Température saisonnière - température en été et en hiver - dépend de la quantité de chaleur reçue différentes régions la terre du soleil. Pour que la température d’une zone soit constante, il doit y avoir un équilibre entre la quantité de chaleur qu’elle reçoit et la température qu’elle émet dans l’espace. S’ils reçoivent plus de chaleur qu’ils n’en émettent, alors il fait plus chaud. Si c'est l'inverse, il fait plus froid. Pourquoi la quantité d'énergie reçue cette zone du Soleil, change tout au long de l'année.
Deux théories sur l'hiver froid et l'été chaud
Deux théories populaires sont utilisées pour expliquer les différences de température selon les saisons de l’année.
L’un d’eux voit la raison pour laquelle il fait froid en hiver et chaud en été en raison des différences de distance entre la Terre et le Soleil lorsqu’il se déplace le long d’une orbite elliptique. La Terre est située à une distance du Soleil (147,1 millions de kilomètres à une distance minimale - au périhélie et 152,1 millions de kilomètres à une distance maximale - à l'aphélie).
Une autre théorie considère que la raison des saisons sur Terre est que l'axe de la Terre est incliné par rapport au plan orbital.
Plus loin du soleil - pas plus froid
Si la première théorie était tout à fait vraie, alors les deux hémisphères de la Terre – nord et sud – auraient les mêmes saisons. Cependant, en général, cela n'est pas observé.
De plus, la Terre atteint le périhélie - sa distance minimale du Soleil juste en hiver dans l'hémisphère nord - début janvier, lorsqu'il fait froid, et sa distance maximale - l'aphélie - en été, en juillet, lorsqu'il fait chaud !
La raison de l'hiver et de l'été est l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre.
La deuxième théorie voit la raison des changements de saisons - de l'hiver à l'été et inversement - dans le fait que l'axe de rotation de la Terre est incliné de 23,5 degrés par rapport à l'écliptique - le plan de l'orbite terrestre autour du Soleil. Cet axe passe toujours par les pôles célestes nord et sud de la Terre. pôle Nord dirigé approximativement vers Étoile du Nord.
Figure 1 – Hémisphère Nord de la Terre en hiver
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Figure 2 – Hémisphère Nord de la Terre en été
Lorsque l’hémisphère nord de la Terre s’éloigne du Soleil, les rayons du Soleil frappent l’hémisphère nord comme s’ils « passaient ». Et dans hémisphère sud les rayons tombent presque de front. Puis l'hiver commence dans l'hémisphère nord, et l'été, au contraire, dans l'hémisphère sud.
Été et hiver - différents angles d'incidence
Lorsque l'hémisphère nord de la Terre est incliné vers le Soleil, alors, au contraire, les rayons du Soleil tombent sur l'hémisphère nord « de front » et sur l'hémisphère sud « avec désinvolture ». Puis l'été commence dans l'hémisphère nord, et l'hiver, au contraire, commence dans l'hémisphère sud.
En été rayons du soleil tombent sur la surface de la Terre presque perpendiculairement, concentrant ainsi l'énergie. Cette énergie concentrée est capable de chauffer la surface plus rapidement que heure d'hiver lorsque les rayons du soleil frappent la surface de la terre sous un angle plus rasant. Il fait donc plus froid en hiver qu’en été. La même énergie frappe différents domaines surface de la terre: moins en été, plus en hiver (figures 3 et 4). En d'autres termes : en été, la densité de l'énergie solaire qui atteint la surface de la Terre est plus grande qu'en hiver.
Figure 3 – Faible densité d’énergie solaire en hiver
Figure 4 – Haute densitéénergie solaire en été
De plus, en été, le Soleil reste plus longtemps au-dessus de l’horizon et a donc plus de temps pour réchauffer tout ce qui l’entoure. haute température qu’en hiver (figures 5 et 6).
Figure 5 – Soleil Pour hémisphère nord en hiver
Figure 6 – Ensoleillement pour l’hémisphère nord en été
Hiver et été sur d'autres planètes
Axes de rotation de la plupart des autres planètes système solaire sont également inclinés par rapport à leurs plans orbitaux. Ils ont donc aussi changements saisonniers sa température.
