Расположение земли относительно солнца в разные времена года: GISMETEO: 5 января Земля окажется на минимальном расстоянии от Солнца — Наука и космос

ВРЕМЕНА ГОДА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ВРЕМЕНА ГОДА, четыре периода года (весна, лето, осень и зима), характеризующиеся определенными средними температурами. Начало каждого времени года имеет четкую астрономическую границу. Эклиптика (видимый путь движения Солнца по небесной сфере) делится четырьмя точками – весеннего и осеннего равноденствий и летнего и зимнего солнцестояний – на секторы по 90°. Период, за который Солнце проходит один из этих секторов, называется временем года. Весна в Северном полушарии и осень в Южном начинаются, когда Солнце проходит через начальный круг склонения и его прямое восхождение равно 0° (весеннее равноденствие). Лето в Северном полушарии и зима в Южном наступают, когда прямое восхождение Солнца равно 90° (летнее солнцестояние). Осень в Северном полушарии и весна в Южном начинаются, когда прямое восхождение Солнца составляет 180° (осеннее равноденствие). Началом зимы в Северном полушарии и лета в Южном считается зимнее солнцестояние, когда прямое восхождение Солнца составляет 270°.

Различия в продолжительности времен года.

Из-за изменений скорости движения Земли по орбите в течение года, обусловленных эллиптичностью орбиты и законами движения, меняется и продолжительность времен года. Земля находится в перигелии (на ближайшей к Солнцу точке орбиты) примерно 2 января. В это время она движется быстрее, чем в середине года, и поэтому осень и зима короче остальных сезонов Северного полушария. Из приведенной ниже таблицы следует, что лето в Южном полушарии короче, чем в Северном, а зима длиннее.

Таблица: Продолжительность времен года

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВРЕМЕН ГОДА
Северное полушарие	Южное полушарие	Продолжительность	Средняя дата начала
Весна	Осень	92 сут 20 ч	21 марта
Лето	Зима	93 сут 14 ч	21 июня
Осень	Весна	89 сут 19 ч	23 сентября
Зима	Лето	89 сут 01 ч	22 декабря

ПРИЧИНЫ РАЗЛИЧИЙ ВРЕМЕН ГОДА

Географические причины.

Причины сезонных изменений состояния природы можно подразделить на прямые и косвенные. К первым относятся географические причины.

1. Сезонные изменения продолжительности светлого времени суток: летом дни длинные, а ночи короткие; зимой их соотношение меняется на обратное.

2. Сезонные изменения высоты полуденного стояния Солнца над горизонтом. Летом в умеренных широтах в полдень Солнце находится ближе к зениту, чем зимой, и, следовательно, одинаковое количество солнечной радиации летом распределяется на меньшей площади земной поверхности.

3. Сезонные изменения длины пути прохождения солнечных лучей в атмосфере влияют на степень их поглощения. Находящееся низко над горизонтом Солнце дает меньше тепла и света, чем Солнце, расположенное высоко, ближе к зениту, поскольку солнечные лучи в первом случае преодолевают более мощный слой атмосферы.

В низких широтах в любое время года бóльшую часть дня Солнце находится высоко над горизонтом. В умеренных широтах оно поднимается высоко над горизонтом только летом, а в остальное время года стоит низко. В полярных районах Солнце высоко никогда не поднимается. Несмотря на различные механизмы действия двух последних причин, их иногда объединяют и объясняют углом падения солнечных лучей.

Астрономические причины.

К косвенным существенным причинам смены времен года, имеющим астрономическую природу, относятся: шарообразная форма Земли, параллельность солнечных лучей, вращение Земли вокруг своей оси с периодом в одни сутки, движение Земли вокруг Солнца с периодом в один год, наклон земной оси к плоскости земной орбиты и постоянство наклона земной оси при движении Земли по орбите. Наклон земной оси в сочетании с движением Земли вокруг Солнца представляет собой основную астрономическую причину смены времен года. Земная ось отклоняется под углом 23°27ў от перпендикуляра к плоскости эклиптики, и, поскольку ее направление в пространстве практически постоянно, каждый из географических полюсов Земли часть года наклонен в сторону Солнца, а другую часть года – в противоположную от него сторону.

Последствия наклона земной оси.

Климатическая зональность.

Положение границ климатических зон зависит от наклона земной оси к плоскости эклиптики. Северный полярный круг проходит по широте 66°33ў с.ш., а Южный полярный круг – по широте 66°33ў ю.ш. Полярные круги отделяют, соответственно, северную и южную полярные зоны от умеренных зон Северного и Южного полушарий. Северный тропик (23°27ў с.ш.) и Южный тропик (23°27ў ю.ш.) являются границами между северной и южной умеренными зонами и внутритропической зоной. Таким образом, последняя охватывает по широте 46°54ў.

Часть года в полярных областях Солнце не заходит и движется по кругу почти параллельно горизонту (полярный день). В другое время года в тех же областях Солнце не восходит (полярная ночь). Продолжительность полярного дня и полярной ночи вблизи полюсов шесть месяцев, она сокращается по мере удаления от полюсов и приближения к Северному или Южному полярному кругу. На 78° северной и южной широты полярный день и полярная ночь продолжаются по четыре месяца, а на широтах Северного и Южного полярных кругов – по 24 часа.

В умеренных зонах Солнце никогда не достигает зенита и никогда не описывает полного круга на небосводе. В пределах этих зон, но ближе к тропикам Солнце в полдень приближается к зениту. Вблизи полярных кругов Солнце описывает на небосводе почти полный круг или даже видимый полный круг из-за влияния атмосферной рефракции и некоторой сплюснутости Земли у полюсов.

Изменение склонения Солнца в течение года

– еще одно важное следствие наклона земной оси. Оно проявляется в постепенном увеличении или уменьшении высоты полуденного стояния Солнца над горизонтом. В дни весеннего равноденствия Солнце проходит через точку пересечения небесного экватора и эклиптики. Для наблюдателя, находящегося на земном экваторе, небесный экватор располагается под прямым углом к горизонту и его плоскость пересекает точки, соответствующие востоку, солнечному зениту и западу. В дни весеннего равноденствия Солнце восходит на востоке и, следуя по эклиптике, проходит точно через зенит в полдень, а затем заходит на западе.

В эти дни солнечные лучи перпендикулярны экватору и освещают Землю от Северного полюса до Южного, и на всей планете одинакова продолжительность дня и ночи.

После весеннего равноденствия Солнце покидает небесный экватор и сдвигается по эклиптике к северу от него, перемещаясь к востоку в своем видимом движении среди созвездий. Для наблюдателя на экваторе Солнце восходит несколько севернее точки востока. Затем Солнце пересекает небесный меридиан севернее точки зенита и заходит севернее западной точки горизонта. С каждым днем оно смещается дальше и дальше к северу вплоть до летнего солнцестояния, когда достигается максимальное отклонение в видимом смещении Солнца к северу – на 23°27ў (точка восхода наиболее смещена от восточной точки горизонта к северу, а точка захода Солнца находится на наибольшем удалении к северу от точки запада). В день летнего солнцестояния солнечные лучи падают отвесно на Северном тропике и максимально освещают всю полярную область, касаясь Северного полярного круга, даже на противоположной стороне земного шара.

В то же самое время в Южном полушарии Солнцем освещены лишь территории к северу от Южного полярного круга, а собственно полярная область не получает солнечного света. Из-за наклона земной оси, а также в зависимости от положения Земли на орбите круг, ограничивающий освещенную Солнцем часть земной поверхности, или линия восходов и заходов, проходящая вокруг Земли, неодинаково охватывает разные широты. Поэтому продолжительность светового дня в Северном полушарии оказывается больше, чем темное время суток, и меньше – в Южном.

После летнего солнцестояния изменения протекают в обратном направлении. Отклонение Солнца к северу уменьшается, и, если наблюдать с экватора, видно, что оно пересекает небесный меридиан с каждым днем все ближе и ближе к зениту вплоть до осеннего равноденствия, когда создаются условия, аналогичные времени весеннего равноденствия. Возрастает отклонение Солнца к югу, оно восходит южнее точки востока, пересекает небесный меридиан южнее зенита и заходит южнее точки запада.

Максимальное южное отклонение достигается во время зимнего солнцестояния, когда условия Южного полушария близки тем, которые складываются в Северном во время летнего солнцестояния. Теперь уже в Южном полушарии отмечается большая продолжительность дня и короткие ночи. После 22 декабря отклонение Солнца к югу начинает уменьшаться, условия в каждом пункте земной поверхности меняются на противоположные, сохраняющиеся вплоть до весеннего равноденствия. В любой точке, расположенной на экваторе, Солнце проходит через зенит дважды в год, поднимаясь над горизонтом на 90°. При этом предметы отбрасывают самые короткие тени.

В умеренных широтах Солнце перемещается так, что продолжительность дня и ночи неодинакова, за исключением дней равноденствий. Солнце в полдень достигает максимальной высоты над горизонтом в день летнего солнцестояния, т.е. в первый день астрономического лета в каждом полушарии. Минимальная полуденная высота Солнца над горизонтом отмечается в день зимнего солнцестояния (в первый день астрономической зимы). Когда Солнце наиболее высоко поднимается над горизонтом, каждый конкретный участок земной поверхности получает максимальное количество солнечной радиации на единицу площади. При этом поглощение солнечных лучей при прохождении через атмосферу минимально. Чем с бóльшим наклоном падают солнечные лучи, тем сильнее они поглощаются более мощным слоем газообразной атмосферы Земли и тем слабее освещают и нагревают предметы. На экваторе Солнце в полдень никогда не отклоняется от точки зенита более, чем на 23°27ў (если пренебречь рефракцией). В умеренных широтах полуденное отклонение Солнца от зенита – от 0° до 90°. На полюсах Солнце никогда не поднимается над горизонтом выше, чем на 23°27ў.

В целом сезонные температурные колебания обусловлены изменением количества солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли (инсоляции). Величина инсоляции в данной точке зависит от угла падения солнечных лучей, прозрачности атмосферы, солнечной постоянной и расстояния до Солнца.

Запаздывание времен года.

Середина астрономического лета – день летнего солнцестояния в Северном полушарии – время, когда инсоляция максимальна. Однако «макушка» лета, а именно реальное количество тепла, накопленное на поверхности, запаздывает по сравнению с этой датой в различных регионах на разные сроки. В целом температура воздуха в Северном полушарии достигает максимума приблизительно 1 августа, а минимума – примерно 1 февраля, а в Южном – наоборот.

Запаздывание времен года происходит в основном из-за влияния атмосферы. После летнего солнцестояния сокращается количество тепла, ежесуточно поступающего от Солнца. Тем не менее каждый день в течение нескольких недель количество полученного тепла превышает количество тепла, отраженного земной поверхностью, так как воздух еще продолжает его удерживать и препятствует его быстрой потере. Значительное количество тепловой энергии накапливается в почвах, горных породах и водоемах. С начала августа потери тепла начинают превышать его поступление, что приводит к понижению среднесуточной температуры. Хотя серединой астрономической зимы является день зимнего солнцестояния, в течение нескольких недель после него суточные потери тепла превышают его поступление, так что температура понижается до тех пор, пока темпы прогревания Земли не превысят темпы ее охлаждения. Запаздывание времен года в пределах океанических акваторий больше, чем на материках, поскольку суша нагревается и остывает быстрее, чем вода. Существует также запаздывание в суточном ходе температур, и наиболее теплое время суток приходится не на полдень, а на время от 13 до 17 ч (в зависимости от региона).

Различия между полушариями.

Времена года в Южном полушарии прямо противоположны временам года в Северном полушарии. Лето в Южном полушарии начинается примерно 22 декабря. Однако существуют некоторые различия, обусловленные эксцентриситетом земной орбиты. Зимнее солнцестояние там происходит всего за несколько дней перед тем, как Земля достигнет перигелия. В это время Земля в целом получает от Солнца больше тепла, чем в афелии – максимально удаленной от Солнца точке орбиты. Казалось бы из этого должно следовать, что лето в Южном полушарии теплее, чем на соответствующих широтах Северного полушария, а зима – холоднее. Тем не менее в умеренных широтах часто наблюдается обратное соотношение. Разность количества тепла, получаемого Землей в перигелии и афелии, составляет 6%, однако благодаря огромной площади океанов в Южном полушарии климат меняется больше, чем в результате упомянутого выше эффекта.

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Внутритропическое пространство.

В низких широтах между Северным и Южным тропиками температуры всегда высоки и мало изменяются от месяца к месяцу. Годовая амплитуда температур (разность между температурами наиболее теплого и наиболее холодного месяцев) никогда не превышает 11° С, а вблизи экватора составляет менее 2° С. Сезонные различия обусловлены распределением атмосферных осадков. В таких районах, за исключением собственно приэкваториальной полосы, где сезонные изменения вообще отсутствуют, зиме соответствует сухой сезон, а лету – влажный.

Умеренные широты

характеризуются отчетливо выраженными сезонными изменениями температур. Холодное время года называется зимой, теплое – летом, а осень и весна являются переходными сезонами. В умеренных широтах отмечается большое разнообразие условий. В одних регионах летом очень жарко (от +32 до +38° С), в других – прохладно (в среднем +10° С). Зимы могут быть как весьма мягкими (+4° С), так и очень холодными (в среднем –23° С). Более того, поскольку на этих широтах сталкиваются контрастные арктические и субтропические воздушные массы, погода здесь очень неустойчива и быстро меняется как от суток к суткам, так и от года к году.

Полярные области.

По направлению к полюсам от Северного и Южного полярных кругов выделяют два типа климата: климат ледниковых покровов и климат тундры (последний только в Северном полушарии). Различия времен года в пределах ледниковых покровов заключаются в том, что летом наступает полярный день, зимой – полярная ночь, а весной и осенью происходит смена дня и ночи. Летних температур здесь достаточно лишь для того, чтобы обеспечить таяние поверхностного слоя снега. В тундровых районах средние температуры выше 0° С бывают в течение двух-четырех месяцев.
См. также МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ.

