Proč máme roční období

Země je nejblíže Slunci na začátku ledna, přímo uprostřed severní zimy. Takže vzdálenost nemůže být tím, co dělá léto horké. Skutečným důvodem je náklon asi 23 stupňů, a to mění všechno.

Roční období přicházejí z náklonu, ne ze vzdálenosti.

Podívejte se.

Hádejte nejprve: ve kterém měsíci je Země nejblíže ke Slunci?

Začátkem ledna, uprostřed severní zimy. Takže vzdálenost nemůže být tím, co dělá léto.

Mnoho lidí si myslí, že léto nastává, když je Země blíže ke Slunci. Není to pravda. Země je nejblíže ke Slunci v raném období Leden, což je zima v Evropě, Severní Americe a většině Asie.

Skutečným důvodem je, že Země je nakloněna. Její rotační osa se naklání o 23,4 stupňů. Osa ukazuje v prostoru stále stejným směrem (směrem k Polárce) po celý rok. Takže:

• V červnu se severní polokoule Země naklání směrem ke Slunci. Dny jsou dlouhé, slunce stoupá vysoko a na severu je léto. Na jihu je zima.
• V prosinci je to naopak.
• V březnu a září se ani jedna polovina nenaklání ke Slunci. Den a noc jsou všude zhruba stejné. To jsou rovnodennosti.

Vyzkoušejte Průzkumník ročních období výše. Přesuňte datum a zeměpisnou šířku a sledujte, jak se mění dvě věci: jak vysoko je slunce v poledne a kolik hodin denního světla je.

Pochopte to.

Dva účinky dělají léto teplé:

1. Výška slunce. Když je Slunce vysoko, jeho světlo dopadá příměji na zem a každý čtvereční metr získává více energie. Když je nízká, stejný paprsek se rozprostírá na větší ploše.
2. Délka dne. Více hodin slunečního svitu znamená více času na zahřátí a méně noci na ochlazení.

Poloha Slunce severně nebo jižně od rovníku se nazývá jeho deklinace. Kolísá mezi +23,44° (červnový slunovrat) a −23,44° (prosincový slunovrat) a při rovnodennostech překračuje 0°.

V poledne je výška Slunce nad obzorem:

polední výška = 90° − |zeměpisná šířka − deklinace|

Pro Londýn (51,5° severní šířky) v červnu: 90 − |51,5 − 23,44| = 61,9°. V prosinci: 90 − |51,5 + 23,44| = 15,1°. To je obrovský rozdíl v tom, jak silně sluneční světlo ohřívá zemi.

V blízkosti pólů se děje něco podivnějšího. Severně od polárního kruhu (66,56° severní šířky) je každý rok alespoň jeden den, kdy slunce nikdy nezapadá a jeden den, kdy nikdy nevychází.

Mistr

The length of daylight comes from the hour angle H₀ of sunset, where the Sun’s centre meets a flat horizon:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   denní světlo = 2H₀ / 15 hodin

se zeměpisnou šířkou φ a deklinací δ, H₀ ve stupních. Pokud −tan φ · tan δ ≤ −1, Slunce nikdy nezapadá; pokud je ≥ 1, nikdy nevychází. Na rovníku (φ = 0) vzorec dává 12 hodin na každý den v roce.

Tohle je ten geometrický den. Skutečné denní světlo je o několik minut delší, protože atmosféra ohýbá světlo nad horizontem (lom, asi 0,57°) a protože východ slunce je definován horním okrajem Slunce, nikoli jeho středem (asi 0,27°). Oficiální tabulky východu slunce používají −0,833° místo 0°.

Deklinace samotná pochází ze sluneční ekliptické délky λ a zeměpisné sklonu ε: sin δ = sin ε · sin λ. Nástroj používá americký. Přibližný vzorec pro λ, přesnost 0,01° v tomto století.

Efekt vzdálenosti je skutečný, ale malý. Mezi perihéliem (147,1 milionu km) a afelem (152,1 milionu km) se sluneční světlo dopadající na Zemi mění o (152,1/147,1)² ≈ 1,069, tedy asi o 7 %. Náklon mění polední sluneční světlo na metr čtvereční v Londýně o faktor sin 61,9° / sin 15,1° ≈ 3,4 a délku dne o faktor více než dva.