Sezonska temperatura - temperatura poleti in pozimi - je odvisna od količine prejete toplote različne regije zemljo od sonca. Da bi bila temperatura območja konstantna, mora obstajati ravnovesje med količino toplote, ki jo prejme, in temperaturo, ki jo oddaja v prostor. Če prejmejo več toplote, kot je oddajo, postane topleje. Če je obratno, je hladneje. Zakaj je količina prejete energije tem območju od Sonca, spreminja skozi vse leto.
Dve teoriji mrzle zime in toplega poletja
Za razlago temperaturnih razlik v različnih letnih časih se uporabljata dve priljubljeni teoriji.
Eden od njih vidi razlog v tem, da je pozimi hladno, poleti pa toplo zaradi razlik v razdaljah od Zemlje do Sonca, ko se giblje po eliptični tirnici. Zemlja se nahaja na oddaljenosti od Sonca (147,1 milijona kilometrov na najmanjši razdalji - v periheliju in 152,1 milijona kilometrov na največji oddaljenosti - v afelu).
Druga teorija meni, da je razlog za letne čase na Zemlji ta, da je Zemljina os nagnjena glede na ravnino njene orbite.
Dlje od sonca - nič hladneje
Če bi bila prva teorija povsem resnična, bi imeli obe zemeljski polobli – severna in južna – enake letne čase. Vendar se na splošno tega ne opazi.
Poleg tega Zemlja doseže perihelij - najmanjšo oddaljenost od Sonca ravno takrat, ko je na severni polobli zima - v začetku januarja, ko je hladno, največjo oddaljenost - afel pa poleti, julija, ko je toplo. !
Razlog za zimo in poletje je nagnjenost rotacijske osi Zemlje
Druga teorija vidi razlog za menjavo letnih časov – iz zime v poletje in nazaj – v tem, da je rotacijska os Zemlje nagnjena za 23,5 stopinje glede na ekliptiko – ravnino kroženja Zemlje okoli Sonca. Ta os vedno poteka skozi Zemljin severni in južni nebesni pol. Severni pol usmerjen približno v Severnica.
Slika 1 – Severna polobla Zemlje pozimi
(kliknite za povečavo - vse slike)
Slika 2 – Severna polobla Zemlje poleti
Ko je severna polobla Zemlje nagnjena stran od Sonca, sončni žarki zadenejo severno poloblo kot »mimogrede«. In v Južna poloblažarki padajo skoraj čelno. Nato se zima začne na severni polobli, poletje pa, nasprotno, na južni polobli.
Poletje in zima - različni vpadni koti
Ko je severna polobla Zemlje nagnjena proti Soncu, potem sončni žarki, nasprotno, padejo na severno poloblo "na glavo", na južno poloblo pa "mimogrede". Nato se na severni polobli začne poletje, na južni pa se, nasprotno, začne zima.
Poleti sončni žarki padajo na zemeljsko površje skoraj pravokotno in s tem koncentrirajo energijo. Ta koncentrirana energija lahko segreje površino hitreje kot zimski čas ko sončni žarki padajo na zemeljsko površje pod bolj pašnim kotom. Zato je pozimi hladneje kot poleti. Ista energija udari različna področja zemeljsko površje: poleti manj, pozimi več (sliki 3 in 4). Z drugimi besedami: poleti je gostota sončne energije, ki udari na zemeljsko površje, večja kot pozimi.
Slika 3 – Nizka gostota sončne energije pozimi
Slika 4 – Visoka gostota sončna energija poleti
Poleg tega se Sonce poleti dlje zadržuje nad obzorjem in ima zato več časa, da vse ogreje. visoka temperatura kot pozimi (sliki 5 in 6).
Slika 5 – sončna svetloba Za Severna polobla v zimskem času
Slika 6 – Sončna svetloba za severno poloblo poleti
Zima in poletje na drugih planetih
Rotacijske osi večine drugih planetov solarni sistem so tudi nagnjene glede na svoje orbitalne ravnine. Zato imajo tudi sezonske spremembe njegova temperatura.
