Kees Floor, Het Weer Magazine december 2009.

Op de donkere dagen voor Kerst wordt het laat licht en vroeg donker; daar kunnen we nog vrede mee hebben. Maar waarom moet het zo lang duren tot het 's ochtends weer eerder licht wordt?

Maandag 21 december wordt de kortste dag van dit kalenderjaar; de astronomische winter begint op die dag om 18.47 uur. Zeven uur en vier en veertig minuten na zonsopkomst duikt de zon alweer onder de horizon. Daarna gaan de dagen lengen, al is daar 's ochtends weinig van te merken. Voorlopig wordt het zelfs nog steeds iets later licht. De winst in daglengte wordt vooralsnog alleen aan het eind van de dag behaald. Met de Kerst gaat de zon vier minuten later onder dan bij het begin van de winter. Half januari is het 's middags een half uur langer licht. Pas op 4 februari duurt ook de ochtend weer een half uur langer dan op de kortste dag. Daarna gaat de verlenging wat meer gelijk op: elke dag van februari krijgt zowel de ochtend als de avond er ongeveer twee minuten bij.

Zonsondergang boven Toronto, waargenomen vanaf Algonquin Island, 2 kilometer ten zuiden van de kustlijn van het centrum van de stad. De plaats waar de zon ondergaat, hangt af van het seizoen. In de zomer is dat op het noordelijk halfrond noordelijker dan west, in de winter zuidelijker. De bovenste foto werd gemaakt aan het begin van de zomer, de middelste aan het begin van de herfst en de onderste aan het begin van de winter. Foto: Andrew Yee.

Richting van de bovenste rand van de zonneschijf bij zonsopkomst (rechts) en zonsondergang (links) op verschillende data, rekening houdend met de atmosferische straalkromming en geldig voor een geogafische breedte van 52,5 graden (Utrecht). Bron: C. Floor: Waar komt de zon op?; Zenit september 1978. Klik op de figuur voor een vergroting.

Klok deugt niet
De duur van de daglichtperiode, de tijd tussen zonsopkomst en zonsondergang, varieert zoals bekend met de seizoenen. Vaak wordt gedacht dat de zon op de kortste dag van het jaar het laatst opkomt en het vroegst onder gaat. Dat blijkt echter niet het geval. De duisternis viel het vroegst in op 13 december, ruim twee weken voor de datum van de kortste ochtend: 29 december.
Dit onregelmatige gedrag van de opkomst- en ondergangstijden van de zon is een gevolg van de manier waarop de klokkentijd is vastgesteld. Uren en minuten zijn tijdseenheden met een nauwkeurig vastgelegde, constante tijdsduur. Deze constante uren en minuten worden gebruikt om de wisselende lengte van de dag in gelijke stukken te verdelen: een onmogelijke en daardoor tot mislukken gedoemde opgave.
Een etmaal is bijvoorbeeld de tijdsduur die verloopt tussen het moment dat de zon vandaag in het zuiden staat en het tijdstip dat dit morgen opnieuw het geval is. Zo'n zonne-etmaal, dat precies 24 uur zou moeten duren, varieert echter in de loop van het jaar in lengte. Het grootste deel van een etmaal bestaat uit de tijd die de aarde nodig heeft om een omwenteling te maken om haar eigen as; deze tijd is min of meer constant. Tegelijkertijd draait de aarde echter om de zon. Een zo'n omwenteling van 360 graden rond de zon duurt een jaar, wat ongeveer overeenkomt met een booggraad per dag. Die ene graad moet de aarde dan ook extra ronddraaien voordat de waarnemer de zon weer in het zuiden ziet. Dat kost ongeveer vier minuten.
De snelheid waarmee de aarde zich langs haar baan verplaatst, varieert echter als gevolg van de ellipsvorm van deze baan. De genoemde vier minuten zijn dan ook niet exact vier minuten, maar de ene keer wat meer, de andere keer wat minder. De kokken kunnen hierop niet inspelen: een uur duurt een uur en geen seconde langer of korter.

Tijden van zonsopkomst (dunne kromme links) en zonsondergang (dunne kromme rechts) voor De Bilt. De tijden staan aan de bovenzijde en aan de onderzijde van het diagram; ze zijn opgegeven in onze wintertijd, de Midden-Europese tijd (MET); van 28 maart tot en met 30 oktober 2010 geldt de zomertijd en moet er dus een uur bij geteld worden. De laatste zonsopkomst vindt plaats op 29 december; de vroegste op 17 juni. De vroegste zonsondergang is op 13 december; de laatste op 24 juni. De dikke slingerlijn in het midden geeft het tijdstip waarop de zon precies in het zuiden staat. De horizontale lijnen komen overeen met de datum die aan de linkerzijde van zo'n lijn is aangegeven; de daglente staat aan de rechterzijde van een 'datumlijn'. Bron: KNMI.

