انقلاب زمستانی از آغاز نجومی زمستان خبر می‌دهد و روزی با کمترین ساعت‌های روشنایی نور خورشید در هر سال است؛ اما راز کوتاه‌ترین روز یا به عبارتی بلندترین شب سال چیست؟
به نقل از مایکل اس. افک کرک، اخترفیزیکدان بخش علمی هلیوفیزیک در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا، انقلاب زمستانی معمولاً به علت انحراف ۲۳٫۵ درجه‌ای زمین نسبت به خورشید رخ می‌دهد. زمین به جای چرخش در یک محور صاف، کمی کج شده است.
انحراف زمین به این معنی است که نیم‌کره‌های شمالی و جنوبی، مقادیر متفاوتی از نور خورشید را دریافت می‌کند و مقدار نور دریافتی هر نیم‌کره در طول سال با چرخش زمین به دور خورشید تغییر می‌کند. دقیقا به همین دلیل شاهد تغییر فصل‌ها هستیم. در طول ماه‌های زمستان، بخش زیادی از نیم‌کره‌ی شمالی نور کمی را از خورشید دریافت می‌کند در حالی‌که نیم‌کره‌ی جنوبی بیشترین میزان نور را دریافت می‌کند.
انقلاب زمستانی دقیقا زمانی رخ می‌دهد که قطب شمال در دورترین نقطه از خورشید قرار می‌گیرد. به‌این‌ترتیب قطب شمال کمترین دسترسی را به نور خورشید دارد و در تاریکی کامل فرو می‌رود. در سال ۲۰۲۲، انقلاب زمستانی در نیم‌کره‌ی شمالی در تاریخ یک دی (۲۲ دسامبر)، ساعت ۰۱:۱۸ دقیقه بامداد پنجشنبه به وقت ایران رخ می‌دهد. این لحظه در نیم‌کره‌ی جنوبی نشان‌دهنده‌ی انقلاب تابستانی یا طولانی‌ترین روز سال است زیرا قطب جنوب دارای انحراف نسبت به خورشید است و بیشتر در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد. کرک در گفتگو با لایوساینس می‌گوید:
در انقلاب زمستانی چه اتفاقی برای خورشید می‌افتد؟
در انقلاب زمستانی دسامبر، هرچقدر در نیم‌کره‌ی شمالی بیشتر به سمت شمال حرکت کنید، نور خورشید چند ساعت کمتر به شما می‌تابد. افراد ساکن در نیم‌کره‌ی شمالی می‌توانند ببینند که خورشید حتی هنگام ظهر در نقطه‌ی بالایی از آسمان قرار ندارد.
در زمان اعتدال، یا دو روز در سال که هر دو نیم‌کره مقدار یکسان نور خورشید و ساعات یکسان شب را تجربه می‌کنند، خورشید در استوا به‌صورت مستقیم بالای سر از زاویه‌ی ۹۰ درجه می‌تابد. اما در انقلاب زمستانی شمالی، خورشید در عرض جغرافیایی پایین‌تری در بالای سر قرار می‌گیرد؛ این عرض جغرافیایی، مدار رأس‌الجدی است که در زاویه‌ی ۲۳٫۵ درجه‌ی جنوب استوا قرار دارد و از استرالیا، شیلی، جنوب برزیل و شمال آفریقای جنوبی می‌گذرد. مدار رأس‌الجدی جنوبی‌ترین عرض جغرافیایی است که در آن خورشید هنگام ظهر دقیقا بالای سر قرار می‌گیرد.
از آنجا که خورشید در این عرض جغرافیایی جنوبی هنگام ظهر به بالاترین نقطه‌ی آسمان می‌رسد، در عرض‌های جغرافیایی بالاتر شمالی، به‌ندرت به بالای افق می‌رسد و سپس دوباره پائین می‌رود.
چرا تاریخ انقلاب زمستانی متغیر است؟
هر سال، انقلاب زمستانی در نیم‌کره‌ی شمالی در یکی از این دو روز رخ می‌دهد: ۲۱ یا ۲۲ دسامبر. در نیم‌کره‌ی جنوبی، انقلاب زمستانی در تاریخ ۲۰ یا ۲۱ ژوئن رخ می‌دهد. دلیل متغیر بودن تاریخ این است که تقویم میلادی ۳۶۵ روز دارد و هر چهار سال یک بار، در فوریه یک روز اضافه می‌شود. در واقع، مدار زمین به دور خورشید در طی ۳۶۵٫۲۵ روز کامل می‌شود. به دلیل این اختلاف، انقلاب زمستانی همیشه در یک روز رخ نمی‌دهد.
فاصله زمین از خورشید در انقلاب زمستانی
برخی بخش‌های نیم‌کره‌ی شمالی در طول زمستان بسیار سرد می‌شوند بنابراین شاید فکر کنید این بخش‌ها دورتر از خورشید قرار دارند. در واقع دقیقا خلاف این مسئله صادق است. در نیم‌کره‌ی شمالی زمستان وقتی رخ می‌دهد که در نزدیک‌‌ترین فاصله با خورشید باشیم.
