Tageslänge
Unter Tageslänge kann zweierlei verstanden werden:
- Die exakte Dauer eines Sonnentages. Sie kann um einige Sekunden vom Mittelwert 24 Stunden abweichen und schwankt im Jahresrhythmus wegen der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Erde in ihrer exzentrischen Bahn beim Lauf um die Sonne. Zusätzliche Abweichungen können infolge einer verschieden schnellen Erdrotation entstehen.
Die Erde dreht sich gegenwärtig in etwa 23 h 56 min 4,10 s einmal um sich selbst; diese Rotationsperiode für eine Eigenrotation um 360° wird auch als Siderischer Tag (englisch "stellar day") bezeichnet. Da die Erde nun während eines Jahreslaufes von rund 365 Sonnentagen dann rund 366 Eigenrotationen in prograder Richtung vollzieht, ergibt sich eine Differenz von durchschnittlich ungefähr 4 Minuten pro Tag. - Die Dauer des hellen oder lichten Tages von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang an einem bestimmten Punkt der Erdoberfläche - in der Fachsprache auch LOD (für "length of day") oder Tagbogen genannt. Sie hängt von der Jahreszeit und der geografischen Breite des Standortes ab. In Mitteleuropa variiert sie in etwa zwischen 8 Stunden im Winter und 16 Stunden im Sommer.
Die Zeit vom Sonnenaufgang bis zu ihrem höchsten Stand errechnet sich nach der Formel:
φ = Breite des Standortes, δ = Deklination der Sonne, sie schwankt je nach Jahreszeit zwischen ca 23,5° Nord (Sommeranfang) und 23,5° Süd (Winteranfang).
Ist einer der beiden Faktoren φ oder δ gleich null, so wird das Produkt der Tangens-Werte null und da arccos 0 = 90° gilt, ergibt sich die halbe Tageslänge zu 90°/15° h = 6h. Der halbe Tagbogen ist unter diesen Bedingungen demnach 6 Stunden und der ganze 12 Stunden lang. Zweimal im Jahr hat die Sonne diese Deklination δ = 0, nämlich zum astronomischen Frühlingsanfang und Herbstanfang. Die Sonne geht dann überall in der Welt genau im Osten auf und im Westen unter und der Tag dauert genau so lange wie die Nacht; ein solches Datum wird daher auch Tag-und-Nacht-Gleiche oder Äquinoktium genannt, außerhalb der Polarregionen beträgt die Tageslänge dann 12 Stunden.
Die Tageslänge als die Dauer des lichten Tages ändert sich im Laufe eines Jahres nicht gleichmäßig schnell von Tag zu Tag, sondern am stärksten im Frühling und im Herbst, zu den Äquinoktien. Dann verlängert beziehungsweise verkürzt sich an einem Ort mit 50° geografischer Breite der darauffolgende Tag um etwa 4 Minuten. Um die Zeit der Sonnenwenden oder Solstitien herum im Sommer und im Winter sind dagegen die Tageslängen nur wenig verschieden voneinander (siehe Abbildung).
Allgemeines
Die möglichen Sonnenstunden über das ganze Jahr gesehen sind für alle Regionen der Welt grob gerechnet von etwa gleicher Summe. Eine Ausnahme stellen hohe Berge und tiefe Täler dar. So ist der Sonnenaufgang auf einem nicht von anderen hohen Bergen umgebenen Berg (z.B. Kilimandscharo) deutlich früher und der Sonnenuntergang deutlich später als in der Umgebung. Tiefe Täler hingegen bekommen unter Umständen im Winter überhaupt kein direktes Sonnenlicht.
Wenn man berücksichtigt, dass wegen der elliptischen Erdbahn um die Sonne auf der Nordhalbkugel der Zeitraum zwischen Frühlingsanfang und Herbstanfang etwa 8 Tage länger ist als der Zeitraum zwischen Herbstanfang und Frühlingsanfang, so wird die duchschnittliche Tageslänge im Jahr um etwa eine Viertelstunde verschieden für die beiden Hemisphären: nördlich etwa 12 Stunden und 15 Minuten und südlich etwa 11 Stunden und 45 Minuten.