Времена года на Земле и других планетах

Валерия Сирота
«Квантик» №6 и №7, 2016

Почему зимой холодно, а летом тепло? Удивительно, но многие люди, даже взрослые, умные и образованные, не знают ответа на этот вопрос. Из-за движения Земли вокруг Солнца — конечно, но почему именно? Самый частый — неправильный — ответ такой: потому что зимой Земля дальше от Солнца, чем летом. Однако это не может быть объяснением: ведь в южном полушарии времена года меняются местами, в январе там жарко, а в июле — холодно! На самом деле Земля действительно движется вокруг Солнца не совсем по кругу, но всё ровно наоборот: когда у нас лето, Земля дальше от Солнца, а когда зима — ближе!

Между прочим, лето и зима к тому же бывают не везде. А где бывают, там проходят по-разному. Оказывается, важно не только то, что мы вертимся вокруг Солнца, но и то, как мы при этом крутимся вокруг собственной оси! Чтобы разобраться во всём этом, давайте решим несколько задачек, причём для начала попутешествуем по другим планетам и только потом уж вернёмся на Землю.

Как всегда, решить что-то самостоятельно куда полезнее, чем прочитать чужое решение, поэтому постарайтесь сами разобраться в каждой задаче. А уже если не получится, мы вам поможем. Вам может пригодиться мячик (а ещё лучше — глобус) и настольная лампа (лучше всего подошла бы лампочка без абажура). На мячике нужно нарисовать полюса и экватор — большой круг посередине между полюсами. Это будет планета; лампа будет Солнцем. Если лампочки нет, её можно заменить собственной головой: какую часть планеты вы видите — та освещается солнцем, там день; а какую не видите — там ночь. Ещё можно слепить пластилиновый шарик с двумя ручками-спичками, это будет местный житель. Воображаемых жителей планет (которых, увы, нигде, кроме Земли, не существует) будем называть человечками. Время, за которое планета делает оборот вокруг Солнца (оно у всех планет разное!), будем называть местным годом, а время, за которое планета оборачивается вокруг оси, — сутками.

Юпитер

У этой планеты ось вращения почти точно перпендикулярна плоскости, в которой она обращается вокруг Солнца. То есть если ваше Солнце лежит на столе, а ваш Юпитер ползёт по столу вокруг него, то один из полюсов Юпитера всегда направлен строго вверх — пусть это будет северный полюс. И ползёт Юпитер не просто так, а быстро крутясь вокруг своей (вертикальной) оси (рис. 1). На всякий случай уточним сразу ещё одну подробность: все планеты движутся вокруг Солнца против часовой стрелки (если смотреть с Полярной звезды) и почти все вертятся вокруг оси в ту же сторону.

Вводное упражнение. Найдите на вашем Юпитере место, где Солнце в данный момент находится в зените, то есть ровно над головой. А теперь найдите все такие места, где оно на горизонте (подсказка: эти точки на поверхности планеты образуют большой круг). В каких точках Юпитера сейчас происходит восход Солнца, а в каких — закат (потом сравните с рисунком 2 на следующей странице)? Поставьте человечка на широте примерно 45° (приблизительно посередине между северным полюсом и экватором), пусть он одну руку поднимет вверх, а другую вытянет на север. Поворачивайте планету (не наклоняя ось!) до тех пор, пока Солнце не окажется для вашего человечка как можно выше над горизонтом; у него наступил полдень. С какой стороны от него сейчас Солнце — на юге, на севере, на востоке? А что скажет об этом такой же человечек, живущий в южном полушарии?

Задача Ю1. Представьте себе существо, живущее на экваторе Юпитера. Проследите, как для него движется по небу Солнце в течение суток. В какой стороне света (и даже точнее — в какой именно точке) оно восходит? Заходит? В каком месте неба это существо видит Солнце в полдень? Если бы оно, как древние люди, считало, что небо — твёрдая поверхность (сфера), по которой движутся светила, то как бы оно нарисовало наблюдаемую траекторию Солнца на этой поверхности?

Подвиньте теперь Юпитер по его орбите вокруг Солнца — пусть пройдёт, скажем, четверть юпитерианского года. Изменится ли что-нибудь у нашего человечка?

Задача Ю2. Ответьте на те же вопросы, что в задаче Ю1, для человечка, живущего на северном полюсе.

На любой планете, как мы увидим дальше, могут быть такие места, где Солнце хоть когда-нибудь в течение года бывает в зените. Область, включающая в себя все такие места, называется тропической зоной. А бывают такие места, в которых хотя бы одни сутки в году Солнце не опускается под горизонт — то есть хотя бы на одни сутки в году наступает полярный день. Область, где бывает полярный день, называется полярной зоной (а её граница — полярным кругом; там Солнце один раз в году касается горизонта, не опускаясь под него). Между прочим, там, где бывает полярный день, бывает и полярная ночь: скоро вы в этом убедитесь.

Задача Ю3. Разберитесь, где на Юпитере тропическая и полярная зоны.

И, наконец, последняя задача про Юпитер.

Задача Ю4. Попробуйте разобраться, как живётся человечку, находящемуся посередине между экватором и полюсом — на широте 45°. В каком месте горизонта восходит у него Солнце? Как оно движется дальше? На какую максимальную высоту поднимается?

Решения задач про Юпитер

Обратите внимание, что в задачах про Юпитер нигде не обсуждаются времена года. Их на Юпитере нет! При движении планеты вокруг Солнца для «местных жителей» ничего не меняется, каждый день у них происходит одно и то же.

(Ю1) Человечек, живущий на экваторе, видит восход Солнца точно на востоке (проверьте это, вытянув одну его руку на север, а другую на восток), потом Солнце поднимается прямо вверх и в полдень оказывается в зените, то есть прямо над головой. Дальше оно продолжает двигаться по тому же большому кругу, а ещё через четверть суток садится строго на западе. Ночь длится ровно половину суток. Весь год — одно и то же!

(Ю2) У человечка на полюсе жизнь ещё более однообразна. Солнце у него всё время на горизонте! Не рассвет, не закат — вечные полярные сумерки. Однако Солнце не стоит на месте — оно движется опять-таки по большому кругу, оставаясь всё время на горизонте. В этом можно убедиться, вытянув руку человечка в какую-нибудь сторону и вращая планету вокруг оси.

(Ю3) Мы уже видели, что у жителей экватора Солнце каждый день проходит через зенит. И только у них: чем севернее живёт человечек, тем меньше у него полуденная высота Солнца (и тем меньше оно нагревает поверхность планеты). См. рис. 3.

Поэтому тропическая зона на этой планете — это экватор. А полярная зона — и вовсе две точки: Солнце не опускается под горизонт только на полюсах (рис. 4).

(Ю4) Солнце у всех «наблюдателей» восходит ровно на востоке, а садится на западе. В течение дня оно движется по большому кругу, но круг этот наклонён к плоскости горизонта тем сильнее, чем меньше широта (рис. 5). Если широта 45°, то и Солнце поднимется над горизонтом на 90°−45° = 45°. В течение всего года Солнце движется каждый день по одному и тому же кругу.

Разобрались с Юпитером? Полетели теперь на другую планету!

Уран

Эта планета «ходит, лёжа на боку» — ось её вращения лежит ровно в плоскости её орбитального движения вокруг Солнца (рис.  6). Очень важно, что, как и всякий хорошо закрученный волчок, планеты ни за что не хотят менять направление своего вращения, и ось Урана «смотрит» всегда в одну и ту же сторону — на одну и ту же далёкую звезду! (А не поворачивается всё время к Солнцу, как можно было бы подумать.) Имея уже некоторый опыт изучения Юпитера, давайте исследуем эту планету. Обратите внимание, что теперь ситуация для каждого жителя планеты меняется в течение года! При решении задач рисуйте побольше рисунков, выбирайте удобный ракурс: иногда больше подходит вид сверху, иногда — сбоку.

Задача У1. Найдите (и нарисуйте) полярные и тропические зоны Урана. Обратите внимание, что нужное условие должно выполняться хотя бы раз в году.

Задача У2. Начнём на этот раз с жителя полюса. Разберитесь, как у него меняется освещённость в течение года. Когда (в каком месте орбиты) у него лето, когда зима? Бывают ли дни, когда Солнце в зените — и сколько в году таких дней? Бывает ли полярный день и полярная ночь, и если да, то сколько времени (какую часть года) они длятся? Раскрасьте на орбите планеты (вид сверху или сверху-сбоку) соответствующие точки и области.

Задача У3. Те же вопросы для жителя экватора.

Задача У4. Те же вопросы для жителя «тамошней Венеции» — на широте 45°.

И, наконец, самая сложная

Задача У5. Для каждого из героев задач У2–У4 нарисуйте (приблизительно) видимый путь Солнца на небе в течение года: для жителя Юпитера Солнце весь год крутится по одной и той же окружности. А здесь? Подсказка: бывает ли день, когда Солнце не движется?

Решения задач про Уран

(У1) Напомним, что тропики — это места, где Солнце бывает в зените. А это случается в любой точке Урана два раза в год, и только на полюсах — один раз в год (рис. 7).

Так что тропическая зона — везде, а её границы — тропики — на полюсах! Полярные зоны — тоже везде, потому что, например, в дни, когда ось планеты смотрит прямо на Солнце (слева и справа на рисунке 8), на половине планеты — полярный день, а на другой половине — полярная ночь. Только на экваторе Урана в эти дни — полярные сумерки: Солнце на горизонте; настоящего полярного дня или ночи на экваторе не бывает.

(У2) На полюсе полгода длится полярный день — Солнце не заходит, а описывает в течение суток круг практически на одной и той же высоте. Если бы Уран не был так далеко от Солнца, там в это время было бы очень жарко: в середине полярного дня Солнце стоит в зените! Причём когда на одном полюсе полярный день, на другом — полярная ночь (на рисунке 8 — «лето» и «зима»). Потом, после коротких полярных сумерек, наступает полярная ночь, которая тоже длится полгода.

(У3) Для жителей экватора Солнце проходит через зенит как раз тогда, когда на полюсах сумерки (верхнее и нижнее положения планеты на рисунке). Зато в полночь Солнце ровно «под ногами». А спустя четверть года (на рисунке — положения планеты слева и справа) оно весь день на горизонте — но не движется по кругу, как было на полюсе Юпитера, а стоит на месте! Проверьте это с помощью «человечка». Во все остальные сутки день и ночь на экваторе длятся поровну.

(У4) У «венецианцев» дни, когда Солнце в зените, отстоят друг от друга на четверть года (эти дни соответствуют положениям планеты, показанным на рисунке 8 красными линиями).

В те же дни Солнце касается горизонта, не опускаясь под него — а между ними всё лето (четверть года) длится полярный день. В середине лета Солнце не заходит, но и не поднимается так высоко. День, когда ось планеты смотрит точно на Солнце, на Уране с большим правом, чем у нас, можно назвать солнцестоянием: Солнце в этот день буквально стоит в одной точке. Как мы уже видели, для жителей экватора эта точка — на горизонте, для жителей северного полюса — в зените. Для «венецианцев» Солнце зависает на высоте 45°, причём не на юге, как можно было бы подумать, а на севере. Вообще, летом Солнце у них всё время в северной части неба… Весной и осенью дни и ночи чередуются, как это происходит у нас. А зимой полярная ночь, которая, как и полярный день, длится четверть года.

Поскольку почти на всей планете долгие полярные дни и полярные ночи, на Уране самая скучная во всей Солнечной системе погода. Большие участки атмосферы прогреваются и остывают равномерно: ни перепадов температуры и давления, ни сильных ветров. ..

Не то что на Нептуне, хоть он и в полтора раза дальше от Солнца. Интересные для астрономов ураганы и циклоны бывают на Уране только весной и осенью, когда день чередуется с ночью «нормальным» образом.

(У5) Замечательно, что для всех человечков на планете видимый путь Солнца — одна и та же кривая, только смотрят они на неё под разными углами, так же как на Юпитере большой круг, по которому движется Солнце, был наклонён к горизонту для каждого наблюдателя по-своему. Начнём с северного полюса. В день солнцестояния (слева на рисунке 8) Солнце стоит в зените, потом начинает постепенно спускаться по спирали, делая каждые сутки один почти горизонтальный виток. Круги, описываемые Солнцем, всё ниже и всё шире; через четверть года очередной виток проходит уже по горизонту, и дальше в течение полугода спираль продолжается «под землёй». Солнце доходит до низшей точки — ровно под ногами — и возвращается обратно к горизонту, а затем — к зениту.

На экваторе всё ровно так же, только вся эта спираль «лежит на боку». Так что, если бы кто-то вздумал, живя на экваторе, весь год наблюдать Солнце лёжа (головой на север), причём отмечал бы положение Солнца не только над, но и под горизонтом — у него получилась бы ровно та же картинка, что и на северном полюсе.

Теперь уже совсем легко догадаться, как выглядит годовое движение Солнца на любой широте (рис. 9).

Теперь мы временно покидаем Солнечную систему, потому что в ней нет нужной нам сейчас планеты.

Планета Дзета — «золотая середина»

Эта воображаемая планета — «среднее» между Юпитером и Ураном. Ось её вращения наклонена к плоскости орбиты под углом 45° (рис. 10).

Задача Д1. Как на этой планете выглядят полярные и тропические зоны?

Задача Д2. Как в течение года движется Солнце для наблюдателя на полюсе? на экваторе? в «Венеции»? Бывает ли оно в зените, и если да, то когда? Каждые ли сутки опускается под горизонт, и если нет, то сколько времени длится полярный день?

Задача Д3. Для каждого из этих мест нарисуйте видимый годовой путь Солнца на небе.

