على مدار سنه كاملة، هل يتساوي الليل والنهار؟

الإجابة هي لا. وذلك للكثير من الأسباب أولاً، يجب أن يتم تعريف ماذا نعنى بالنهار إذا كان النهار يتضمن شروق (الشمس تكون تحت الأفق، لكن هناك ضوء) الصباح والمساء، إذاً فإن مدة النهار أطول من مدة الليل، بما أننا حتى إذا افترضنا أن الشمس مرئية نصف الوقت في المتوسط طول السنة (مما يعد أيضاً خطأ)، يكون من الواضح أن الغروب يضاف إلى هذا النصف. ثم بعد ذلك إذا لغينا الغروب يمكن تعريف النهار على أنه هو اللحظة التي تظهر فيها الشمس وتختفي. أولاً (فإنها اللحظة التي نقول فيها أن الأرض تدور حول الشمس بسرعة ثابتة)، فإن مركز الشمس يكون ظاهر بالضبط نصف الوقت في المتوسط طوال العام ولكن لأن حجم الشمس لا يمكن إهماله (حوالي ٣٠ دقيقة من القوس)، فإن الشمس تكون ظاهرة نصف الوقت، لمدة أكثر من التي تظهر فيها نصف الشمس فوق الأفق أو تختفي فوقه، ذلك الوقت يعتبر كحد أدنى دقيقة في كل من طرفي النهار.
ويستغرق وقت أكثر عند الاقتراب من القطبية، حيث أن زاوية صعود الشمس في السماء تكون ضعيفة. وأخيراً حتى إذا قمنا بتحديد مدة النهار مع عدم الأخذ في الاعتبار إلا بمركز الشمس، إذاً فالإجابة أيضاً لا مع اختلاف الحالة بين نصف الكرة الجنوبي والشمالي. في الواقع، تدور الأرض حول الشمس (في دائرة مستطيلة ذات مركزين أو بؤرتين، وتوجد الشمس في أحدها)، وتتنقل أسرع عندما تقترب منها عنه في حالة بعدها عنها ونتيجة لذلك، فإن الأيام الشمسية (العودة من مركز الشمس إلى خط وقت الظهيرة من مكان الملاحظة، ويقاس اليوم هنا في اتجاه الدورة الكاملة، أي ٢٤ ساعة بالنسبة لليوم الشمسي) تكون أطول بالقرب من الشمس عنها في حالة البعد عن الشمس (انظر تعريف اليوم الفلكي واليوم الشمسي) إلا أنه بما أننا بالقرب من الشمس في الشتاء الشمالي وبعيداً عنها في الصيف الشمالي، فإن "الأيام" أطول في الشتاء عنها في الصيف (في الشمال وتكون أقصر في الجنوب). وبما أن الليل أطول في الشتاء في النصف الشمالي يكون النهار أطول من الليل في النصف الجنوبي (بالاقتصار على مركز الشمس لأننا في جميع الأحوال نخضع لوقت اختفاء قرص الشمس كما شرحنا من قبل) ونستنتج من ذلك أنه بالمرور بهذه المراحل يكون اليوم "٢٤ ساعة" تخيلياً، حيث أنه قيمة متوسطة نتحدث عنها بحكم العادة، إلا أنها تتغير طوال الوقت (لذا نسميها معادلة الوقت). وبالتالي نجد ساعاتنا في تأخر أو تقدم بالنسبة لمرور الشمس في وقت الظهيرة (الحقيقي) الذي قد يصـل إلى ربع ساعة، وبعض أوقات الظهيرة يتمثل فيها ذلك الوقت على شكل منحنى من ٨ أجزاء شديد التشوه (انظر مثلاً خط الظهيرة الخاص بمستشفى تونير). إذاً ها هي عدة أسباب لإجابة "لا" على هذا السؤال.

