Почему меняются времена года

В Астане в июне Солнце в полдень стоит высоко, день длится около 16,5 часов, и на улице тепло. В декабре Солнце едва поднимается над горизонтом, день длится всего около 8 часов, а на улице холодно.

Три вещи меняются вместе: высота Солнца в полдень, продолжительность дня и температура. Это не случайность. Причина одна, и она объясняет все три изменения.

Вопрос урока: почему летом Солнце поднимается выше, а день длится дольше? Чтобы ответить, нужны две идеи: наклон земной оси и угол падения солнечных лучей. Разберём их по порядку.

Земля вращается вокруг своей оси: один оборот занимает примерно 24 часа, так сменяются день и ночь. Одновременно Земля обращается вокруг Солнца: один полный круг занимает 365,25 суток, то есть год.

Земная ось не стоит «прямо» по отношению к орбите. Она наклонена на 23,5°. Именно этот наклон создаёт времена года.

Самое важное: ось не меняет направление. Её северный конец весь год смотрит на Полярную звезду. Пока Земля движется по орбите, ось остаётся «параллельной самой себе».

Поэтому в июне Северное полушарие оказывается наклонено к Солнцу, а в декабре от него. Ось не «переворачивается»: меняется положение Земли на орбите. Проверьте это на модели ниже.

Посветите фонариком на стол прямо сверху: получится маленькое яркое пятно. Наклоните фонарик: пятно вытянется и станет тусклее. Света столько же, но он «размазан» по большей площади.

С Солнцем то же самое. Когда Солнце стоит высоко, его лучи падают на землю круто, и энергия сосредоточена на небольшой площади. Когда Солнце низко, тот же пучок лучей растягивается по большей площади, и каждый квадратный метр получает меньше энергии. Чем ближе место к экватору, тем выше там полуденное Солнце.

Есть и второй фактор: продолжительность дня. В июне Солнце в Астане светит около 16,5 часов, в декабре только около 8. Чем дольше светит Солнце, тем дольше нагревается земля.

Летом оба фактора работают вместе: Солнце высоко и день длинный. Зимой тоже вместе, но наоборот: Солнце низко и день короткий. Поэтому разница между летом и зимой такая большая.

В году есть четыре особых дня.

• 20-21 марта, весеннее равноденствие: день и ночь длятся примерно по 12 часов везде на Земле.
• 20-21 июня, летнее солнцестояние: самый длинный день в Северном полушарии (в Астане около 16,5 часов).
• 22-23 сентября, осеннее равноденствие: снова день равен ночи.
• 21-22 декабря, зимнее солнцестояние: самый короткий день в Северном полушарии (в Астане около 8 часов).

С этих дней отсчитывают астрономические времена года.

Когда в Казахстане лето, в Австралии зима. В декабре школьники в Сиднее уходят на летние каникулы и идут на пляж, а в Астане в это время мороз. Дата одна, времена года противоположные, потому что в декабре к Солнцу наклонено Южное полушарие.

Орбита Земли почти круглая. Ближе всего к Солнцу Земля подходит около 3 января: примерно 147 миллионов километров. Эта точка называется перигелий. Дальше всего Земля около 4 июля: примерно 152 миллиона километров, афелий. Разница всего около 3 %.

Обратите внимание: ближе всего к Солнцу Земля оказывается в разгар зимы в Северном полушарии.

Против идеи «дело в расстоянии» есть два сильных доказательства.

1. Земля ближе всего к Солнцу в январе, когда в Казахстане самые сильные морозы. Если бы близость грела, январь был бы самым тёплым месяцем.
2. Если бы времена года зависели от расстояния, на всей планете было бы одно и то же время года одновременно. Но в полушариях времена года противоположны.

Вывод: причина времён года это наклон земной оси, а не расстояние до Солнца.

Времена года создаёт наклон земной оси. Ось наклонена на 23,5° и всё время направлена в одну точку неба, поэтому в течение года к Солнцу оказывается наклонено то Северное, то Южное полушарие. От этого меняются угол падения солнечных лучей и продолжительность дня, а вместе с ними и температура.

1. Ось наклонена на 23,5° и не меняет направление.
2. Высокое Солнце и длинный день дают больше энергии: это лето. Низкое Солнце и короткий день: зима.
3. Четыре опорных дня: равноденствия 20-21 марта и 22-23 сентября, солнцестояния 20-21 июня и 21-22 декабря. В полушариях времена года противоположны.
4. Расстояние до Солнца ни при чём: ближе всего Земля к Солнцу в январе.