به‌طور میانگین زمین ۱۵۰ میلیون کیلومتر از خورشید فاصله دارد. سیاره آبی در تاریخ ۴ ژانویه‌ی ۲۰۲۳ (۱۴ دی ۱۴۰۱) ساعت ۱۹:۴۷ به‌وقت ایران در نقطه‌ی حضیض قرار دارد و فاصله‌ی آن از خورشید به ۱۴۷٬۰۹۸٬۹۲۴ کیلومتر می‌رسد.
زمین در تاریخ ۶ جولای ۲۰۲۳ (۱۶ تیر ۱۴۰۲) ساعت ۰۰:۳۶ بامداد به وقت ایران با مسافت ۱۵۲٬۰۹۳٬۲۵۰ کیلومتر در دورترین فاصله از خورشید در نقطه‌ی اوج (aphelion) قرار می‌گیرد.
زمستان چقدر طول می‌کشد؟
از دیدگاه انقلاب و اعتدال نجومی، زمستان در زمان انقلاب زمستانی آغاز می‌شود و در زمان اعتدال بهاری به پایان می‌رسد. بنابراین زمستان در نیم‌کره‌ی شمالی از تاریخ ۲۱ یا ۲۲ دسامبر تا ۱۹، ۲۰ یا ۲۱ مارس به طول می‌انجامد. ازآنجاکه زمین دارای مداری بیضی‌شکل است، فصل‌ها طول یکسانی ندارند؛ برای مثال زمستان در نیم‌کره‌ی شمالی به‌طور میانگین ۸۹ روز و در نیم‌کره‌ی جنوبی ۹۳٫۶ روز است.
از دیدگاه هواشناسی (وابسته به اقلیم)، زمستان در ایالات‌متحده از ۱ دسامبر تا ۲۸ یا ۲۹ فوریه به طول می‌انجامد که معمولاً ماه‌های سرد در اقصی نقاط این کشور هستند. بر اساس این تعریف هم زمستان ۸۹ تا ۹۰ روز به طول می‌انجامد.
انقلاب نجومی به چه معنا است؟
چند روز قبل و چند روز پس از انقلاب نجومی ، این‌طور به نظر می‌رسد که خورشید هر روز مسیر یکسانی را طی می‌کند. ازاین‌رو نام «انقلاب زمستانی» در زبان لاتین به معنی «ثابت ماندن» است. البته این مسئله قطعیت ندارد و مسیر خورشید با تفاوت اندکی در این روزها همراه است اما بدون ابزارهای مدرن نجومی به‌سختی می‌توان این تفاوت را تشخیص داد.
چرا انقلاب زمستانی در سردترین روزها رخ نمی‌دهد؟
اگر در طول انقلاب زمستانی نور خورشید کمی بر نیم‌کره‌ی شمالی می‌تابد، چرا در این زمان شاهد سردترین روزهای سال نیستیم؟ به باور کرک:
با سرد شدن زمین و اقیانوس‌ها، هفته‌ها یا ماه‌ها طول می‌کشد تا دوباره گرم شوند. پس از انقلاب زمستانی، روزها در نیم‌کره‌ی شمالی کم‌کم طولانی‌تر می‌شوند. اما این به این معنی نیست که خورشید به‌اندازه‌ی تابستان می‌درخشد؛ برای مثال عرض‌های میانه‌ی شمالی در هفته‌های پس از انقلاب زمستانی، ۹ ساعت نور روز را دریافت می‌کنند در حالی که در انقلاب تابستانی این مدت به ۱۵ ساعت می‌رسد. علاوه بر این نیم‌کره‌ی شمالی دارای انحراف نسبت به خورشید است.
جشن انقلاب زمستانی
بسیاری از فرهنگ‌ها انقلاب زمستانی را می‌شناسند. یکی از مشهورترین موقعیت‌های ماقبل تاریخی که با انقلاب زمستانی گره خورده، استون‌هنج در انگلستان است. وقتی خورشید کوتاه‌ترین روز سال را رقم بزند، پرتوهای آن تراز با سنگ مرکزی محراب (Altar) استون‌هنج و سنگ قربانگاه می‌شوند که دارای ارزش معنوی برای سازندگان آن بودند.
در فرهنگ ایرانی انقلاب زمستانی مصادف با شب یلدا و جشن بلندترین شب سال است. همچنین در شبه‌جزیره‌ی یوکاتان مکزیک، شهر مایایی تولوم دارای سازه‌ای برای بزرگداشت انقلاب‌های زمستانی است. وقتی خورشید در انقلاب‌های زمستانی و تابستانی طلوع می‌کند، پرتوهای آن وارد حفره‌ای کوچک در قسمت بالای ساختمان‌های سنگی می‌شوند و جلوه‌‌ای ستاره‌ای را ایجاد می‌کنند. کرک می‌گوید:
