Астрономия

Какими должны быть пери- и афелий Земли, чтобы из-за ее орбиты были одинаковые сезоны?

Какими должны быть пери- и афелий Земли, чтобы из-за ее орбиты были одинаковые сезоны?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Представьте, что у Земли нет наклона оси, но есть сезоны из-за очень эллиптической орбиты. Насколько эллиптической должна быть орбита Земли, чтобы иметь примерно те же времена года, что и сейчас (только с той разницей, что они будут одинаковыми в обоих полушариях)? У Меркурия очень эллиптическая орбита. Если бы мы масштабировали орбиту Меркурия до большой полуоси на 1 а.е., были бы у нас те же самые времена года? Температура поверхности Меркурия летом составляет ~ 430 ° C, а зимой ~ 280 ° C (значения для дневного времени). Я предполагаю, что это привело бы к слишком большой разнице, если бы орбита Земли была такой же эллиптической, как орбита Меркурия; он должен был быть немного менее эллиптическим для тех же сезонов, что и сейчас.

На каком расстоянии должна быть Земля от Солнца в перигелии, чтобы иметь температуру около 30 ° C в средних широтах, а в афелии - около 0 ° C?


TL; DR: примерно в 5 раз превышающий текущий эксцентриситет для отклонения на 5 градусов от среднего… но дьявол кроется в небесной механике и деталях климатической модели.

Это не совсем сработает, потому что продолжительность сезонов будет неравномерной. В настоящее время северное и южное полушария Земли получают почти столько же или мало солнечного света, как и другое. Но на эксцентричной Земле жаркий «летний» период будет коротким, а прохладный «зимний» - долгим, поскольку планеты проводят больше времени во внешней части эллиптической орбиты.

Есть еще одна сложность: поглощенный солнечный свет со временем нагревает воздух, воду и почву, вызывая отставание: самая теплая часть лета и самая холодная часть зимы наступает после времени наибольшего притока солнечной энергии.

Чтобы добавить к проблемам моделирования, фактическая температура планеты сильно зависит от парникового эффекта: хотя CO2 не будет делать ничего странного, поскольку вся планета охлаждает водяной пар (мощный парниковый газ), будет снижаться из-за дождя и снега. , и альбедо (сколько света отражается облаками и льдом) увеличится.

Тем не менее, вот упрощенная модель, игнорирующая инерцию атмосферы: расстояние до звезды изменяется как $$ r ( theta) = frac {a (1-e ^ 2)} {1 + e cos theta} $$ где $ a $ - большая полуось, $ e $ эксцентричность и $ theta $ «истинная аномалия» (ежегодный победитель за худшее имя параметра с 1609 г.). Чтобы преобразовать его во время и из времени, вам необходимо численно решить уравнение Кеплера.

Температура в нульмерной модели атмосферы равна $$ T = left ( frac {I_0 (1-a)} {4 sigma epsilon} right) ^ {1/4} $$ где $ I_0 $ солнечная постоянная в верхней части атмосферы, $ a = 0,3 $ альбедо, $ epsilon = 0,78 $ эффективная излучательная способность в ИК-диапазоне. Если мы позволим $ I_0 ( theta) = I_0 / r ( theta) ^ 2 $ (измеряя орбиты в а.е.) мы получаем масштаб зависимости от температуры, например $ T ( theta) = T_0 / sqrt {r ( theta)} $.

Итак, в перигелии температура $$ T (0) = T_0 sqrt { frac {1 + e} {1-e ^ 2}} $$ и температура афелия $$ T ( pi) = T_0 sqrt { frac {1-e} {1-e ^ 2}}. $$ Итак, учитывая желаемое $ T_ {high} $ а также $ T_ {low} $ теперь можно решить для $ e $ получить $$ e = frac {(T_ {high} / T_ {low}) ^ 2-1} {(T_ {high} / T_ {low}) ^ 2}. $$

Если мы хотим отклонения от среднего значения на 5 градусов $ T_0 = 288 $ K это означает $ e приблизительно 0,067 $, примерно в 5 раз больше текущего эксцентриситета. Это, вероятно, достаточно мало, чтобы проблемы временной асимметрии были достаточно малы, чтобы их можно было игнорировать (они имеют большее значение для более эксцентричных орбит).


Луна около Перигея, Земля около Афелия а также Луна около Апогея, Земля около Перигелия

Одно из самых замечательных астрономических совпадений, наблюдаемых с Земли, заключается в том, что Луна и Солнце имеют почти одинаковый видимый размер. В зависимости от своего положения на орбите Луна может казаться больше или меньше Солнца, в результате чего солнечные затмения на Земле бывают двух видов: общее, когда Луна достаточно близко, чтобы казаться больше Солнца и полностью покрывать его, и кольцевой, где более далекая Луна не может полностью покрыть фотосферу Солнца, что приводит к «возгоранию».