Решения задач про планету Дзету

(Д1) На Юпитере тропической зоной был один только экватор, на Уране — вся планета. Здесь — промежуточная ситуация: самые северные точки, в которых Солнце можно увидеть в зените, имеют широту 45°, то есть находятся ровно посередине между экватором и северным полюсом. На всей этой окружности (параллели) самый жаркий день наступает, когда направление оси планеты ближе всего к направлению на Солнце (рис. 11).

Этот же день и самый длинный: как видно из той же картинки, Солнце в полдень достигает зенита, а в полночь касается горизонта; стоит чуть-чуть сместиться к полюсу — и в этот день Солнце не сядет, но и до зенита не поднимется. Через полгода та же ситуация повторяется в южном полушарии. Итак, полярные зоны — это «шапки» вокруг обоих полюсов, а тропические — «пояс» вокруг экватора. Границы того и другого у Дзеты совпадают, это параллели 45° северной и южной широты. Они одновременно и тропики, и полярные круги (рис. 12).

(Д2) На полюсах Солнце по полгода не заходит (на северном полюсе — летом, на южном — зимой), а остальные полгода длится ночь. В течение суток Солнце делает круг, практически не меняя высоты над горизонтом. На максимальной высоте — 45° — оно бывает в середине полярного дня. Этот момент называется солнцестоянием — хотя Солнце, в отличие от Урана, и не стоит на месте. Всего солнцестояний два — одно летнее (когда день на северном полюсе), другое зимнее (когда на южном). А дни, когда ось планеты перпендикулярна направлению на Солнце (планета сверху и снизу на рисунке 10), называются равноденствиями. В эти дни на обоих полюсах — полярные сумерки. Как видно, между каждым равноденствием и солнцестоянием — ровно четверть местного года.

В пределах тропической зоны Солнце бывает в зените 2 раза в год, на экваторе это как раз дни равноденствий. Летом жители экватора видят солнце на севере, а зимой — на юге. На экваторе день всегда равен ночи, а Солнце поднимается от горизонта и опускается к нему строго по вертикали. Жители «Венеции» видят Солнце в зените только раз в год — в летнее солнцестояние. В этот же день оно не заходит, а только касается горизонта. Два раза в год — в дни равноденствий — день бывает равен ночи; полгода он длиннее ночи, полгода — короче. А в день зимнего солнцестояния Солнце не восходит — это самая короткая, но всё-таки полярная ночь.

(Д3) Как и на Уране, видимый годовой путь Солнца — спираль, для жителей разных мест планеты наклонённая по-разному. Но, в отличие от Урана, спираль не заполняет всю сферу. Легко убедиться в этом, рисуя путь Солнца на полюсе: там ось спирали вертикальна и Солнце не поднимается выше 45°.

Теперь уже не составит труда понять, как устроена смена времён года на Земле. На самом деле Земля очень похожа на Дзету, с одной только разницей: ось нашей планеты отклоняется от «вертикали» не на 45°, а всего на 23° над горизонтом. Так что по этому параметру мы чуть ближе к Юпитеру, чем Дзета. Из-за этого спираль у нас уже — больше сплюснута: самые дальние витки спирали отстоят от её середины на 23°. (Если бы кто-то стал «выправлять» нашу ось, приближая её к вертикали, то спираль сплющилась бы в круг, как у Юпитера.) От этого, например, Солнце на полюсах никогда не поднимается выше 23° над горизонтом. «Наклоняя» спираль, можно убедиться, что тропическая зона тоже уже, чем на Дзете, — широта тропиков у нас опять те же 23°. И на те же 23° отстоят от полюсов полярные круги. Например, Москва в промежуточной области между теми и другими: ни полярных ночей, ни Солнца в зените в Москве не бывает.

Напоследок для тех, кому понравилось путешествовать по планетам, добавим ещё несколько задач.

1. Почему всё-таки у нас зимой холодно, а летом тепло?
2. На какую высоту поднимается Солнце на экваторе Дзеты в день летнего солнцестояния? А на земном экваторе?
3. Сколько времени на земном экваторе длится ночь 22 июня? А 22 декабря? (Это дни летнего и зимнего солнцестояний.)
4. Нарисуйте тропическую и полярную области на планете, у которой ось вращения наклонена к оси орбиты не на 23°, как у Земли, а на 67°.
5. Вычислите максимальную высоту, на которую поднимается Солнце в Венеции (широта 45°) в течение года. Вычислите высоту, на которую оно поднимается там же в день весеннего равноденствия 21 марта.
6. Древнегреческие мореплаватели, плававшие по Атлантическому океану, рассказывали землякам, что видели Солнце в полдень на севере. Им не верили, поскольку считалось, что экватор пересечь невозможно. Но есть ли тут противоречие? Могли бы они увидеть Солнце на севере и не доплыв до экватора?
7. Интересно ещё совершить экскурсию на планету Плюк. Ось этой (выдуманной) планеты вертикальна, период её вращения вокруг оси равен периоду обращения вокруг Солнца, но вращается она в другую сторону — всё почти точно как на Венере, только у Венеры эти два периода отличаются на одну десятую. Как устроена жизнь (смена времён суток и года) на этой планете?

Художник Анна Горлач

Почему бывают зима и лето?

Даже простые вопросы о современной астрономии требуют творческого подхода и понимания предмета. Астроном Владимир Сурдин в книге «Вселенная в вопросах и ответах» предлагает читателям проверить точность своих знаний. 

Казалось бы, тривиальный вопрос: «Что служит причиной смены сезонов на Земле, то есть почему бывают зима и лето?» Но ведь каждый третий дает на него неверный ответ. А вы?

Вот два самых распространенных варианта неверных ответов.

1. Летом Земля ближе к Солнцу, а зимой — дальше.
2. В течение года Земля меняет наклон своей оси вращения, подставляя Солнцу то одно, то другое полушарие.

Ошибочность первого ответа сразу станет очевидной, если вспомнить, что сезоны в Северном и Южном полушарии Земли меняются в противофазе: когда в Северном полушарии лето, в Южном зима. Значит, в смене сезонов года виновато не изменение расстояния от Солнца (иначе бы они менялись синхронно по всей Земле), а что-то другое. Второй ответ уже ближе к истинному, поскольку в нем говорится о наклоне земной оси, но и этот ответ неверен. Ось вращения Земли не изменяет своего направления в пространстве, во всяком случае за год. Но само существование этого наклона как раз и служит причиной смены сезонов года. Если бы земная ось была перпендикулярна плоскости земной орбиты (эклиптике), то независимо от положения Земли на орбите солнечные лучи грели бы разные участки ее поверхности с неизменной интенсивностью: максимально интенсивно обогревался бы экватор, а полюсов свет практически не достигал бы никогда.

Отклонение земной оси на 23,4° относительно перпендикуляра к плоскости орбиты приводит к тому, что в течение полугода Земля в большей степени демонстрирует Солнцу одно свое полушарие, а вторые полгода — другое. С 21 марта по 23 сентября Солнце сильнее обогревает Северное полушарие, а с 23 сентября по 21 марта — Южное. В этом и заключается причина смены сезонов. Разумеется, в этот процесс немного вмешивается изменение расстояния нашей планеты от Солнца: ближе всего мы к нему в первых числах января, а дальше всего — в начале июля. Но это изменение столь невелико, что заметно повлиять на смену сезонов оно не может.

Итак, правильный ответ на вопрос «Что служит причиной смены сезонов на Земле?» выглядит так: наклон оси вращения Земли, из-за которого Солнце полгода лучше греет одно полушарие планеты, а вторые полгода — другое.

«Как меняется Солнце в разные времена года?» – Яндекс.Кью

Солнце как и Земля живёт своей жизнью. Из её медицинской карты известно, что ей около 4,6 млрд лет и оно в полном расцвете своих сил. Внутреннее давление нормальное и полностью компенсируется гравитационным давлением внешних слоев. Температура в центральных областях в пределах нормы (15 млн К) и соответствует температуре постоянного синтеза ядер гелия. На сегодня состав Солнца по массе составляет 74,9% водорода, 23,8 Гелия и менее 2% металлов и, несмотря на потерю около 4 млн тонн массы каждую секунду, через 6,6 млрд лет она перейдёт в класс Красных Гигантов. 

Как меняется Солнце со временем? Постоянно. В каждое мгновение Солнце отличается от предыдущего. Глазом это не видно. За этим следят десятки космических аппаратов во всем диапазоне ЭМ спектра, фиксируя постоянные изменения Солнца в реальном времени. Основная задача этих аппаратов следить за Солнечной активностью, создающей «погоду» во всей Солнечной системе. Рекомендую полезный источник таких данных. 

Солнечная активность определяется солнечным ветром, солнечными вспышками, количеством солнечных пятен и колоссальными выбросами солнечной плазмы в межпланетное пространство (коронарные выбросы). Один из таких выбросов показан на фото ниже. Размер этого выброса в сотни раз превышает размер Земли.

Все эти процессы коррелируют (связаны) с магнитным полем Солнца, которое носит циклический характер с периодом в 22 года, в течении которого, каждые 11 лет магнитные полюса Солнца меняются местами. На рисунке ниже приведён график изменения солнечной активности (интенсивность коронарных выбросов, интенсивность рентгеновского излучения и солнечных пятен) измеренный космическими аппаратами.

Чёрная непрерывная линия отражает поведение числа солнечных пятен во времени. Пунктирные линии отражают поведение интенсивности коронарных выбросов. 

Для Солнца нет наших времён года. Солнце имеет свои собственные времена года, связанные с вращением Солнца вокруг Галактики с периодом ~240 млн лет, и свои собственные «дни», связанные с периодом дифференциального вращения вокруг своей оси — 34 дня у полюсов и 25 дней у экватора. Это вращение, конвекция плазмы и силы Кориолиса и создают механизм динамо для создания огромного магнитного поля Солнца, флуктуации которого дирижируют Солнечной активностью.

Отчего происходит смена времен года?

Итак, Земля имеет два различных движения. Во-первых, она поворачивается вокруг своей оси один раз в сутки. Во-вторых, она обходит вокруг Солнца в течение одного года. В результате первого движения Земли происходит смена дня и ночи; в результате второго, как это вы сейчас увидите, происходит смена времён года.

Если бы Земля двигалась вокруг Солнца так, что ось её вращения всё время была расположена под прямым углом к солнечным лучам, никакой смены времён года на Земле не существовало бы. Посмотрите на рис. 4. Откуда бы Солнце ни освещало Землю — справа, слева, спереди или сзади, лишь бы его лучи падали на земную поверх­ность под прямым углом к земной оси, — никакой раз­ницы не получилось бы. Во всех случаях лучи Солнца падали бы отвесно на земном экваторе и скользили бы вдоль земной поверхности у полюсов. В любом месте на Земле (кроме полюсов), из-за её вращения вокруг оси, ночь тянулась бы 12 часов и столько же продолжался бы день. Солнце всегда бы всходило на востоке и садилось на западе, совершая по небу изо дня в день всё один и тот же путь. Смены времён года на Земле не было бы.

В действительности, однако, дело обстоит не так.

Оказывается, что лучи Солнца только два раза в году — 21 марта и 23 сентября — падают на Землю под прямым углом к оси её вращения. Это значит, что только два раза в году — весной и осенью — бывает так, что день и ночь длятся по 12 часов, всю же остальную часть года либо ночь бывает длиннее дня, либо день длиннее ночи.

Посмотрите на рис. 8. Он изображает Землю, на кото­рую солнечные лучи падают справа. Поэтому на правой половине Земли день, а на левой — ночь. Обратите теперь внимание на то, как расположена ось вращения Земли. Она наклонена к лучам Солнца и при этом так, что её северная часть (на рисунке — верхняя) наклонена по направлению к Солнцу, а южная (на рисунке — ниж­няя) наклонена прочь от Солнца. Вследствие этого север­ная часть Земли получает значительно больше тепла и света, чем южная.

Наклон земной оси к лучам Солнца в конце июня

Посмотрите теперь на северный полюс Земли. Не только он сам, но и значительная часть земной поверхно­сти вокруг него освещается солнечными лучами. Сколько бы Земля ни вертелась, ни на самом северном полюсе, ни вокруг него при таком положении земной оси ночь не может наступить: круглые сутки будет день.

В местностях, более удалённых от северного полюса, смена дня и ночи уже будет происходить, но, как это нетрудно сообразить, день будет длиннее ночи. И только на земном экваторе, то-есть как раз посредине между двух полюсов Земли, продолжительность дня и ночи будет одинакова.

Совершенно иное будет происходить в южном по­лушарии. Как сам южный полюс Земли, так и значитель­ная часть земной поверхности вокруг него не освеща­ются солнечными лучами. Это значит, что на южном полюсе и около него круглые сутки будет длиться ночь. В более удалённых от южного полюса местностях ночь уже будет сменяться днём, но её продолжительность вплоть до экватора будет больше продолжительности дня.

Из всего сказанного теперь легко понять, что при таком наклоне земной оси, как на рис. 8, в северном полушарии Земли будет лето, а в южном — зима (зимние месяцы в южном полушарии — июнь—август).

Посмотрите теперь на рис. 9. На нём тоже изображена Земля, освещенная справа солнечными лучами. Однако ось вращения Земли на этот раз наклонена в противо­положном направлении: северный её конец от Солнца, а южный — к Солнцу. Северный полюс с окружающей его частью земной поверхности погружён в темноту. На нём и около него круглые сутки длится ночь. Несколь­ко дальше от него смена дня и ночи происходит, но всюду день короче ночи. В северном полушарии Земли будет зима. В южном полушарии Земли в это время, очевидно, лето. Там день либо длиннее ночи, либо (на южном полюсе и поблизости от него) длится круглые сутки.

Наклон земной оси к лучам Солнца в конце декабря

Наклон земной оси к лучам Солнца в конце марта и в конце сентября

О том, как расположена ось вращения Земли отно­сительно лучей Солнца весной и осенью, уже говорилось: солнечные лучи падают на Землю под прямым углом к земной оси. В таком положении Земля изображена на рис. 10. Конечно, надо помнить, что в то время, когда в северном полушарии Земли бывает осень, в южном полушарии бывает весна, и наоборот.

