Miksi meillä on vuodenajat

Maan ja Auringon välinen etäisyys on suurin tammikuun alussa, kun pohjoinen talvi alkaa. Etäisyys ei siis voi olla se, mikä tekee kesästä kuuman. Todellinen syy on noin 23 asteen kaltevuus, ja se muuttaa kaiken.

Vuodenajat tulevat kallistumisesta, eivät etäisyydestä.

Katso.

Arvaa ensin: missä kuussa Maa on lähimpänä Aurinkoa?

Tammikuun alussa, keskellä pohjoista talvea. Etäisyys ei siis voi olla se, mikä tekee kesästä.

Monet ihmiset ajattelevat, että kesä tapahtuu silloin, kun Maa on lähempänä Aurinkoa. Se ei ole totta. Maan kiertorata on Aurinkoa lähinnä kesäkuun alussa. Tammikuu, joka on talvi Euroopassa, Pohjois-Amerikassa ja suurimmassa osassa Aasiaa.

Todellinen syy on se, että Maa on kalteva. Sen pyörivä akseli kallistuu noin 23,4 astetta. Akseli pysyy samaan suuntaan avaruudessa (kohti Polar Star) koko vuoden ajan. Joten:

• Kesäkuussa maapallon pohjoinen puolikas kallistuu kohti Aurinkoa. Päivät ovat pitkiä, aurinko nousee korkealle ja pohjoisessa on kesä. Etelässä on talvi.
• • Ei. Joulukuu, se on päinvastoin.
• • Ei. Maaliskuu ja Syyskuu, kumpikaan puoli ei kallistu kohti Aurinkoa. Päivä ja yö ovat suunnilleen yhtä pitkiä kaikkialla. Nämä ovat päiväntasauksia.

Kokeile yllä olevaa Vuodenajat-hakua. Siirrä päivämäärää ja leveysastetta ja katso, miten kaksi asiaa muuttuu: kuinka korkealle aurinko nousee keskipäivällä ja kuinka monta tuntia päivänvaloa on.

Ymmärrän.

Kaksi vaikutusta tekee kesästä lämpimän:

1. Aurinkon korkeus. Kun aurinko on korkealla, sen valo osuu suoraan maahan ja jokainen neliömetri saa enemmän energiaa. Kun se on matala, sama säde leviää suuremmalle alueelle.
2. Päivän pituus. Enemmän auringonvaloa tarkoittaa enemmän aikaa lämpenemiseen ja vähemmän yötä jäähtymiseen.

Auringon sijaintia päiväntasaajan pohjois- tai eteläpuolella kutsutaan sen ekliptikaksi. deklinaatio. Se vaihtelee +23,44° (kesäkuun päivänseisaus) ja −23,44° (joulukuun päivänseisaus) välillä ja ylittää 0° päiväntasauksissa.

Keskipäivällä Auringon korkeus horisontin yläpuolella on:

keskipäivä korkeus = 90° − |leveysaste − deklinaatio|

Lontoon kohdalla (51,5° pohjoista) kesäkuussa: 90 − |51,5 − 23,44| = 61,9°. Joulukuussa: 90 − |51,5 + 23,44| = 15,1°. Se on valtava ero siinä, kuinka voimakkaasti auringonvalo lämmittää maata.

Napa-alueilla tapahtuu jotain kummallista. Napapiirin pohjoispuolella (66,56° N) on ainakin yksi päivä joka vuosi, jolloin aurinko ei koskaan laske ja yksi päivä, jolloin se ei koskaan nouse.

Mestari.

Päivänvalon pituus saadaan auringonlaskun tuntikulmasta H₀, jossa Auringon keskus kohtaa horisontin:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   päivävalo = 2H₀ / 15 tuntia

Leveysaste φ ja deklinaatio δ, H₀ asteina. Jos −tan φ · tan δ ≤ −1, Aurinko ei koskaan laske; jos se on ≥ 1, se ei koskaan nouse. Päiväntasaajan kohdalla (φ = 0) kaava antaa jokaiselle vuoden päivälle 12 tuntia.

Tämä on geometrinen päivä. Todellinen päivänvalo on useita minuutteja pidempi, koska ilmakehä taivuttaa valoa horisontin yli (taitto, noin 0,57°) ja koska auringonnousu määritellään Auringon yläreunan mukaan eikä sen keskuksen mukaan (noin 0,27°). Viralliset auringonnousutaulukot käyttävät −0,833° 0°:n sijaan.

Deklinaatio itsessään on seurausta Auringon ekliptiikan pituuspiiristä λ ja Maan kaltevuudesta ε: sin δ = sin ε · sin λ. Työkalu käyttää Yhdysvaltain. Naval Observatorion likimääräinen kaava λ:lle, tarkka noin 0,01° tällä vuosisadalla.

Etäisyysvaikutus on todellinen, mutta pieni. Perihelion (147,1 miljoonaa km) ja aphelion (152,1 miljoonaa km) välillä Maahan tuleva auringonvalo muuttuu (152,1/147,1)² ≈ 1,069, noin 7 %. Kaltevuus muuttaa keskipäivän auringonvaloa neliömetriä kohti Lontoossa kertoimella sin 61,9° / sin 15,1° ≈ 3,4 ja päivän pituutta yli kaksinkertaisesti.