Mercure, Jupiter et Vénus ont une très petite inclinaison axiale – pas plus de 3 degrés. Pour ces planètes, un rôle beaucoup plus important dans les changements saisonniers de température peut être joué - contrairement à la Terre - par les changements de leur distance au Soleil. Cependant, seul Mercure possède grande différence entre périhélie et aphélie - la distance maximale et minimale au Soleil. L'atmosphère extrêmement liquide de Mercure rend impossible le stockage de l'énergie solaire à la surface. Les orbites de Jupiter et de Vénus sont presque circulaires et leurs atmosphères sont très denses. Par conséquent, les changements saisonniers de leurs températures sont presque nuls.
Hiver et été sur Mars
Mars, ainsi que Saturne et Neptune, ont des inclinaisons de leurs axes de rotation similaires à celles de la Terre. Cependant, Saturne et Neptune n'ont aucun changement de température en raison de leur atmosphère très dense ainsi que de leurs orbites presque circulaires.
Mars connaît des changements de température saisonniers très importants car elle possède une atmosphère très « liquide » et une orbite très excentrique. L'hémisphère sud est le plus proche du Soleil en été et le plus éloigné en hiver. Pour les mêmes raisons, l’hémisphère nord de Mars connaît des changements saisonniers plus doux que son hémisphère sud. Parce que les planètes se déplacent plus lentement sur leur orbite lorsqu’elles sont les plus éloignées du Soleil, l’hémisphère sud connaît des étés courts et chauds et des hivers longs et froids.
Saisons d'Uranus
Les saisons d'Uranus sont les plus intéressantes car elle tourne autour du Soleil, pour ainsi dire, sur le côté - l'axe d'Uranus est incliné de 98 degrés par rapport au plan de son orbite. La moitié de l'année « uranienne », un de ses hémisphères est constamment sous soleil, et l’autre hémisphère est toujours dans l’ombre. Dans l'autre moitié de l'année, ces hémisphères changent de place. Ambiance épaisse Uranus distribue énergie solaire d'un hémisphère à l'autre est très efficace, de sorte que les changements saisonniers de température y sont presque invisibles.
Un hiver éternel sur Pluton
L'axe de Pluton est également incliné à un grand angle - 122,5 degrés, son orbite est la plus elliptique de toutes les planètes. De plus, il y règne une atmosphère très faible. Pluton est toujours si loin du Soleil qu'elle est constamment « gelée » - à une température d'environ moins 220 degrés. C’est déjà là qu’il fait très froid, été comme hiver.
Les érudits du XVIIe siècle ont dû être très surpris et éprouver beaucoup de mécontentement lorsqu’ils ont lu le livre de Johannes Kepler « La Nouvelle Astronomie ». Bien entendu, le mathématicien allemand n’appelait rien de moins qu’à l’abandon des orbites circulaires sur lesquelles se déplacent les planètes et à leur remplacement par des ellipses ! Les astronomes n'avaient pas encore pleinement compris les idées révolutionnaires de Copernic, qui plaçait le Soleil au centre du monde et réduisait ainsi la Terre au statut de planète ordinaire, lorsque le deuxième coup fut porté à l'homme vieux de deux mille ans. système du monde de Ptolémée.
Des ellipses ! C'est presque un sacrilège ! Un cercle est une figure parfaite, et comment les corps pourraient-ils s'y déplacer autrement ? monde céleste, sinon sur des orbites circulaires ! Mais la théorie de Kepler expliquait mieux le mouvement des planètes que toute théorie utilisant des orbites circulaires. Sur cette base, il était possible de faire plus prédictions précises, où dans le ciel se trouvera telle ou telle planète dans un an, dix, cent ans. La théorie a fonctionné !
La Terre, comme les autres planètes, se déplace également autour du Soleil non pas sur une orbite circulaire, mais sur une orbite elliptique et allongée. Cela signifie que notre planète passe une partie de son voyage s'approche du soleil, et l'autre partie - supprimé. Le point où la Terre est la plus proche de l’étoile s’appelle périhélie , et le point de l'orbite le plus éloigné du Soleil est appelé aphélie . En conséquence, la taille du Soleil dans notre ciel devrait changer.