Теперь посмотрите на рис. 11. Он даёт общую картину изменения положения земной оси относительно Солнца в течение года.

Изменение наклона земной оси к лучам Солнца в течение года

В середине рисунка находится Солнце. Путь Земли изображён несколько сбоку, поэтому он не круглый, а вытянутый. Земля показана на нём в четырёх положе­ниях: 21 марта, 22 июня, 23 сентября и 22 декабря. На рисунке отчётливо видно, что в различные времена года ось вращения Земли сохраняет одно и то же положение, наклонённое к пути, по которому Земля движется вокруг Солнца. Именно поэтому в разные части года Солнце освещает сильнее то северное, то южное полушарие Земли, то-есть именно поэтому происходит смена времён года.

Действительно, при положении Земли 21 марта и 23 сентября северное и южное полушария Земли (как и на рис. 10) расположены одинаково относительно сол­нечных лучей.

На всей Земле в это время день и ночь длятся по 12 часов. 21 марта в северном полушарии — весна, в юж­ном — осень; 23 сентября, наоборот, — в северном полу­шарии — осень, в южном — весна (на рис. 11 21 марта видна освещенная Солнцем половина Земли, а 23 сен­тября — неосвещённая).

Положение Земли 22 июня такое же самое, что и на рис. 8. Северное полушарие Земли получает от Солнца больше тепла и света, чем южное. В северном полуша­рии — лето, в южном — зима. Наконец, положение Земли 22 декабря соответствует рис. 9. При этом поло­жении северное полушарие Земли получает меньше тепла и света, чем южное. В северном полушарии — зима, в южном — лето.

Итак, оказывается, что смена времён года происходит на Земле потому, что ось вращения Земли наклонена к пути, по которому Земля движется вокруг Солнца. Если бы не было наклона земной оси, если бы она была распо­ложена к пути Земли вокруг Солнца под прямым углом, в любом месте на Земле суточный путь Солнца над гори­зонтом оставался бы в течение года неизменным. И не было бы тогда ни весны, ни лета, ни осени, ни зимы. Весь год погода в отдельных местах на Земле была бы прибли­зительно одинаковая: у земных полюсов всего холоднее, на экваторе всего жарче. Но смены времён года не суще­ствовало бы.

Смена времен года » Детская энциклопедия (первое издание)

Движение Земли вокруг Солнца Что такое топографический план и карта

Если измерять каждый день, под каким углом Солнце поднимается над горизонтом в полдень — этот угол называется полуденной высотой Солнца, — то можно заметить, что он неодинаков в разные дни и летом значительно больше, чем зимой. Об этом можно судить и без всякого угломерного инструмента, просто по длине тени, отбрасываемой шестом в полдень: чем короче тень, тем больше полуденная высота, а чем тень длиннее, тем меньше и полуденная высота. 22 июня в Северном полушарии полуденная высота Солнца наибольшая. Это самый длинный день в году в этой половине Земли. Он называется днем летнего солнцестояния. Несколько дней подряд полуденная высота Солнца меняется чрезвычайно мало (отсюда и выражение «солнцестояние»), а потому и продолжительность дня также почти не меняется.

Через полгода, 22 декабря, — день зимнего солнцестояния в Северном полушарии. Тогда полуденная высота Солнца наименьшая и день самый короткий. Снова несколько дней подряд полуденная высота Солнца меняется чрезвычайно медленно и почти не меняется продолжительность дня. Разность между полуденными высотами Солнца 22 июня и 22 декабря составляет 47°. В году есть два дня, когда полуденная высота Солнца точно на 23º ½ ниже, чем в день летнего солнцестояния, и на столько же выше, чем в день зимнего солнцестояния. Это бывает 21 марта (начало весны) и 23 сентября (начало осени). В эти дни продолжительность дня и ночи одинакова: день равен ночи. Поэтому 21 марта называется днем весеннего равноденствия, а 23 сентября — днем осеннего равноденствия.

Чтобы понять, почему происходит изменение полуденной высоты Солнца в течение года, произведем следующий опыт. Возьмем глобус. У глобуса ось вращения наклонена к плоскости его подставки под углом 66º ½; а экватор — под углом 23º ½. Величины этих углов не случайны: земная ось наклонена к плоскости своего пути вокруг Солнца (орбите) также на 66º ½.

При движении Земли вокруг Солнца земная ось наклонена к плоскости своего пути всегда под одним углом.

Поставим на стол яркую лампу. Она будет изображать Солнце. Отойдем с глобусом на некоторое расстояние от лампы так, чтобы можно было носить глобус вокруг лампы; середина глобуса должна оставаться на уровне лампы, а подставка глобуса — быть параллельной полу.

Вся обращенная к лампе сторона глобуса освещена. Постараемся найти такое положение глобуса, чтобы граница света и тени проходила одновременно через оба полюса. Такое положение относительно Солнца земной шар имеет в день весеннего равноденствия или в день осеннего равноденствия. Вращая глобус вокруг оси, легко заметить, что в этом положении день должен быть равен ночи, и притом одновременно в обоих полушариях — Северном и Южном.

Воткнем булавку перпендикулярно к поверхности глобуса в такую точку экватора, чтобы она своей головкой смотрела прямо на лампу. Тогда тени от этой булавки мы не увидим; это означает, что для жителей экватора Солнце в полдень находится в зените, т. е. стоит прямо над головой.

Теперь двинемся с глобусом вокруг стола против часовой стрелки и пройдем четверть нашего кругового пути. При этом мы должны помнить, что при годовом движении Земли вокруг Солнца направление оси ее остается все время неизменным, т. е. ось глобуса должна перемещаться параллельно самой себе, не изменяя своего наклона.

Схема движения Земли вокруг Солнца и смена времен года.

При новом положении глобуса мы видим, что Северный полюс освещен лампой (изображающей Солнце), а Южный полюс находится в темноте. Именно в таком положении находится Земля, когда в Северном полушарии самый длинный день в году — день летнего солнцестояния.

В это время на северную половину Земли лучи Солнца падают под большим углом. Полуденное Солнце в этот день стоит в зените на северном тропике; в Северном полушарии тогда — лето, в Южном же полушарии — зима. Там в это время лучи падают на земную поверхность более наклонно.

Продвинемся с глобусом еще на четверть окружности дальше. Теперь наш глобус занял положение прямо противоположное весеннему. Опять мы замечаем, что граница дня и ночи проходит через оба полюса, и снова день на всей Земле равен ночи, т. е. продолжается 12 часов. Это бывает в день осеннего равноденствия.

Нетрудно убедиться, что в этот день на экваторе Солнце в полдень находится опять в зените и его лучи отвесно падают там на земную поверхность. Следовательно, для жителей экватора Солнце бывает в зените два раза в году: во время весеннего и осеннего равноденствий.

Пройдем теперь с глобусом еще на четверть окружности дальше. Земля (глобус) будет находиться по другую сторону от лампы (Солнца). Картина резко изменится: Северный полюс теперь находится в темноте, а Южный освещен Солнцем. Южное полушарие обогревается Солнцем больше, чем Северное. На северной половине Земли — зима, а на южной — лето. Это положение Земля занимает в день зимнего солнцестояния. В это время на южном тропике Солнце в зените, т. е. его лучи падают отвесно. Это самый длинный день в Южном полушарии и самый короткий — в Северном.

Обойдя еще четверть окружности, мы возвращаемся вновь к исходному положению.

Сделаем еще один интересный опыт: не будем наклонять ось глобуса, а расположим ее перпендикулярно к плоскости пола. Если мы проделаем тот же самый путь с глобусом вокруг лампы, мы убедимся, что в этом случае на всей Земле будет круглый год длиться равноденствие. В наших широтах стояли бы вечные весенне-осенние дни и не было бы резких переходов от теплых к холодным месяцам. Всюду (кроме, конечно, самих полюсов) Солнце всходило бы точно на востоке в 6 часов утра по местному времени, поднималось в полдень всегда на одну и ту же для данного места высоту и заходило бы точно на западе в 6 часов вечера по местному времени.

Таким образом, благодаря движению Земли вокруг Солнца и неизменному наклону земной оси к плоскости ее орбиты происходит смена времен года.

Этим же объясняется и то, что на Северном и Южном полюсах день и ночь длятся по полгода, а на экваторе в течение всего года день бывает равен ночи. В средних широтах, например в Москве, продолжительность дня и ночи в течение года меняется от 7 до 17,5 часов.

На северном и южном тропиках, расположенных на широте 23º ½ к северу и к югу от экватора, Солнце бывает в зените только один раз в году. Во всех же местах, расположенных между тропиками, полуденное Солнце бывает в зените по два раза в году. Пространство земного шара, заключенное между тропиками, по своим тепловым особенностям получило название жаркого пояса. Посередине его проходит экватор.

На расстоянии 23º ½ от полюса, т. е. на широте 66º ½, один раз в год зимой в течение целых суток Солнце не появляется над горизонтом, а летом, наоборот, раз в год не заходит в течение целых суток. В этих местах в Северном и Южном полушариях глобуса и на картах проводятся воображаемые линии, которые называются полярными кругами.

Чем ближе от полярных кругов к полюсам расположено то или иное место, тем большее число суток там продолжается сплошной день (или сплошная ночь) и Солнце не заходит или не восходит. А на самих полюсах Земли Солнце светит непрерывно в течение полугода. В то же время здесь солнечные лучи падают на земную поверхность очень наклонно. Солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом. Поэтому вокруг полюсов, в пространстве, окруженном полярными кругами, особенно холодно. Таких поясов два — северный и южный; они получили название холодных поясов. Здесь долгая зима и короткое холодное лето.

Между полярными кругами и тропиками расположены два умеренных пояса (северный и южный). Чем ближе к тропикам, тем зима короче и теплее, а чем ближе к полярным кругам, тем она длиннее и суровее.

Москва, Ленинград и большая часть нашей страны расположены в северном умеренном поясе.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Движение Земли вокруг Солнца Что такое топографический план и карта

.

Почему летом жарко, а зимой холодно?

22 сентября в 15 часов 31 минуту по московскому времени Солнце пересечёт плоскость орбиты Земли (эклиптику). В это время на всей планете день будет равен ночи. Затем в Южном полушарии день продолжит увеличиваться — там наступит астрономическая весна. А в Северном полушарии, наоборот, дни будут становиться всё короче — наступит астрономическая осень. И так будет продолжаться три месяца, до 21 декабря — дня зимнего солнцестояния, когда день окажется самым коротким, а ночь самой длинной в году. Именно в эти зимние дни (а вовсе не тогда, когда в Северном полушарии лето) Земля, двигаясь по своей эллиптической орбите, окажется в перигелии, то есть на самом близком расстоянии от Солнца — 147 млн км. В афелии, самой удалённой от Солнца точке орбиты, на расстоянии, равном 152 млн км, Земля находится, когда в Северном полушарии лето. В Южном полушарии в это время зима. Поэтому объяснить смену времён года тем, что летом Земля к Солнцу ближе, чем зимой, нельзя.

Положение Земли относительно Солнца во время солнцестояний в июне и в декабре. Во время летнего солнцестояния 20—21 июня в Северном полушарии, повёрнутом благодаря наклону земной оси к Солнцу, — лето, самый длинный день и самая короткая ночь в году. При этом в Южном полушарии, напротив, зима, и день самый короткий, а ночь самая длинная. Во время зимнего солнцестояния 21—22 декабря к Солнцу повёрнуто Южное полушарие: там лето, максимум солнечного тепла, самый длинный день и самая короткая ночь. Северное полушарие теперь, наоборот, получает минимум солнечных лучей, там зима, день самый короткий, а ночь самая длинная.

В дни равноденствий Солнце освещает ровно половину каждого полушария Земли, поэтому на всей планете длительности ночи и дня равны.

Обращение Урана вокруг Солнца. Отрезок АВ изображает ось вращения планеты. Дни равноденствия, как и дни солнцестояния на Уране происходят с интервалом в 41—42 земных года.

‹

›

Тогда почему наступают зима, весна, лето, осень?

Дело в том, что ось вращения Земли наклонена к плоскости экватора, угол наклона составляет 23,5 градуса. Из-за того, что направление оси вращения всё время остаётся постоянным, Земля движется вокруг Солнца как бы «бочком», по-разному подставляя солнечным лучам свою поверхность на разных участках орбиты, то есть в разное время года. Поэтому мы видим, что летом в Северном полушарии Солнце поднимается над горизонтом гораздо выше, чем зимой. А от угла падения солнечных лучей зависит, насколько сильно они отражаются от земной поверхности и насколько сильно поглощаются. Чем больше солнечных лучей поглощает поверхность, тем сильнее она нагревается. Если угол падения невелик (зимой), то солнечные лучи гораздо сильнее отражаются, а поглощаются гораздо хуже. И значит, зимой холодно. В высоких арктических широтах Солнце поднимается над горизонтом всего на несколько градусов, его лучи скользят вдоль земной поверхности, почти не поглощаясь и не нагревая её. Затем Солнце и вовсе скрывается под горизонтом на долгих полгода — наступает арктическая ночь.

После 21—22 декабря начинается астрономическая зима, и продолжается она до тех пор, пока день опять не сравняется по продолжительности с ночью. 20 марта наступает день весеннего равноденствия, астрономическая зима заканчивается, и начинается весна. Солнце вновь пересекает плоскость земной орбиты и оказывается в Северной полусфере. С каждым днём оно будет подниматься всё выше, дни станут длиннее и теплее.

Заканчивается астрономическая весна в день летнего солнцестояния — 20—21 июня. Этот день самый длинный, а ночь самая короткая в году. После него начинается астрономическое лето, которое продолжается до 22—23 сентября, дня осеннего равноденствия.

