Sezoninė temperatūra – temperatūra vasarą ir žiemą – priklauso nuo gaunamos šilumos kiekio skirtingi regionaižemė nuo saulės. Kad ploto temperatūra būtų pastovi, turi būti pusiausvyra tarp šilumos kiekio, kurį ji gauna, ir temperatūros, kurią ji išskiria į erdvę. Jei jie gauna daugiau šilumos nei išskiria, tada pasidaro šilčiau. Jei atvirkščiai – šalčiau. Kodėl gaunamas energijos kiekis Ši vieta nuo Saulės, keičiasi ištisus metus.
Dvi teorijos apie šaltą žiemą ir šiltą vasarą
Temperatūrų skirtumams skirtingais metų laikais paaiškinti naudojamos dvi populiarios teorijos.
Vienas iš jų įžvelgia priežastį, kad žiemą šalta, o vasarą šilta, nes skiriasi atstumai nuo Žemės iki Saulės, kai ji juda elipsės formos orbita. Žemė yra nutolusi nuo Saulės (147,1 milijono kilometrų mažiausiu atstumu - perihelyje ir 152,1 milijono kilometrų didžiausiu atstumu - prie afelio).
Kita teorija metų laikų Žemėje priežastimi laiko tai, kad Žemės ašis yra pasvirusi jos orbitos plokštumos atžvilgiu.
Toliau nuo Saulės – nešalčiau
Jei pirmoji teorija būtų visiškai teisinga, tai abiejuose žemės pusrutuliuose – šiauriniame ir pietiniame – metų laikai būtų vienodi. Tačiau apskritai to nepaisoma.
Be to, Žemė pasiekia perihelį – minimalų atstumą nuo Saulės kaip tik tada, kai šiauriniame pusrutulyje žiema – sausio pradžioje, kai šalta, o didžiausią atstumą – afelį – vasarą, liepos mėnesį, kai šilta. !
Žiemos ir vasaros priežastis – Žemės sukimosi ašies pasvirimas
Antroji teorija sezonų kaitos – iš žiemos į vasarą ir atgal – priežastį įžvelgia tame, kad Žemės sukimosi ašis ekliptikos – Žemės orbitos aplink Saulę plokštumos – atžvilgiu yra pasvirusi 23,5 laipsnio. Ši ašis visada eina per Žemės šiaurės ir pietų dangaus ašigalius. Šiaurės ašigalis nukreipta maždaug į Šiaurinė žvaigždė.
1 paveikslas – šiaurinis Žemės pusrutulis žiemą
(spustelėkite norėdami padidinti - visos nuotraukos)
2 pav. – Šiaurės Žemės pusrutulis vasarą
Kai šiaurinis Žemės pusrutulis nukrypsta nuo Saulės, Saulės spinduliai tarsi „pralenkia“ į šiaurinį pusrutulį. Ir į Pietinis pusrutulis spinduliai krenta beveik priešais. Tada šiauriniame pusrutulyje prasideda žiema, o pietų pusrutulyje, atvirkščiai, vasara.
Vasara ir žiema – skirtingi kritimo kampai
Kai šiaurinis Žemės pusrutulis yra pakrypęs link Saulės, tada, priešingai, Saulės spinduliai patenka į šiaurinį pusrutulį „prieš galva“, o į pietinį pusrutulį „atsitiktinai“. Tada šiauriniame pusrutulyje prasideda vasara, o pietiniame pusrutulyje, atvirkščiai, žiema.
Vasarą saulės spinduliai nukristi ant žemės paviršiaus beveik statmenai ir taip sutelkti energiją. Ši koncentruota energija gali įkaitinti paviršių greičiau nei žiemos laikas kai saulės spinduliai atsitrenkia į žemės paviršių didesniu ganymo kampu. Todėl žiemą vėsiau nei vasarą. Ta pati energija užklumpa skirtingos sritys žemės paviršiaus: vasarą mažiau, žiemą daugiau (3 ir 4 pav.). Kitaip tariant: vasarą į žemės paviršių patenkančios saulės energijos tankis yra didesnis nei žiemą.
