Poziția pământului iarna și vara. De ce este frig iarna și cald vara

Soarele este sursa principala caldura si singura stea a noastra sistem solar, care, ca un magnet, atrage toate planetele, sateliții, asteroizii, cometele și alți „locuitori” ai spațiului.

Distanța de la Soare la Pământ este de peste 149 de milioane de kilometri. Această distanță a planetei noastre față de Soare este numită în mod obișnuit unitate astronomică.

În ciuda distanței sale semnificative, această stea are un impact uriaș asupra planetei noastre. În funcție de poziția Soarelui pe Pământ, ziua urmează nopții, vara înlocuiește iarna, apar furtuni magnetice și se formează aurore uimitoare. Și cel mai important, fără participarea Soarelui pe Pământ, procesul de fotosinteză, principala sursă de oxigen, ar fi imposibil.

Poziția soarelui în diferite perioade ale anului

Planeta noastră se mișcă în jurul sursei cerești de lumină și căldură pe o orbită închisă. Această cale poate fi reprezentată schematic ca o elipsă alungită. Soarele în sine nu este situat în centrul elipsei, ci oarecum în lateral.

Pământul se mișcă în și în afara Soarelui, completând o orbită completă în 365 de zile. Planeta noastră este cel mai aproape de soare în ianuarie. În acest moment, distanța este redusă la 147 milioane km. Punctul de pe orbita Pământului cel mai apropiat de Soare se numește periheliu.

Cu cât Pământul este mai aproape de Soare, cu atât Polul Sud este mai iluminat, iar vara începe în țările din emisfera sudică.

Mai aproape de iulie, planeta noastră este la fel de departe steaua principala sistem solar. În această perioadă, distanța este de peste 152 milioane km. Cel mai îndepărtat punct de pe orbita Pământului de Soare se numește afeliu. Cu cât globul este mai departe de Soare, cu atât mai multă lumină și căldură primesc țările din emisfera nordică. Apoi vine vara aici și, de exemplu, în Australia și America de Sud, iarna domină.

Cum luminează Soarele Pământul în diferite perioade ale anului

Iluminarea Pământului de către Soare în diferite momente ale anului depinde în mod direct de îndepărtarea planetei noastre într-o anumită perioadă de timp și de ce „parte” este întors Pământul în acel moment către Soare.

Cel mai important factor care influențează schimbarea anotimpurilor este axa pământului. Planeta noastră, care se învârte în jurul Soarelui, are timp să se întoarcă în jurul propriei axe imaginare în același timp. Această axă este situată la un unghi de 23,5 grade față de corpul ceresc și se dovedește întotdeauna a fi îndreptată către Steaua Polară. O rotație completă în jurul axei pământului durează 24 de ore. Rotația axială oferă și o schimbare a zilei și a nopții.

Apropo, dacă această abatere nu ar exista, atunci anotimpurile nu s-ar înlocui, ci ar rămâne constante. Adică undeva ar domni o vară constantă, în alte zone ar fi o primăvară constantă, o treime din pământ ar fi udat pentru totdeauna cu ploile de toamnă.

Sub razele directe ale Soarelui se află întotdeauna ecuatorul Pământului. Razele soarelui care cad vertical aduc mai multa lumina si caldura, nu se risipesc in atmosfera. Prin urmare, locuitorii țărilor situate pe ecuator nu cunosc niciodată frigul.

stâlpi globul expus alternativ la razele soarelui. Prin urmare, la poli, ziua durează jumătate de an, iar noaptea durează jumătate de an. Când Polul Nord este iluminat, atunci vine primăvara în emisfera nordică, înlocuind vara.

În următoarele șase luni, imaginea se schimbă. Polul Sud este orientat spre Soare. Acum in emisfera sudica vara începe, iar iarna domnește în țările din emisfera nordică.

De două ori pe an, planeta noastră se află într-o poziție în care razele soarelui îi luminează în mod egal suprafața de la nordul îndepărtat până la polul Sud. Aceste zile sunt numite echinocții. Primăvara este sărbătorită în 21 martie, toamna - 23 septembrie.

Încă două zile din an se numesc solstiții. În acest moment, Soarele este fie cât mai sus posibil deasupra orizontului, fie cât mai jos posibil.

