لماذا لدينا فصول

الأرض أقرب إلى الشمس في أوائل يناير، تماما في منتصف الشتاء الشمالي. لذلك المسافة لا يمكن أن تكون ما يجعل الصيف ساخناً. السبب الحقيقي هو ميل حوالي 23 درجة، وهذا يغير كل شيء.

الفصول تأتي من ميل، وليس من بعد.

انظر

خمن أولاً: في أي شهر تكون الأرض أقرب إلى الشمس؟

في أوائل يناير، في منتصف الشتاء الشمالي. لذلك المسافة لا يمكن أن تكون ما يجعل الصيف.

الكثير من الناس يعتقدون أن الصيف يحدث عندما تكون الأرض أقرب إلى الشمس. وهذا غير صحيح. الأرض أقرب إلى الشمس في بداية January، وهو الشتاء في أوروبا وأمريكا الشمالية ومعظم آسيا.

السبب الحقيقي هو أن الأرض مائلة ويميل محور دورانه بحوالي 23.4 درجة. ويظل المحور يشير إلى نفس الاتجاه في الفضاء (إلى النجم الشمالي) طوال السنة. إذن:

• في يونيو، يميل النصف الشمالي من الأرض نحو الشمس. الأيام طويلة، الشمس ترتفع عاليا، والشمال لديه الصيف. الجنوب لديه الشتاء.
• في كانون اﻷول/ ديسمبر, إنه العكس تماماً
• في مارس وسبتمبر، لا يميل أي من النصفين نحو الشمس. النهار والليل متساويان تقريباً في كل مكان. هذه هي الإتزان.

جرب مستكشف الفصول أعلاه. حرك التاريخ وخط العرض وشاهد شيئين يتغيران: كيف ترتفع الشمس في منتصف النهار، وكم من ساعات ضوء النهار هناك.

فهمت

وهناك أثران يجعلان الصيف دافئاً:

1. ارتفاع الشمس. وعندما تكون الشمس مرتفعة، يصطدم ضوئها بالأرض بشكل مباشر أكثر ويحصل كل متر مربع على قدر أكبر من الطاقة. وعندما تكون منخفضة، ينتشر نفس الحزمة على مساحة أكبر.
2. طول النهار وزيادة ساعات ضوء الشمس تعني مزيدا من الوقت للتدفئة وقلة الليل للتبريد.

يطلق على موقع الشمس شمالاً أو جنوباً من خط الاستواء الانحدار. فهو يتأرجح بين +23.44° (انقلاب يونيو) و -23.44° (انقلاب ديسمبر) ويقطع 0° عند نقاط التعادل.

في منتصف النهار، ارتفاع الشمس فوق الأفق هو:

ارتفاع منتصف النهار = 90 درجة - خط العرض - الانحدار

بالنسبة إلى لندن (51.5 درجة شمالا) في حزيران/يونيه: 90 - |51.5 - 23.44| = 61.9 درجة. في ديسمبر: 90 - |51.5 + 23.44| = 15.1 درجة. وهذا فرق هائل في مدى قوة ضوء الشمس في تسخين الأرض.

بالقرب من القطبين يحدث شيء غريب في شمال الدائرة القطبية الشمالية (66.56 درجة شمالا) يوجد يوم واحد على الأقل كل عام لا تغيب فيه الشمس أبدا، ويوم واحد لا تشرق فيه أبدا.

الماجستير

يأتي طول النهار من زاوية الساعة H₀ من غروب الشمس، حيث يلتقي مركز الشمس مع أفق مسطح:

cos H₀ = −tan φ · tan δ، ضوء النهار = 2H₀/15 ساعة

مع خط العرض φ واﻻنحراف δ، H₀ بالدرجات. إذا كان −tan φ · tan δ ≤ −1 فإن الشمس لا تغيب أبداً؛ وإذا كانت ≥ 1 فلا تشرق أبداً. عند خط الاستواء (φ = 0) تعطي الصيغة ساعات 12 في كل يوم من أيام السنة.

هذا هو اليوم الهندسي ضوء النهار الحقيقي أطول ببضعة دقائق لأن الغلاف الجوي ينحني الضوء فوق الأفق (الانكسار، حوالي 0.57 درجة) ولأن شروق الشمس يحدده الحافة العليا للشمس، وليس مركزها (حوالي 0.27 درجة). الجداول الرسمية لشرق الشمس تستخدم -0.833 درجة بدلا من 0 درجة.

يأتي الانحراف نفسه من خط الطول الشمسي λ و ميل الأرض ε: sin δ = sin ε · sin λ. هذه الأداة تستخدم بيانات الولايات المتحدة الصيغة التقريبية للمرصد البحري لـ λ، دقيقة إلى حوالي 0.01 درجة في هذا القرن.

أثر المسافة حقيقي ولكنه صغير. بين نقطة الحضيض (147.1 مليون كيلومتر) ونقطة البعد (152.1 مليون كيلومتر) يتغير ضوء الشمس الذي يصل إلى الأرض بنسبة (152.1/147.1)² ≈ 1.069، أي حوالي 7%. ويؤدي الميل إلى تغيير ضوء الشمس في منتصف النهار لكل متر مربع في لندن بمعامل يساوي 61.9 درجة / يساوي 15.1 درجة ≈ 3.4، وطول النهار بمعامل يزيد على اثنين.