كخطوة أولى، إن هندسة حركة الأرض حول نفسها وحول الشمس تؤدي إلى أنه مهما كان المكان، فإن المدة الإجمالية لوقت الضوء تساوي زمن الليل. في الواقع، بالطبع هناك مجال لعمل بعض التصحيحات الصغيرة أكبرها يخص الأشعة الضوئية في الجو، مما يؤدي إلى أننا نرى الشمس بينما تكون هندسياً تحت الأفق، في الصباح كما في المساء مما يطيل مدة النهار بالنسبة لمدة الليل. وعلى العكس من ذلك يمكننا خصم مدة كسوف الشمس. هناك اهتزازات صغيرة جداً في سرعة دوران الأرض مما يتيح الفرصة بالتكهن عن الوقت، لكن إحصائيا يجب إلغاؤها. واعتمد على رولان لكي تجد التصحيحات الأخرى.

في خلال عام كامل، لا تكون مدة النهار مساوية لمدة الليل. أولاً يجب تعريف مفهوم مدة النهار. التعريف الأبسط وليس بالضرورة الأكثر واقعية هو فترة من الوقت محصورة بين شروق وغروب مركز الشمس. في الواقع يبزغ النهار قبل شروق الشمس ويظل حتى بعد غروبها. مما يقودنا للتعريف الثاني، الأكثر واقعية، النهار هو الفترة المحصورة بين البزوغ المدني للنهار ووقت الغروب المدني في المساء، ولحظة الشروق أو الغروب يتم تعريفها بتلك اللحظة التي يكون فيها مركز الشمس بزاوية على الأقل ستة درجات تحت أفق المكان. وإذا استخدمنا التعريف الثاني، فإن الإجابة تكون فورية إن مدة النهار أطول من مدة الليل. إذا اقتصرنا على التعريف الأول وهو أكثر هندسية منه فيزيائية، إن عدم تساوي المدتين ناتج عن سببين أولاً انحراف الأشعة الذي يعتمد على ارتفاع النجوم، لذا، عندما نلاحظ مركز الشمس في الأفق، تكون زاوية انحرافه في الحقيقة حوالي ٣٦ دقيقة من الدرجة تحت الأفق. إذاً فمدة النهار طوال العام أطول من مدة الليل. والسبب الآخر ناتج عن أن الأرض لا تدور حول الشمس في حركة منتظمة، إذاً فالفصول ليس لها نفس الطول. وعدم الانتظام في دوران الأرض حول الشمس، ينتج عنه تغيرات خلال طول متوسط الليل والنهار تختلف بحسب مكان المراقبة. وكذلك في نصف الكرة الشمالي يكون الصيف أطول من الشتاء، حتى إذا لم نضع في الاعتبار أن انكسار الأشعة في فترة النهار يكون أعلى منه في فترة الليل والعكس بالنسبة للنصف الجنوبي. ومن خلال هاتين الظاهرتين، تكون الأولى هي الأقوى إذاً ففترة النهار أطول من الليل.

للإجابة عن هذا السؤال، فلنضع أنفسنا في القطب الشمالي. في هذا المكان لا تغرب الشمس أبداً من اعتدال الربيع حتى اعتدال الخريف ولا تشرق أبداً من الاعتدال الخريفي حتى الاعتدال الربيعي، النهار يدوم ٦ ستة أشهر والليل يدوم ٦ أشهر!
وهاتان المدتان ليستا متساويتين لأن فترة الربيع + الصيف ليست مساوية لفترة الخريف + الشتاء: الأولى تساوي ١٨٩ يوم (من ٢٤ ساعة) والأخرى ١٧٦ يوم. وسبب عدم التساوي مرتبط بشكل المدار الأرضي فهو ليس دائرياً تماماً ولكنه بيضاوي وسرعته تتغير بحسب طول المسافة. إذاً فالفصول ليست لها نفس المدة. وفى النهاية، هناك على الأقل نقطة في الأرض خلال العام يكون فيها النهار أطول من الليل. وإذا غيرنا الارتفاع في نصف الكرة الشمالي، تطول مدة النهار أيضاً، لكن كلما اتجهنا من خط الاستواء كلما زاد التباعد. وأخيراً يجب أيضاً معرفة أن مدة النهار (حين تتم ملاحظة الشمس فوق الأفق) تعتمد على انكسار الأشعة مما قد يحدث تغيراً طفيفاً في النتائج.