În emisfera nordică, 21 sau 22 decembrie este noaptea care durează cel mai mult din an - aceasta este ziua solstitiul de iarna. Și pe 20 sau 21 iunie, dimpotrivă, ziua este cea mai lungă, iar noaptea este cea mai scurtă - aceasta este ziua solstițiu de vară. În emisfera sudică este adevărat opusul. Sunt zile lungi în decembrie și nopți lungi în iunie.

Știm cu toții foarte bine că Soarele se comportă diferit în diferite perioade ale anului. Vara răsare devreme, urcă sus pe cer și apune târziu. Iarna, dimpotrivă, Soarele apare târziu la orizont și, după ce a făcut o cale joasă și scurtă prin cer, apune devreme. Vara ziua este lunga, noaptea este scurta; Iarna, zilele sunt scurte, iar nopțile sunt lungi. Primăvara și toamna, ziua și noaptea nu diferă mult ca durată una de cealaltă. Cum să explic toate acestea? La urma urmei, știm că schimbarea zilei și a nopții, adică a răsăritului și a apusului, are loc deoarece Pământul se rotește în jurul axei sale. De ce nu se învârte la fel tot anul? Sau poate durata zilei și a nopții depinde de alt motiv?

Pentru a afla, să aruncăm o privire mai atentă la modul în care se comportă Soarele în diferite perioade ale anului și care este relația dintre comportamentul Soarelui și schimbările vremii.

Atât vara, cât și iarna, Soarele răsare în partea de est a orizontului, apune în partea de vest, iar la amiază este în sud, cel mai înalt deasupra orizontului. Dar vara, Soarele răsare între est și nord, adică în nord-est, și apune între vest și nord, adică în nord-vest. Din această cauză, calea sa aparentă prin cer este lungă și trebuie să treacă mult timp înainte ca Soarele să poată ajunge la sud; în acest timp, Soarele va avea timp să răsară sus. Iarna, Soarele răsare între est și sud, adică în sud-est, și apune între vest și sud, adică în sud-vest. Calea lui pe cer este mai scurtă decât vara. Soarele ajunge la sud într-un timp relativ scurt și nu are timp să se ridice la o înălțime semnificativă (Fig. 5).

Orez. 5. Calea aparentă a Soarelui peste orizont în diferite perioade ale anului

Luați, de exemplu, Moscova. Vara la Moscova, la sfarsitul lunii iunie, Soarele sta deasupra orizontului aproximativ 17 ore si jumatate, iar iarna, la sfarsitul lunii decembrie, doar 6 si jumatate. La amiază, când Soarele este în sud, vara este de peste 5 ori mai sus deasupra orizontului decât iarna.

Este ușor de înțeles că tocmai datorită unei asemenea diferențe în comportamentul Soarelui iarna și vara este frig iarna și cald vara. La urma urmei, vara Soarele luminează suprafața Pământului mult mai mult decât iarna. Iar razele soarelui dau Pământului nu numai lumină, dar îl și încălzesc.

Dar și mai importantă este diferența de înălțime a căii Soarelui deasupra orizontului. Când soarele este jos pe cer, razele sale trebuie să treacă printr-un strat gros carcasă de aer, care nu numai că slăbește lumina Soarelui, dar și întârzie căldura razelor sale. În plus, razele soarelui cad în acest caz pe suprafața pământului nu drept, ci în unghi, ca și cum ar fi alunecat de-a lungul ei. Ca urmare a tuturor acestor lucruri, la o pozitie joasa a Soarelui, razele soarelui incalzesc foarte putin solul.

Este complet diferit când Soarele este sus deasupra orizontului. Apoi razele soarelui trec printr-un strat relativ subțire de aer și cad pe suprafața pământului aproape vertical. Din acest motiv, ele încălzesc puternic solul.

Orez. 6. Calea razelor solare în pozițiile joase și înalte ale Soarelui

Uită-te la fig. 6. Partea stângă a figurii arată cum un fascicul de lumină solară cade pe Pământ atunci când Soarele este jos pe cer. Partea dreaptă a figurii arată un fascicul de raze care cad pe Pământ de la Soare atunci când acesta este sus pe cer. Același fascicul de raze în primul caz (când Soarele este scăzut) luminează semnificativ suprafata mare pe suprafața pământului și trece printr-un strat de aer mai gros decât în ​​al doilea caz. Din aceasta este clar de ce Soarele de iarnă aproape că nu se încălzește, iar vara, dimpotrivă, se încălzește foarte puternic.

