Diese Satellitenansicht des Schneesturms im Nordosten der USA ist nur hypnotisierend

Nächsten Dienstag, um 12:15 Uhr 21 EDT (16:15:21 GMT), die Wintersaison wird offiziell in der nördlichen Hemisphäre enden. Wie können wir uns so sicher sein? In diesem Moment wird die Sonne an einer von zwei Positionen ankommen, wo ihre Strahlen direkt auf den Äquator scheinen werden. In der Tat, wenn Sie am Äquator an einem Punkt genau westlich des Itapará-Flusses des Roraima-Staates im Norden Brasiliens stehen würden, würde die Sonne direkt über uns erscheinen, so wie wir auf der nördlichen Hemisphäre vom Winter zum Frühling übergehen. Zu dieser Zeit wird die Sonne auch auf beiden Erdhälften gleichmäßig scheinen.

Frühling endlich!

Viele betrachten die Ankunft des Frühlings als ein Ende der Kälte - und in den nördlichen Gefilden - als verschneites Wetter. Das ist natürlich einfach nicht wahr. In manchen Jahren können die ungewöhnlich kalten Temperaturen und der ansteigende Schnee bis in den April hinein anhalten, genau wie das warme Wetter manchmal bis weit in den Oktober reicht. [Nachthimmel, März 2018: Was Sie in diesem Monat sehen können (Karten)]

Meteorologische Komplexitäten

Die jährlichen astronomischen Veränderungen, die dazu führen, dass das Wetter in den gemäßigten Zonen des Planeten variiert, sind alles andere als einfach. Die Ebene des Erdäquators ist um 23 1/2 Grad zur Umlaufbahn des Planeten um die Sonne geneigt. Im Laufe des Jahres treffen unterschiedliche Mengen Sonnenlicht auf verschiedene Regionen unseres Planeten. Sowohl der Einfallswinkel der Sonnenstrahlung (der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche treffen, der die Intensität der Sonnenstrahlung misst) als auch die Tageslänge ändern sich dramatisch.

Während dies in der Tat die Hauptgründe für die Temperaturunterschiede der Jahreszeiten sind, erzeugen eine Reihe von meteorologischen Faktoren die unmittelbaren täglichen Variationen, die wir erfahren. Und diese Schwankungen werden durch die Wärmespeicherfähigkeit und die Zirkulation unserer Atmosphäre bestimmt, die jeden Tag auf sehr komplexe Weise das Wetter bestimmen. Aber die Verzögerung der Jahreszeiten nach der Tagundnachtgleiche kann von vielen Menschen nur aufgrund ihrer eigenen Erfahrungen mit dem Wetter in den Vereinigten Staaten und Kanada geschätzt werden.

Zum Beispiel wird der Sommer offiziell mit der Sonnenwende am 21. Juni eintreffen. Wenn die Sonneneinstrahlung - die Gesamtenergie, die von der Sonne empfangen wird - die Temperatur bestimmt, sollten wir dann das heißeste Wetter des Jahres erleben. Aber die Atmosphäre in den gemäßigten Regionen erhält weiterhin mehr Wärme als sie dem Weltraum preisgibt - eine Situation, die je nach Breitengrad einen Monat oder länger dauert. In New York beispielsweise läuft die Zeitspanne mit der höchsten Tagesmitteltemperatur des Jahres (77 Grad Fahrenheit oder 25 Grad Celsius) vom 11. Juli bis zum 2. August (43 Tage nach der Sonnenwende), bevor sie schließlich beginnt ablehnen. Ein umgekehrter Prozess tritt nach der nördlichen Wintersonnenwende im Dezember auf.

Der Sonnenwärmeeffekt hängt direkt von der Deklination der Sonne am Himmel ab, die auch ihren täglichen Weg über den Himmel und die Anzahl der Stunden, in denen die Sonne über dem Horizont steht, steuert. Am 13. April ist die Sonneneinstrahlung die gleiche wie am 29. August, aber in New York City kann man zum Beispiel aufgrund der saisonalen Verzögerung einen großen Unterschied feststellen. Am 13. April 1940 zum Beispiel war es so kalt wie 26 ° F (minus 3 ° C), und am 13. April 1875 sah die gleiche Stadt so viel wie 10 Zoll Schnee - während das Quecksilber so hoch stieg wie 99 Grad F (37 Grad C) am 29. August 1953. [Vernal Equinox: Erster Tag des Frühlings aus dem Weltraum gesehen (Foto)]

Kalenderliche Komplexität

Wenn Sie jemanden bitten, Ihnen das Datum des ersten Frühlingstages zu geben, wird die Antwort mit ziemlicher Sicherheit der 21. März sein. Aber seit 1980, für Nordamerikaner, hat der Frühling tatsächlich nicht später als der 20. März begonnen. Und es wird diesen Weg fortsetzen das Jahr 2102.