Merkur, Jupiter in Venera imajo zelo majhen osni nagib - ne več kot 3 stopinje. Za te planete lahko veliko večjo vlogo pri sezonskih temperaturnih spremembah igrajo - v nasprotju z Zemljo - spremembe v njihovi oddaljenosti od Sonca. Vendar ima le Merkur velika razlika med perihelijem in afelijem – največja in najmanjša razdalja do Sonca. Merkurjeva izjemno tekoča atmosfera onemogoča shranjevanje sončne energije na površini. Orbiti Jupitra in Venere sta skoraj krožni, njuni atmosferi pa sta zelo gosti. Zato so sezonske spremembe njihovih temperatur skoraj nič.
Zima in poletje na Marsu
Mars, pa tudi Saturn in Neptun, imajo naklone svojih rotacijskih osi podobne kot na Zemlji. Vendar imata Saturn in Neptun zaradi zelo goste atmosfere in skoraj krožnih orbit nič temperaturnih sprememb.
Mars ima zelo velike sezonske temperaturne spremembe, ker ima zelo "tekočo" atmosfero in zelo ekscentrično orbito. Južna polobla je najbližje Soncu poleti in najbolj oddaljena pozimi. Iz istih razlogov ima severna polobla Marsa blažje sezonske spremembe kot njegova južna polobla. Ker se planeti gibljejo najpočasneje po svojih orbitah, ko so najbolj oddaljeni od Sonca, so na južni polobli kratka, vroča poletja in dolge, mrzle zime.
Uranovi letni časi
Uranovi letni časi so najbolj zanimivi, ker se okoli Sonca vrti tako rekoč na boku – Uranova os je nagnjena na ravnino njegove orbite za 98 stopinj. Polovico "uranskega" leta je ena od njegovih polobel nenehno pod sončna svetloba, druga polobla pa je vedno v senci. V drugi polovici leta te poloble zamenjajo mesta. Gosta atmosfera Uran razdeljuje sončna energija iz ene hemisfere v drugo je zelo učinkovit, tako da so sezonske temperaturne spremembe tam skoraj nevidne.
Večna zima na Plutonu
Tudi Plutonova os je nagnjena pod velikim kotom - 122,5 stopinj, njegova orbita je najbolj eliptična od vseh planetov. Poleg tega ima zelo šibko atmosfero. Pluton je vedno tako daleč od Sonca, da je nenehno "zamrznjen" - pri temperaturi približno minus 220 stopinj. Tukaj je že res mrzlo - tako poleti kot pozimi.
Učeni možje 17. stoletja so bili gotovo zelo presenečeni in doživeli veliko nezadovoljstva, ko so prebrali knjigo Johannesa Keplerja »Nova astronomija«. Seveda je nemški matematik zahteval nič manj kot opustitev krožnih orbit, po katerih se gibljejo planeti, in njihovo zamenjavo z elipsami! Astronomi še niso povsem dojeli Kopernikove revolucionarne zamisli, ki je postavil Sonce v središče sveta in s tem Zemljo znižal na navaden planet, ko je dvatisočletnemu planetu zadan drugi udarec. sistem Ptolemajevega sveta.
Elipse! To je skoraj svetoskrunstvo! Krog je popolna figura in kako drugače se lahko gibljejo telesa nebeški svet, če ne v krožnih orbitah! Toda Keplerjeva teorija je bolje pojasnila gibanje planetov kot katera koli teorija, ki je uporabljala krožne orbite. Na njegovi podlagi je bilo mogoče narediti več natančne napovedi, kje na nebu bo ta ali oni planet čez leto, deset, sto let. Teorija je delovala!
Zemlja, tako kot drugi planeti, tudi okoli Sonca se ne giblje po krožni, temveč po eliptični, podolgovati orbiti. To pomeni, da naš planet en del svojega potovanja preživi približuje Soncu, in drugi del - izbrisano. Točka, kjer je Zemlja najbližje zvezdi, se imenuje perihelij , od Sonca najbolj oddaljena točka orbite pa se imenuje afelij . Posledično bi se morala spremeniti velikost Sonca na našem nebu.