Tijdsvereffening
Om dit probleem te ondervangen, zijn klokken afgestemd op de gemiddelde duur van een etmaal. In plaats van de ware tijd (WT), waarbij de zon om 12 uur 's middags precies in het zuiden staat, is de klokkentijd een middelbare plaatselijke tijd geworden, gebaseerd op een gemiddelde daglengte en geldig voor een bepaalde plaats op aarde.
Het verschil tussen ware tijd en middelbare plaatselijke tijd heet tijdsvereffening en bedraagt hooguit zestien minuten (3 november, zie diagram). Op vier dagen per jaar is de tijdsvereffening nul. Dat is onder andere binnenkort het geval op Eerste Kerstdag; daarnaast eveneens op 15 april, 14 juni en 1 september. Op deze dagen staat de zon dus precies om 12 uur middelbare plaatselijke tijd (MPT) in het zuiden. Half mei is dat 11.56 MPT, half februari 12.13 MPT. De tijd die nu in Nederland gebruikt wordt, is de Midden-Europese tijd (MET). Deze tijd is de middelbare plaatselijke tijd die hoort bij een geografische lengte van vijftien graden oost. (Bornholm, Stettin, Praag, Klagenfurt of Zagreb).
De keuze voor MET ondervangt het bezwaar dat elke plaats zijn eigen tijd heeft. Wel gebeurt nu alles in Nederland en België ongeveer 40 minuten later. De zon staat dus op Eerste Kerstdag om 12.40 MET in het zuiden. Op 15 april, 14 juni en 1 september is dat door de zomertijd nog een uur later:13.40 uur Midden-Europese zomertijd (MEZT). Sommige mensen spreken dan ook van dubbele zomertijd: veertig minuten doordat Nederland en België zijn ingedeeld in de zone waar MET geldt en nog eens een vol uur overeenkomstig de normale gang van zaken bij zomertijd.
De genoemde 40 minuten gelden voor een geografische lengte van vijf graden (Vlieland, Hoorn, Utrecht, Turnhout en Namen). Het effect varieert van iets meer dan 30 minuten in Bourtange (Nederland) tot bijna 50 minuten in De Panne (België).

Later licht, later donker
Terug naar de tijden van zonsopkomst en zonsondergang. Ze worden opgegeven in lokale tijd, op dit moment dus de Midden-Europese tijd. Midden op de dag, 12 uur ware tijd, staat de zon precies in het zuiden. De zonsopkomst ligt daar even ver voor als de zonsondergang erna plaatsvindt. De komende dagen van december staat de zon elke dag een halve minuut later in het zuiden dan de dag ervoor; in het diagram geeft de dikke slingerlijn in het midden dit tijdstip, tevens 12 uur ware tijd, aan. Om dit snelle verloop van de tijdvereffening - een halve minuut per dag - bij te kunnen houden, zou een overdagperiode elke dag minimaal een minuut langer moeten duren dan het etmaal ervoor; alleen dan blijft de opkomsttijd van de zon gelijk. De daglente neemt in deze donkere dagen rond de Kerst echter minder snel toe, gemiddeld iets meer dan een halve minuut per dag. Het gevolg is dat het tijdstip van zonsopkomst in de tweede helft van december steeds iets later komt te liggen. Pas na de jaarwisseling neemt de daglengte dagelijks zo snel toe dat ook de ochtenden weer wat langer gaan duren.
Het diagram toont de tijden van zonsopkomst gedurende het hele jaar. Tevens is het midden van de dag aangegeven door een dikke slingerlijn. Op dat moment staat de zon dus precies in het zuiden; het is 12 uur ware tijd. De klokkentijden aan de boven- en onderzijde van de grafiek zijn opgegeven in Midden-Europese tijd; met de zomertijd is dus geen rekening gehouden. Van 28 maart tot en met 30 oktober 2010 moet er daardoor een uur bij geteld worden.

Extra lang licht
De tijden van zonsopkomst en zonsondergang hebben betrekking op de bovenkant van de zonneschijf. Deze ligt 16 boogminuten boven het middelpunt van de zon, die een diameter heeft van gemiddeld 32 boogminuten. Daarnaast is rekening gehouden met atmosferische straalbreking. Door dit effect zien we de zon eerder dan zonder atmosfeer; we kunnen als het ware net iets over de horizon heen kijken. Beide effecten samen verlengen de overdagperiode met tien tot vijftien minuten. Daardoor zijn de dag en de nacht aan het begin van de lente en de herfst - de zogeheten equinox - niet even lang. Zo duurt volgens gegevens van het KNMI de dag op 20 maart 2010, als de lente begint, niet exact 12 uur, maar 12 uur en 12 minuten. De daglengte bedraagt aan het begin van de eerstvolgende herfst op 23 september 12 uur en 10 minuten.

Satellietbeelden van de kortste (boven) en de langste dag. De sensor op de satelliet meet de door bewolking en het aardoppervlak teruggekaatste zonnestraling. In witte gebieden wordt veel zonnestraling gereflecteerd, in donkerblauwe vrijwel geen; groene tinten zitten daartussenin. Op de kortste dag is de Noordpool donker; er wordt geen zonnestraling gereflecteerd. Op de langste dag van het noordelijk halfrond blijft juist het Zuidpoolgebied donker. Antarctica reflecteert meer zonlicht dan het Noordpoolgebied, waar in de zomer de Noordelijke IJszee en de randzeeën deels bestaan uit open water zonder zee-ijs. Data: 24 december 2004 en 20 juni 2005. Instrument: Clouds and the Earth s Radiant Energy System (CERES). Satelliet: Terra. Bron: CERES Science Team van het NASA Langley Research Center.

De aarde gezien vanuit de METEOSAT om 12 UTC tijdens (van linksboven met de klok mee) begin van de lente (lente-equinox), begin van de hersft (herfstequinox), begin van de winter (wintersolstitium) en begin van de zomer (zomersolstitium). Bron: EUMETSAT.