3 pav. Mažas saulės energijos tankis žiemą
4 paveikslas – Didelio tankio saulės energija vasarą
Be to, vasarą Saulė ilgiau būna virš horizonto ir todėl turi daugiau laiko sušildyti viską aplinkui. aukštos temperatūros nei žiemą (5 ir 6 pav.).
5 pav. saulės šviesa Dėl šiaurinis pusrutulisžiemą
6 pav. Saulės šviesa šiauriniame pusrutulyje vasarą
Žiema ir vasara kitose planetose
Daugumos kitų planetų sukimosi ašys saulės sistema taip pat yra pasvirę savo orbitos plokštumų atžvilgiu. Todėl jie taip pat turi sezoniniai pokyčiai jo temperatūra.
Merkurijus, Jupiteris ir Venera turi labai mažą ašinį posvyrį – ne daugiau kaip 3 laipsnius. Šioms planetoms, priešingai nei Žemėje, daug didesnį vaidmenį sezoniniuose temperatūros pokyčiuose gali atlikti jų atstumo nuo Saulės pokyčiai. Tačiau turi tik Merkurijus didelis skirtumas tarp perihelio ir afelio – didžiausias ir mažiausias atstumas iki Saulės. Dėl itin skystos gyvsidabrio atmosferos paviršiaus neįmanoma kaupti saulės energijos. Jupiterio ir Veneros orbitos yra beveik apskritos, o jų atmosfera labai tanki. Todėl sezoniniai jų temperatūrų pokyčiai yra beveik nuliniai.
Žiema ir vasara Marse
Marso, taip pat Saturno ir Neptūno sukimosi ašių posvyriai yra panašūs į Žemės. Tačiau Saturnas ir Neptūnas neturi nulinių temperatūros pokyčių dėl jų labai tankios atmosferos ir beveik apskritų orbitų.
Marse yra labai dideli sezoniniai temperatūros pokyčiai, nes jo atmosfera yra labai „skysta“ ir orbita yra labai ekscentriška. Pietinis pusrutulis yra arčiausiai Saulės vasarą ir toliausiai nutolęs žiemą. Dėl tų pačių priežasčių šiauriniame Marso pusrutulyje sezoniniai svyravimai yra švelnesni nei jo pietiniame pusrutulyje. Kadangi planetos lėčiausiai juda savo orbitoje, kai yra toliausiai nuo Saulės, pietų pusrutulyje būna trumpos, karštos vasaros ir ilgos, šaltos žiemos.
Urano sezonai
Urano sezonai įdomiausi tuo, kad jis sukasi aplink Saulę, galima sakyti, į savo pusę – Urano ašis į savo orbitos plokštumą pasvirusi 98 laipsniais. Pusę „Urano“ metų vienas iš jo pusrutulių nuolat yra po žeme saulės šviesa, o kitas pusrutulis visada yra šešėlyje. Kitą metų pusę šie pusrutuliai keičiasi vietomis. Tiršta atmosfera Uranas platina saulės energija iš vieno pusrutulio į kitą yra labai efektyvus, todėl sezoniniai temperatūros pokyčiai ten beveik nematomi.
Amžina žiema Plutone
Plutono ašis taip pat pasvirusi dideliu kampu – 122,5 laipsnių, jo orbita pati elipsiškiausia iš visų planetų. Be to, jame labai silpna atmosfera. Plutonas visada yra taip toli nuo Saulės, kad yra nuolat „užšalęs“ - maždaug minus 220 laipsnių temperatūroje. Jau ten, kur tikrai šalta - ir vasarą, ir žiemą.
Išmokyti XVII amžiaus vyrai turėjo būti labai nustebę ir patirti daug nepasitenkinimo, kai perskaitė Johanneso Keplerio knygą „Naujoji astronomija“. Žinoma, vokiečių matematikas ragino ne mažiau kaip atsisakyti žiedinių orbitų, kuriomis juda planetos, ir pakeisti jas elipsėmis! Astronomai dar nebuvo iki galo suvokę Koperniko revoliucinių idėjų, kurios Saulę pastatė į pasaulio centrą ir taip sumažino Žemę iki paprastos planetos statuso, kai antrasis smūgis buvo suduotas dviejų tūkstančių metų senumo. Ptolemėjo pasaulio sistema.