Astfel, vedem că frigul iernii se explică prin faptul că iarna Soarele nu se află cu mult deasupra orizontului și razele sale aproape că nu încălzesc suprafața Pământului. Vara, dimpotrivă, Soarele rămâne mult timp deasupra orizontului, iar razele sale încălzesc puternic Pământul. De aceea este cald vara.

Oamenii învățați ai secolului al XVII-lea trebuie să fi fost foarte surprinși și au experimentat multă nemulțumire când au citit cartea lui Johannes Kepler Noua astronomie. Totuși, la urma urmei, matematicianul german a cerut nu mai puțin decât să abandoneze orbitele circulare de-a lungul cărora se mișcă planetele și să le înlocuiască cu elipse! Astronomii nu au înțeles încă pe deplin ideile revoluționare ale lui Copernic, care a plasat Soarele în centrul lumii și astfel a redus Pământul la statutul de planetă obișnuită, deoarece a doua lovitură i-a fost dată bătrânului de două mii de ani. sistemul lumii lui Ptolemeu.

Elipse! Este aproape un sacrilegiu! Un cerc este o figură perfectă și cum altfel se pot mișca corpurile în lumea cerească, dacă nu pe orbite circulare! Dar teoria lui Kepler a explicat mișcarea planetară mai bine decât oricare dintre teoriile care au folosit orbite circulare. Pe baza ei, a fost posibil să se facă predicții mai precise în ce punct al cerului ar fi aceasta sau acea planetă într-un an, zece, o sută de ani. Teoria a funcționat!

Pământul, ca și alte planete, de asemenea, se mișcă în jurul Soarelui nu într-o orbită circulară, ci pe o orbită eliptică, alungită. Aceasta înseamnă că o parte din calea sa planeta noastră apropiindu-se de soare, și cealaltă parte îndepărtat. Se numește punctul în care Pământul este cel mai aproape de o stea periheliu , iar punctul orbitei cel mai îndepărtat de Soare se numește afeliu . În consecință, dimensiunea Soarelui pe cerul nostru trebuie să se schimbe.

Diferența de mărime a Soarelui atunci când Pământul se află la periheliu și la afelie. O fotografie: Raffaele Esposito

Deoarece pământul se mișcă într-o elipsă, mișcarea sa neuniformă. Datorită faptului că forța de atracție scade odată cu creșterea distanței dintre corpurile gravitatoare, Pământul ar trebui să se miște în apropierea afeliului. Mai lent decât la periheliu. Desigur, acest lucru se reflectă în mișcarea Soarelui de-a lungul cerului: luminarul se mișcă pe fundalul stelelor fie mai rapid, fie mai încet (mă refer nu la mișcarea zilnică a Soarelui de la est la vest, ci la a doua mișcare anuală împotriva fundalul constelațiilor!). Acestea ar trebui să aibă durate și anotimpuri diferite, deoarece anotimpul în care Pământul este mai aproape de Soare, planeta noastră „sare” mai repede decât altele.

Toate cele de mai sus sunt consecințe evidente ale celor trei legi ale lui Kepler, dar în viața obișnuită trec de obicei pe lângă atenția noastră. Și acest lucru nu este surprinzător - orbita pământului este aproape un cerc, alungirea sa este mică. Fără a efectua observații speciale, este aproape imposibil de observat efectele mișcării Pământului de-a lungul unei elipse.

Această prefață lungă a fost făcută pentru a spune despre principalul lucru: astăzi, 4 ianuarie 2015, Pământul se află la periheliu față de Soare - în punctul orbitei sale cel mai apropiat de stea. Data exactă a evenimentului este 4 ianuarie la 06:36 UT sau 09:36 ora Moscovei.

Astăzi Soarele este mai aproape de Pământ decât în ​​orice altă zi a anului, ceea ce înseamnă că astăzi Pământul va primi de la Soare. cel mai mare număr lumina si caldura in 2015!

Când Pământul este cel mai aproape de Soare, iarna domnește în emisfera nordică. Această fotografie remarcabilă a halou solar a fost făcută pe 2 ianuarie 2015 în Alaska. © Tracey Mendenhall Porreca

Ciudat? Deloc! Amintiți-vă că anotimpurile se schimbă nu pentru că Pământul este fie mai aproape, fie mai departe de Soare, ci pentru că axa de rotație a planetei noastre este înclinată față de planul orbitei Pământului. Drept urmare, Soarele luminează în principal emisfera nordică Pământul, iar cealaltă jumătate a anului - sudul. Prin urmare, adevărata vară domnește în emisfera sudică a Pământului!