La différence de taille du Soleil lorsque la Terre est au périhélie et à l'aphélie. Photo: Raffaele Esposito
Puisque la Terre se déplace selon une ellipse, son mouvement inégalement. En raison du fait que la force de gravité diminue avec l'augmentation de la distance entre les corps gravitants, près de l'aphélie, la Terre devrait se déplacer Ralentissez qu'au périhélie. Bien sûr, cela se reflète dans le mouvement du Soleil dans le ciel : l'astre se déplace sur fond d'étoiles, parfois plus vite, parfois plus lentement (cela ne signifie pas le mouvement quotidien du Soleil d'est en ouest, mais le second , mouvement annuel sur fond de constellations !). Ils doivent avoir des durées et des saisons différentes, car la saison pendant laquelle la Terre est plus proche du Soleil, notre planète « saute » plus vite que les autres.
Tout ce qui précède est une conséquence évidente des trois lois de Kepler, mais en vie ordinaire ils passent généralement sous silence notre attention. Et ce n’est pas surprenant: l’orbite terrestre est presque un cercle, son allongement est faible. Sans observations particulières, il est presque impossible de remarquer les effets du mouvement de la Terre le long d’une ellipse.
Cette longue préface a été faite pour dire l'essentiel : aujourd'hui, le 4 janvier 2015, la Terre est au périhélie du Soleil - au point de son orbite le plus proche de l'étoile. Date exacteévénements - 4 janvier à 06h36 heure universelle ou à 09h36 heure de Moscou.
C'est aujourd'hui que le Soleil est plus proche de la Terre que n'importe quel autre jour de l'année, ce qui signifie qu'aujourd'hui la Terre recevra du Soleil le plus grand nombre lumière et chaleur en 2015 !
Lorsque la Terre est la plus proche du Soleil, c'est l'hiver dans l'hémisphère nord. Cette photo remarquable d'un halo solaire a été prise le 2 janvier 2015 en Alaska. © Tracey Mendenhall Porreca
Étrange? Pas du tout! Rappelons que les saisons changent non pas parce que la Terre est plus proche ou plus éloignée du Soleil, mais parce que l'axe de rotation de notre planète est incliné par rapport au plan l'orbite terrestre. En conséquence, le Soleil éclaire principalement l’hémisphère nord de la Terre pendant la moitié de l’année et l’hémisphère sud pendant l’autre moitié de l’année. C’est donc désormais un véritable été dans l’hémisphère sud de la Terre !
Cependant, comme nous l’avons déjà écrit l’année dernière, six mois est une estimation approximative. Regardons de plus près.
Les limites des saisons astronomiques sont les moments des équinoxes et des solstices. (Ce ne sont pas des dates aléatoires, mais points singuliers sur l'orbite terrestre, marquant les « étapes » clés du processus d'illumination de la Terre par le Soleil/) Par exemple, l'été astronomique dure à partir du moment solstice d'été, qui dans années différentes a lieu les 20, 21 ou 22 juin, jusqu'à ce que l'équinoxe d'automne survienne le 22 ou le 23 septembre. Ainsi, la durée de l'été est de 93,6 jours. L'automne dure de l'équinoxe d'automne jusqu'au solstice d'hiver, qui a lieu le 21 ou le 22 décembre. Comptons le nombre de jours sur le calendrier entre ces dates et faisons en sorte que l'automne soit plus court de 4 jours ! - sa durée est de 89,8 jours ! L'hiver est encore plus court : seulement 89 jours. Enfin, la durée du printemps est de 92,8 jours. Ici preuve visuelle le fait que la Terre se déplace selon une ellipse et est plus proche du Soleil en hiver qu'en été !
Cependant, la différence entre les distances au Soleil en été et en hiver est faible - seulement environ 5 millions de km. Aujourd'hui, cela équivaut à 147 millions 096 mille 204 kilomètres. A l'aphélie, elle dépassera les 152 millions de kilomètres. La distance varie d'environ 3%. La taille du Soleil dans notre ciel change tout autant – complètement invisible à l’œil nu !
Nous savons tous très bien que dans des moments différents Le Soleil se comporte différemment chaque année. En été, il se lève tôt, monte haut dans le ciel et se couche tard. En hiver, au contraire, le Soleil apparaît tardivement au-dessus de l'horizon et, après avoir fait un mouvement bas et raccourci dans le ciel, se couche tôt. En été, les journées sont longues et les nuits courtes ; En hiver, les journées sont courtes et les nuits longues. Au printemps et en automne, la durée du jour et de la nuit diffère peu. Comment expliquer tout cela ? Après tout, nous savons que le changement de jour et de nuit, c’est-à-dire le lever et le coucher du Soleil, se produit parce que la Terre tourne autour de son axe. Pourquoi ne tourne-t-il pas de la même manière toute l’année ? Ou peut-être que la durée du jour et de la nuit dépend d’une autre raison ?