Разумеется, в Южном полушарии всё наоборот: в сентябре там наступает астрономическое лето, а в марте — астрономическая зима. И лишь в дни равноденствий продолжительность дня и ночи одинакова на всей планете.

Если бы экватор Земли точно совпадал с плоскостью орбиты, то есть наклона оси не было бы, Солнце во всех широтах (и в Северном полушарии, и в Южном) поднималось бы всегда на одинаковую высоту. На экваторе оно каждый день в полдень находилось бы точно в зените — там царило бы вечное лето, а на полюсах постоянно двигалось вдоль линии горизонта, не опускаясь и не поднимаясь, — там была бы вечная зима и вечные сумерки. В средних широтах тоже никакой смены времён года не происходило бы.

Кстати, тот факт, что орбита Земли не совсем круговая и разница в расстоянии до Солнца в афелии и перигелии составляет около 3%, всё-таки оказывает своё влияние: зимы в Южном полушарии чуть-чуть холоднее, чем в Северном, а летние месяцы чуть-чуть жарче.

А происходит ли смена времён года на других планетах Солнечной системы?

Меркурий

Самая близкая к Солнцу планета Меркурий — единственная в Солнечной системе, у которой плоскость экватора в точности совпадает с плоскостью эклиптики. Орбита Меркурия довольно вытянутая (эксцентриситет составляет 0,21). Именно поэтому смена времён года определяется расстоянием планеты до Солнца. «Летом» — в перигелии — температура на освещённой Солнцем поверхности Меркурия может достигать 400 градусов Цельсия, а «зимой» — в афелии — опускаться до 100 градусов.

Венера

Венера вращается вокруг оси так медленно, что сутки оказываются длиннее года: год продолжается 224,7 дня, а сутки примерно 243 дня, и вращение происходит против орбитального движения планеты. Ось вращения Венеры почти перпендикулярна плоскости эклиптики, поэтому смены времён года на ней практически нет. Да и какие уж там времена года, если средняя температура на поверхности больше 400 градусов Цельсия, а давление 90 атмосфер.

Марс

Орбита Марса близка к круговой, но всё же её вытянутость больше, чем у орбиты Земли (эксцентриситет равен 0,093). Расстояние от Марса до Солнца в перигелии 206,6 млн км, а в афелии 249,2 млн км. Разница примерно в 40 млн км. Но, как и на Земле, зима и лето на Марсе сменяются в основном из-за наклона оси вращения. Плоскость экватора Марса наклонена к плоскости его орбиты под углом 25,2 градуса (у Земли, напомним, 23,5). Потому и смена времён года происходит примерно так же, как на Земле, если, конечно, учесть, что год на Марсе продолжается 1,88 земного года. В экваториальной и средней полосе смена времён года проявляется в смене температур, а в приполярных областях зимой появляются белые полярные шапки. Но это не лёд, а по большей части замёрзшая от зимних холодов углекислота. Ведь атмосфера Марса в основном из углекислого газа и состоит.

Нужно отметить, что на Марсе гораздо больше, чем на Земле, сказывается разница в расстоянии до Солнца в перигелии и афелии. 40 млн км — это всё же не 3%, а в шесть раз больше. Поэтому в разных полушариях Марса зима и лето довольно сильно отличаются. В южном полушарии лето короче и теплее, чем в северном, потому что именно в это время планета проходит через перигелий. А зима в южном полушарии — длиннее и холоднее (из-за того, что Марс находится в афелии).

Юпитер

Эксцентриситет орбиты Юпитера тоже невелик, вдвое меньше, чем у Марса. Наклон экватора Юпитера к плоскости его орбиты составляет всего 3,1 градуса — это очень мало, и даже будь Юпитер обычной планетой с твёрдой поверхностью, говорить о смене времён года не имело бы смысла: на полюсах царила бы вечная зима, а на экваторе вечное лето с промежуточными значениями температуры на других широтах. Южное полушарие в этом смысле не отличалось бы от северного. Но Юпитер — газовый гигант, у него нет твёрдой поверхности, и «погода» на разных его широтах практически не зависит ни от расстояния до Солнца, ни от наклона оси вращения. «Погоду» на Юпитере определяют мощные турбулентные движения в водородно-гелиевой атмосфере и быстрое вращение (сутки на Юпитере продолжаются всего 10 часов).

Сатурн

Эта планета во многом похожа на Юпитер. Орбита Сатурна примерно так же вытянута, сутки примерно такие же (всего на полчаса больше, чем на Юпитере). Но наклон оси вращения по отношению к плоскости орбитального движения близок к земному — отличается всего на 3 градуса. Казалось бы, что и смена времён года на Сатурне должна быть похожа на земную (конечно, с учётом, что год на Сатурне в 29 раз длиннее земного), и она должна происходить не раз в три месяца, а раз в семь с четвертью земных лет. Но Сатурн, как и Юпитер, — газовый гигант. Да, Солнце дважды в течение сатурнианского года пересекает плоскость орбиты, и тогда, как и на Земле, случаются равноденствия и, как и на Земле, бывают самые длинные «дни» и самые длинные «ночи», вот только на климат и тем более на «погоду» всё это не оказывает практически никакого влияния. На Сатурне, как и на Юпитере, главное воздействие на атмосферные явления оказывают мощные атмосферные бури и вихри, и о смене времён года можно говорить только в астрономическом, но никак не в климатическом смысле.

Уран

Уран вращается вокруг Солнца «лёжа на боку» — ось вращения планеты отклоняется от плоскости эклиптики на 8 градусов. У планет Солнечной системы много странностей, хотя, казалось бы, они должны не очень отличаться друг от друга, поскольку произошли из одного протопланетного облака, которое, сгущаясь, вращалось вокруг Солнца в том же направлении, что и само светило. В процессе сжатия отдельные «куски» протопланетного облака сталкивались друг с другом, одни разваливались совсем, другие становились больше, у одних вращение вокруг оси ускорялось, у других замедлялось. И массы будущих планет оказались разными. Это понятно и естественно. Но почему, к примеру, плоскость экватора Урана наклонена к плоскости эклиптики под углом 98 градусов? Что произошло в те далёкие времена, когда планеты только формировались? У космогонистов есть ответ на этот вопрос (хотя вариаций в нём множество). Протопланетные сгущения и недавно образовавшиеся планеты часто (по астрономическим понятиям, конечно!) сталкивались, причём под разными углами и с разными скоростями. В результате одного из таких столкновений Земля обзавелась спутником — Луной. В результате другого — будущая планета Уран получила такой удар по касательной, что ось её вращения «опрокинулась», и планета «легла на бок».

Год на Уране в 84 раза длиннее земного. Попробуем представить, как там происходит смена времён года. Если вы находитесь на одном из его полюсов, то в разгар лета ось планеты направлена почти точно на Солнце, находящееся в зените. Но проходит несколько земных лет. Солнце по спирали, делая один оборот за урановые сутки (17,2 часа), постепенно опускается к горизонту и, наконец, в день, который жители Урана, если бы они существовали, назвали бы началом календарной зимы, заходит и появляется вновь только через половину уранового года. А в это время на противоположном полюсе планеты Солнце появляется из-под горизонта и по спирали поднимается к зениту, куда доберётся к середине лета.

Если бы вы оказались на экваторе Урана, то смена времён года происходила бы так. Солнце всходило бы и заходило каждый день, будто на Земле. Но в разгар урановой зимы оно будто бы катилось вдоль горизонта, на половину суток скрываясь неглубоко, всего градусов на восемь (если учесть рефракцию, достаточно сильную в плотной уранианской атмосфере, то и не скрываясь вовсе), а на вторую половину суток невысоко (градусов на восемь) поднимаясь в небо. В разгар лета Солнце будет подниматься почти к зениту. Однако намного теплее от этого не станет, да нам, впрочем, всё равно, ведь лето и зима на планете Уран интересуют нас только как астрономические явления, возникающие из-за его странного «лежачего» обращения вокруг Солнца.

Нептун

Самая далёкая из планет Солнечной системы — Нептун — обращается вокруг Солнца за 165 лет. По вытянутости орбиты и наклону оси вращения Нептун мало отличается от других планет, и если бы по массе был похож на Землю, можно было бы говорить, что четыре времени года сменяют здесь друг друга через каждые 41 земной год. С астрономической точки зрения так оно и есть: на Нептуне происходят летние и зимние солнцестояния, дважды в год случаются равноденствия. Но, конечно, физические условия сказываются: Нептун — такой же газовый гигант, как Юпитер, Сатурн и Уран, а потому похож на них природными условиями.

Плутон

Плутон — совсем другое дело! У него и наклон орбиты отличается от всех других планет (17 градусов), и вращается он в противоположную сторону. Но в число планет Солнечной системы он уже не входит. С 2006 года Плутон носит менее «почётное» звание «карликовой планеты», одного из многих таких объектов пояса Койпера.

***

Эксцентриситет (ε) — числовая характеристика степени сжатия эллипса (0 < ε < 1). Окружности соответствует ε = 0, а ε ≈ 1 означает, что продольный размер эллипса во много раз больше поперечного. Например, если они отличаются в два раза, то ε ≈ 0,87.

Перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты планеты или другого небесного тела Солнечной системы, афелий — наиболее удалённая.

Эклиптика — линия, по которой происходит видимое с Земли движение Солнца относительно звёзд, соответственно плоскость эклиптики — это плоскость обращения Земли вокруг Солнца (плоскость земной орбиты). Планеты Солнечной системы движутся вблизи плоскости эклиптики в том же направлении, что и Земля. Это объясняется их формированием из общего протопланетного диска.

Времена года, равноденствие и солнцестояние

Есть только два времени в году, когда ось Земли не наклонена ни к Солнцу, ни от него, что приводит к «почти» равному количеству дневного света и темноты на всех широтах. Эти события называются Равноденствием. Слово равноденствие происходит от двух латинских слов — aequus (равно) и nox (ночь). На экваторе в полдень этих двух равноденствий солнце находится прямо над головой. «Почти» равные часы дня и ночи связаны с преломлением солнечного света или изгибом световых лучей, из-за которого солнце появляется над горизонтом, когда фактическое положение солнца находится ниже горизонта.Кроме того, дни становятся немного длиннее на более высоких широтах (на удалении от экватора), потому что солнцу требуется больше времени, чтобы встать и зайти. Следовательно, в день равноденствия и в течение нескольких дней до и после равноденствия продолжительность дня будет варьироваться от примерно 12 часов шести с половиной минут на экваторе до 12 часов 8 минут на 30 градусах широты и до 12 часов. и 16 минут на 60 градусах широты.

Летнее солнцестояние наступает в момент, когда угол наклона Земли к Солнцу максимален.Поэтому в день летнего солнцестояния солнце появляется на самой высокой высоте с полуденным положением, которое очень мало меняется в течение нескольких дней до и после летнего солнцестояния. Летнее солнцестояние происходит, когда солнце находится прямо над тропиком Рака, который расположен на 23,5 ° северной широты и проходит через Мексику, Багамы, Египет, Саудовскую Аравию, Индию и южный Китай. В любом месте к северу от тропика Рака солнце находится в самой высокой точке неба, и это самый длинный день в году.

Зимнее солнцестояние отмечает самый короткий день и самую длинную ночь в году. В Северном полушарии это происходит, когда солнце находится прямо над тропиком Козерога, который расположен на 23,5 ° к югу от экватора и проходит через Австралию, Чили, юг Бразилии и север Южной Африки.

Полный список дат зимнего и летнего солнцестояния, весеннего и осеннего равноденствия до 2025 года можно найти на этом сайте Военно-морской обсерватории США.Альтернативная текстовая ссылка находится здесь.

Все мы знаем, что Земля совершает полный оборот вокруг Солнца раз в 365 дней по эллиптической орбите. Это означает, что расстояние между Землей и Солнцем, которое в среднем составляет 93 миллиона миль, меняется в течение года. В первую неделю января Земля приближается к Солнцу примерно на 1,6 миллиона миль. Это называется перигелием. Афелий, или точка, в которой Земля находится примерно в 1.На 6 миллионов миль дальше от Солнца, происходит в первую неделю июля. Этот факт может показаться противоречащим тому, что мы знаем о сезонах в Северном полушарии, но на самом деле разница несущественна с точки зрения климата и НЕ является причиной того, что у нас есть времена года. Времена года обусловлены тем, что Земля наклонена вокруг своей оси на 23,5 °. Ориентация наклона относительно пространства не меняется в течение года; таким образом, северное полушарие наклонено к солнцу в июне и от солнца в декабре, как показано на рисунке ниже.

Существует задержка между самым длинным днем ​​в году и самыми теплыми средними температурами для большинства мест в средних и высоких широтах.

В северной части штата Огайо / северо-запад ПА максимальная дневная температура наступает почти на 3 недели позже, в середине июля. Как самая теплая часть дня обычно наступает через несколько часов после полудня, когда солнце находится выше всего в небе, так и самая теплая часть лета отстает от летнего солнцестояния. Это отставание происходит из-за времени, необходимого для нагрева почвы и воды.Средняя температура продолжает расти, пока солнце не опустится ниже в небе. Хотя эффект очевиден на графике суточной температуры, он более очевиден, если посмотреть на изменения среднемесячной температуры. В Кливленде температура июля в среднем на 3,3 ° F выше, чем в июне, а август также теплее, чем июнь, на 2,8 ° F, хотя продолжительность дней в августе значительно меньше, чем в июне.

сезонов | COSMOS

В течение года большинство мест на Земле переживает четыре заметных сезона: лето, осень (осень), зима и весна, продолжительность каждого из которых составляет около 3 месяцев.Времена года в северном и южном полушарии всегда различаются на шесть месяцев — когда в северном полушарии лето, в южном полушарии зима и так далее.