Razlika v velikosti Sonca, ko je Zemlja v periheliju in v afelu. fotografija: Raffaele Esposito
Ker se Zemlja giblje po elipsi, njeno gibanje neenakomerno. Zaradi dejstva, da sila težnosti upada z večanjem razdalje med gravitacijskimi telesi, bi se morala Zemlja gibati blizu afela počasnejši kot v periheliju. Seveda se to odraža v gibanju Sonca po nebu: svetilka se premika proti ozadju zvezd, včasih hitreje, včasih počasneje (to ne pomeni dnevnega gibanja Sonca od vzhoda proti zahodu, ampak drugo , letno gibanje na ozadju ozvezdij!). Imeti morajo različno trajanje in letne čase, saj tisto sezono, v kateri je Zemlja bližje Soncu, naš planet »preskoči« hitreje kot druge.
Vse našteto so očitne posledice Keplerjevih treh zakonov, vendar v običajno življenje ponavadi gredo mimo naše pozornosti. In to ni presenetljivo - zemeljska orbita je skoraj krog, njen raztezek je majhen. Brez posebnih opazovanj je skoraj nemogoče opaziti učinke gibanja Zemlje vzdolž elipse.
Ta dolg predgovor je bil narejen zato, da bi povedal glavno stvar: danes, 4. januarja 2015, je Zemlja v periheliju za Sonce - na točki svoje orbite, ki je najbližja zvezdi. Točen datum dogodki - 4. januarja ob 06:36 po univerzalnem času ali ob 09:36 po moskovskem času.
Danes je Sonce bližje Zemlji kot katerikoli drug dan v letu, kar pomeni, da bo danes Zemlja prejela od Sonca največje število svetlobe in topline v letu 2015!
Ko je Zemlja najbližje Soncu, je na severni polobli zima. Ta izjemna fotografija sončnega hala je bila posneta 2. januarja 2015 na Aljaski. © Tracey Mendenhall Porreca
Čudno? Sploh ne! Spomnimo se, da se letni časi ne spreminjajo zato, ker je Zemlja bližje ali dlje od Sonca, temveč zato, ker je os vrtenja našega planeta nagnjena na ravnino. zemeljska orbita. Zaradi tega Sonce polovico leta osvetljuje predvsem severno poloblo Zemlje, drugo polovico leta pa južno. Zato je zdaj na južni polobli Zemlje pravo poletje!
Je pa, kot smo pisali lani, približno šest mesecev. Pa poglejmo pobliže.
Meje astronomskih letnih časov so trenutki enakonočij in solsticij. (To niso naključni datumi, ampak singularne točke v Zemljini orbiti, ki označuje ključne "faze" procesa osvetlitve Zemlje s Soncem/) Na primer, astronomsko poletje traja od trenutka poletni solsticij, ki v različna leta nastopi 20., 21. ali 22. junija, do jesenskega enakonočja 22. ali 23. septembra. Tako traja poletje 93,6 dni. Jesen traja od jesenskega enakonočja do zimskega solsticija, ki nastopi 21. ali 22. decembra. Preštejmo dni na koledarju med temi datumi in poskrbimo, da bo jesen krajša za 4 dni! - njegovo trajanje je 89,8 dni! Zima je še krajša - le 89 dni. Končno trajanje pomladi je 92,8 dni. Tukaj vizualni dokaz dejstvo, da se Zemlja giblje po elipsi in je pozimi bližje Soncu kot poleti!
Vendar pa je razlika v razdaljah do Sonca poleti in pozimi majhna - le približno 5 milijonov km. Danes je enaka 147 milijonom 096 tisoč 204 kilometrom. V afelu bo presegla 152 milijonov kilometrov. Razdalja se spreminja za približno 3 %. Enako se spreminja velikost Sonca na našem nebu – prostemu očesu povsem nevidno!
Vsi dobro vemo, da v drugačni časi Sonce se vsako leto obnaša drugače. Poleti zgodaj vzide, gre visoko v nebo in pozno zaide. Nasprotno, pozimi se Sonce nad obzorjem pojavi pozno in, ko je naredilo nizko in bližnjicačez nebo, zahaja zgodaj. Poleti so dnevi dolgi in noči kratke; Pozimi so dnevi kratki in noči dolge. Spomladi in jeseni se dan in noč malo razlikujeta po trajanju. Kako je vse to mogoče razložiti? Navsezadnje vemo, da do menjave dneva in noči, torej do vzhoda in zahoda Sonca, prihaja zaradi vrtenja Zemlje okoli svoje osi. Zakaj se ne vrti enako vse leto? Ali pa je morda dolžina dneva in noči odvisna od kakšnega drugega razloga?
