A válasz meglepően összetett, és összefügg a csillagászati jelenségek bonyolultságával. A mindennapi életben megszoktuk, hogy egy nap pontosan 24 óra, a reggeli napsütéstől a holdfényes éjszakáig. De ha jobban megvizsgáljuk, valóban ennyi ideig tart, amíg a Föld egyszer megfordul a tengelye körül? Tegyük félre a megszokott perspektívát, és nézzük meg a mögöttes csillagászati valóságot.

Először érdemes tisztázni néhány alapfogalmat:

Szoláris nap:

Amikor azt mondjuk, hogy egy nap 24 órából áll, valójában a szoláris napra utalunk. A szoláris nap az az időtartam, amely alatt a Föld a tengelye körül forog, miközben a Nap ismét ugyanazon a helyen látható az égen – például délben, amikor a Nap delel, és áthalad a helyi meridiánon. A meridián az az észak-déli vonal, amely összeköti az adott helyet a Föld forgástengelyével, és a Nap pontosan ekkor éri el a legmagasabb pontját az égen. A szoláris nap tehát ezen meridiánhoz viszonyítva mérjük, és ez az időtartam közelítőleg 24 óra.

Miért kb. 24 óra egy nap, és miért nem pontosan annyi?

Bár a mindennapi életben egy napot (szoláris napot) egyszerűen 24 órának tekintjük, valójában nem mindig pontosan ennyi. Ennek oka a Föld pályájának alakja, forgástengelyének dőlése, annak precessziója, valamint a nutáció.

A nutáció a Föld forgástengelyének kisebb, periodikus ingadozásait jelenti, amelyeket a Hold és a Nap gravitációs hatása okoz. A nutáció miatt a tengely dőlésszöge ±9 ívmásodperc mértékben is változhat, ami szintén hozzájárul a szoláris nap hosszának apró eltéréseihez. A nutáció hatása éves szinten néhány milliszekundum eltérést eredményez a szoláris nap hosszában, ami ugyan csekély, de a precíz csillagászati mérések során figyelembe kell venni.

A precesszió a Föld forgástengelyének lassú, kúpszerű mozgása, amely körülbelül 26 000 év alatt teljesít egy ciklust. Ez a precessziós mozgás, valamint a forgástengely dőlése kis mértékben befolyásolja, hogy a Nap mikor ér el ugyanabba a helyzetbe az égen, ami a szoláris nap hosszának apró eltéréseit eredményezi. A precesszió hatása éves szinten nagyon kicsi, mindössze néhány milliszekundumot ad hozzá a szoláris nap hosszához, ami a mindennapi időmérésben gyakorlatilag észrevehetetlen.

precessziós mozgás ábrázolása (ide kattintva – legördülő menü)

A Föld pályája elliptikus, ami azt jelenti, hogy a Föld sebessége a Nap körül változik: gyorsabban mozog, amikor közelebb van a Naphoz (a perihelionnál), és lassabban, amikor távolabb van (az aphelionnál). Ez a változó sebesség befolyásolja azt is, hogy mennyi időbe telik a Napot ismét ugyanabba a helyzetbe látni az égen. Emiatt a szoláris nap hossza egyes napokon kicsit hosszabb vagy rövidebb lehet, mint 24 óra. Ezt a jelenséget nevezzük az időegyenlítés hatásának, amely akár több mint 16 perc eltérést is okozhat a szoláris nap hossza és az átlagos 24 óra között.

Ezek az eltérések azonban egy naptári év során kiegyenlítik egymást, így egy teljes év átlagában a nap hossza 24 órának tekinthető.

Sziderikus nap – a valódi tengelyforgás

A Föld forgását nemcsak a Naphoz, hanem a távoli csillagokhoz viszonyítva is mérhetjük. A sziderikus nap az az időtartam, amely alatt a Föld egyszer teljesen megfordul a tengelye körül, hogy visszatérjen ugyanabba az irányba a távoli csillagokhoz képest. Ez az időtartam 23 óra 56 perc. A különbség abból adódik, hogy a Föld nemcsak forog a tengelye körül, hanem közben a Nap körüli pályáján is tovább halad. Emiatt minden egyes nap egy kicsit tovább kell fordulnia ahhoz, hogy a Nap ismét ugyanabban a pozícióban legyen az égen.

Sziderikus napot vagy a szoláris napot vegyük figyelembe?

Ez a kérdés teljes mértékben a szemlélettől függ. Ha csillagászati megfigyeléseket szeretnénk végezni, akkor a sziderikus napot alkalmazzuk, ha pedig a mindennapi életünket éljük, akkor a szolárist, hiszen a központi csillagunk van a legnagyobb hatással az életünkre és a bioritmusunkra.

