Летом жарко, зимой холодно. Земля летает вокруг Солнца — значит, летом она подходит к нему ближе, а зимой отдаляется? Звучит логично, но всё происходит почти наоборот. Почему происходит смена времён года, если расстояние до Солнца здесь не главный виновник?
Почему происходит смена времён года?
Смена времён года происходит из-за наклона земной оси и движения Земли вокруг Солнца. Ось нашей планеты наклонена примерно на 23,4°. Поэтому в течение года то Северное, то Южное полушарие получает более прямой солнечный свет и более длинный день.
Когда Северное полушарие сильнее наклонено к Солнцу, у нас лето. Солнце поднимается выше над горизонтом, его лучи падают на поверхность более прямо, а день длится дольше.
Примерно через полгода Земля оказывается с другой стороны своей орбиты. Направление наклона оси почти не меняется, поэтому теперь Северное полушарие наклонено от Солнца. Приходит зима.
Вот главное правило всей статьи:
не расстояние до Солнца, а наклон земной оси определяет обычную смену времён года.
Что такое земная ось и почему она наклонена?
Земля вращается вокруг воображаемой линии, которая проходит через Северный и Южный полюса. Эту линию называют осью вращения Земли.
Если бы ось была строго перпендикулярна плоскости земной орбиты, привычные сезонные изменения были бы гораздо слабее. Но ось наклонена примерно на 23,4°.
Во время годового движения вокруг Солнца направление оси в пространстве остаётся почти одинаковым.
Представь глобус, который ты держишь немного набок и медленно несёшь вокруг лампы. Если всё время сохранять наклон в одном направлении, то сначала северная половина глобуса будет лучше повёрнута к лампе, а через половину круга — хуже.
Именно это и происходит с настоящей Землёй.
Почему летом жарче, а зимой холоднее?
Здесь работают сразу две причины.
Первая — угол падения солнечных лучей. Когда Солнце находится высоко над горизонтом, его лучи падают на землю более прямо. Одна и та же солнечная энергия распределяется по меньшей площади, поэтому поверхность получает больше энергии.
Зимой Солнце находится ниже. Лучи падают косо и распределяют ту же энергию по большей площади.
Вторая причина — продолжительность дня.
Летом Солнце не только светит более прямо, но и остаётся над горизонтом больше часов. Поверхность успевает получить больше энергии.
Поэтому формулу лета можно записать почти как школьную шпаргалку:
более прямые лучи + более длинный день = больше солнечной энергии.
Зимой происходит обратное: лучи косее, день короче, энергии поступает меньше.
Почему летом и зимой день разной длины?
Это тоже следствие наклона земной оси.
Когда Северное полушарие наклонено к Солнцу, значительная его часть дольше остаётся на освещённой стороне Земли во время суточного вращения. Поэтому летом рассвет наступает раньше, а закат — позже.
В декабре Северное полушарие наклонено от Солнца. Путь, который определённая точка поверхности проходит по освещённой половине планеты, становится короче.
Чем ближе к полюсам, тем сильнее этот эффект. За Полярным кругом летом Солнце может не заходить вообще, а зимой — долго не подниматься над горизонтом.
Почему в Северном и Южном полушариях разные времена года?
Потому что полушария наклонены относительно Солнца в противоположные стороны.
Когда в июне Северное полушарие сильнее обращено к Солнцу, здесь наступает лето. Но Южное полушарие в этот же момент наклонено от Солнца — там зима.
Через полгода всё меняется местами.
Поэтому в декабре в России холодно, а в Австралии может стоять летняя жара.
Этот факт особенно хорошо показывает, почему расстояние Земли от Солнца не может быть главной причиной времён года. Вся планета находится от Солнца примерно на одном расстоянии, но её полушария одновременно переживают противоположные сезоны.
Что такое солнцестояние?
Солнцестояния — два момента года, когда наклон одного из полушарий к Солнцу или от него достигает сезонного максимума.
Июньское солнцестояние приходится примерно на 20–21 июня. В Северном полушарии это самый длинный день и самая короткая ночь года.
Декабрьское солнцестояние происходит примерно 21–22 декабря. Тогда в Северном полушарии световой день самый короткий.
Название может немного сбивать с толку: Солнце, конечно, не останавливается. Просто несколько дней подряд высота его полуденного положения меняется очень медленно.
Что такое равноденствие?
Равноденствия происходят примерно в марте и сентябре, когда ни одно полушарие не наклонено к Солнцу заметно сильнее другого.
Солнечные лучи падают отвесно в районе экватора, а граница дня и ночи проходит почти через оба полюса.