Da bi to ugotovili, si poglejmo pobliže, kako se Sonce obnaša v različnih letnih časih in kakšna je povezava med obnašanjem Sonca in vremenskimi spremembami.
Tako poleti kot pozimi Sonce vzhaja na vzhodnem delu obzorja, zahaja na zahodnem delu, opoldne pa je na jugu najvišje nad obzorjem. Toda poleti Sonce vzhaja med vzhodom in severom, to je na severovzhodu, in zahaja med zahodom in severom, to je na severozahodu. Zaradi tega je njegova vidna pot po nebu dolga in mora preteči precej časa, preden lahko Sonce doseže jug; V tem času bo Sonce imelo čas, da se dvigne visoko. Sonce pozimi vzhaja med vzhodom in jugom, torej na jugovzhodu, zahaja pa med zahodom in jugom, torej na jugozahodu. Njegova pot po nebu je krajša kot poleti. Sonce doseže jug v razmeroma kratkem času in nima časa, da bi se dvignilo na pomembno višino (slika 5).
riž. 5. Vidna pot Sonce nad obzorjem v različnih letnih časih
Vzemimo za primer Moskvo. Poleti v Moskvi, konec junija, je Sonce nad obzorjem približno 17 ur in pol, pozimi, konec decembra, pa le 6 ur in pol. Opoldne, ko je Sonce na jugu, je poleti več kot 5-krat višje nad obzorjem kot pozimi.
Ni težko razumeti, da je prav zaradi te razlike v obnašanju Sonca pozimi in poleti pozimi mrzlo, poleti pa toplo. Navsezadnje poleti Sonce osvetljuje površino Zemlje veliko dlje kot pozimi. In sončni žarki ne le osvetljujejo Zemljo, ampak jo tudi ogrevajo.
Ampak tudi višja vrednost ima razliko v višini Sončeve poti nad obzorjem. Ko je Sonce nizko na nebu, morajo njegovi žarki preiti skozi debelo plast zračni ovoj, ki ne le oslabi svetlobo Sonca, ampak tudi zadržuje toploto njegovih žarkov. Poleg tega v tem primeru sončni žarki ne padejo na zemeljsko površino neposredno, ampak poševno, kot da drsijo po njej. Zaradi vsega tega, ko je sonce nizko, sončni žarki zelo malo segrejejo zemljo.
Povsem drugače je, ko je Sonce visoko nad obzorjem. Tedaj sončni žarki prehajajo skozi relativno tanek sloj zraku in padejo na zemeljsko površje skoraj navpično. Zahvaljujoč temu močno segrejejo tla.
riž. 6. Pot sončne svetlobe pri nizki in visoki visoke položaje sonce
Poglej sl. 6. Na levi strani slike je prikazano, kako sončni žarek pade na Zemljo, ko je Sonce nizko na nebu. Na desni strani slike je prikazan snop sončnih žarkov, ki padajo na Zemljo, ko je ta visoko na nebu. Isti snop žarkov v prvem primeru (ko je Sonce nizko) močno osvetli velika površina na zemeljski površini in skozenj prehaja debelejša plast zraka kot v drugem primeru. Tako je jasno, zakaj Zimsko sonce Komaj se segreje, poleti pa se, nasprotno, zelo segreje.
Tako vidimo, da je zimski mraz razložen z dejstvom, da Sonce pozimi ni dolgo nad obzorjem in njegovi žarki skoraj ne segrejejo površine Zemlje. Poleti, nasprotno, Sonce dolgo ostane nad obzorjem, njegovi žarki pa Zemljo močno segrejejo. Zato je poleti toplo.
Sonce je glavni vir toplota in edina zvezda našega sončnega sistema, ki kot magnet privlači vse planete, satelite, asteroide, komete in ostale “prebivalce” vesolja.
Razdalja od Sonca do Zemlje je več kot 149 milijonov kilometrov. Prav to oddaljenost našega planeta od Sonca običajno imenujemo astronomska enota.
