¿Por qué hoy realmente no dura 24 horas?

La Tierra, moviéndose en su órbita alrededor del Sol y girando sobre su eje, siempre define «mediodía» y «medianoche» de la misma manera: donde se maximiza la altura del Sol por encima o por debajo del horizonte. Este momento en el tiempo no corresponde a cuando la Tierra giró 360 grados desde el día anterior, sino más bien a 360,9856 grados, debido a los efectos adicionales del movimiento de la Tierra alrededor del Sol.

Esta vista de la Tierra nos la trae la nave espacial MESSENGER de la NASA, que tuvo que volar cerca de la Tierra y Venus para perder suficiente energía para llegar a su destino final: Mercurio. La Tierra redonda y giratoria y sus características son innegables, porque esta rotación explica por qué la Tierra se abulta en el centro, se comprime en los polos y tiene diferentes diámetros ecuatoriales y polares. Sin embargo, se necesita más que una rotación para explicar la duración de un día, porque la Tierra también se mueve a través del espacio en relación con el Sol.

Dar una vuelta a la órbita de la Tierra en una trayectoria alrededor del Sol representa un viaje de 940 millones de kilómetros. Los 3 millones de millas adicionales que la Tierra viaja a través del espacio por día aseguran que una rotación de 360 ​​grados sobre nuestro eje no devolverá al Sol a la misma posición relativa en el cielo de un día a otro. Es por esto que nuestro día dura más de 23 horas y 56 minutos y 4,09 segundos, que es el tiempo que tarda la Tierra esferoidal en girar 360 grados.

La segunda ley de Kepler establece que los planetas barren áreas iguales, utilizando al Sol como foco, en tiempos iguales, independientemente de otros parámetros. La misma área (azul) se escanea durante cada período de tiempo fijo. La flecha verde es la velocidad. La flecha morada que apunta hacia el Sol es la aceleración. Los planetas se mueven en elipses alrededor del Sol (primera ley de Kepler), barren áreas iguales en tiempos iguales (su segunda ley) y tienen períodos proporcionales a su semieje mayor elevado a 3/2 (su 3ra ley). La órbita de la Tierra tiene una pequeña excentricidad, lo que hace que su velocidad orbital máxima, en el perihelio, sea aproximadamente un 3% mayor que su velocidad mínima en el afelio.

A medida que la Tierra orbita alrededor del Sol en una elipse, se mueve más rápido en el perihelio (más cercano al Sol) y más lento en el afelio (más alejado del Sol), lo que resulta en cambios en el momento en que el Sol sale y se pone, así como la duración del día real, en el transcurso de un año. La oblicuidad de la órbita de la Tierra también afecta la ecuación del tiempo. Estos patrones se repiten cada año y son específicos de la latitud, pero generalmente conducen a un patrón de «8» para el analema de la Tierra: la forma que nuestro Sol traza en el cielo a la misma hora todos los días durante todo el año.