Für die Zeitzonen Central, Mountain und Western beginnt der Frühling 2016 am 19. März. Und im Jahr 2020 wird er zum ersten Mal seit 1896 für alle Vereinigten Staaten am 19. März fallen. Diese Verschiebung der Daten geschieht durch die Erde elliptische Umlaufbahn ändert die Ausrichtung ihrer Achse, und weil unser Jahr keine gerade Anzahl von Tagen enthält. Die Launen des Gregorianischen Kalenders, wie die Einbeziehung eines Schalttages in Jahrhundertjahren, der durch 400 teilbar ist, tragen ebenfalls zur saisonalen Datumsverschiebung bei.

Wäre 2000 kein Schaltjahr gewesen, würde die Tagundnachtgleiche nächsten Mittwoch, nicht nächsten Dienstag, stattfinden.

Nicht gleich auf der Tagundnachtgleiche!

Eine andere Komplexität, die die Frühlingstagundnachtgleiche betrifft, betrifft das Axiom, "gleiche Tage und gleiche Nächte zur Tagundnachtgleiche". Aber jedes Jahr bekomme ich immer ein oder zwei Anfragen, warum das nicht so ist. Vielleicht hat jemand, der am Tag der Tagundnachtgleiche durch die Wetterseite ihrer Zeitung geschaut hat, die Almanach-Box angeschaut - die die Ortszeit von Sonnenaufgang und Sonnenuntergang angibt - und bemerkt, dass die Länge von Tag und Nacht nicht gleich ist. In der Tat, am Tag der Tagundnachtgleiche im März und September, ist die Länge des Tageslichtes tatsächlich länger als die Zeit der Dunkelheit um einige Minuten.

Schau dir die Situation für New York an. Wie die Tabelle unten zeigt, sind die Tage und Nächte gleich lang, nicht an der Tagundnachtgleiche, sondern am St. Patrick's Day:

DatumSonnenaufgangSonnenuntergangLänge des Tages
17. März7:05 Uhr19:05 Uhr12 Stunden 00 min.
18. März7:03 Uhr19:06 Uhr12 Stunden 03 min.
19. März7:02 Uhr19:07 Uhr12 Stunden 05 min.
20. März7:00 Uhr vormittags.19:08 Uhr12 Stunden 08 Minuten

Ein Faktor, der berücksichtigt werden muss, ist, dass, wenn wir uns auf Sonnenaufgang und Sonnenuntergang beziehen, sich die Zeit darauf bezieht, wenn der oberste Sonnenrand am Horizont erscheint. Nicht seine Mitte, noch seine untere Kante.

Diese Tatsache allein würde die Zeit von Sonnenaufgang und Sonnenuntergang am Tag der Tagundnachtgleiche etwas mehr als 12 Stunden auseinander nehmen. Der scheinbare Durchmesser der Sonne entspricht ungefähr einem halben Grad.

Aber der Hauptgrund dafür ist unsere Atmosphäre. es wirkt wie eine Linse und beugt sein Licht über den Rand des Horizonts. In seinen Berechnungen der Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangszeiten verwendet das US Naval Observatory routinemäßig 34 Bogenminuten für den Brechungswinkel und 16 Bogenminuten für den halben / halben Durchmesser der Sonnenscheibe. Mit anderen Worten, der geometrische Mittelpunkt der Sonne ist tatsächlich mehr als acht Zehntel Grad unter einem flachen und unversperrten Horizont im Moment des Sonnenaufgangs.

Als Ergebnis sehen die Zuschauer tatsächlich die Sonne für ein paar Minuten, bevor ihre Scheibe tatsächlich aufsteigt und für ein paar Minuten, nachdem sie sich tatsächlich gesetzt hat. Du kannst also unserer Atmosphäre danken, dass wir unsere Tage länger gemacht haben; Die Tageslänge an einem bestimmten Tag ist tatsächlich um etwa 6 oder 7 Minuten erhöht.

Mit anderen Worten, wenn Sie beobachten, wie die Sonne entweder bei Sonnenaufgang über den Horizont kommt oder bei Sonnenuntergang unter den Horizont fällt, sehen Sie tatsächlich eine Illusion - die Sonne ist nicht wirklich da, sondern tatsächlich unter dem Horizont!

Jetzt siehst du es ... wenn du es nicht tust!

Joe Rao ist Dozent und Gastdozent im New Yorker Hayden Planetarium. Er schreibt über Astronomie für die Zeitschrift Natural History, den Almanach der Farmer und andere Publikationen, und er ist auch ein Meteorologe vor der Kamera für Fios1 News in Rye Brook, New York. Folge uns @Spacedotcom, Facebook und Google+. Originalartikel auf ProfoundSpace.org.