Времена года являются прямым следствием наклона оси вращения Земли, которая составляет примерно 23,5 градуса по отношению к линии, перпендикулярной плоскости эклиптики. Направление земной оси остается почти неизменным на протяжении всей орбиты, так что в разных частях орбиты одно полушарие «наклоняется» к Солнцу (лето), а другое «наклоняется» (зима).Шесть месяцев спустя Земля наклоняется в противоположном направлении.

Наклон Земли заставляет Южное полушарие (SH) наклоняться к Солнцу в течение лета SH. Между тем, в северном полушарии (NH), которое отклоняется от Солнца, зима. Через полгода ситуация обратная.

Для мест к северу или к югу от экватора основной особенностью, сопровождающей каждый сезон, является изменение температуры, вызванное переменным количеством солнечного света, падающего на каждое полушарие Земли на протяжении ее годовой орбиты.Полушарие, наклоненное к Солнцу, будет дольше находиться на солнце и больше попадать под прямыми солнечными лучами.

слева: Зима в северном полушарии — количество солнечного света, падающего на северное полушарие, намного меньше, чем… справа: … количество солнечного света, падающего на южное полушарие летом в южном полушарии.

Поскольку Солнце летом находится выше в небе, солнечный свет, достигающий поверхности, более концентрированный.Зимой Солнце находится ниже в небе, и солнечный свет распространяется на большую площадь. Весной и осенью оба полушария получают примерно одинаковое количество солнечного света.

На экваторе колебания температуры намного меньше в течение года, и принято рассматривать только два сезона: сухой и влажный (или муссонный). Для наблюдателей прямо на северном и южном полюсах есть только два сезона — почти шестимесячная зимняя ночь, за которой следует почти шестимесячный летний день! В пределах Полярного круга и Южного полярного круга (66.5 градусов северной и южной широты), будет по крайней мере один полярный день (24 часа непрерывного дневного света, иногда называемый «полуночным солнцем») и одна полярная ночь (24 часа непрерывной темноты).

Дата начала сезонов часто выбирается для начала в даты солнцестояний (летнее и зимнее) и равноденствий (осень и весна). В качестве альтернативы начало нового сезона может быть связано с первым днем ​​месяца (декабрь, март, июнь и сентябрь), в котором происходит солнцестояние или равноденствие.

Иногда считается, что изменение расстояния от Земли до Солнца из-за ее эллиптической орбиты является причиной смены времен года. Это неверно! Расстояние Земли от Солнца варьируется примерно на 3% от самого близкого (расстояние перигелия = 147,09 миллиона км) до самого дальнего сближения (расстояние афелия = 152,10 миллиона км). Это небольшое изменение расстояния не может объяснить разницу температур между летом и зимой и не может объяснить, почему в одном полушарии может быть зима, а в другом — лето.

6 (ч). Геометрия Земля-Солнце

Вращение Земли и вращение

Термин Земля вращение относится к прядению нашей планеты на своей оси. Из-за вращения Поверхность Земли движется к экватору со скоростью около 467 м / с или чуть более 1675 км / с час.Если бы вы могли посмотреть на север Земли Полюса из космоса можно было бы заметить, что направление вращения — против часовой стрелки ( рис. 6ч-1 ). Обратное верно, если Земля рассматривается с Южного полюса. Один оборот занимает ровно двадцать четыре часа и называется средним значением солнечный день . Вращение Земли отвечает за суточные циклы дня и ночи.В любой момент времени одна половина Земли находится в солнечном свете, а другая половина в темноте. Край, отделяющий дневной свет от ночи, называется круг освещения . Вращение Земли также создает видимое движение Солнца по горизонт.

Рисунок 6h-1: движение Земли вокруг своей оси известно как вращение.Направление этого движения меняется в зависимости от позиция зрителя. С Северного полюса кажется, что вращение движется против часовой стрелки мода. Глядя на Южный полюс, Земля вращение появляется по часовой стрелке.

Орбита Земли вокруг Солнца называется Земля революция .Это небесное движение занимает 365,26 часа. дней для завершения одного цикла. Далее, орбита Земли вокруг Солнца не круглая, а овальная или эллиптическая (см. рис. 6ч-2 ). Эллиптическая орбита вызывает расстояние до Земли от Солнца меняться в течение года. Тем не менее, это явление не несет ответственности за времена года на Земле! Этот изменение расстояния от Солнца вызывает количество солнечной радиации, получаемой Землей, в год варьируются примерно на 6%. Рисунок 6h-2 иллюстрирует позиции в вращении Земли, где это самый близкий и самый дальний от Солнца. 3 января перигелий г. Земля находится ближе всего к Солнцу (147,3 млн км). В Земля находится дальше всего от Солнца 4 июля или афелия (152,1 млн км). Среднее расстояние Земли от Солнце за год — около 149.6 млн км.

Рисунок 6h-2: Положение равноденствий, солнцестояний, афелия и перигелия относительно орбиты Земли вокруг Солнце. Между точками равноденствия и солнцестоянием должно быть 90 градусов. в плоскости эклиптики.

Наклон оси Земли

Эклиптика плоскость можно определить как двумерную плоская поверхность, геометрически пересекающая орбитальный путь вокруг Солнца.На этом плане Земля ось не находится под прямым углом к ​​этой поверхности, но наклонена под углом примерно 23,5 ° от перпендикуляра . Рисунок 6h-3 — Земля на орбите, вид сбоку. о Солнце в четыре важные даты: 900-20 июня солнцестояние , сентябрь равноденствие , декабрь солнцестояние и марта Равноденствие .Обратите внимание, что угол Ось Земли по отношению к плоскости эклиптики и Полярная звезда на эти четыре даты остается неизменной. Тем не менее, относительное положение оси Земли относительно Солнце действительно меняется в течение этого цикла. Это обстоятельство отвечает за годовые изменения высоты Солнца над горизонтом .Это также вызывает сезонов , контролируя интенсивность и продолжительность солнечного света получены местоположениями на Земле. Рисунок 6h-4 показывает вид сверху на то же явление. В этом вид, мы можем увидеть, как меняется круг освещения его положение на поверхности Земли. В течение два равноденствия, круг освещения разрезает через Северный полюс и Южный полюс.На Июньское солнцестояние, круг освещения касательный до Полярного круга (66,5 ° с.ш.) и региона выше этой широты длится 24 часа светового дня. Полярный круг находится в 24-часовой темноте во время декабрьское солнцестояние.

Рисунок 6h-3: Ось вращения Земли наклонена на 23 °.5 ° от красная линия, проведенная перпендикулярно эклиптике самолет. Этот наклон остается неизменным везде орбита Земли вокруг Солнца. Времена года подходят только для Северного полушария.

Рисунок 6h-4: Годовой изменение положения Земли при ее вращении вокруг Солнца.На этом графике мы видим Земля из положения в космосе, которое находится над Северный полюс (желтая точка) в день летнего солнцестояния, зимнее солнцестояние и два равноденствия. Обратите внимание, как положение Северного полюса на поверхности Земли не меняется. Однако его положение относительно Солнце действительно меняется, и этот сдвиг ответственен по сезонам.Красный круг на каждой из Земель представляет Полярный круг (66,5 градуса северной широты). В течение июньское солнцестояние, область за полярным кругом переживает 24 часа дневного света, потому что Северный полюс наклонен к Солнцу на 23,5 градуса. За Полярным кругом бывает 24 часа ночи, когда Северный полюс наклонен на 23,5 градуса от Солнце в день декабрьского солнцестояния.Во время двух равноденствий круг освещения прорезает полярный ось и все места на Земле — опыт 12 часы дня и ночи. Времена года подходят только для Северного полушария.

21 или 22 июня Земля находится на своей орбите так, что Северный полюс наклонен на 23,5 ° в сторону Солнце (Фигуры 6h-3 , 6h-4 , 6h-5 и см. анимацию — Рисунок 6h-7 ).Во время июньского солнцестояния (также называемого летом г. солнцестояние в Северное полушарие), все локации к северу от на экваторе длина дня превышает двенадцать часов, в то время как во всех местах к югу от экватора продолжительность светового дня меньше чем двенадцать часов (см. таблицу 6ч-2 ). 21 или 22 декабря Земля позиционируется. так что Южный полюс наклонен 23.5 градусов в сторону Солнце (Фигуры 6h-3 , 6h-4 , 6h-5 и см. анимацию — Рисунок 6h-8 ). Во время декабрьского солнцестояния (также называемого зимой г. солнцестояние на севере Полушарие), все местоположения к северу от экватора имеют продолжительность светового дня менее двенадцати часов, в то время как во всех местах к югу от экватора продолжительность дня превышает двенадцать часов (см. Таблица 6h-2 ).

Рисунок 6h-5: Во время во время июньского солнцестояния Северный полюс Земли наклонен 23,5 градуса к Солнцу относительно круга освещения. Это явление держит все места выше 66,5 градуса северной широты за 24 часа солнечного света, а места ниже 66 широты.5 градусы S в темноте. Северный полюс наклонен 23,5 градуса от Солнца относительно круга освещения во время декабрьского солнцестояния. На эта дата, все места выше 66,5 градуса N сейчас в темноте, а места ниже широты 66,5 градусов южной широты получают 24 часа дневного света.

22 или 23 сентября, также называемый осенним праздником . равноденствие в Северном Полушарие, ни один полюс не наклонен в сторону или в сторону от Солнца (Фигуры 6h-3 , 6h-4 , 6h-6 и см. анимацию — Рисунок 6h-9 ).В Северном полушарии 20 или 21 марта знаменует приход весеннего равноденствия или весны , когда еще раз полюса не наклонены ни в сторону, ни в сторону с Солнца. Продолжительность дня в оба эти дня, независимо от широты, ровно 12 часов.

Рисунок 6h-6: Во время равноденствия, ось Земли не наклонена к или от Солнца и круга освещения прорезает столбы.Эта ситуация не предполагает что угол наклона Земли на 23,5 градуса больше не существует. Точка зрения этого рисунка показывает, что ось Земли наклонена на 23,5 градуса в сторону зритель для обеих дат (см. Рисунки 6h-3 и 6ч-4 ). Красные круги, показанные на рисунке, — это Полярный круг.

Наклон оси и высота над уровнем моря

Годовое изменение относительного положения оси Земли по отношению к Солнцу вызывает высота Солнца или солнечных. высота будет меняться в нашем небе.Солнечная высота обычно измеряется от южной или северная точка вдоль горизонта и начинается с нуля градусов. Максимальная высота Солнца достигается, когда Солнце прямо над головой и имеет значение 90 °. Общая изменение максимальной солнечной высоты для любого местоположения на Земле за год составляет 47 ° (земная наклон 23.5 ° х 2 = 47 °). Это изменение связано с годовым изменениям относительного положения Земля к Солнцу. На 50 градусах северной широты максимум солнечной высота колеблется от 63,5 градусов в день июньского солнцестояния до 16,5 градусов в день декабрьского солнцестояния ( Рисунок 6h-10 ). Максимальная высота Солнца на экваторе составляет 66,5 градусов. над северным концом горизонта в июне солнцестояние, прямо над головой в сентябрьское равноденствие, а затем до 66.5 градусов выше южной оконечности горизонта во время декабрьского солнцестояния (рис. 6ч-11 ).

Рисунок 6h-10: Варианты на солнечной высоте на солнечной полдень для 50 градусов северной широты в июне солнцестояние, равноденствие и декабрьское солнцестояние.

Рисунок 6ч-11: Вариации на солнечной высоте на солнечной полдень года для экватора во время июньского солнцестояния, равноденствие и декабрьское солнцестояние.

Место на Земле, где находится Солнце находится прямо над головой на солнечной полдень известен как субсолнечный точка . Подсолнечная точка находится на экваторе. во время двух равноденствий (фигуры 6h-11 и 6h-12 ). В эти даты экватор совмещен с плоскостью эклиптики, а полюса — на одной линии с освещенным кругом (, рис. 6h-6, ).Летом во время солнцестояния подсолнечная точка перемещается к тропической зоне . Рака (23,5 ° с.ш.), потому что на на этот раз Северный полюс наклонен на 23,5 ° к Солнце ( Фигуры 6h-12 и 6h-13 ). Рисунок 6h-13 показывает, как постепенно изменяется подсолнечная точка. от одного дня к другому в течение одного года. Примечание что на этом графике подсолнечная точка расположена в Тропик Козерога (23.5 ° ю.ш.) во время декабрьское солнцестояние, когда Южный полюс расположен под углом 23,5 ° к Солнце ( Рисунок 6h-5 ).

Рисунок 6h-12: Взаимосвязь максимальной высоты Солнца до широты для равноденствия (слева) и июньское солнцестояние (справа). Красные значения справа от глобусов максимальные солнечные высоты на солнечной полдень .Черные цифры слева обозначают расположение Экватора, Тропик Рака (23,5 градусы С), Тропик Козерога (23,5 градуса Ю), Полярный круг (66,5 градуса с.ш.) и Антарктика Круг (66,5 градуса ю.ш.). Расположение Севера и Южные полюса также определены. Во время равноденствия экватор — это место на Земле с Солнцем угол 90 градусов для солнечного полудня.Обратите внимание, как максимум Высота Солнца уменьшается с увеличением широты по мере удаления от экватора. За каждый пройденный градус широты максимальная высота Солнца уменьшается на такую ​​же величину. В день равноденствия вы также можете рассчитать угол полудня. путем вычитания широты местоположения из 90. Во время летнее солнцестояние, Солнце сейчас прямо над головой в Тропике Рака.Все места выше этого в локации максимальная высота Солнца составляет 23,5 градуса выше от положения равноденствия. Места над Полярный круг находится в дневное время суток. Ниже Тропик Рака полуденный угол падения Солнца один градус высоты на каждый градус широты путешествовал. На Северном полярном круге максимальная высота Солнца становится 0 градусов и местоположения к югу от этой точки на Земле находятся в 24 часа темноты.

Фигура 6h-13: Угол склонения Солнца и широты подсолнечная точка в течение года. Сезоны для Северное полушарие.