Elipsės! Tai beveik šventvagystė! Apskritimas yra tobula figūra, o kaip kitaip kūnai gali judėti dangiškasis pasaulis, jei ne žiedinėmis orbitomis! Tačiau Keplerio teorija planetų judėjimą paaiškino geriau nei bet kuri teorija, kuri naudojo žiedines orbitas. Juo remiantis buvo galima padaryti daugiau tikslios prognozės, kur danguje ta ar kita planeta bus po metų, dešimties, šimto metų. Teorija pasiteisino!
Žemė, kaip ir kitos planetos, taip pat juda aplink Saulę ne apskrita, o elipsine, pailga orbita. Tai reiškia, kad mūsų planeta praleidžia vieną savo kelionės dalį artėja prie Saulės o kita dalis - ištrintas. Taškas, kuriame Žemė yra arčiausiai žvaigždės, vadinamas perihelio , o toliausiai nuo Saulės esantis orbitos taškas vadinamas afelis . Dėl to Saulės dydis mūsų danguje turėtų pasikeisti.
Saulės dydžio skirtumas, kai Žemė yra perihelyje ir afelyje. Nuotrauka: Raffaele Esposito
Kadangi Žemė juda elipsė, jos judėjimas netolygiai. Dėl to, kad gravitacijos jėga mažėja didėjant atstumui tarp gravituojančių kūnų, netoli afelio Žemė turėtų judėti lėčiau nei perihelyje. Žinoma, tai atsispindi Saulės judėjime dangumi: šviesulys juda žvaigždžių fone, kartais greičiau, kartais lėčiau (tai reiškia ne kasdienį Saulės judėjimą iš rytų į vakarus, o antr. , metinis judėjimas žvaigždynų fone!). Jie turi turėti skirtingą trukmę ir sezonus, nes sezoną, kai Žemė yra arčiau Saulės, mūsų planeta „praleidžia“ greičiau nei kiti.
Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, yra akivaizdžios trijų Keplerio dėsnių pasekmės, tačiau įprastas gyvenimas jie dažniausiai praeina pro mūsų dėmesį. Ir tai nenuostabu - Žemės orbita yra beveik apskritimas, jos pailgėjimas mažas. Neatlikus specialių stebėjimų, beveik neįmanoma pastebėti Žemės judėjimo išilgai elipsės padarinių.
Ši ilga pratarmė buvo padaryta siekiant pasakyti pagrindinį dalyką: šiandien, 2015 m. sausio 4 d., Žemė yra Saulės perihelyje – savo orbitos taške, esančiame arčiausiai žvaigždės. Tiksli dataįvykiai – sausio 4 d., 06:36 val. visuotiniu laiku, arba 09:36 Maskvos laiku.
Būtent šiandien Saulė yra arčiau Žemės nei bet kurią kitą metų dieną, o tai reiškia, kad šiandien Žemė gaus iš Saulės didžiausias skaičiusšviesos ir šilumos 2015 metais!
Kai Žemė yra arčiausiai Saulės, šiauriniame pusrutulyje yra žiema. Ši nuostabi saulės aureolės nuotrauka buvo daryta 2015 m. sausio 2 d. Aliaskoje. © Tracey Mendenhall Porreca
Keista? Visai ne! Prisiminkime, kad metų laikai keičiasi ne todėl, kad Žemė yra arčiau ar toliau nuo Saulės, o todėl, kad mūsų planetos sukimosi ašis yra pasvirusi į plokštumą žemės orbita. Dėl to pusę metų Saulė daugiausia apšviečia šiaurinį Žemės pusrutulį, o kitą pusę metų – pietinį. Todėl pietiniame Žemės pusrutulyje dabar tikra vasara!
