Vid vilken tid på dygnet som helst skulle man teoretiskt sett kunna ställa upp en kamera för att ta en bild av landskapet som omfattar solens skenbara position på himlen. Om du kom tillbaka nästa dag vid exakt samma tidpunkt, 24 timmar senare, skulle du upptäcka att solen hade ändrat sin position en aning. Om du gjorde detta varje dag under ett helt år skulle du upptäcka två viktiga saker:

1. Solen skulle äntligen ha återvänt till sin utgångspunkt, eftersom jorden återvände till samma punkt i sin omloppsbana från året innan.
2. Formen som du ritade ut skulle se ut som en åtta med den ena slingan större än den andra: en form som kallas vårt analemma.

Det faktum att jorden kretsar kring solen en gång om året förklarar den första delen. Men solens rörelse i sin speciella analemmaform beror på en kombination av djupa orsaker. Låt oss ta reda på varför.

Den första stora bidragande orsaken till solens skenbara rörelse är det faktum att jorden kretsar kring solen medan den lutar på sin axel. Jordens axiella lutning på cirka 23,5° säkerställer att observatörer på olika platser kommer att se solen nå högre eller lägre positioner över horisonten under hela året. När din hemisfär lutar mot solen kommer solens maximala position att stiga närmare zenit, medan när din hemisfär lutar bort kommer solens maximala position att avvika längre från zenit.

När din halva av världen lutar mot vår moderstjärna, framstår solens bana på himlen som längre, stiger högre upp och ger oss fler timmars dagsljus än i genomsnitt. Axial lutning är orsaken till årstiderna på jorden och förklarar varför det finns en sådan skillnad i längden och karaktären på en dag vid sommarsolståndet jämfört med vintersolståndet.

I allmänhet, över hela jorden, tycks solen stiga upp i den östra delen av himlen, stiga upp högt över himlen mot ekvatorns riktning, för att sedan sjunka ner och gå ner i väster. Om du bor:

• söder om 23,5° S latitud markerar junisolståndet solens kortaste, lägsta väg genom himlen, medan decembersolståndet markerar solens längsta, högsta väg.
• nord om 23.5° nordlig latitud markerar solståndet i december solståndet solens kortaste och lägsta bana på himlen, medan solståndet i juni markerar den längsta och högsta bana.
• mellan de två tropikerna (mellan 23.5° S och 23,5° N) kommer solen att passera rakt ovanför oss på två dagar som ligger lika långt från ett solstånd.

Från vilken plats som helst, om du skulle följa solens position under hela året – t.ex. genom en hålkamera – är det här vad du skulle få se.

Men solen tycks inte bara stiga och falla på himlen i en symmetrisk form. Tidpunkterna för solnedgång och soluppgång varierar under hela året. Solen når sin högsta punkt vid en mängd olika tidpunkter i takt med att årstiderna förändras, inte bara vid middagstid varje dag.

Anledningen till detta beror till stor del på den andra huvudfaktorn som bidrar till solens skenbara rörelse under hela året: Jordens bana runt solen är elliptisk, inte cirkulär.

Att jorden kretsar i en ellips betyder inte bara att den är närmare eller längre från solen vid vissa punkter i sin bana. Det betyder också – enligt Keplers andra lag – att när jorden är nära solen (perihelium) har den en högre banhastighet, och när jorden är långt från solen (afelium) har den en långsammare banhastighet.

I sig självt skulle detta inte göra någon större skillnad, men nu måste vi lägga till ytterligare en faktor: jorden roterar inte en gång runt sin axel varje 24 timmar. En dag tar 24 timmar eftersom det tar de extra 4 minuterna att ”hinna ikapp” den sträcka som jorden har färdats i sin bana runt solen.