Valóban 24 óra egy nap?

A kérdés tehát sokkal összetettebb, mint ahogy elsőre gondolnánk. Ha a Föld valódi tengelyforgásáról van szó, akkor egy nap valójában 23 óra 56 perc. Azonban a szoláris nap – amit a mindennapi időszámításban használunk – 24 óra (ez egy megállapodás eredménye). Az eltérés abból fakad, hogy a Föld a Nap körül is kering, így egy kicsit több idő kell ahhoz, hogy a Nap ismét ugyanabban a helyzetben legyen az égen.

Az emberi időszámítás és a Föld lassuló forgása

Amóta az emberiség elfogadta, hogy egy nap 24 órából áll (kb. 2000 évvel ezelőtt), a Föld forgási sebessége lassulni kezdett. Ez a lassulás elsősorban a Hold gravitációs hatásának és az árapály-erőknek köszönhető, amelyek fokozatosan energiát vonnak el a Föld forgásából. Ennek eredményeként a napok hossza lassan növekszik. Bár ez a növekedés évente csupán néhány milliszekundum, az elmúlt 2000 év alatt összesen kb. 1–2 másodperccel hosszabbította meg egy napot. Ez a változás a mindennapi életben gyakorlatilag észrevehetetlen, azonban hosszú távon jelentős lehet.

Fontos megjegyezni, hogy a Föld forgási sebességének lassulása nincs hatással a pályamozgására. Ez azt jelenti, hogy a Föld Nap körüli keringési ideje, vagyis egy év, változatlanul ugyanannyi idő, azonban a hosszabb napok miatt egy év kevesebb napból áll, mint a múltban. Természetesen itt tört értékre gondolunk!

Jelenleg egy év hossza kb. 365,2425 nap, míg 2000 évvel ezelőtt, amikor a Föld forgása gyorsabb volt, egy év hossza kb. 365,2569 nap lehetett. Ezért is praktikusabb években meghatározni valakinek vagy valaminek a korát, illetve valamely standard időegységben, és nem napokban, mert a nap időtartama nagyon dinamikusan tud változni, míg a bolygónk keringési ideje meglehetősen állandó. Az idő mértékegységei – mint a perc, óra, másodperc stb. – szintén fix dolgokhoz vannak kötve.

Az idő alapmértékegysége a másodperc, amelyet atomórák segítségével határozunk meg. Az atomórák úgy definiálják a másodperc hosszát, hogy az atomok rezgéseinek egy meghatározott számát használják. Ez rendkívül pontos módszer, amely nem függ a Föld forgásának változásaitól, így állandó és megbízható alapot biztosít az idő méréséhez.

A Föld forgási sebessége évente kb. 1,7 milliszekundummal lassul, ami 2000 év alatt kb. 3,4 másodperc eltérést jelent. Az atomidőhöz képest a Föld forgása fokozatosan lemarad, így néhány évente szökőmásodpercet adunk hozzá, hogy az időskálák szinkronban maradjanak. A szökőmásodperceket nem szabályos időközön adják hozzá, hanem akkor, amikor az eltérés eléri kb. 0,9 másodpercet. Az első szökőmásodpercet 1972-ben adták hozzá, és azóta összesen 27 szökőmásodpercet illesztettek be (2024-ig). Ez nagyjából egybeesik a forgási sebesség csökkenéséből eredő eltéréssel.

Tehát akkor most miben maradjunk?

Mivel a Nap van ránk a legnagyobb hatással mint élőlényekre, ezért a szoláris nap alkalmazása bizonyul praktikusnak. Továbbá nem indokolt módosítani azt a gyakorlatot, hogy egy napot 24 órának tekintünk, mert ezek az eltérések a mindennapi életben igazából észrevehetetlenek, és csak feleslegesen bonyolítanák az időmérési rendszerünket. Sokkal praktikusabb, hogy amikor felgyülemlik egy nagyobb mértékű időeltolódás, akkor azt szökő jelenségként hozzáadjuk az általunk mért időhöz – például a szökőévnél.

Tehát, válaszolva az alapkérdésre: valójában nem 24 órából áll egy nap, ha pontosan nézzük, de az eltérés annyira csekély, hogy a mindennapi életünkben ez lényegtelenné válik. Praktikusság és az egyszerű előretervezés fenntartása érdekében leegyszerűsítettük ezt 24 órára.

Ez a témakör is bizonyítja, hogy bolygónk forgása és keringése rendkívül összetett és bonyolult folyamat.