Pour le savoir, examinons de plus près comment le Soleil se comporte à différentes périodes de l’année et quel lien existe entre le comportement du Soleil et les changements météorologiques.
En été comme en hiver, le Soleil se lève dans la partie est de l'horizon, se couche dans la partie ouest et, à midi, il est au sud, le plus haut au-dessus de l'horizon. Mais en été, le Soleil se lève entre l'est et le nord, c'est-à-dire au nord-est, et se couche entre l'ouest et le nord, c'est-à-dire au nord-ouest. Pour cette raison, sa trajectoire visible à travers le ciel est longue et il faut beaucoup de temps avant que le Soleil puisse atteindre le sud ; Pendant ce temps, le Soleil aura le temps de se lever haut. En hiver, le Soleil se lève entre l’est et le sud, c’est-à-dire au sud-est, et se couche entre l’ouest et le sud, c’est-à-dire au sud-ouest. Son trajet dans le ciel est plus court qu'en été. Le Soleil atteint le sud en un temps relativement court et n'a pas le temps d'atteindre une hauteur significative (Fig. 5).
Riz. 5. Chemin visible Soleil au-dessus de l'horizon à différents moments de l'année
Prenons Moscou, par exemple. En été à Moscou, fin juin, le Soleil reste au-dessus de l'horizon pendant environ 17 heures et demie, et en hiver, fin décembre, seulement 6 heures et demie. A midi, lorsque le Soleil est au sud, en été il est plus de 5 fois plus haut au-dessus de l'horizon qu'en hiver.
Il n'est pas difficile de comprendre que c'est précisément à cause de cette différence de comportement du Soleil en hiver et en été qu'il fait froid en hiver et chaud en été. Après tout, en été, le Soleil éclaire la surface de la Terre beaucoup plus longtemps qu'en hiver. Et les rayons du soleil non seulement éclairent la Terre, mais la réchauffent également.
Mais aussi valeur plus élevée a une différence dans la hauteur de la trajectoire du Soleil au-dessus de l'horizon. Lorsque le Soleil est bas dans le ciel, ses rayons doivent traverser une épaisse couche de lumière. enveloppe d'air, ce qui non seulement affaiblit la lumière du Soleil, mais retarde également la chaleur de ses rayons. De plus, dans ce cas, les rayons du soleil tombent sur la surface de la terre non pas directement, mais obliquement, comme s'ils glissaient le long de celle-ci. De ce fait, lorsque le soleil est bas, les rayons du soleil réchauffent très peu le sol.
C’est complètement différent lorsque le Soleil est haut au-dessus de l’horizon. Les rayons du soleil traversent alors une zone relativement couche mince l'air et tombent presque verticalement à la surface de la Terre. Grâce à cela, ils réchauffent considérablement le sol.
Riz. 6. Chemin de la lumière du soleil à basse et haute fréquence postes élevés Soleil
Regardez la fig. 6. Le côté gauche de l’image montre comment un rayon de soleil tombe sur la Terre lorsque le Soleil est bas dans le ciel. Le côté droit de l’image montre un faisceau de rayons du Soleil tombant sur la Terre lorsqu’elle est haute dans le ciel. Le même faisceau de rayons dans le premier cas (lorsque le Soleil est bas) éclaire de manière significative grande surfaceà la surface de la Terre et une couche d'air plus épaisse la traverse que dans le second cas. Cela montre clairement pourquoi soleil d'hiver Il fait à peine chaud, mais celui d'été, au contraire, se réchauffe beaucoup.
Ainsi, on voit que le froid hivernal s'explique par le fait qu'en hiver le Soleil ne reste pas longtemps au-dessus de l'horizon et que ses rayons ne réchauffent presque pas la surface de la Terre. En été, au contraire, le Soleil reste longtemps au-dessus de l’horizon et ses rayons réchauffent considérablement la Terre. C'est pourquoi il fait chaud en été.
Le soleil est source principale chaleur et la seule étoile notre système solaire qui, tel un aimant, attire toutes les planètes, satellites, astéroïdes, comètes et autres « habitants » de l’espace.