Cu toate acestea, așa cum am scris anul trecut, o jumătate de an este o estimare aproximativă. Să aruncăm o privire mai atentă.

Granițele anotimpurilor astronomice sunt momentele echinocțiilor și solstițiilor. (Nu sunt date arbitrare, ci puncte speciale din orbita Pământului care marchează „etape” cheie în procesul de iluminare a Pământului de către Soare /) De exemplu, vara astronomică durează din momentul solstițiului de vară, care în ani diferiti are loc pe 20, 21 sau 22 iunie, înainte echinocțiul de toamnă pe 22 sau 23 septembrie. Astfel, durata verii este de 93,6 zile. Toamna durează de la echinocțiul de toamnă până la solstițiul de iarnă pe 21 sau 22 decembrie. Să numărăm numărul de zile din calendar între aceste date și să ne asigurăm că toamna este cu 4 zile mai scurtă! - durata sa este de 89,8 zile! Iarna este și mai scurtă - doar 89 de zile. În cele din urmă, durata primăverii este de 92,8 zile. Iată dovezi clare că Pământul se mișcă într-o elipsă și este mai aproape de Soare iarna decât vara!

Cu toate acestea, diferența de distanțe față de Soare vara și iarna este mică - doar aproximativ 5 milioane de km. Astăzi este egal cu 147 milioane 096 mii 204 kilometri. La afeliu va depăși 152 de milioane de kilometri. Distanța variază cu aproximativ 3%. Mărimea Soarelui pe cerul nostru se schimbă, de asemenea, în același mod - complet imperceptibil cu ochiul liber!

Temperatura sezonieră - temperatura vara și iarna - depinde de cantitatea de căldură pe care diferitele regiuni ale pământului o primesc de la soare. Pentru ca temperatura dintr-un loc să fie constantă, trebuie să existe un echilibru între cantitatea de căldură pe care o primește și temperatura pe care o radiază în spațiu. Dacă se primește mai multă căldură decât se emite, atunci se încălzește. Altfel, e mai frig. De ce se modifică cantitatea de energie pe care o anumită zonă o primește de la Soare pe parcursul anului?

Două teorii despre ierni reci și veri calde

Două teorii populare sunt folosite pentru a explica diferențele de temperatură în diferite anotimpuri ale anului.

Unul dintre ei vede motivul pentru care este frig iarna și cald vara, diferențe ale distanțelor de la Pământ la Soare pe măsură ce acesta se mișcă pe o orbită eliptică. Pământul se află la o distanță de Soare (147,1 milioane de kilometri la distanță minimă - la periheliu și 152,1 milioane de kilometri la distanță maximă - la afeliu).

O altă teorie consideră că motivul anotimpurilor de pe Pământ este că axa Pământului este înclinată față de planul orbitei.

Mai departe de Soare nu este mai rece

Dacă prima teorie ar fi complet corectă, atunci în ambele emisfere ale pământului - nordică și sudică - ar exista aceleași anotimpuri. Cu toate acestea, în general, acest lucru nu este observat.

Mai mult, Pământul atinge periheliu - distanța minimă față de Soare tocmai când este iarnă în emisfera nordică - la începutul lunii ianuarie, când este frig, iar distanța maximă - afeliu - vara, în iulie, când este cald. !

Cauza iernii și verii este înclinarea axei de rotație a Pământului

A doua teorie vede motivul schimbării anotimpurilor - de la iarnă la vară și invers - că axa de rotație a Pământului este înclinată cu 23,5 grade față de ecliptică - planul orbitei Pământului în jurul Soarelui. Această axă trece întotdeauna prin polii nordici și sudici ai Pământului. Polul Nord indică aproximativ spre Steaua Polară.

Figura 1 - Emisfera nordică a Pământului iarna
(click pentru a mari pentru toate pozele)

Figura 2 - Emisfera nordică a Pământului vara

Când emisfera nordică a Pământului este înclinată departe de Soare, razele Soarelui lovesc emisfera nordică ca și cum ar fi „în trecere”. Și în emisfera sudică, razele cad aproape „pe frunte”. Apoi vine iarna în emisfera nordică și, dimpotrivă, vara în emisfera sudică.

