Midnattssol och polarnatt

På höga breddgrader (Arktis och Antarktis) kommer solen någon del av året att befinna sig över eller under horisonten under hela dygn. Dessa dygn förekommer alltså ingen upp- eller nedgång av solen. Fenomenet kallas midnattssol respektive polarnatt.

Vid midnattssol är solen över horisonten hela dygnet. Den går alltså inte ner. I det andra fallet (polarnatt) går solen aldrig upp under dygnet. Något förenklat kan man säga att norr om den norra polcirkeln ca 66,5°N respektive söder om den södra polcirkeln kommer detta att inträffa. Vid norra polcirkeln inträffar detta under ett dygn per år, vid sommarsolståndet respektive vintersolståndet.

Ju längre norrut man förflyttar sig desto längre blir den period som omfattas av midnattssol respektive polarnatt. Exempelvis för Kiruna råder enligt 'Den Svenska Almanackan' midnattssol från den 29 maj till och med den 14 juli (2013). Solen är alltså uppe 47 dygn i sträck på Kirunas breddgrad. Polarnatten däremot varar bara i 27 dygn. 

I Kiruna vid vintersolståndet, omkring den 22 december, når solen inte upp över horisonten. Däremot råder skymning ett antal timmar. Det är följaktligen inte helt nattsvart. Hur mörkt det är under skymning/gryning påverkas naturligtvis av väderförhållandena och även av förekomsten av snötäcke, samt om månen är uppe och vilken fas den har.

En kuriositet är att vid nordpolen går solen upp strax före vårdagjämningen för att därefter vara uppe tills straxt efter höstdagjämningen. På nordpolen liksom på sydpolen är det således under ett års tid bara en lång dag och en lång natt.

Höjden över havet

Om man inte befinner sig på en jämn yta exempelvis nära havsytan utan på ett högre berg i Sverige påverkas tiden för solens upp och nedgång något. Om berget skulle vara ca 1000 m över omgivningen så skulle solen gå upp cirka 6 minuter tidigare än sett från en jämn yta.

Motsvarande gäller för nedgången. Detta är en grov skattning men ger en uppfattning om betydelsen. Stora avvikelser från detta finns framförallt på höga breddgrader, exempelvis i nordligaste Sverige.

Längden på vinter- och sommarhalvåret

Ytterligare en kuriositet orsakas av att jordbanan inte är helt rund utan aningen elliptisk. Detta medför att jorden inte har konstant hastighet i sin bana utan rör sig snabbare när vi är som närmast solen. Detta inträffar för närvarande i början av januari.

Om man utgår från vårdagjämningen och räknar tiden fram till höstdagjämningen så erhålls knappt 186 1/2 dagar. Tiden från höstdagjämningen till följande vårdagjämning är lite drygt 178 1/2 dagar.

Denna skillnad gör att dagen på nordpolen är en vecka längre än dagen är på sydpolen. Detta gäller just nu. På mycket lång sikt, tusentals år, ändras jordbanan och förhållandet blir annorlunda.

Längre dag än natt på jorden

En kuriositet i sammanhanget är att om jorden saknade atmosfär och beräkningarna av solens upp och nedgång avser dess mittpunkt så skulle den genomsnittliga dagslängden (sett över ett år) överallt på jorden mellan polcirklarna bli 12 timmar.

Om man tar hänsyn till atmosfären, det vill säga inför refraktionen i beräkningarna, så ökar dagens längd. Ökningen blir större ju flackare solens skenbara bana är relativt horisonten ända tills man passerar någon av polcirklarna.

Detta medför att den genomsnittliga dagslängden över ett år är som längst vid polcirklarna. Eftersom sommarhalvåret är längre på norra halvklotet så är den genomsnittliga dagslängden längre vid norra polcirkeln än vid den södra.

Medelsoldygn och asymmetri

Något kortfattat. Jorden roterar runt sin egen axel åt samma håll som den rör sig runt solen. Denna rotation relativt mycket avlägsna objekt t.ex. stjärnorna (flera ljusårs avstånd) är mycket konstant (även om vi ibland får stoppa in en och annan skottsekund) och är 23 timmar, 56 minuter och 4,099 sekunder.

Ett medelsoldygn (rotation relativt solen i genomsnitt) är 24 timmar så det skiljer nästan 4 minuter. Att dagen, tiden mellan solens upp- och nedgång, har olika längd under året (sommar- vinter) beror ju på jordaxelns lutning och jordklotets variabla hastighet i sin bana runt solen.

Det vi kallar ett dygn är emellertid relaterat till solen. Exempelvis tiden från det att solen befinner sig i samma riktning för en speciell ort. Eftersom jordbanan runt solen är elliptisk så rör sig jorden med något olika hastighet under året. Detta medför att rotationen relativt solen, ett sant soldygn, till exempel tiden från att solen står i söder till nästa gång den gör det, blir något olika lång under året.

Ett dygn relativt solen kommer alltså att ha lite olika längd under året jämfört med det genomsnitt eller medelsoldygn (24 timmar) som våra klockor visar. Medelsoldygnet är valt på så sätt att dess längd är medelvärdet av de sanna soldygnen över ett år.

När jorden har roterat ett varv i förhållande till stjärnorna så har jorden samtidigt rört sig en bit i sin bana runt solen. Därför måste jorden rotera ytterligare ett stycke för att solen skall hamna i samma riktning som föregående dygn. Effekten av detta i kombination med att jordaxelns riktning ändras (relativt solens läge) gör att tiden för soluppgång och nedgång ändras olika snabbt.