Следующая таблица описывает изменения солнечной высоты в солнечный полдень для двух солнцестояний и равноденствия.Все измерения указаны в градусах (горизонт имеет 180 градусов от True Север с по Истинно Юг ) и отсчитываются от истинного севера. или Истинный Юг (что угодно ближе).

Таблица 6h-1: Максимум Высота Солнца для выбранных широт в течение двух солнцестояния и равноденствия.

Местонахождение Широта	Мартовское равноденствие 20/21 марта	Июньское солнцестояние 21/22 июня	Сентябрь Равноденствие 22/23 сентября	декабрь Солнцестояние 21/22 декабря
90 Н	0 градусов	23.5 градусов	0 градусов	— 23,5 градуса
70 н.	20 градусов	43,5 градуса	20 градусов	-3,5 градуса
66.5 №	23,5 градуса	47 градусов	23,5 градуса	0 градусов
60 Н	30 градусов	53,5 градуса	30 градусов	6.5 градусов
50 Н	40 градусов	63,5 градуса	40 градусов	16,5 градусов
23,5 №	66.5 градусов	90 градусов	66,5 градусов	43 градуса
0 градусов	90 градусов	66,5 градусов	90 градусов	66.5 градусов
23,5 S	66,5 градусов	43 градуса	66,5 градусов	90 градусов
50 ю.	40 градусов	16.5 градусов	40 градусов	63,5 градуса
60 ю	30 градусов	6,5 градуса	30 градусов	53,5 градуса
66.5 S	23,5 градуса	0 градусов	23,5 градуса	47 градусов
70 ю.	20 градусов	-3,5 градуса	20 градусов	43.5 градусов
90 ю	0 градусов	— 23,5 градуса	0 градусов	23,5 градуса

По следующим ссылкам показаны графические иллюстрации. годового движения Солнца в нашем небе для выбранных широты.На этих иллюстрациях солнечные углы измерены от True North и True South для солнечной полдень .

| 90 N | 66,5 N | 50 N | 23,5 N | Экватор (0) | 23,5 S | 50 S | 66,5 S | 90 S |

Наконец, высота Солнца на солнечной полдень также можно рассчитать с помощью следующих простых уравнение:

Высота A = 90 — широта L +/- склонение D

В этом уравнении L широта местоположения в градусах и D склонение.Уравнение упрощается до A = 90 — L , если солнечный угол определения делаются на любую дату равноденствия. Если угол Солнца определяется для даты солнцестояния, склонение ( D ) составляет добавлен к широте ( L ) если локация переживает лето (северные широты = Июньское солнцестояние; южные широты = декабрьское солнцестояние) и вычитается из широты ( L ) если локация переживает зиму (северные широты = Декабрьское солнцестояние; южные широты = июньское солнцестояние).Все ответы в этом уравнении даны относительно True Северный для южных широт и Истинный Юг для северных широт. Для наших целей только склонения двух солнцестояний и двух равноденствий важные. Это следующие значения: июньское солнцестояние D = 23,5, Декабрьское солнцестояние D = -23,5, Мартовское равноденствие D = 0, и сентябрьское равноденствие D = 0.При использовании приведенного выше уравнения в тропических широтах, Могут возникать значения высоты солнца более 90 градусов для некоторых расчетов. Когда это происходит, полдень Солнце на самом деле находится позади вас, если смотреть на экватор. В этих условиях следует пересчитать высоту Солнца. следующим образом:

Высота A = 90 — (первоначально рассчитанная высота A — 90)

Основы солнечного излучения | Министерство энергетики

Солнечное излучение , часто называемое солнечным ресурсом или просто солнечным светом, является общим термином для электромагнитного излучения, излучаемого солнцем.Солнечное излучение можно улавливать и превращать в полезные формы энергии, такие как тепло и электричество, с помощью различных технологий. Однако техническая осуществимость и экономическая эксплуатация этих технологий в конкретном месте зависит от доступного солнечного ресурса.

Основные принципы

Каждое место на Земле получает солнечный свет, по крайней мере, часть года. Количество солнечной радиации, достигающей любой точки на поверхности Земли, зависит от:

• Географического положения
• Времени дня
• Сезона
• Местного ландшафта
• Местной погоды.

Поскольку Земля круглая, солнце падает на поверхность под разными углами в диапазоне от 0 ° (чуть выше горизонта) до 90 ° (прямо над головой). Когда солнечные лучи вертикальны, поверхность Земли получает всю возможную энергию. Чем больше наклонены солнечные лучи, тем дольше они проходят через атмосферу, становясь более рассеянными и рассеянными. Поскольку Земля круглая, в холодных полярных регионах никогда не бывает высокого солнца, а из-за наклона оси вращения эти области вообще не получают солнца в течение части года.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите и в определенное время года находится ближе к Солнцу. Когда Солнце приближается к Земле, поверхность Земли получает немного больше солнечной энергии. Земля ближе к Солнцу, когда в южном полушарии лето, а в северном — зима. Однако наличие обширных океанов смягчает более жаркое лето и более холодную зиму, которые можно было бы ожидать в южном полушарии в результате этой разницы.

23.Наклон оси вращения Земли на 5 ° является более важным фактором при определении количества солнечного света, падающего на Землю в конкретном месте. Наклон приводит к увеличению продолжительности дней в северном полушарии от весеннего (весеннего) равноденствия до осеннего (осеннего) равноденствия и к увеличению продолжительности дней в южном полушарии в течение остальных 6 месяцев. Дни и ночи длятся ровно 12 часов в дни равноденствий, которые происходят каждый год примерно 23 марта и 22 сентября.

Такие страны, как Соединенные Штаты, которые расположены в средних широтах, получают больше солнечной энергии летом, а не только потому, что дни длиннее, но еще и потому, что солнце находится почти над головой.Солнечные лучи гораздо более наклонены в более короткие дни зимних месяцев. Такие города, как Денвер, штат Колорадо (около 40 ° широты), получают в июне почти в три раза больше солнечной энергии, чем в декабре.

Вращение Земли также отвечает за часовые колебания солнечного света. Ранним утром и ближе к вечеру солнце садится низко. Его лучи проходят через атмосферу дальше, чем в полдень, когда солнце находится в самой высокой точке. В ясный день наибольшее количество солнечной энергии достигает солнечного коллектора около солнечного полудня.

Диффузное и прямое солнечное излучение

Когда солнечный свет проходит через атмосферу, часть его поглощается, рассеивается и отражается:

• Молекулами воздуха
• Водяной пар
• Облака
• Пыль
• Загрязняющие вещества
• Лесные пожары
• Вулканы.

Это называется диффузное солнечное излучение . Солнечное излучение, которое достигает поверхности Земли, не рассеиваясь, называется прямым лучом солнечного излучения .Сумма рассеянной и прямой солнечной радиации называется глобальной солнечной радиацией . Атмосферные условия могут снизить прямое излучение луча на 10% в ясные сухие дни и на 100% в пасмурные дни.

Измерение

Ученые измеряют количество солнечного света, падающего на определенные места в разное время года. Затем они оценивают количество солнечного света, падающего на регионы на одной широте с аналогичным климатом. Измерения солнечной энергии обычно выражаются как общее излучение на горизонтальной поверхности или как общее излучение на поверхности, отслеживающей солнце.

Данные о радиации для солнечных электрических (фотоэлектрических) систем часто представлены в киловатт-часах на квадратный метр (кВтч / м ² ). Прямые оценки солнечной энергии также могут быть выражены в ваттах на квадратный метр (Вт / м ² ).

Данные о радиации для солнечных водонагревателей и систем отопления помещений обычно представлены в британских тепловых единицах на квадратный фут (Btu / ft ² ).

Распределение

Солнечных ресурсов в Соединенных Штатах достаточно для фотоэлектрических (ФЭ) систем, поскольку они используют как прямой, так и рассеянный солнечный свет.Другие технологии могут быть более ограниченными. Однако количество энергии, генерируемой любой солнечной технологией на определенном участке, зависит от того, сколько солнечной энергии достигает его. Таким образом, солнечные технологии наиболее эффективно работают на юго-западе США, который получает наибольшее количество солнечной энергии.

Карты ресурсов солнечной энергии

Просмотр карт солнечных ресурсов как для фотоэлектрической, так и для концентрированной солнечно-тепловой энергии.

Дополнительная информация

Узнайте больше о том, как работает солнечная энергия, а также о солнечных батареях и программах концентрации солнечно-тепловой энергии.

Главная »Солнечные информационные ресурсы» Основы солнечного излучения

Отображение движения Солнца относительно вашего дома и участка пермакультуры

Источник изображения: NREL.gov

Понимание движения солнца относительно участка — важный аспект хорошего дизайна пермакультуры, так как функционирование различных элементов, таких как растения, животные и солнечные устройства, зависит от солнца. Хорошая оценка вращения Земли вокруг своей оси, ее вращения вокруг Солнца и последствий этих движений для положения и доступности Солнца в данном месте на поверхности земли, имеет важное значение для максимизации продуктивности растений, использования максимальной энергии, минимизации энергии. использование и поддержание комфортных условий в помещении как для людей, так и для животных.

Для надлежащего функционирования и продуктивности сады, теплицы и фруктовые сады следует размещать в определенных местах, исходя из достаточного количества солнечного света в те периоды года, когда растения растут или плодоносят. Другие элементы пермакультуры, такие как солнечные батареи, также необходимо размещать с умом, чтобы получить максимальное воздействие солнца и собрать как можно больше энергии. Дома за пределами тропиков должны быть спроектированы / ориентированы так, чтобы больше зимнего солнечного света проникало в жилые помещения, в то время как для домов в тропиках они должны быть спроектированы / ориентированы так, чтобы в жилые помещения поступало больше тени и более прохладный воздух.Даже животные могут извлечь пользу из продуманных солнечных элементов, поскольку им тоже нравится зимнее тепло и летняя тень. Ульи, куры, пруды с рыбой и домашний скот — все ценят солнце зимой и тень летом.

Для данного участка, если мы можем создать диаграмму, которая показывает области круглогодичной тени и круглогодичного солнечного света, можно спланировать и спроектировать различные элементы для оптимального функционирования. То есть нам нужно наносить на карту положение солнца в течение года. Но как найти движение солнца относительно участка?

Давайте начнем с попытки понять вращение Земли вокруг своей оси, ее орбиту вокруг Солнца и четыре времени года.

Источник изображения: www.solar.steinbergs.us

Четыре сезона

Все мы знаем, что лето жарче, а зима холоднее. Кроме того, когда в северном полушарии лето, в южном полушарии зима. Но почему так?

Лето жарче, потому что путь солнца выше в небе. Это делает дни длиннее, а летнее солнце — ярче. Чтобы понять это более четко, давайте проведем простую демонстрацию с использованием фонарика.

В затемненном помещении включите фонарик на поверхности под прямым углом 90 °.Обратите внимание на размер освещенной области. Теперь медленно уменьшайте угол, чтобы сделать его менее прямым. Теперь вы заметите, что размер освещенной области увеличился, но ее интенсивность или яркость уменьшились. Это означает, что прямой угол в 90 ° обеспечивает более интенсивный свет, чем наклонный. То же самое и с солнцем. Чем выше он находится в небе, тем более прямым и интенсивным будет солнечный свет.

Демонстрация фонарика. Изображение предоставлено: Клэй Атчисон, www.solarschoolhouse.org

Теперь мы подходим к следующему вопросу — почему солнце летом находится выше в небе? Ответ заключается в том, что Земля вращается вокруг своей наклонной оси и вращается вокруг Солнца. Земля вращается вокруг своей оси, расположенной под углом 23,5 градуса к плоскости орбиты, и в то же время движется вокруг Солнца по огромному круговому пути в космосе.

Летом Северный полюс наклонен к солнцу. Как следствие, путь солнца находится выше по небу, в результате чего северное полушарие получает больше света и тепла.Примерно 21 июня северное полушарие больше всего наклонено к солнцу и называется летним солнцестоянием. В этот день, который можно назвать первым днем ​​лета, путь солнца в небе выше, чем в любой другой день в году. Кроме того, поскольку солнце находится в небе больше часов, летнее солнцестояние также является самым длинным днем ​​в году. Эти дополнительные часы солнечного света дают солнцу больше времени, чтобы нагреть землю, и это главная причина, по которой лето становится самым жарким сезоном.

Четыре сезона. Источник изображения: NOAA

По мере того, как Земля продолжает вращаться по орбите вокруг Солнца, она достигает точки, в которой она наклонена в сторону Солнца. Это называется осенним равноденствием, когда день и ночь равны по 12 часов.

Продолжая свой орбитальный путь вокруг Солнца, Земля достигает противоположной стороны Солнца, при этом северное полушарие наклонено дальше всего от Солнца. Теперь путь солнца ниже по небу, из-за чего северное полушарие получает меньше света и тепла.Это делает дни короче и холоднее. Самый короткий день в этот период называется зимним солнцестоянием.

По мере того, как Земля возвращается к лету, она проходит через другую точку, ось которой наклонена боком к солнцу. И снова день и ночь имеют одинаковую продолжительность. Этот день называется весенним равноденствием.

Путь солнца летом и зимой. Изображение предоставлено: Клэй Атчисон, www.solarschoolhouse.org

Путь солнца по небу

Давайте попробуем ощутить это движение планеты с места на поверхности Земли.Представьте себе небо как огромный полусферический купол над нашей головой и солнце, движущееся по внутренней поверхности этого купола. Давайте нарисуем путь солнца в дни летнего и зимнего солнцестояния. Как ясно видно, эти два пути различны: летом он длиннее и выше в небе, а зимой — короче и ниже. Чем длиннее путь, тем дольше солнце находится на небе. В течение года путь солнца постоянно колеблется между этими двумя крайностями.

