Dlaczego mamy pory roku

Ziemia jest najbliżej Słońca na początku stycznia, w samym środku północnej zimy. Więc odległość nie może być tym, co sprawia, że lato jest gorące. Prawdziwym powodem jest przechylenie około 23 stopni, a to zmienia wszystko.

Pory roku pochodzą z nachylenia, a nie z odległości.

Spójrz.

Zgadnij najpierw: w którym miesiącu Ziemia jest najbliżej Słońca?

Na początku stycznia, w środku północnej zimy. Więc odległość nie może być tym, co sprawia, że lato.

Wiele osób uważa, że lato przychodzi wtedy, gdy Ziemia jest bliżej Słońca. To nieprawda. Ziemia jest najbliżej Słońca we wczesnym okresie Styczeń, czyli zima w Europie, Ameryce Północnej i większości Azji.

Prawdziwym powodem jest to, że Ziemia jest nachylona. Jego oś obrotu nachylona jest o około 23,4 stopnia. Oś wskazuje w tym samym kierunku w przestrzeni (w stronę Gwiazdy Północnej) przez cały rok. Więc:

• In Czerwiec, północna połowa Ziemi jest nachylona w kierunku Słońca. Dni są długie, słońce wschodzi wysoko, a na północy jest lato. Na południu jest zima.
• W grudniu jest odwrotnie.
• W marcu i wrześniu żadna z połówek nie jest pochylona w kierunku Słońca. Dzień i noc są wszędzie mniej więcej równe. Są to: Równodni.

Wypróbuj Seasons Explorer powyżej. Przesuń datę i szerokość geograficzną i zobacz, jak zmieniają się dwie rzeczy: jak wysoko Słońce wznosi się w południe i ile godzin światła dziennego jest.

Rozumiem.

Dwa efekty sprawiają, że lato jest ciepłe:

1. Wysokość słońca. Kiedy Słońce jest wysoko, jego światło dociera bardziej bezpośrednio do ziemi i każdy metr kwadratowy otrzymuje więcej energii. Gdy jest niski, ta sama wiązka rozprowadzana jest na większym obszarze.
2. Długość dnia. Więcej godzin światła słonecznego oznacza więcej czasu na ogrzanie i mniej nocy na ochłodzenie.

Położenie Słońca na północ lub południe od równika nazywa się jego deklinacją. Kołysze się między +23,44° (przesilenie czerwcowe) a −23,44° (przesilenie grudniowe) i przekracza 0° w czasie równonocy.

W południe wysokość Słońca nad horyzontem wynosi:

Wysokość południowa = 90° − |szerokość geograficzna − deklinacja|

Dla Londynu (51,5° N) w czerwcu: 90 − |51,5 − 23,44| = 61,9°. W grudniu: 90 − |51,5 + 23,44| = 15,1°. To ogromna różnica w tym, jak silnie promieniowanie słoneczne ogrzewa ziemię.

W pobliżu biegunów dzieje się coś dziwnego. Na północ od koła podbiegunowego (66,56° N) jest co najmniej jeden dzień w roku, kiedy słońce nigdy nie zachodzi i jeden, kiedy nigdy nie wschodzi.

Master

Długość dnia pochodzi od kąta godzinowego H₀ zachodu słońca, gdzie środek Słońca styka się z płaskim horyzontem:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   światło dzienne = 2H₀ / 15 godzin

z szerokością geograficzną φ i deklinacją δ, H₀ w stopniach. Jeśli −tan φ · tan δ ≤ −1, Słońce nigdy nie zachodzi; jeśli jest ≥ 1, nigdy nie wschodzi. Na równiku (φ = 0) formuła daje 12 godzin na każdy dzień w roku.

To jest geometryczny dzień. Rzeczywiste światło dzienne jest dłuższe o kilka minut, ponieważ atmosfera wygina światło nad horyzontem (załamanie około 0,57°) i ponieważ wschód Słońca jest zdefiniowany przez górną krawędź Słońca, a nie jego centrum (około 0,27°). Oficjalne tabele wschodu słońca używają −0,833° zamiast 0°.

Decyzja sama w sobie pochodzi z długości ekliptycznej Słońca λ i nachylenia Ziemi ε: sin δ = sin ε · sin λ. Narzędzie wykorzystuje amerykański system. Przybliżony wzór dla λ, dokładny do około 0,01° w tym stuleciu.

Efekt odległości jest prawdziwy, ale niewielki. Między peryhelium (147,1 mln km) a aphelium (152,1 mln km) światło słoneczne docierające do Ziemi zmienia się o (152,1/147,1)² ≈ 1,069, około 7%. Nachylenie zmienia południowe światło słoneczne na metr kwadratowy w Londynie o współczynnik sin 61,9° / sin 15,1° ≈ 3,4, a długość dnia o współczynnik większy niż dwa.