Vara și iarna - unghiuri diferite de incidență

Atunci când emisfera nordică a Pământului este înclinată spre Soare, atunci, dimpotrivă, razele Soarelui cad pe emisfera nordică „cu cap”, iar pe emisfera sudică – „în treacăt”. Apoi vine vara în emisfera nordică și, dimpotrivă, iarna în emisfera sudică.

Vara, razele soarelui cad pe suprafața pământului aproape perpendicular, concentrând astfel energia. Această energie concentrată este capabilă să încălzească suprafața mai repede decât în ​​timpul iernii, când razele soarelui lovesc suprafața pământului la un unghi mai mare de privire. Prin urmare, este mai frig iarna decât vara. Aceeași energie cade pe diferite zone ale suprafeței pământului: mai puțin vara, mai mult iarna (Figurile 3 și 4). Cu alte cuvinte: vara, densitatea energiei solare care lovește suprafața pământului este mai mare decât iarna.

Figura 3 - Densitate scăzută a energiei solare iarna

Figura 4 - Densitate mare a energiei solare vara

În plus, Soarele rămâne mai mult deasupra orizontului vara și, prin urmare, are mai mult timp pentru a încălzi totul în jur la o temperatură mai mare decât în ​​timpul iernii (Figurile 5 și 6).

Figura 5 - lumina soarelui pentru emisfera nordică iarna

Figura 6 - Lumina soarelui pentru emisfera nordică vara

Iarna și vara pe alte planete

Axele de rotație ale majorității celorlalte planete din sistemul solar sunt, de asemenea, înclinate în raport cu planurile lor orbitale. Prin urmare, au și schimbări sezoniere ale temperaturii lor.

Mercur, Jupiter și Venus au o înclinare foarte mică a axei - nu mai mult de 3 grade. Pentru aceste planete, în schimbările sezoniere de temperatură, un rol mult mai mare poate fi jucat – spre deosebire de Pământ – printr-o modificare a distanței lor față de Soare. Cu toate acestea, doar Mercur are o diferență mare între periheliu și afeliu - distanța maximă și minimă de la Soare. Atmosfera extrem de „lichidă” a lui Mercur face imposibilă stocarea energiei solare la suprafață. Orbitele lui Jupiter și Venus sunt aproape circulare, iar atmosferele lor sunt foarte dense. Prin urmare, schimbările sezoniere ale temperaturilor lor sunt aproape zero.

Iarnă și vară pe Marte

Marte, ca și Saturn și Neptun, au înclinații ale axelor lor de rotație similare cu cele ale pământului. Cu toate acestea, Saturn și Neptun au schimbări de temperatură zero datorită atmosferei lor foarte dense, precum și a orbitelor aproape circulare.

Marte are schimbări sezoniere foarte mari de temperatură, deoarece are o atmosferă foarte „lichidă”, iar orbita este foarte excentrică. Emisfera sudică este cea mai apropiată de Soare în timpul verii și cea mai îndepărtată când este iarnă. Din aceleași motive, emisfera nordică a lui Marte are schimbări sezoniere mai ușoare decât emisfera sa sudică. Deoarece planetele se mișcă cel mai încet pe orbitele lor atunci când sunt cel mai îndepărtate de Soare, emisfera sudică are veri scurte și calde și ierni lungi și reci.

Anotimpurile lui Uranus

Anotimpurile lui Uranus sunt cele mai interesante, deoarece se învârte în jurul Soarelui, ca să spunem așa, pe partea sa - axa lui Uranus este înclinată față de planul orbitei cu 98 de grade. Jumătate din anul „Uranian”, una dintre emisferele sale este în mod constant sub lumina soarelui, în timp ce cealaltă emisferă este în umbră tot timpul. În cealaltă jumătate a anului, aceste emisfere își schimbă locurile. Atmosfera densă a lui Uranus distribuie energia solară dintr-o emisferă în alta foarte eficient, astfel încât schimbările sezoniere ale temperaturii sunt aproape invizibile acolo.

Iarnă veșnică pe Pluto

Axa lui Pluto este, de asemenea, înclinată la un unghi mare - 122,5 grade, orbita sa este cea mai eliptică dintre toate planetele. În plus, are o atmosferă foarte slabă. Pluto este întotdeauna atât de departe de Soare încât se află într-un „îngheț” constant - la o temperatură de aproximativ minus 220 de grade. Este deja acolo unde este cu adevărat frig - atât vara, cât și iarna.