestupne godine jest da je svaka godina djeljiva s 4 prijestupna, međutim stoljetne godine (one djeljive sa sto poput 1600., 1700., 1800., 1900., 2000.) su prijestupne samo ako su djeljive i s 400. Tako primjerice stoljetne godine 1700., 1800. i 1900. koje su djeljive s 4, ali ne i s 400 nisu bile prijestupne godine, a 1600. i 2000. jesu. Tim je (možda i pomalo kompliciranim) pravilom gregorijanski kalendar postigao točnost od jednog dana u 3300 godina.

U sažetku

I dan i godinu mjerimo putem gibanja Zemlje u odnosu na Sunce. Jedan puni dan određuje jedan Zemljin okret oko svoje osi u odnosu na Sunce koji traje 24 sata (to zovemo Sunčevim ili sinodičnim danom). Jednu godinu određuje jedan Zemljin obilazak oko Sunca koji prati cikluse godišnjih doba (to zovemo Sunčevom ili sinodičnom ili tropskom godinom te ona traje 365 dana, 5 sati, 48 minuta i 46 sekunda). Kako bi se osmislio kalendar sa što manjim odstupanjem od stvarne tropske godine uvedene su prijestupne godine (koje traju 366 dana) tako da je svaka četvrta godina prijestupna, osim stoljetnih godina koje su prijestupne samo ako su djeljive s 400 (takav kalendar nazivamo gregorijanskim te se koristi u većem dijelu svijeta).