A nap bármely szakában elméletileg beállíthatnánk egy fényképezőgépet, hogy olyan képet készítsünk a tájról, amely a Nap látszólagos helyzetét öleli fel az égen. Ha másnap, pontosan ugyanabban az időpontban, 24 órával később visszamennél, akkor azt találnád, hogy a Nap valamennyire megváltoztatta a helyzetét. Ha ezt egy teljes éven át minden nap megtennéd, két fontos dolgot fedeznél fel:

1. A Nap végre visszatérne a kiindulási pontjára, ahogy a Föld is visszatérne pályájának ugyanabba a pontjába, ahonnan egy évvel korábban indult.
2. A felrajzolt alakzat úgy nézne ki, mint egy nyolcas, ahol az egyik hurok nagyobb, mint a másik: ezt az alakzatot analemma néven ismerjük.

A tény, hogy a Föld évente egyszer kerüli meg a Napot, magyarázza az első részt. De a Nap sajátos analemma alakú mozgása mélyebb okok kombinációjának köszönhető. Derítsük ki, miért.

A Nap látszólagos mozgásához először is nagyban hozzájárul az a tény, hogy a Föld tengelyferdeségben kering a Nap körül. A Föld körülbelül 23,5°-os tengelyferdülése biztosítja, hogy a különböző helyeken tartózkodó megfigyelők az év folyamán a Napot a horizont fölött hol magasabb, hol alacsonyabb pozícióba kerüljön. Amikor az önök félgömbje a Nap felé billen, a Nap maximális helyzete közelebb emelkedik a zenithoz, míg amikor az önök félgömbje távolabbra billen, a Nap maximális helyzete távolabb tér el tőle.

Amikor az önök félgömbje a szülőcsillagunk felé billen, a Nap útja az égen hosszabbnak tűnik, magasabbra emelkedik, és az átlagosnál több órányi nappali fényt ad. A tengelyferdeség okozza az évszakokat a Földön, és megmagyarázza, miért van ekkora különbség a nap hossza és jellege között a nyári napfordulón és a téli napfordulón.

A Föld egészén általában úgy tűnik, hogy a Nap az égbolt keleti részén kel fel, magasan az egyenlítő irányába emelkedik, majd nyugaton leereszkedik és lenyugszik. Ha Ön:

• a déli szélesség 23,5°-tól délre él, a júniusi napforduló jelzi a Nap legrövidebb, legalacsonyabb útját az égen, míg a decemberi napforduló a leghosszabb, legmagasabb útját.
• a 23°-tól északra.Az északi szélesség 5°-tól északra a decemberi napforduló jelzi a Nap legrövidebb, legalacsonyabb útját az égen, míg a júniusi napforduló a leghosszabb, legmagasabb útját.
• A két trópus között (a 23. szélességi fok és a 23. szélességi fok között) a decemberi napforduló jelzi a Nap legrövidebb, legalacsonyabb útját az égen.5° déli szélesség és 23,5° északi szélesség között), a Nap két napfordulótól egyenlő távolságra lévő napon halad el közvetlenül a Nap felett.

Ha bármely helyről követnénk a Nap helyzetét az év folyamán – például egy lyukkamerán keresztül -, ezt látnánk.

De a Nap látszólag nem egyszerűen szimmetrikusan emelkedik és süllyed az égen. A napnyugta és napkelte időpontjai az év folyamán változnak. A Nap az évszakok váltakozásával különböző időpontokban éri el a legmagasabb pontját, nem csupán minden nap délben.

Az ok nagyrészt a Nap év közbeni látszólagos mozgásának második fő tényezőjének köszönhető: A Föld Nap körüli pályája elliptikus, nem pedig kör alakú.

Az ellipszisben való keringés nem csak azt jelenti, hogy a Föld a pályája bizonyos pontjain közelebb vagy távolabb van a Naphoz. Azt is jelenti – Kepler második törvénye alapján -, hogy amikor a Föld közel van a Naphoz (perihélium), akkor gyorsabb keringési sebességgel rendelkezik, és amikor a Föld távol van a Naptól (aphélium), akkor lassabb keringési sebességgel rendelkezik.

Önmagában ez nem jelentene nagy különbséget, de most hozzá kell vennünk egy másik tényezőt is: a Föld nem 24 óránként forog egyszer a tengelye körül. Ehelyett a Föld mindössze 23 óra 56 perc alatt tesz meg egy teljes 360°-os fordulatot; egy nap azért tart 24 óráig, mert ez a plusz 4 perc kell ahhoz, hogy “behozza” azt a távolságot, amit a Föld a Nap körüli pályáján megtett.

