Kui kiiresti Maa pöörleb?

Kui kiiresti teeb Maa ühe pöörde ümber oma telje? Tundub lihtne - 24 tunniga. See oleks aga vale vastus, sest ühe pöörde tegemiseks kulub Maal hoopis ümmarguselt 23 tundi ja 56 minutit. Kuidas nii?

Seda mida inimesed tavaliselt mõtlevad Maa ühe pöörde all ja ööpäevaks nimetavad ning mis tõepoolest (keskmiselt) 24 tundi kestab on tegelikult aeg mille jooksul näib Päike taevas naasvat eelmise päevaga võrreldes samasse suunda (näiteks päeva kõrgeimasse punkti). Sellest ka selle tehnilisem nimi - päikeseööpäev. Kui aga jälgida näiteks kahe järjestikuse öö jooksul, et millal naaseb üks suvaliselt valitud heledam täht samasse suunda taevavõlvil, siis jõuab see sinna neli minutit varem kui 24 tunni pärast. Sellist ööpäeva nimetatakse sideeriliseks või täheööpäevaks ning taoline ajanihe on muuhulgas ka põhjuseks, miks tähistaevas näib kellaaja suhtes nädalate ja kuude jooksul nihkuvat pidevalt idast läände.

Näiteks kui suvistel südaöödel on otse lõunas heledatest tähtedest Vegast, Deenebist ja Altairist moodustuv Suvekolmnurk, siis talvistel südaöödel näeme seal hoopis niinimetatud Talvekuusnurka - võimast asterismi, mis moodustub Kapellast, Aldebaraanist, Polluksist, Prooküonist, Riigelist, punakast Betelgeusest ja terve taeva heledaimast tähest Siiriusest ehk Orjatähest. Sama asja veidi teisiti vaadates on Päike rännanud taustatähtede suhtes 180 kraadi. Tähtkujusid, mida Päike taoliselt rännates läbib, kutsutakse sodiaagiks ning see on mõningate tähtsate arusaamatustega aluseks tuntud ja millepärast endiselt populaarsele ebausule nimega astroloogia (horoskoobindus).

Miks päikeseööpäev ja täheööpäev üksteisest kestvuse suhtes erinevad? Sest, et lisaks pöörlemisele Maa ka tiirleb ümber Päikese. Selle 23 tunni ja 54 minutiga mil Maal kulub ühe pöörde tegemiseks on see liikunud natukene ümber Päikese - täpsemalt 1/365 ühest täistiirust. Selleks, et Päike naaseks Maal ühes kohas seisnud vaatleja jaoks samasse suunda, peab Maa ennast pöörama veel ühe kraadi võrra ehk umbes 4 minutit kauem. Kõige paremini seletab seda allolev animatsioon, mille autoriks on astronoom ja auhinnatud teaduse populariseerja James O'Donoghue.

Huvitaval kombel tähendab see, et "normaalse" 365 päevase aasta jooksul teeb Maa hoopis 366 pööret ehk üks pööre tuleb ühe tiiru kohta juurde. 366 päevased "ebanormaalsed" liigaastad ei ole siinkohal seotud eelkõnelduga vaid tulevad ebamugavast olukorrast, kus Päikese ümber ühe tiiru sooritamiseks ei kulu Maal täisarv (365,24) päikeseööpäevi.

Kui Maa sideerilised ehk täheööpäevad jäävad ajaliselt muutumatuks*, siis päikeseööpäevad ei kesta tegelikult aasta jooksul püsivalt 24 tundi. Näiteks umbes jõulude ajal kestab päikeseööpäev 24 tundi ja 30 sekundit, septembri keskpaigas aga 23 tundi 59 minutit ja 38 sekundit. Tegelik variatsioon on veidi keerulisem ja vastava graafiku leiab alt.

Sellisel pisikesel ajalisel muutusel on kaks põhjust. Esiteks ei ole Maa orbiit ümber Päikese täiesti ringikujuline vaid elliptiline ehk veidi välja venitatud. Gravitatsiooniseadused kehtestavad, et Päikesele lähemal asudes peab see oma orbiidil liikuma keskmisest kiiremini ning Päikesest kaugemal keskmisest aeglasemalt. Taolise seaduspärasuse avastas juba 17. sajandi alguses kuulus Saksa matemaatik ja astronoom Johannes Kepler. Kui arvestada, et Maa kiirus ümber Päikese aasta jooksul muutub, siis peab natukene muutuma ka ennist kirjeldatud olukord, kus Maa peab päikeseööpäeva läbimiseks natukene kauem pöörlema. Näiteks Päikesele lähimas punktis ehk periheelis asudes (jaanuaris) ja kiiremini liikudes läbib see 23 tunni ja 54 minutilise täheööpäeva jooksul suurema teepikkuse kui näiteks afeelis ehk Päikesest kauemas punktis (juulis). Vastavalt sellele muutub ka aeg, mis kulub Maa pöörlemisel Päikese samase suunda toomiseks.

Teine põhjus päikeseööpäeva pikkusele on Maa pöörlemistelje kalle tiirlemistasandi ehk ekliptika suhtes. Sama asi põhjustab teatavasti meil aastaaegade vaheldumist. Selle mõju päikeseööpäeva kestvusele on paraku väga raske kirjalikult seletada, kuna see nõuab omajagu ruumilist ettekujutust. Nimelt ületab Päike näiliselt Maa taevaekvaatorit (Maa ekvaator projekteeritud otse üles tähistaevasse) kevadisel ja sügisesel pööripäeval. Neil perioodidel muutub Päikese näiline asukoht kiiremini laiuskraadides kui pikkuskraadides. Pidagem meeles, et päikeseööpäev täitub siis kui Päike naaseb järgmisel päeval samasse pikkuskraadilisse suunda. Suvisel ja talvisel pööripäeval, kui Päike asub Maa taevaekvaatorist kaugemal, muutub päevast päeva selle asukoht kiiremini pikkuskraadides kui laiuskraadides. Igatahes konkreetselt selle efekti tulemuseks on, et sügisesel ja kevadisel pööripäeval on päikeseööpäevad keskmisest lühemad ning suvisel ja talvisel pööripäeval pikemad. Kui kaks efekti (elliptilisus+kaldenurk) omavahel kokku panna, siis saamegi päikeseaja kestvuse muutuse aasta jooksul, mis meenutab graafiliselt kujutatult ebaühtlast sinusoidi.

Graafik päikeseööpäeva pikkuse muutusest aasta jooksul. Punasega on muutus, mis on tingitud Maa orbiidi kujust ümber Päikese. Sinisega muutus, mis tuleb Maa pöörlemisteljest. Must joon näitab reaalset muutust kahe efekti tulemusel.

*Kuigi Maa pöörlemiskiirus ehk sideerilise ööpäeva kestvus jääb inimeluea jooksul praktilises mõttes muutumatuks, ei ole see siiski mitmel põhjusel konstantne. Näiteks Kuu poolt põhjustatud looded tekitavad olukorra, kus Kuu kaugeneb ning Maa pöörlemine aeglustub. Kui palju? Umbes 1,8 millisekundit sajandis. Pikemalt sai sellest kirjutatud siin: https://www.astromaania.ee/.../miks-kuu-kaugeneb-maast...