Положение Солнца в 9.00:00 и 15:00. в день летнего и зимнего солнцестояния. Изображение предоставлено: Клей Атчисон, www.solarschoolhouse.org

Определение местоположения солнца в любое время дня

С помощью этих двух дуговых линий мы можем нанести на карту положение Солнца в любое время дня, в течение года в заданном месте на поверхности Земли. 21 декабря в 9.00 солнце встало на востоке и расположилось низко в южном небе. 21 июня, в то же время дня, он находится выше в небе. Если провести линию на небесном куполе между этими двумя 9 a.м. положения, мы можем точно указать местоположение солнца в 9 часов утра в остальное время года. Поскольку путь солнца меняется в зависимости от времени года, положение солнца в 9 часов утра всегда будет где-то на этой линии.

Солнечное окно. Изображение предоставлено: Клей Атчисон, www.solarschoolhouse.org

Солнечное окно

Аналогичным образом можно провести линию положения солнца в 15:00. в течение года. Теперь у нас есть прямоугольник на небесном куполе, показывающий положение солнца между 9.00 утра и 3 часа дня в течение всего года. Часть дуги летнего солнцестояния и дуги зимнего солнцестояния вместе с 9.00 и 15.00. arc’s составляют четыре стороны прямоугольника. Область внутри этого прямоугольника называется солнечным окном для данного места.

Это солнечное окно очень важно, потому что оно работает с 9.00 до 15.00. что мы получаем максимум энергии от солнца. Чтобы использовать максимально возможную энергию в данном географическом месте, солнечное окно должно быть прозрачным и не должно быть затенено деревьями или другими препятствиями между 9.00:00 и 15:00 большую часть года. Именно по этой причине перед установкой любого солнечного устройства следует проанализировать солнечное окно на месте установки и убедиться, что нет никаких препятствий для затенения.

Измерение положения солнца по азимуту и ​​высоте. Изображение предоставлено: Клей Атчисон, www.solarschoolhouse.org

Измерение положения Солнца

Но чтобы на самом деле нанести на карту границы солнечного окна для реального географического местоположения, нужно знать, как измерить положение солнца на небе.Чтобы точно определить положение солнца на небесном куполе, нам нужно сделать два измерения.

Первое измерение — это направление солнца по компасу. Прямая линия, проведенная от солнца до горизонта, пересекает определенный градус по компасу. Этот угол является мерой азимута или возвышения солнца. Второе измерение — это высота солнца или вертикальный угол. Комбинация азимута и высоты описывает конкретное место на небесном куполе.

Карта солнечного пути с путями летнего и зимнего солнцестояния, почасовыми позициями, затененными препятствиями и солнечным окном.Изображение предоставлено: Клэй Атчисон, www.solarschoolhouse.org

Маршрут движения солнца

Используя эти два измерения азимута Солнца и высоты Солнца, можно построить диаграмму, которая покажет, как положение Солнца изменяется в течение года. Эта карта называется картой пути солнца, и она показывает, как выглядит путь солнца с поверхности земли.

На изображениях показана карта пути Солнца для Сан-Франциско, Калифорния. Он показывает то, что мы увидим, если посмотрим с этого места на Южный полюс.Ось Y представляет высоту или высоту Солнца, измеренную от 0 ° градусов на горизонте до 90 ° непосредственно над головой. Ось x представляет направление солнца по компасу, азимут Солнца. Центр карты — 180 ° или юг. Пересечение высоты и азимута солнца на графике показывает положение солнца на небе.

Карта солнечного пути с часовыми позициями, солнечным окном и месячными путями. Изображение предоставлено: Клэй Атчисон, www.solarschoolhouse.org

На диаграмму можно наложить расположение затененных препятствий, таких как деревья или здания.Далее можно наложить солнечные дорожки самого короткого и самого длинного дня в году. Кроме того, линии положения часов дня также могут быть нанесены на график. Это дает солнечное окно — область неба, когда солнце будет между 9.00 и 15.00 в течение всего года.

Наконец, можно также включить пять ежемесячных солнечных дорожек для остальной части года. Есть только пять путей, поскольку путь солнца дублируется, когда оно движется вверх и вниз в зависимости от времени года. Например, его путь 21 марта такой же, как его путь 21 сентября.

Теперь мы видим, где солнце будет затемнено в течение года. В качестве примера того, как использовать эту диаграмму, обратите внимание на самый низкий путь солнца, путь 21 декабря. С 9:00 до 10:00 в этот день солнце будет затенено деревом, которое находится между 135 ° и 150 ° по компасу.

Ссылки:

1. www.solarschoolhouse.org
2. https://mymilescity.com/how-to-solar-power/tilting_solar_panels.html
3. https://oikos.com/library/solar_site_design/index.html
4. https://mothermana.com/2012/08/23/1535/
5. https://www.ecowho.com/articles/6/The_importance_of_building_orientation.html
6. https://thesoilhuggersjourney.wordpress .com

Что такое летнее солнцестояние? Вот что вам нужно знать.

В этом году летнее солнцестояние в северной части страны приходится на 20 июня в 23:32. EDT (21 июня в 3:32 UT). К югу от экватора этот момент знаменует неофициальное начало зимы. Солнцестояния происходят в одно и то же время по всему миру, но их местное время зависит от часовых поясов.( В редких небесных шоу Юпитер и Сатурн почти «коснутся» во время зимнего солнцестояния. )

Традиционно летнее и зимнее солнцестояние помогали отмечать смену времен года — наряду с их аналогами, весенним и осенним равноденствиями. Однако современные метеорологи официально используют температурные записи вместо того, чтобы проводить границы между сезонами. Так что же такое солнцестояние и как они отмечались на протяжении всей истории? Вот все, что вам нужно знать.

Что такое солнцестояния?

Солнцестояния происходят из-за того, что ось вращения Земли наклонена примерно на 23 °.4 градуса относительно орбиты Земли вокруг Солнца. Этот наклон определяет времена года на нашей планете, поскольку северное и южное полушария получают неравное количество солнечного света в течение года. С марта по сентябрь северное полушарие больше наклонено к солнцу, что приводит к его весне и лету. С сентября по март северное полушарие наклонено, поэтому здесь осень и зима. Сезоны Южного полушария перевернуты.

В два момента в году — так называемые солнцестояния — ось Земли наклонена наиболее близко к Солнцу.Полушарие, наиболее наклоненное к нашей домашней звезде, видит свой самый длинный день, а полушарие, отклоненное от Солнца, видит свою самую длинную ночь. Во время летнего солнцестояния в Северном полушарии, которое всегда приходится на 21 июня, в Южном полушарии наступает зимнее солнцестояние. Аналогичным образом, во время зимнего солнцестояния в Северном полушарии, которое приходится на 22 декабря, в Южном полушарии наступает период летнего солнцестояния.

Вы также можете думать о солнцестоянии с точки зрения того, где на Земле появляется солнце.Во время летнего солнцестояния в северном полушарии солнце появляется прямо над тропиком Рака, линией 23,5 градуса северной широты. (Это как можно дальше на север и все еще видеть солнце прямо над головой.) Во время зимнего солнцестояния в Северном полушарии солнце появляется прямо над тропиком Козерога, южным зеркальным отражением тропика Рака.

Земля — ​​не единственная планета, на которой отмечены солнцестояния и равноденствия; любая планета с наклоненной осью вращения тоже увидит их.Фактически, планетологи используют солнцестояния и равноденствия для определения «сезонов» для других планет в нашей солнечной системе.

Тем не менее, стоит отметить, что сезоны на других планетах климатически не равны сезонам на Земле по нескольким причинам. Во-первых, планеты различаются по наклону оси: ось вращения Венеры наклонена всего на три градуса, поэтому сезонная разница между летним и зимним солнцестоянием Венеры гораздо меньше, чем на Земле. Кроме того, такие планеты, как Марс, имеют менее круговые орбиты, чем Земля, а это означает, что их расстояния от Солнца меняются сильнее, чем у нас, с соответственно большим влиянием на сезонную температуру.

Наклон оси Земли играет гораздо большую роль, чем ее почти круговая орбита, в управляющих сезонах года. Земля приближается к Солнцу примерно через две недели после декабрьского солнцестояния, зимой в Северном полушарии. Земля находится дальше всего от Солнца примерно через две недели после июньского солнцестояния, летом в Северном полушарии.

Солнцестояние в истории

Люди наблюдают за восходом летнего солнца над мегалитическим памятником Стоунхендж 21 июня 2005 года на равнине Солсбери, Англия.Толпы людей собрались у древнего каменного круга, чтобы отпраздновать летнее солнцестояние, самый длинный день в году в Северном полушарии.

Фотография Питера Макдиармида, Getty Images

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

На протяжении тысячелетий культуры по всему миру изобретали способы празднования и почитания этих небесных событий — от строительства сооружений, соответствующих солнцестоянию, до проведения шумных фестивалей в его честь.

Хотя назначение загадочного английского сооружения Стоунхендж остается неизвестным, этот 5000-летний памятник имеет особую связь с солнцестоянием.В день летнего солнцестояния Пяточный камень комплекса, который стоит за пределами главного круга Стоунхенджа, выстраивается в линию с восходящим солнцем.

В Египте Великие пирамиды в Гизе, кажется, тоже выровнены по солнцу. Если смотреть со Сфинкса, солнце садится между пирамидами Хуфу и Хафра во время летнего солнцестояния, хотя остается неясным, как именно древние египтяне сориентировали его таким образом.

Многие культуры нашли уникальные способы отмечать летнее солнцестояние. Традиционный скандинавский праздник Иванова дня встречает его танцами, выпивкой и романтикой.Во время славянского праздника Ивана Купала люди носят цветочные венки и танцуют вокруг костров, а некоторые отважные души прыгают через костры, чтобы обеспечить удачу и здоровье. Согласно более современной традиции, жители Фэрбенкса, Аляска, во время летнего солнцестояния проводят ночную бейсбольную игру, чтобы отметить тот факт, что летом они могут иметь до 22,5 часов светового дня. С 1906 года в игру «Полуночное солнце» играют 115 раз.

Зимнее солнцестояние тоже стало празднованием.24 июня, во время зимнего солнцестояния в Южном полушарии, Империя инков отметила Инти Райми — праздник, посвященный могущественному богу солнца религии инков Инти, и отметила Новый год инков. Фестиваль до сих пор отмечается в Андах, а с 1944 года реконструкция Инти Райми проводится в Куско, Перу, менее чем в двух милях от дома Империи инков. Древние римляне отмечали зимнее солнцестояние с Сатурналиями, семидневным фестивалем, во время которого дарили подарки, украшали дома растениями и зажигали свечи.А в декабре иранцы празднуют Ялду. Фестиваль — основа с тех пор, как зороастризм был доминирующей религией Ирана, — традиционно чествует рождение Митры, древней персидской богини света.

Заблуждения о солнцестоянии

Если солнцестояние отмечают самые яркие и самые темные дни в году, почему температура не отражает этого?

Короче говоря, это связано с тем, что суше и воде Земли требуется время, чтобы нагреться и остыть. В США самые низкие температуры в году устанавливаются после середины января, примерно через месяц после зимнего солнцестояния в Северном полушарии.Точно так же термометры достигают максимума в США в июле и августе, через несколько недель после летнего солнцестояния.

Некоторые также считают, что, поскольку вращение Земли замедляется, каждое новое солнцестояние устанавливает новый рекорд продолжительности светового дня. Но это не так.

Это, безусловно, правда, что вращение Земли замедлилось за миллиарды лет, поскольку Земля теряет угловой момент из-за приливов нашей планеты. Линии роста на ископаемых кораллах показывают, что более 400 миллионов лет назад дни на Земле длились менее 22 часов.

Но постепенное замедление движения Земли — не единственный фактор. Представьте фигуристку, крутящуюся на коньках; они могут ускорить или замедлить свои кружения, насколько сильно подтянуты конечности. Точно так же изменения в распределении массы Земли — от ветров Эль-Ниньо до таяния льдов Гренландии — могут тонко изменить скорость вращения нашей планеты.

Принимая все это во внимание, считается, что самый длинный день с 1830-х годов пришелся на 1912 год. Он длился менее чем на четыре миллисекунды дольше, чем в среднем за последнее время.

Как меняется место восхода и захода солнца в течение года? (Продвинутый)

Кажется, что солнце встает на восточном горизонте и садится на западном горизонте. Насколько сильно меняется положение восхода и захода солнца в течение года и в зависимости от того, где находится ваша точка обзора, т. Е. Истинный восток, истинный запад и т. Д.

Независимо от того, где вы находитесь на земном шаре, Солнце всегда будет восходить точно на восток и точно на запад в два дня: 21 марта и 21 сентября, которые являются двумя равноденствиями.Что касается второй части, она немного сложна:

Рассмотрим произвольное место на Земле (для простоты рассмотрим место в северном полушарии). Теперь небесный северный полюс (где находится звезда Полярная звезда) будет под углом над горизонтом, и этот угол будет точно равен широте места. Представьте, что вы смотрите на Полярную звезду (так, чтобы вы смотрели точно на север). Тогда Восток будет справа, а Запад — слева. Теперь нарисуйте круг, который проходит через Восток и Запад и чья плоскость точно перпендикулярна линии, соединяющей вас и Полярную звезду.Этот круг отмечает путь Солнца от рассвета до заката в два равноденствия.

Теперь нарисуйте круг, который точно параллелен первому кругу, но отделен от первого круга на 23,5 градуса в зените по направлению к Полярной звезде. Это отмечает путь Солнца во время летнего солнцестояния, а место, где этот круг пересекает горизонты, будет отмечать место, где Солнце встанет и зайдет в день летнего солнцестояния. Аналогичный круг, который отделен от первого круга 23.5 градусов в зените к югу отметят путь Солнца в день зимнего солнцестояния.

Таким образом, летом Солнце восходит к северу от истинного Востока и заходит к северу от истинного Запада, тогда как зимой Солнце восходит к югу от истинного Востока и заходит к югу от истинного Запада.