Egy átlagos napon, amikor a Föld átlagos sebességgel mozog a Nap körül, a 24 óra éppen megfelelő. Amikor azonban a Föld lassabban mozog (az aphélium közelében), 24 óra túl hosszú idő ahhoz, hogy a Nap visszatérjen ugyanabba a helyzetébe, és így a Nap az átlagosnál lassabban látszik elmozdulni. Hasonlóképpen, amikor a Föld gyorsabban mozog (perihélium közelében), 24 óra nem elég hosszú ahhoz, hogy a Nap visszatérjen oda, ahonnan elindult, és így az átlagosnál gyorsabban tolódik el.

Ha csak a tengelyferdeséggel kellene számolnunk, és a pályánk tökéletes kör lenne, akkor a Nap által az égen bejárt pálya valóban tökéletes nyolcas lenne: szimmetrikus mind a vízszintes, mind a függőleges tengely körül.

Ha egy ellipszis alakú pályával rendelkező, ferde bolygón élnénk, akkor a Nap pályája az égbolton egyszerűen egy ellipszis lenne: ahol az excentricitás lenne az egyetlen tényező, ami hozzájárulna a Nap mozgásához. Nagyjából ez történik a Jupiteren és a Vénuszon, ahol a tengelyferdeség elhanyagolható.

De itt a Földön egyszerre van elliptikus pályánk és jelentős tengelyferdeségünk, így mindkét hatás jelentős. Különösen, ha ezeket kombináljuk, rögtön láthatjuk, miért néz ki az analémiánk úgy, mint egy “8-as”, amely az egyik keskeny oldalán beszorult.

Itt a Földön a perihélium január 3-án következik be: mindössze 2 héttel a decemberi napforduló után. Mivel bolygónk a decemberi napforduló közelében mozog a legnagyobb sebességgel, ezért az analemma “alsó” oldala (az északi féltekéről nézve) sokkal nagyobb, mint a “felső” oldala, ami egybeesik a július eleji aphéliummal és a júniusi napfordulóval.

Mindent egybevetve, ezeket a hatásokat kombinálva felállíthatunk egy egyenletet arra, hogy a Föld bármely pontjáról nézve hol fog állni a Nap egy adott időpontban. Ezt a levezetett mennyiséget nevezzük az idő egyenletének.

Összességében csak a tengelyferdeség és az ellipszis határozza meg a Nap pályájának alakját a Földről nézve minden nap ugyanabban az időben. A Föld analemmája ebben a bizonyos alakban rögzített.

Az analemma pontos orientációjának meghatározásában azonban még két tényező játszik szerepet. Az egyik a Földön elfoglalt helyzete: az északi félteke megfigyelői a kis analemma hurkot magasan, a nagy hurkot pedig alacsonyabban látják az égen, míg a déli félteke megfigyelői ennek fordítottját látják.

A másik pedig az, hogy milyen napszakban fényképezünk. Ha naponta fényképezel:

• délben, amikor a Nap a legmagasabb pontján áll, az analemma tökéletesen függőlegesnek fog tűnni.
• dél előtt, mielőtt a Nap elérné a legmagasabb pontját, az analemma az óramutató járásával ellentétes irányban elforgatottnak fog tűnni a déli helyzetéhez képest.
• dél után, miután a Nap elérte a csúcspontját, az analemma az óramutató járásával ellentétes irányban elforgatottnak fog tűnni a déli helyzetéhez képest.

César Cantú egész évben készült 52 kombinált képének összevágott vizsgálatából megállapíthatjuk, hogy a Napot késő délután fotózta a mexikói szélességi fokáról.

Ez könnyen belátható, hogy a legfelső pont a nyári napfordulónak, míg a legalsó pont a téli napfordulónak felel meg, de a Földről nézve a Nap analemmájában lévő “keresztezési pontnak” nincs különleges csillagászati jelentősége. Ezek a nagyjából április 14-én és augusztus 30-án bekövetkező időpontok csupán attól függenek, hogy a tengelyferdeség által meghatározott évszakok hogyan igazodnak a bolygónk Nap körüli pályájához.

Ha a perihéliumunk és az aphéliumunk a napéjegyenlőségekhez igazodna, nem pedig a napfordulókhoz, akkor egy könnycsepp alakú analemma lenne, nem pedig egy nyolcas alakú, ahogy a Nap a Marsról nézve látszik! Az analemma az a gyönyörű, természetes alakzat, amelyet a Nap az idők során rajzolt ki, és amely egy nyolcas alakzatot hoz létre, ahogyan azt a pályánk és a tengelyferdeségünk diktálja. Élvezze a Nap mozgását az égbolton keresztül, hiszen egyedülálló kozmikus piruettje bolygónk egyedülálló űrbeli mozgásának köszönhető!