Waarom duurt niet elk etmaal even lang?
Een etmaal is de tijd tussen twee momenten waarop de zon precies in het zuiden staat. Dat is niet hetzelfde als één keer ronddraaien. Terwijl de aarde om haar as draait, schuift ze ook een stukje op langs haar baan — vanaf de aarde gezien is de zon daardoor een stukje verplaatst. De aarde moet dus iets méér dan 360° draaien voordat de zon weer in het zuiden staat.
Hoe groot dat extra stukje is, hangt af van hoe snel de aarde langs haar baan beweegt. Volgens de tweede wet van Kepler beweegt een planeet sneller naarmate hij dichter bij de zon staat. Dicht bij de zon legt de aarde per rotatie dus een groter stuk van haar baan af: het extra stukje is groot en het etmaal duurt langer. Ver van de zon is het extra stukje klein en is het etmaal korter — dan zit het dicht bij de tijd van precies 360° draaien (de sterrendag).
Bij de echte aarde is de baan bijna een cirkel (excentriciteit 0,017). Het perihelium valt rond 3 januari, dan staat de aarde 147,1 miljoen km van de zon; het aphelium valt rond 4 juli, op 152,1 miljoen km. Het verschil per etmaal is daardoor maar zo'n 8 seconden. Dat lijkt niets, maar het telt dag na dag op. Samen met het effect van de scheve aardas loopt een zonnewijzer daardoor in de loop van het jaar tot ruim een kwartier voor of achter op de klok: de tijdsvereffening.
Dicht bij de zon is niet hetzelfde als zomer
Je zou denken: hoe dichter bij de zon, hoe warmer. Toch heeft het noordelijk halfrond winter als de aarde het dichtst bij de zon staat. De seizoenen hebben namelijk niets met de afstand te maken: ze komen door de schuine draaias, die het hele jaar dezelfde kant op wijst. Staat de noordpool naar de zon gekanteld, dan staat de zon op het noordelijk halfrond hoger aan de hemel en zijn de dagen langer: zomer. De kalenderpunten van de seizoenen zijn daarom niet het perihelium en het aphelium, maar de wendes.
Bij de winterwende staat de noordpool maximaal van de zon af en begint op het noordelijk halfrond de winter; bij de zomerwende begint de zomer. Tussen de wendes liggen de nachteveningen (± 20 maart en ± 23 september): dan staat de zon recht boven de evenaar en duren dag en nacht overal even lang. Op het zuidelijk halfrond is alles precies omgekeerd — daar valt de zomer dus wél samen met het perihelium.
Waarom staan de seizoenen dan toch bij de simulatie hierboven? Puur vanwege de kalender: het perihelium (3 januari) valt toevallig zo'n dertien dagen ná de winterwende, en het aphelium (4 juli) dertien dagen na de zomerwende. Toeval, geen oorzaak: het afstandsverschil (147,1 tegenover 152,1 miljoen km, zo'n 3 procent) is veel te klein om seizoenen te maken. De aardas en de ellipsbaan verschuiven bovendien heel langzaam ten opzichte van elkaar: over zo'n tienduizend jaar valt het perihelium juist midden in de noordelijke zomer.