Это совпадение размеров поразительно, тем более, что так было не всегда и не будет всегда. Миллиарды лет назад Луна была намного ближе к Земле, и полные затмения были гораздо более обычным явлением, но менее впечатляющими, потому что корона и протуберанцы Солнца не были бы видны повсюду вокруг Солнца. В конце концов, приливное удаление Луны от Земли положит конец полным солнечным затмениям, видимым с Земли, и все последующие затмения будут кольцевыми. Некоторые на самом деле утверждали, что близко сопоставимые видимые размеры Солнца и Луны каким-то образом внесли свой вклад в эволюцию человеческого разума, давая & ldquoanthropic & rdquo объяснение того, почему мы случайно наблюдаем такое чудо в эпоху геологического времени, когда это происходит. происходить.

Мероприятие Дата и время (UTC)
Лунный Перигей 1 июля 2004 г. 23:01
Полнолуние 2 июля 2004 г. 11:09
Земляной Афелий 5 июля 2004 г. 10:54

В первую неделю июля 2004 г. три совершенно не связанных между собой небесных явления произошли с интервалом в несколько дней: полнолуние, прохождение Луны через перигей (момент, когда он наиболее близко приближается к Земле), и прохождение Земли через афелий& mdashits наибольшее годовое расстояние от Солнца. Таким образом, полнолуние произошло менее чем через 12 часов после лунного перигея, а всего через три дня Земля достигла афелия. Совпадение этих событий позволило сделать снимки полной Луны в перигее и Солнца около афелия с помощью одной и той же камеры и оптики, чтобы проиллюстрировать разницу в видимых размерах Солнца и Луны в этих обстоятельствах.

Такое близкое совпадение времени полнолуния, лунного перигея и афелия - относительно редкое событие. Я проверил все годы между 2000 и 2100 годами на предмет полнолуния в течение 24 часов после перигея первой декады июля (афелий всегда выпадает с 3 по 6 июля). Согласно этому определению, полнолуние в перигеях около афелия происходит 5 раз в этом столетии: в 2004, 2031, 2058, 2066 и 2093 годах. Вы можете искать такие события в другие периоды времени, используя наш калькулятор лунного перигея и апогея. Гораздо более редкое четырехстороннее совпадение новолуния, перигея, афелия и пересечения Луной узла своей орбиты вызывает солнечные затмения с самой большой продолжительностью полноты, такие как необыкновенное затмение 11 июля 1991 г., 6 минут 53 вторая полнота не будет превышена до затмения 13 июня 2132 года, с двумя секундами больше полноты. Удивительно, но было три солнечные затмения в 20-м веке с еще более длительной совокупностью: затмения 1937, 1955 и 1973 годов - все с комфортом в пределах одной человеческой продолжительности жизни, каждое из которых превышает семь минут. Чтобы поместить это в контекст, последнее семиминутное полное затмение до 1937 года было в году 1098 (1 июля), а следующее произойдет не раньше 25 июня 2150 года, а именно на разогреве Большого шоу 16 июля 2186 года, когда произойдет затмение с периодом полноты 7 минут и 29 секунд! Это солнечное затмение с самой продолжительной полнотой за весь интервал 8000 лет с 3000 ДО Н.Э. к ОБЪЯВЛЕНИЕ. 5000. Я, сразу же записываюсь в экспедицию, и эта обязательно будет распродана!

В таблицах ниже указаны дата и время, когда были сделаны снимки Солнца и Луны, а также расстояние и угловая протяженность каждого тела в это время.

Детали фото солнца
Дата и время 3 июля 2004 г., 12:01 UTC
Юлианская дата 2453190.001
Расстояние 152 098 800 км
1.01672 астрономических единиц
Угол наклона 0,5244 градуса
Детали фото Луны
Дата и время 2 июля 2004 г., 22:02 UTC
Юлианская дата 2453189.418
Расстояние 364 567 км
57.2 Радиусы Земли
Угол наклона 0,5463 градуса
Возраст Луны 15 дней, 7 часов, 20 минут
Фаза 99% освещено

Несмотря на то, что фотография Солнца была сделана за два дня до афелия, появление Солнца на изображении в этом масштабе неотличимо от одного снимка именно в момент афелия, Земле требуется целый год, чтобы пройти по своей орбите, имеющей эксцентриситет. всего 1,67%, так что пара дней особой разницы не имеет. Во время этой фотографии Солнце было довольно невыразительным - мы движемся к впадине в цикле солнечной активности, поэтому не было никаких впечатляющих солнечных пятен, видимых невооруженным глазом, только небольшая активная область 0639 около центра диска.