Tačiau, kaip rašėme pernai, šeši mėnesiai yra apytikslis įvertinimas. Pažiūrėkime atidžiau.
Astronominių metų laikų ribos yra lygiadienių ir saulėgrįžų akimirkos. (Tai nėra atsitiktinės datos, bet vienetiniai taškaiŽemės orbitoje, žymintys pagrindinius Saulės Žemės apšvietimo proceso „etapus“/) Pavyzdžiui, astronominė vasara trunka nuo to momento vasaros saulėgrįža, kuriame skirtingi metaiįvyksta birželio 20, 21 arba 22 d., kol rudens lygiadienis įvyks rugsėjo 22 ar 23 d. Taigi vasaros trukmė – 93,6 dienos. Ruduo trunka nuo rudens lygiadienio iki žiemos saulėgrįžos, kuri būna gruodžio 21 arba 22 d. Suskaičiuokime dienų skaičių kalendoriuje tarp šių datų ir pasirūpinkime, kad ruduo būtų 4 dienomis trumpesnis! - jo trukmė 89,8 dienos! Žiema dar trumpesnė – tik 89 dienos. Galiausiai pavasario trukmė – 92,8 dienos. Čia vizualinis įrodymas faktas, kad Žemė juda elipsėje ir žiemą yra arčiau Saulės nei vasarą!
Tačiau atstumų iki Saulės skirtumas vasarą ir žiemą nedidelis – tik apie 5 mln. Šiandien jis lygus 147 milijonams 096 tūkstančiams 204 kilometrų. Afelyje jis viršys 152 milijonus kilometrų. Atstumas skiriasi maždaug 3%. Saulės dydis mūsų danguje kinta lygiai taip pat – visiškai nematomas plika akimi!
Visi puikiai žinome, kad in skirtingi laikai Saulė kiekvienais metais elgiasi skirtingai. Vasarą jis keliasi anksti, kyla aukštai į dangų ir leidžiasi vėlai. Žiemą, atvirkščiai, Saulė virš horizonto pasirodo vėlai ir, padariusi žemą ir trumpesnis kelias per dangų, leidžiasi anksti. Vasarą dienos ilgos, o naktys trumpos; Žiemą dienos trumpos, o naktys ilgos. Pavasarį ir rudenį dienos ir nakties trukmė mažai skiriasi. Kaip visa tai galima paaiškinti? Juk žinome, kad dienos ir nakties kaita, tai yra Saulės kilimas ir nusileidimas, vyksta todėl, kad Žemė sukasi aplink savo ašį. Kodėl jis nesisuka vienodai ištisus metus? O gal dienos ir nakties trukmė priklauso nuo kokios nors kitos priežasties?
Norėdami tai išsiaiškinti, atidžiau pažvelkime į tai, kaip Saulė elgiasi skirtingais metų laikais ir koks ryšys yra tarp Saulės elgsenos ir orų pokyčių.
Ir vasarą, ir žiemą Saulė teka rytinėje horizonto dalyje, leidžiasi vakarinėje dalyje, o vidurdienį yra pietuose aukščiausiai virš horizonto. Tačiau vasarą Saulė teka tarp rytų ir šiaurės, tai yra, šiaurės rytuose, ir leidžiasi tarp vakarų ir šiaurės, tai yra, šiaurės vakaruose. Dėl šios priežasties jos matomas kelias per dangų yra ilgas ir turi praeiti daug laiko, kol Saulė pasieks pietus; Per šį laiką Saulė turės laiko pakilti aukštai. Žiemą Saulė teka tarp rytų ir pietų, tai yra, pietryčiuose, ir leidžiasi tarp vakarų ir pietų, tai yra, pietvakariuose. Jo kelias per dangų trumpesnis nei vasarą. Pietus Saulė pasiekia per gana trumpą laiką ir nespėja pakilti į reikšmingą aukštį (5 pav.).