Under en genomsnittlig dag, när jorden rör sig med sin genomsnittliga hastighet runt solen, är 24 timmar precis lagom. Men när jorden rör sig långsammare (nära afelion) är 24 timmar för lång tid för solen att återvända till samma position, och därför verkar solen förflytta sig långsammare än genomsnittet. På samma sätt, när jorden rör sig snabbare (nära perihelium), är 24 timmar inte riktigt tillräckligt lång tid för att solen ska komma tillbaka till den plats där den startade, och därför skiftar den snabbare än genomsnittet.

Om vi bara hade axiell lutning att ta hänsyn till, och vår bana var en perfekt cirkel, skulle solens bana på himlen vara en verkligt perfekt 8-figur: symmetrisk kring både den horisontella och vertikala axeln.

Om vi bodde på en planet med en tillsats som hade en elliptisk bana skulle solens bana på himlen helt enkelt vara en ellips: där excentriciteten skulle vara den enda faktor som bidrar till hur solen rör sig. Detta är vad som i stort sett sker på Jupiter och Venus, där den axiella lutningen är försumbar.

Men här på jorden har vi både en elliptisk bana och en betydande axiell lutning, och därför är båda effekterna betydande. I synnerhet när vi kombinerar dem kan vi omedelbart se varför vårt analemma ser ut som en ”8” som är ihopklämd på en smal sida.

Här på jorden inträffar perihelium den 3 januari: bara två veckor efter solståndet i december. Eftersom vår planet är i rörelse med störst hastighet nära decembersolståndet gör detta att den ”nedre” sidan av analemmat (från norra halvklotet) är mycket större än den ”övre” sidan, som sammanfaller med afelion i början av juli och junisolståndet.

Tillsammans kan vi kombinera dessa effekter för att skapa en ekvation för var solen kommer att befinna sig vid en viss tidpunkt, sett från vilken plats på jorden som helst. Vi kallar denna härledda storhet för tidsekvationen.

Tillsammans är det endast axial lutning och ellipticitet som bestämmer formen på solens bana sett vid samma tidpunkt, varje dag, från jorden. Jordens analemma är fast i denna speciella form.

Men det finns ytterligare två faktorer som spelar in när det gäller att bestämma analemmaets exakta orientering. Den ena är din plats på jorden: observatörer från norra halvklotet kommer att se den lilla analemmaslingan högt på himlen och den stora slingan lägre på himlen, medan observatörer från södra halvklotet kommer att se det omvända.

Och den andra är vid vilken tid på dygnet du tar dina fotografier. Om du tar ditt dagliga fotografi:

• vid middagstid, när solen står som högst, kommer analemmat att framstå som helt vertikalt.
• före middagstid, innan solen når sin höjdpunkt, kommer analemmat att framstå som roterat moturs från middagsställningen.
• efter middagstid, efter det att solen nått sin höjdpunkt, kommer analemmat att framstå som roterat medurs från middagsställningen.

Du kan konstatera, genom att undersöka César Cantú’s 52 kombinerade bilder från hela året som sammanfogats, att han fotograferade solen sent på eftermiddagen från sin latitud i Mexiko.

Det är lätt att se att den översta punkten motsvarar sommarsolståndet, medan den nedersta punkten motsvarar vintersolståndet, men det finns ingen särskild astronomisk betydelse för ”korsningspunkten” i solens analemma sett från jorden. Dessa datum inträffar ungefär den 14 april och den 30 augusti och bestäms endast av hur våra årstider, som bestäms av den axiella lutningen, anpassar sig till vår planets bana runt solen.

Om vårt perihelium och afelium var i linje med dagjämningarna, snarare än solstickorna, skulle vi ha ett droppformat analemma, snarare än en åtta, vilket är hur solen ser ut från Mars! Analemman är den vackra, naturliga form som solen har utformat med tiden och som skapar en figur 8, vilket både vår omloppsbana och vår axiella lutning dikterar. Njut av solens rörelse genom vår himmel, eftersom dess unika kosmiska piruett beror på vår planets unika rörelse genom rymden!