Mengapa kita punya musim

Bumi paling dekat dengan Matahari pada awal Januari, tepat di tengah musim dingin utara. Jadi jarak tidak bisa menjadi apa yang membuat musim panas panas. Alasan sebenarnya adalah kemiringan sekitar 23 derajat, dan itu mengubah segalanya.

Musim datang dari kemiringan, bukan dari jarak.

Lihat

Tebak pertama: di bulan apa Bumi terdekat dengan Matahari?

Di awal Januari, di tengah musim dingin utara. Jadi jarak tidak bisa menjadi apa yang membuat musim panas.

Banyak orang berpikir musim panas terjadi ketika Bumi lebih dekat dengan Matahari. Itu tidak benar. Bumi paling dekat dengan Matahari pada awal Januari, yang merupakan musim dingin di Eropa, Amerika Utara dan sebagian besar Asia.

Alasan sebenarnya adalah bahwa Bumi miring. Sumbu spinnya miring sekitar 23,4 derajat. Sumbu tetap menunjukkan arah yang sama di ruang angkasa (ke Bintang Utara) sepanjang tahun. Jadi:

• Pada Juni, separuh utara Bumi miring ke arah Matahari. Hari-hari panjang, matahari naik tinggi, dan utara memiliki musim panas. Di selatan ada musim dingin.
• Pada Desember, hal ini sebaliknya.
• Pada bulan Maret dan September, tidak ada setengah yang miring ke arah Matahari. Hari dan malam hampir sama di mana-mana. Ini adalah ekinoks.

Cobalah Seasons Explorer di atas. Pindah tanggal dan garis lintang dan lihat dua hal berubah: seberapa tinggi matahari pada tengah hari, dan berapa banyak jam cahaya siang ada.

Mengerti

Dua efek membuat musim panas hangat:

1. Ketinggian Matahari. Ketika Matahari berada di ketinggian, cahayanya lebih langsung menembus tanah dan setiap meter persegi mendapatkan lebih banyak energi. Ketika rendah, sinar yang sama tersebar di area yang lebih besar.
2. Panjang hari. Lebih banyak jam cahaya matahari berarti lebih banyak waktu untuk memanaskan dan kurang malam untuk mendinginkan.

Posisi Matahari di utara atau selatan khatulistiwa disebut deklinasinya. Ia bergoyang antara +23.44° (solstice Juni) dan −23.44° (solstice Desember) dan menyeberangi 0° pada ekuinoks.

Pada tengah hari, ketinggian Matahari di atas cakrawala adalah:

Ketinggian tengah hari = 90° − |garis lintang − deklinasi|

Untuk London (51.5° N) pada bulan Juni: 90 − |51.5 − 23.44| = 61.9°. Pada bulan Desember: 90 − |51.5 + 23.44| = 15.1°. Itu adalah perbedaan besar dalam seberapa kuat sinar matahari memanaskan tanah.

Di dekat kutub terjadi sesuatu yang aneh. Di utara Lingkaran Arktik (66.56° N) ada setidaknya satu hari setiap tahun ketika Matahari tidak pernah terbenam, dan satu saat ketika ia tidak pernah terbit.

Master

Panjang cahaya siang datang dari sudut jam H₀ dari matahari terbenam, di mana pusat Matahari bertemu cakrawala datar:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   cahaya siang hari = 2H₀ / 15 jam

dengan garis lintang φ dan deklinasi δ, H₀ dalam derajat. Jika −tan φ · tan δ ≤ −1 Matahari tidak pernah terbenam; jika ≥ 1 maka tidak pernah terbit. Di khatulistiwa (φ = 0) rumus ini memberikan 12 jam pada setiap hari dalam setahun.

Ini adalah hari yang geometris. Cahaya siang yang sebenarnya lebih lama beberapa menit karena atmosfer membengkokkan cahaya di atas cakrawala (refraksi, sekitar 0.57°) dan karena matahari terbit didefinisikan oleh tepi atas Matahari, bukan pusatnya (sekitar 0.27°). Tabel matahari terbit resmi menggunakan −0.833° bukan 0°.

Deklinasi itu sendiri berasal dari garis bujur ekliptika Matahari λ dan kemiringan Bumi ε: sin δ = sin ε · sin λ. Alat ini menggunakan data dari A.S. Formula perkiraan Observatorium Angkatan Laut untuk λ, akurat hingga sekitar 0.01° pada abad ini.

Efek jarak nyata tapi kecil. Antara perihelion (147,1 juta km) dan aphelion (152,1 juta km) cahaya matahari yang mencapai Bumi berubah oleh (152.1/147.1)² ≈ 1.069, sekitar 7%. Tilt mengubah cahaya matahari tengah hari per meter persegi di London dengan faktor sin 61.9 ° / sin 15.1 ° ≈ 3.4, dan panjang hari dengan faktor lebih dari dua.