为什么我们有季节

Earth is closest to the Sun in early January, right in the middle of the northern winter. 所以距离不能是什么让夏天炎热。 真正的原因是大约23度的倾斜,它改变了一切。

季节来自倾斜,而不是距离。

看

先猜一下:哪个月地球离太阳最近?

In early January, in the middle of northern winter. 所以距离不能是什么使夏天。

许多人认为夏天发生在地球离太阳更近的时候。 这是不对的。 地球最接近太阳的时候是January早期,即欧洲、北美和亚洲大部分地区的冬天。

真正的原因是地球 倾斜. 它的自转轴倾斜约23.4度。 轴线在空间中全年都指向同一方向(朝北极星方向 ) 。 所以：

• 在June中,地球的北半球向太阳倾斜。 白天很长,太阳升高,北方有夏天。 南方有冬天。
• 在 December 中,情况正好相反。
• 三月和九月,两个半球都不向太阳倾斜。 白天和黑夜在任何地方都大致相等。 这些都是分点。

尝试上面的季节浏览器。 移动日期和纬度,观察两件事的变化:太阳在中午升高的程度以及白天有多少小时。

理解

两种效应使夏天温暖:

1. 太阳的高度 当太阳处于高空时,它的光线更直接地照射到地面上,每平方米获得更多能量。 当它是低,同一束分布在一个更大的区域。
2. 白天的长度 日光照射时间越多,就意味着有更多的时间来变暖,而夜晚降温的时间越少。

太阳在赤道以北或以南的位置被称为其偏食。 它在+23.44°(六月至正)和-23.44°(十二月至正)之间摆动,并在分点时跨越0°。

中午时分,太阳在地平线上的高度为:

中午高度 = 90° - |纬度 - 赤经|

For London (51.5° N) in June: 90 − |51.5 − 23.44| = 61.9°. 十二月：90 − |51.5 + 23.44| = 15.1°。 这是太阳光如何强烈地加热地面的巨大差异。

在两极附近发生了一些奇怪的事情。 在北极圈(66.56°N)以北,每年至少有一天太阳永远不落,一天太阳永远不升。

硕士

白天的长度来自日落时分角H₀,即太阳中心与平坦地平线相交的地方:

cos H₀ = −tan φ · tan δ，日光 = 2H₀/15小时

纬度φ和斜率δ，H₀以度表示。 如果−tan φ · tan δ ≤ −1，太阳永远不会落；如果≥ 1，太阳永远不会升起。 在赤道(φ = 0)的公式给出了12小时的一年中的每一天。

这是最简单的例子。 真正的日光时间要长几分钟,因为大气层在地平线上弯曲了光(折射率约为0.57° ) , 并且因为日出是由太阳的顶部边缘而不是中心(约为0.27°)来定义的。 官方日出表使用−0.833°而不是0°。

赤经本身来自于太阳的黄道经度 λ 和地球的倾角 ε: sin δ = sin ε · sin λ 。 该工具使用美国的 海军天文台对λ的近似公式,精确度在本世纪大约为0.01°。

距离效应是真实的,但很小。 在近日点(1.471亿公里)和远日点(1.521亿公里)之间,到达地球的太阳光变化为(152.1/147.1)² ≈ 1.069,约为7 % 。 倾角改变了伦敦每平方米的中午阳光,其因数为sin 61.9° / sin 15.1° ≈ 3.4,而日长则改变了超过两个因数。