Ryžiai. 5. Matomas kelias Saulė virš horizonto skirtingais metų laikais
Paimkime, pavyzdžiui, Maskvą. Vasarą Maskvoje, birželio pabaigoje, Saulė virš horizonto būna maždaug 17 su puse valandos, o žiemą, gruodžio pabaigoje – tik 6 su puse valandos. Vidurdienį, kai Saulė yra pietuose, vasarą ji yra daugiau nei 5 kartus aukščiau horizonto nei žiemą.
Nesunku suprasti, kad būtent dėl tokio Saulės elgsenos skirtumo žiemą ir vasarą žiemą šalta, o vasarą šilta. Juk vasarą Saulė Žemės paviršių apšviečia daug ilgiau nei žiemą. O saulės spinduliai Žemei ne tik suteikia šviesos, bet ir ją šildo.
Bet taip pat didesnę vertę turi Saulės kelio aukščio skirtumą virš horizonto. Kai Saulė yra žemai danguje, jos spinduliai turi praeiti per storą sluoksnį oro apvalkalas, kuri ne tik susilpnina Saulės šviesą, bet ir atitolina jos spindulių šilumą. Be to, tokiu atveju saulės spinduliai į žemės paviršių krenta ne tiesiogiai, o įstrižai, tarsi slysdami juo. Dėl viso to, kai saulė yra žemai, saulės spinduliai labai mažai sušildo dirvą.
Visai kitaip, kai Saulė yra aukštai virš horizonto. Tada saulės spinduliai praeina per santykinai plonas sluoksnis oro ir nukristi į žemės paviršių beveik vertikaliai. Dėl to jie labai sušildo dirvą.
Ryžiai. 6. Saulės šviesos kelias žemai ir aukštai aukštas pareigas Saulė
Pažvelkite į pav. 6. Kairėje paveikslėlio pusėje pavaizduota, kaip saulės spindulys krenta į Žemę, kai Saulė yra žemai danguje. Dešinėje paveikslo pusėje pavaizduotas Saulės spindulių spindulys, krentantis į Žemę, kai ji yra aukštai danguje. Tas pats spindulių pluoštas pirmuoju atveju (kai Saulė žemai) apšviečia ženkliai didelis plotasžemės paviršiuje ir praeina storesnis oro sluoksnis nei antruoju atveju. Tai leidžia suprasti, kodėl Žiemos saulė Vos šildo, o vasarinė, atvirkščiai, labai šildo.
Taigi matome, kad žiemos šaltis paaiškinamas tuo, kad žiemą Saulė neilgai būna virš horizonto ir jos spinduliai beveik nešildo Žemės paviršiaus. Vasarą, atvirkščiai, Saulė ilgą laiką būna virš horizonto, o jos spinduliai labai šildo Žemę. Štai kodėl vasarą būna šilta.
Saulė yra Pagrindinis šaltinisšilumos ir vienintelė žvaigždė mūsų saulės sistema, kuri tarsi magnetas traukia visas planetas, palydovus, asteroidus, kometas ir kitus kosmoso „gyventojus“.
Atstumas nuo Saulės iki Žemės yra daugiau nei 149 milijonai kilometrų. Būtent toks mūsų planetos atstumas nuo Saulės paprastai vadinamas astronominiu vienetu.
Nepaisant didelio atstumo, ši žvaigždė daro didžiulę įtaką mūsų planetai. Priklausomai nuo Saulės padėties Žemėje, diena užleidžia vietą nakčiai, vasara ateina pakeisti žiemą ir magnetinės audros ir formuojasi patys nuostabiausi dalykai auroras. O svarbiausia, kad be Saulės dalyvavimo Žemėje nebūtų įmanomas fotosintezės – pagrindinio deguonies šaltinio – procesas.
Saulės padėtis skirtingais metų laikais
Mūsų planeta uždara orbita juda aplink dangaus šviesos ir šilumos šaltinį. Šį kelią galima schematiškai pavaizduoti kaip pailgą elipsę. Pati Saulė yra ne elipsės centre, o šiek tiek į šoną.
