Pourquoi nous avons des saisons

La Terre est la plus proche du Soleil au début de janvier, en plein milieu de l’hiver nordique. Donc la distance ne peut pas être ce qui rend l’été chaud. La vraie raison est une inclinaison d’environ 23 degrés, et cela change tout.

Les saisons viennent d’une inclinaison, pas de la distance.

Regardez.

Devinez d'abord: en quel mois la Terre est-elle la plus proche du Soleil?

Début janvier, au milieu de l’hiver nordique. Donc la distance ne peut pas être ce qui fait l’été.

Beaucoup de gens pensent que l’été arrive quand la Terre est plus proche du Soleil. Ce n’est pas vrai. La Terre est la plus proche du Soleil au début Janvier, qui est l’hiver en Europe, en Amérique du Nord et la plupart de l’Asie.

La vraie raison est que la Terre est inclinée. Son axe de rotation est incliné d’environ 23,4 degrés. L’axe continue de pointer dans la même direction dans l’espace (vers l’étoile du Nord) toute l’année. Donc:

• En juin, la moitié nord de la Terre penche vers le Soleil. Les jours sont longs, le soleil monte haut et l’été est au nord. Le sud a l’hiver.
• En décembre, c’est l’inverse.
• En mars et en septembre, aucune des deux moitiés ne penche vers le Soleil. Le jour et la nuit sont presque égaux partout. Ce sont les équinoxes.

Essayez l’Explorateur des saisons ci-dessus. Déplacez la date et la latitude et regardez deux choses changer: à quelle hauteur le soleil se trouve à midi, et combien d’heures de lumière du jour il y a.

Comprendre

Deux effets rendent l’été chaud:

1. Hauteur du soleil. Lorsque le soleil est haut, sa lumière touche le sol plus directement et chaque mètre carré reçoit plus d’énergie. Lorsqu’il est bas, le même faisceau est réparti sur une plus grande surface.
2. Longueur du jour. Plus d’heures de soleil signifie plus de temps pour se réchauffer et moins de nuit pour se rafraîchir.

La position du Soleil au nord ou au sud de l’équateur est appelée son déclinaison. Il oscille entre +23,44° (solstice de juin) et −23,44° (solstice de décembre) et franchit 0° aux équinoxes.

À midi, la hauteur du soleil au-dessus de l’horizon est:

midi hauteur = 90° − |latitude − déclinaison|

Pour Londres (51,5° N) en juin: 90 − |51,5 − 23,44| = 61,9°. En décembre: 90 − |51,5 + 23,44| = 15,1°. C’est une énorme différence dans la façon dont la lumière du soleil chauffe le sol.

Près des pôles, quelque chose d’étrange se produit. Au nord du cercle polaire arctique (66,56° N), il y a au moins un jour par an où le soleil ne se couche jamais et un autre où il ne se lève jamais.

Master

La durée de la lumière du jour vient de l’angle horaire H₀ du coucher du soleil, où le centre du Soleil rencontre un horizon plat:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   lumière du jour = 2H₀ / 15 heures

avec latitude φ et déclinaison δ, H₀ en degrés. Si −tan φ · tan δ ≤ −1 le Soleil ne se couche jamais ; s’il est ≥ 1 il ne se lève jamais. A l’équateur (φ = 0) la formule donne 12 heures sur chaque jour de l’année.

C’est le jour géométrique. La lumière du jour réelle est plus longue de plusieurs minutes parce que l’atmosphère dévie la lumière au-dessus de l’horizon (réfraction, environ 0,57 °) et parce que le lever du soleil est défini par le bord supérieur du Soleil, pas son centre (environ 0,27 °). Les tableaux officiels du lever du soleil utilisent −0,833° au lieu de 0°.

La déclinaison elle-même provient de la longitude écliptique du Soleil λ et de l’obliquité terrestre ε : sin δ = sin ε · sin λ. L’outil utilise le système américain. La formule approximative de l’Observatoire naval pour λ, précise à environ 0,01° ce siècle.

L’effet de distance est réel mais faible. Entre le périhélie (147,1 millions de km) et l’aphélie (152,1 millions de km), la lumière solaire atteignant la Terre change de (152,1/147,1)² ≈ 1,069, soit environ 7 %. L’inclinaison modifie la lumière du soleil de midi par mètre carré à Londres d’un facteur de sin 61,9° / sin 15,1° ≈ 3,4, et la durée du jour d’un facteur supérieur à deux.