La distance entre le Soleil et la Terre est de plus de 149 millions de kilomètres. C'est cette distance de notre planète au Soleil qui est communément appelée unité astronomique.
Malgré sa distance importante, cette étoile a un impact énorme sur notre planète. Selon la position du Soleil sur Terre, le jour cède la place à la nuit, l'été vient remplacer l'hiver, et orages magnétiques et les choses les plus étonnantes se forment aurores. Et surtout, sans la participation du Soleil, le processus de photosynthèse, principale source d'oxygène, ne serait pas possible sur Terre.
Position du Soleil à différentes périodes de l'année
Notre planète se déplace autour d’une source céleste de lumière et de chaleur sur une orbite fermée. Ce chemin peut être schématiquement représenté comme une ellipse allongée. Le Soleil lui-même n’est pas situé au centre de l’ellipse, mais plutôt sur le côté.
La Terre s'approche et s'éloigne alternativement du Soleil, complétant une orbite complète en 365 jours. Notre planète est la plus proche du soleil en janvier. A l’heure actuelle, la distance est réduite à 147 millions de km. Le point de l’orbite terrestre le plus proche du Soleil est appelé « périhélie ».
Plus la Terre est proche du Soleil, plus le pôle Sud est illuminé et l'été commence dans les pays de l'hémisphère sud.
À l'approche de juillet, notre planète s'éloigne le plus possible de étoile principale Système solaire. Durant cette période, la distance est de plus de 152 millions de km. Le point de l’orbite terrestre le plus éloigné du Soleil est appelé aphélie. Plus le globe est éloigné du Soleil, plus plus de lumière et la chaleur est reçue par les pays de l'hémisphère nord. Puis l'été arrive ici et, par exemple, en Australie et dans la Young America, l'hiver règne.
Comment le Soleil illumine la Terre à différents moments de l'année
Illumination de la Terre par le Soleil en des moments différents Les années dépendent directement de la distance de notre planète à une période de temps donnée et de quel « côté » la Terre est tournée vers le Soleil à ce moment-là.
Le facteur le plus important influençant le changement des saisons est l’axe de la Terre. Notre planète, tournant autour du Soleil, parvient en même temps à tourner autour de son propre axe imaginaire. Cet axe est situé à un angle de 23,5 degrés par rapport corps céleste et s'avère toujours être dirigé vers l'étoile polaire. Demi-tour complet l'axe de la Terre prend 24 heures. Rotation axiale assure également le changement de jour et de nuit.
À propos, si cet écart n'existait pas, les saisons ne se remplaceraient pas, mais resteraient constantes. C'est-à-dire que quelque part régnerait un été constant, dans d'autres régions il y aurait un printemps constant, un tiers de la terre serait toujours arrosé par les pluies d'automne.
L'équateur terrestre est toujours sous les rayons directs du Soleil. Les rayons du soleil tombant verticalement apportent plus de lumière et de chaleur, ils ne sont pas dispersés dans l'atmosphère. Par conséquent, les habitants des pays situés sur l’équateur ne connaissent jamais le froid.
Poteaux globe se retrouvent alternativement dans les rayons du Soleil. Ainsi, aux pôles, le jour dure la moitié de l’année et la nuit la moitié de l’année. Lorsque le pôle Nord est illuminé, le printemps commence dans l'hémisphère nord, laissant place à l'été.
Au cours des six mois suivants, la situation change. Le pôle Sud se trouve face au Soleil. Désormais, l'été commence dans l'hémisphère sud et l'hiver règne dans les pays de l'hémisphère nord.
Deux fois par an, notre planète se trouve dans une position où les rayons du soleil illuminent également sa surface du Grand Nord jusqu'au pôle Sud. Ces jours sont appelés équinoxes. Le printemps est célébré le 21 mars, l'automne le 23 septembre.
Deux autres jours de l'année sont appelés solstice. À ce moment-là, le Soleil est soit le plus haut possible au-dessus de l'horizon, soit le plus bas possible.
Dans l'hémisphère nord, le 21 ou le 22 décembre marque la nuit la plus longue de l'année : le solstice d'hiver. Et le 20 ou 21 juin, au contraire, le jour est le plus long et la nuit est la plus courte - c'est le jour du solstice d'été. Dans l’hémisphère sud, c’est le contraire qui se produit. Il y a de longues journées en décembre et de longues nuits en juin.