Žemė pakaitomis artėja prie Saulės ir tolsta nuo Saulės, visą orbitą užbaigdama per 365 dienas. Mūsų planeta sausio mėnesį yra arčiausiai saulės. Šiuo metu atstumas sumažintas iki 147 milijonų km. Arčiausiai Saulės esantis Žemės orbitos taškas vadinamas „periheliu“.
Kuo Žemė arčiau Saulės, tuo labiau apšviestas Pietų ašigalis, o pietinio pusrutulio šalyse prasideda vasara.
Arčiau liepos mūsų planeta nutolsta kuo toliau nuo pagrindinė žvaigždė Saulės sistema. Per šį laikotarpį atstumas yra daugiau nei 152 milijonai km. Žemės orbitos taškas, esantis toliausiai nuo Saulės, vadinamas afeliu. Kuo toliau Žemės rutulys yra nuo Saulės, tuo daugiau šviesos o šilumą priima šiaurinio pusrutulio šalys. Tada čia ateina vasara, o, pavyzdžiui, Australijoje ir Jaunojoje Amerikoje karaliauja žiema.
Kaip Saulė apšviečia Žemę skirtingais metų laikais
Žemės apšvietimas saulės spinduliais skirtingas laikas metai tiesiogiai priklauso nuo mūsų planetos atstumo tam tikru laikotarpiu ir į kurią „pusę“ Žemė tuo momentu pasukta link Saulės.
Svarbiausias veiksnys, turintis įtakos metų laikų kaitai, yra žemės ašis. Mūsų planeta, besisukanti aplink Saulę, sugeba tuo pačiu metu suktis aplink savo įsivaizduojamą ašį. Ši ašis yra 23,5 laipsnių kampu dangaus kūnas ir visada pasirodo nukreiptas į Šiaurinę žvaigždę. Pilnas apsisukimas žemės ašis trunka 24 valandas. Ašinis sukimasis taip pat užtikrina dienos ir nakties kaitą.
Beje, jei šio nuokrypio nebūtų, tai metų laikai vienas kito nekeistų, o išliktų pastovūs. Tai yra, kai kur viešpatautų nuolatinė vasara, kitur būtų nuolatinis pavasaris, trečdalį žemės amžinai laistytų rudens liūtys.
Žemės pusiaujas visada yra po tiesioginiais saulės spinduliais. Vertikaliai krintantys saulės spinduliai atneša daugiau šviesos ir šilumos, jie nėra išsibarstę atmosferoje. Todėl šalių, esančių ant pusiaujo, gyventojai niekada nežino šalčio.
Polių gaublys pakaitomis atsiduria Saulės spinduliuose. Todėl ašigaliuose diena trunka pusę metų, o naktis – pusę metų. Kai apšviečiamas Šiaurės ašigalis, šiauriniame pusrutulyje prasideda pavasaris, užleisdamas vietą vasarai.
Per ateinančius šešis mėnesius vaizdas pasikeičia. Pietų ašigalis, pasirodo, yra atsuktas į Saulę. Dabar pietiniame pusrutulyje prasideda vasara, o šiaurinio pusrutulio šalyse karaliauja žiema.
Du kartus per metus mūsų planeta atsiduria tokioje padėtyje, kur saulės spinduliai vienodai apšviečia jos paviršių nuo Tolimosios Šiaurės iki Pietų ašigalis. Šios dienos vadinamos lygiadieniais. Pavasaris švenčiamas kovo 21 d., ruduo – rugsėjo 23 d.
Dar dvi metų dienos vadinamos saulėgrįža. Šiuo metu Saulė yra kuo aukščiau virš horizonto arba kuo žemiau.
Šiauriniame pusrutulyje gruodžio 21 arba 22 diena yra ilgiausia metų naktis – žiemos saulėgrįža. O birželio 20 ar 21 d., atvirkščiai, diena ilgiausia, o naktis trumpiausia – tai vasaros saulėgrįžos diena. Pietiniame pusrutulyje atsitinka priešingai. Gruodį būna ilgos dienos, o birželį – ilgos naktys.
