Tại sao chúng ta có mùa

Earth is closest to the Sun in early January, right in the middle of the northern winter. Vậy khoảng cách không thể là điều làm mùa hè nóng. Lý do thực sự là độ nghiêng khoảng 23 độ, và nó thay đổi mọi thứ.

Mùa đến từ sự nghiêng, không phải từ khoảng cách.

Nhìn kìa.

Đoán trước đi: tháng nào Trái Đất gần Mặt Trời nhất?

In early January, in the middle of northern winter. Vậy khoảng cách không thể là điều tạo nên mùa hè.

Nhiều người nghĩ mùa hè xảy ra khi Trái Đất gần Mặt Trời hơn. Không phải vậy. Trái Đất gần Mặt Trời nhất vào đầu January, đó là mùa đông ở châu Âu, Bắc Mỹ và hầu hết châu Á.

Lý do thực sự là Trái Đất đứng. Trục quay của nó nghiêng khoảng 23,4 độ. Trục luôn chỉ cùng một hướng trong không gian (đến sao Bắc Đẩu) suốt cả năm. Vậy:

• Vào Tháng Sáu, nửa phía bắc của Trái Đất nghiêng về Mặt Trời. Ngày dài, mặt trời mọc cao, và phía bắc có mùa hè. Ở miền Nam có mùa đông.
• Vào Tháng mười, nó là ngược lại.
• Vào Tháng Ba và Tháng Chín, không nửa nào nghiêng về phía Mặt Trời. Ngày và đêm gần như bằng nhau ở mọi nơi. Đây là các điểm phân cực.

Thử Seasons Explorer ở trên xem. Điền ngày và vĩ độ và xem hai thứ thay đổi: Mặt trời cao đến mức nào vào giữa trưa, và có bao nhiêu giờ ánh sáng ban ngày.

Hiểu rồi.

Hai tác động làm mùa hè ấm áp:

1. Chiều cao của Mặt Trời. Khi Mặt Trời ở cao, ánh sáng của nó chiếu thẳng xuống mặt đất và mỗi mét vuông có nhiều năng lượng hơn. Khi nó thấp, cùng một tia được phân tán trên một diện tích lớn hơn.
2. Chiều dài của ngày. Nhiều giờ ánh sáng mặt trời hơn có nghĩa là nhiều thời gian để ấm lên và ít đêm để nguội đi.

Vị trí của Mặt Trời ở phía bắc hoặc phía nam xích đạo được gọi là độ nghiêng. It swings between +23.44° (June solstice) and −23.44° (December solstice) and crosses 0° at the equinoxes.

Vào giữa trưa, độ cao của Mặt Trời trên đường chân trời là:

Độ cao trung bình = 90° − |đường vĩ - độ nghiêng|

For London (51.5° N) in June: 90 − |51.5 − 23.44| = 61.9°. In December: 90 − |51.5 + 23.44| = 15.1°. Đó là một sự khác biệt lớn trong việc ánh sáng mặt trời làm nóng đất như thế nào.

Gần các cực, có điều gì đó lạ lùng xảy ra. Phía bắc Vòng Bắc Cực (66,56°B) có ít nhất một ngày mỗi năm mà Mặt Trời không bao giờ lặn và một ngày khi nó không bao giờ mọc.

Thầy

Chiều dài của ánh sáng ban ngày đến từ góc giờ H₀ của mặt trời lặn, nơi trung tâm Mặt Trời gặp một đường chân trời phẳng:

cos H₀ = −tan φ · tan δ,   ánh sáng ban ngày = 2H₀ / 15 giờ

với vĩ độ φ và độ nghiêng δ, H₀ theo độ. Nếu −tan φ · tan δ ≤ −1 thì Mặt Trời không bao giờ lặn; nếu nó là ≥ 1 thì nó không bao giờ mọc. Tại xích đạo (φ = 0) công thức cho ra 12 giờ trên mỗi ngày trong năm.

Đây là ngày * hình học *. Ánh sáng ban ngày thực sự kéo dài hơn vài phút vì khí quyển bẻ cong ánh sáng trên đường chân trời (khúc xạ, khoảng 0,57 °) và bởi vì bình minh được xác định bởi rìa trên của Mặt Trời, không phải là trung tâm của nó (khoảng 0,27 °). Bảng chính thức về thời điểm bình minh sử dụng −0,833° thay vì 0°.

Bản thân độ lệch đi đến từ kinh tuyến hoàng đạo của Mặt Trời λ và độ nghiêng ε của Trái Đất: sin δ = sin ε · sin λ. Công cụ này sử dụng hệ thống Công thức xấp xỉ của Đài quan sát Hải quân cho λ, chính xác đến khoảng 0.01° trong thế kỷ này.

Hiệu ứng khoảng cách là thực nhưng nhỏ. Giữa điểm cận nhật (147,1 triệu km) và điểm viễn nhật (152,1 triệu km) ánh sáng mặt trời đến Trái Đất thay đổi bằng (152,1/147,1)² ≈ 1,069, khoảng 7%. Độ nghiêng thay đổi ánh sáng mặt trời giữa trưa trên mỗi mét vuông tại Luân Đôn bằng một yếu tố sin 61,9 ° / sin 15,1 ° ≈ 3,4, và độ dài của ngày bằng một yếu tố hơn hai.