Kljub veliki oddaljenosti ima ta zvezda velik vpliv na naš planet. Odvisno od položaja Sonca na Zemlji se dan umakne noči, poletje zamenja zimo in magnetne nevihte in nastanejo najbolj neverjetne stvari polarni sij. In kar je najpomembneje, brez sodelovanja Sonca proces fotosinteze, glavnega vira kisika, na Zemlji ne bi bil mogoč.
Položaj sonca v različnih obdobjih leta
Naš planet se giblje okoli nebesnega vira svetlobe in toplote v zaprti orbiti. To pot lahko shematično predstavimo kot podolgovato elipso. Samo Sonce se ne nahaja v središču elipse, ampak nekoliko ob strani.
Zemlja se izmenično približuje in oddaljuje od Sonca ter opravi popolno orbito v 365 dneh. Naš planet je januarja najbližje soncu. V tem času se razdalja zmanjša na 147 milijonov km. Točka v Zemljini orbiti, ki je najbližje Soncu, se imenuje "perihelij".
Bližje ko je Zemlja Soncu, bolj je južni pol osvetljen, v državah južne poloble pa se začne poletje.
Bližje juliju se naš planet čim bolj oddalji od glavna zvezda Solarni sistem. V tem obdobju je razdalja več kot 152 milijonov km. Točka zemeljske orbite, ki je najbolj oddaljena od Sonca, se imenuje afel. Dlje kot je globus od Sonca, tem več svetlobe toploto pa sprejemajo države severne poloble. Potem pride tukaj poletje in na primer v Avstraliji in Mladi Ameriki vlada zima.
Kako sonce osvetljuje Zemljo v različnih letnih časih
Osvetlitev Zemlje s Soncem v drugačen čas leto je neposredno odvisno od oddaljenosti našega planeta v določenem časovnem obdobju in na katero »stran« je Zemlja v tistem trenutku obrnjena proti Soncu.
Najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na menjavo letnih časov, je zemeljska os. Naš planet, ki se vrti okoli Sonca, se hkrati vrti okoli lastne namišljene osi. Ta os se nahaja pod kotom 23,5 stopinj do nebeško telo in se vedno izkaže, da je usmerjen proti Severnici. Popoln obrat zemeljska os traja 24 ur. Aksialno vrtenje zagotavlja tudi menjavo dneva in noči.
Mimogrede, če tega odstopanja ne bi bilo, se letni časi ne bi zamenjali, ampak bi ostali nespremenjeni. Se pravi, nekje bi vladalo stalno poletje, drugje bi bila stalna pomlad, tretjina zemlje bi bila za vedno napojena z jesenskim deževjem.
Zemljin ekvator je vedno pod neposrednimi sončnimi žarki. Sončni žarki, ki padajo navpično, prinašajo več svetlobe in toplote, ne razpršijo se v ozračju. Zato prebivalci držav, ki se nahajajo na ekvatorju, nikoli ne poznajo mraza.
Poljaki globus izmenično znajdejo v sončnih žarkih. Zato na polih dan traja pol leta, noč pa pol leta. Ko je severni pol osvetljen, se na severni polobli začne pomlad in se umakne poletju.
V naslednjih šestih mesecih se slika spremeni. Izkazalo se je, da je Južni pol obrnjen proti Soncu. Zdaj se na južni polobli začenja poletje, v državah severne poloble pa vlada zima.
Dvakrat letno se naš planet znajde v položaju, ko sončni žarki enakomerno osvetljujejo njegovo površino od skrajnega severa do Južni pol. Ti dnevi se imenujejo dnevi enakonočja. Pomlad praznujemo 21. marca, jesen 23. septembra.
Še dva dneva v letu se imenujeta solsticij. V tem času je Sonce bodisi čim višje nad obzorjem bodisi čim nižje.
Na severni polobli je 21. ali 22. december najdaljša noč v letu – zimski solsticij. In 20. ali 21. junija, nasprotno, dan je najdaljši in noč najkrajša - to je dan poletnega solsticija. Na južni polobli se dogaja ravno nasprotno. V decembru so dolgi dnevi in v juniju dolge noči.
