Zašto imamo godišnja doba

Zemlja je najbliža Suncu početkom siječnja, točno usred sjeverne zime. Dakle, udaljenost ne može biti ono što čini ljeto vruće. Pravi razlog je nagib od oko 23 stupnja, a to mijenja sve.

Godišnja doba dolaze od nagiba, a ne od udaljenosti.

Gledaj.

Pogodite prvo: u kojem je mjesecu Zemlja najbliža Suncu?

Početkom siječnja, usred sjeverne zime. Dakle, udaljenost ne može biti ono što čini ljeto.

Mnogi ljudi misle da se ljeto događa kada je Zemlja bliže Suncu. Nije istina. Zemlja je najbliža Suncu u ranim jutarnjim satima. Siječanj, koja je zima u Europi, Sjevernoj Americi i većini Azije.

Pravi razlog je taj što je Zemlja nagibana. Nagib osi vrtnje iznosi 23,4 stupnja. Os je tijekom cijele godine u svemiru usmjerena u istome smjeru (prema Sjevernjaci). Dakle:

• U LipanjSjeverna polutka Zemlje je nagnuta prema Suncu. Dani su dugi, Sunce se diže visoko, a na sjeveru je ljeto. Na jugu je zima.
• U prosincu je obrnuto.
• U Ožujak i Rujan, niti polovica se naginje prema Suncu. Dan i noć su posvuda otprilike jednaki. To su ravnodnevice.

Isprobajte Seasons Explorer iznad. Pomaknite datum i zemljopisnu širinu i pogledajte kako se mijenjaju dvije stvari: koliko je Sunce visoko u podne i koliko sati dnevnog svjetla ima.

Razumijem.

Dva učinka čine ljeto toplim:

1. Visočina Sunca. Kada je Sunce visoko, njegova svjetlost izravnije udari tlo i svaki četvorni metar dobiva više energije. Kada je nizak, isti snop se širi na većem području.
2. Dužina dana. Više sati sunčeve svjetlosti znači više vremena za zagrijavanje i manje noći za hlađenje.

Sunčev položaj sjeverno ili južno od ekvatora naziva se njegov meridijan. deklinacija. Nalazi se između +23,44° (lipanjski solsticij) i −23,44° (prosinčani solsticij), a prelazi 0° na ekvinociji.

U podne, visina Sunca iznad horizonta je:

noon height = 90° − |latitude − declination|

Za London (51,5° sjeverno) u lipnju: 90 − |51.5 − 23.44| = 61.9°. U prosincu: 90 − |51.5 + 23.44| = 15.1°. To je ogromna razlika u tome koliko snažno sunčeva svjetlost zagrijava tlo.

U blizini polova nešto čudnije se događa. Sjeverno od Arktičkog kruga (66,56° sjeverno) postoji barem jedan dan svake godine kada Sunce nikada ne zalazi i jedan dan kada nikad ne izlazi.

Gospodaru.

Duljina dana dolazi od satnog kuta H₀ zalaska sunca, gdje se središte Sunca susreće s ravnim horizontom:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   dnevno svjetlo = 2H₀ / 15 sati

s zemljopisnom širinom φ i deklinacijom δ, H₀ u stupnjevima. Ako je −tan φ · tan δ ≤ −1, Sunce nikada ne zalazi; ako je ≥ 1, nikad ne izlazi. Na ekvatoru (φ = 0) formula daje 12 sati na svaki dan u godini.

Ovo je geometrijski dan. Stvarno dnevno svjetlo je duže za nekoliko minuta jer atmosfera savija svjetlost preko horizonta (refrakcija, oko 0.57°) i zato što se izlazak Sunca definira po gornjem rubu Sunca, a ne njegovom središtu (oko 0.27°). Službeni izlazak sunca koristi −0,833° umjesto 0°.

Deklinacija se izračunava iz Sunčeve ekliptičke dužine λ i Zemljinog nagiba ε: sin δ = sin ε · sin λ. Alat koristi američku Približna formula Mornaričkog opservatorija za λ, točna na oko 0.01° ovog stoljeća.

Učinak udaljenosti je stvarni, ali mali. Između perihela (147,1 milijuna km) i afelija (152,1 milijuna km) Sunčeva svjetlost koja dopire do Zemlje mijenja se za (152,1/147,1)² ≈ 1,069, oko 7%. Nagib mijenja podne sunčeve svjetlosti po kvadratnom metru u Londonu za faktor sin 61,9 ° / sin 15,1 ° ≈ 3,4, a duljina dana za faktor više od dva.