День и ночь во многих районах планеты становятся близкими по продолжительности, хотя строго по 12 часов они бывают не везде: на наблюдаемую длину дня влияют атмосфера и то, как именно определяется момент восхода и заката.
Почему времена года меняются не из-за расстояния до Солнца?
Это один из самых распространённых мифов.
Земная орбита действительно не является идеальным кругом, поэтому расстояние до Солнца немного меняется в течение года.
Но вот неожиданный факт: Земля находится ближе всего к Солнцу в начале января.
Эта точка орбиты называется перигелием.
А наиболее далеко от Солнца Земля оказывается в начале июля — в афелии.
То есть для жителей России и всего Северного полушария получается почти обратная картина: зимой Земля ближе к Солнцу, а летом дальше.
Значит ли это, что расстояние вообще ни на что не влияет?
Нет. Расстояние всё-таки немного меняет количество солнечной энергии, поступающей к Земле.
Но земная орбита близка к круговой, поэтому это изменение намного слабее сезонного эффекта, создаваемого наклоном оси в средних и высоких широтах.
Кроме того, если бы расстояние было главным фактором, времена года в Северном и Южном полушариях наступали бы одновременно. На практике они противоположны.
Почему возле экватора времена года заметны слабее?
Около экватора высота Солнца и продолжительность дня меняются в течение года сравнительно мало.
Солнечные лучи весь год падают довольно прямо, поэтому разница между «зимним» и «летним» количеством энергии значительно меньше, чем в России, Канаде или Скандинавии.
Во многих тропических районах привычные четыре температурных сезона вообще выражены слабо. Гораздо важнее могут быть влажный и сухой сезоны.
Чем дальше от экватора к полюсам, тем сильнее в течение года меняются длина дня и высота Солнца.
Почему самый жаркий день не совпадает с самым длинным?
Кажется, что июньское солнцестояние должно быть самым жарким днём года. Но часто максимальная жара приходит в июле или даже позже.
Причина — сезонное запаздывание.
Земля, океаны и атмосфера обладают тепловой инерцией. После самого длинного дня Северное полушарие ещё некоторое время получает больше энергии, чем отдаёт, поэтому поверхность продолжает нагреваться.
Зимой работает похожий эффект. Самый короткий день приходится на декабрь, но наиболее холодный период во многих районах наступает в январе или феврале.
Что было бы, если бы земная ось не была наклонена?
Это хороший мысленный эксперимент.
Если бы ось Земли стояла перпендикулярно плоскости орбиты, каждое место планеты получало бы почти одинаковую продолжительность дня в течение всего года.
Высота Солнца над горизонтом тоже почти не менялась бы по сезонам.
Привычных нам лета, осени, зимы и весны в современном виде не существовало бы.
Погодные изменения всё равно происходили бы, но мощного ежегодного сезонного ритма, который создаёт наклон земной оси, не было бы.
Как увидеть смену времён года в опыте?
Понадобятся настольная лампа и небольшой мяч или глобус.
- Поставь лампу в центре комнаты — она будет Солнцем.
- Наклони ось глобуса или воображаемую ось мяча.
- Медленно перемещай его по кругу вокруг лампы.
- Не поворачивай наклон оси вслед за лампой — сохраняй его направление.
- Следи, какое полушарие сильнее обращено к свету.
Через половину круга ситуация поменяется: полушарие, которое было «летним», станет «зимним».
Можно добавить маленькую наклейку в районе России и наблюдать, под каким углом на неё падает свет в разных точках орбиты.
Почему происходит смена времён года — короткий ответ
Смена времён года происходит потому, что земная ось наклонена примерно на 23,4°, а Земля обращается вокруг Солнца.
Когда полушарие наклонено к Солнцу, лучи падают более прямо, Солнце дольше находится над горизонтом и поверхность получает больше энергии — наступает лето.
Когда то же полушарие наклонено от Солнца, лучи падают косее, день становится короче и поступает меньше солнечной энергии — наступает зима.
В противоположном полушарии в это время сезон обратный.
Расстояние между Землёй и Солнцем в течение года действительно немного меняется, но оно не является главной причиной смены времён года.
Поэтому главный ответ можно запомнить одной фразой: времена года создаёт не приближение Земли к Солнцу, а наклонённая Земля, которая год за годом облетает его.
Читайте также
- Почему Земля круглая?
- Почему идёт дождь?
- Откуда берётся радуга?
- Что такое северное сияние и как оно появляется?
- Как образуются облака и почему они не падают?