Prečo máme ročné obdobia

Zem je k Slnku najbližšie začiatkom januára, priamo uprostred severnej zimy. Takže vzdialenosť nemôže byť tým, čo robí leto horúce. Skutočným dôvodom je sklon asi 23 stupňov, a to mení všetko.

Ročné obdobia prichádzajú z náklonu, nie z diaľky.

Pozri.

Hádajte najprv: v ktorom mesiaci je Zem najbližšie k Slnku?

Začiatkom januára, uprostred severnej zimy. Takže vzdialenosť nemôže byť tým, čo robí leto.

Mnoho ľudí si myslí, že leto nastáva vtedy, keď je Zem bližšie k Slnku. Nie je to pravda. Zem je najbližšie k Slnku v skorých ranných hodinách. Január, čo je zima v Európe, Severnej Amerike a väčšine Ázie.

Skutočným dôvodom je, že Zem je naklonená. Jej rotačná os je naklonená o 23,4 stupňa. Os ukazuje v priestore stále rovnakým smerom (smerom k Severnej hviezde) po celý rok. Takže:

• V Jún, severná polovica Zeme sa nakloní smerom k Slnku. Dni sú dlhé, slnko stúpa vysoko a na severe je leto. Na juhu je zima.
• V decembri je to naopak.
• V marci a septembri sa ani jedna polovica nenakloní k Slnku. Deň a noc sú si všade približne rovné. Toto sú rovnodennosti.

Vyskúšajte Seasons Explorer vyššie. Presuňte dátum a zemepisnú šírku a sledujte, ako sa menia dve veci: ako vysoko je Slnko na poludnie a koľko hodín denného svetla je.

Pochopte to.

Dva účinky robia leto teplé:

1. Výška Slnka. Keď je Slnko vysoko, jeho svetlo dopadá priamejšie na zem a každý štvorcový meter dostane viac energie. Keď je nízka, ten istý lúč sa rozprestiera na väčšej ploche.
2. Dĺžka dňa. Viac hodín slnečného svetla znamená viac času na zahrievanie a menej noci na ochladenie.

Poloha Slnka severne alebo južne od rovníka sa nazýva jeho deklinácia. Je to 23,44° (júnový slnovrat) až −23,44° (decemberový slnovrat), pričom pri rovnodennostiach prekračuje 0°.

Na poludnie je výška Slnka nad obzorom:

Výška nad morom = 90° − |šírka − deklinácia|

Pre Londýn (51,5° severnej šírky) v júni: 90 − |51,5 − 23,44| = 61,9°. V decembri: 90 − |51,5 + 23,44| = 15,1°. To je obrovský rozdiel v tom, ako silno slnečné žiarenie zohrieva zem.

V blízkosti pólov sa deje niečo zvláštne. Severne od polárneho kruhu (66,56° severnej šírky) je aspoň jeden deň v roku, kedy Slnko nikdy nezapadá a jeden deň, keď nikdy nevychádza.

Majster

The length of daylight comes from the hour angle H₀ of sunset, where the Sun’s centre meets a flat horizon:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   denné svetlo = 2H₀ / 15 hodín

so zemepisnou šírkou φ a deklináciou δ, H₀ v stupňoch. Ak je −tan φ · tan δ ≤ −1, Slnko nikdy nezapadne; ak je ≥ 1, nikdy nevyjde. Na rovníku (φ = 0) vzorec vyjadruje 12 hodín na každý deň v roku.

Toto je geometrický deň. Skutočné denné svetlo je dlhšie o niekoľko minút, pretože atmosféra ohýba svetlo nad horizontom (lom svetla, asi 0,57°) a pretože východ slnka je definovaný horným okrajom Slnka, nie jeho stredom (asi 0,27°). Oficiálne tabuľky východu slnka používajú −0,833° namiesto 0°.

Deklinácia je odvodená od slnečnej zemepisnej dĺžky λ a sklonu Zeme ε: sin δ = sin ε · sin λ. Nástroj používa americký. Približný vzorec pre λ, ktorý používa Námorné observatórium, je presný na približne 0,01° v tomto storočí.

Efekt vzdialenosti je skutočný, ale malý. Medzi perihéliom (147,1 milióna km) a afelíom (152,1 milióna km) sa množstvo slnečného svetla dopadajúceho na Zem mení o (152,1/147,1)² ≈ 1,069, čo je asi 7%. Náklon mení poludňajšie slnečné svetlo na meter štvorcový v Londýne o faktor sin 61,9° / sin 15,1° ≈ 3,4 a dĺžku dňa o faktor viac ako dva.