Обе фотографии были сделаны цифровой зеркальной камерой Nikon D70 и 500-миллиметровым зеркальным объективом Reflex-Nikkor с фиксированной диафрагмой f / 8. Поскольку размер датчика изображения в этой камере составляет 2/3 размера кадра 35-мм пленки, масштаб изображения в кадре эквивалентен масштабу объектива 750 мм пленочной камеры. Изображение Солнца было получено с помощью стеклянного солнечного фильтра с покрытием Orion с полной апертурой, установленного на передней части объектива Nikon. Оба снимка были сняты в полностью ручном режиме с различными выдержками. Я выбрал для использования здесь наиболее экспонированные изображения. Автоспуск камеры использовался для всех экспозиций, чтобы минимизировать вибрацию. (Инфракрасный пульт дистанционного управления был бы еще лучше, но я его еще не приобрел.) Изображения выше - это попиксельные кадрирования из исходных кадров камеры. Обрезка, регулировка яркости и контрастности, а также сборка двух изображений в анимацию выполнялись с помощью Jasc Paint Shop Pro 7.02 и Animation Shop 3.10.


СОДЕРЖАНИЕ

Гелиоцентризм - это научная модель, которая впервые поместила Солнце в центр Солнечной системы и поместила планеты, включая Землю, на его орбиту. Исторически гелиоцентризм противопоставляется геоцентризму, который ставил Землю в центр. Аристарх Самосский уже предложил гелиоцентрическую модель в третьем веке до нашей эры. В шестнадцатом веке Николай Коперник De Revolutionibus представил полное обсуждение гелиоцентрической модели Вселенной [4] во многом так же, как Птолемей представил свою геоцентрическую модель во втором веке. Эта «коперниканская революция» разрешила проблему ретроградного движения планет, аргументируя это тем, что такое движение было только воспринимаемым и очевидным. «Хотя новаторская книга Коперника была [напечатана более чем] столетием ранее, [голландский картограф] Джоан Блау был первым картографом, который включил свою революционную гелиоцентрическую теорию в карту мира». [5]

Из-за наклона оси Земли (часто известного как наклон эклиптики) наклон траектории Солнца в небе (как его видит наблюдатель на поверхности Земли) меняется в течение года. Для наблюдателя на северной широте, когда северный полюс наклонен к Солнцу, день длится дольше, а Солнце кажется выше в небе. Это приводит к более высоким средним температурам, поскольку дополнительная солнечная радиация достигает поверхности. Когда северный полюс наклонен от Солнца, верно обратное, и погода обычно прохладнее. К северу от Северного полярного круга и к югу от Северного полярного круга достигается крайний случай, когда в течение некоторого времени года совсем нет дневного света, а в противоположное время года - непрерывный световой день. Это называется полярной ночью и полуночным солнцем соответственно. Это изменение погоды (из-за направления наклона оси Земли) приводит к временам года. [6]

По астрономическому соглашению четыре сезона определяются солнцестоянием (две точки на орбите Земли с максимальным наклоном оси Земли, к Солнцу или от Солнца) и равноденствиями (двумя точками на орбите Земли, где наклонная ось Земли и воображаемая линия, проведенная от Земли к Солнцу, точно перпендикулярны друг другу). В дни солнцестояний и равноденствий год делится на четыре примерно равные части. В северном полушарии зимнее солнцестояние приходится на 21 декабря или около того, летнее солнцестояние - около 21 июня, весеннее равноденствие - около 20 марта, а осеннее равноденствие - около 23 сентября. [7] Эффект наклона оси Земли в южном полушарии противоположен. этого в северном полушарии, таким образом, сезоны солнцестояний и равноденствий в южном полушарии противоположны сезонам в северном полушарии (например, северное летнее солнцестояние совпадает с южным зимним солнцестоянием).

В наше время перигелий Земли происходит около 3 января, а афелий - около 4 июля (для других эпох см. Циклы прецессии и Миланковича). Изменение расстояния Земля-Солнце приводит к увеличению примерно на 6,9% [8] полной солнечной энергии, достигающей Земли в перигелии по сравнению с афелием. Поскольку южное полушарие наклонено к Солнцу примерно в то же время, когда Земля приближается к Солнцу максимально близко, южное полушарие получает от Солнца немного больше энергии, чем северное, в течение года. Однако этот эффект гораздо менее значительный, чем общее изменение энергии из-за наклона оси, и большая часть избыточной энергии поглощается большей долей поверхности, покрытой водой в южном полушарии. [9]

Сфера Хилла (гравитационная сфера влияния) Земли имеет радиус около 1500000 километров (0,01 а.е.), что примерно в четыре раза больше среднего расстояния до Луны. [10] [nb 2] Это максимальное расстояние, на котором гравитационное влияние Земли сильнее, чем более далекие Солнце и планеты. Объекты, вращающиеся вокруг Земли, должны находиться в пределах этого радиуса, в противном случае они могут стать несвязанными гравитационным возмущением Солнца.

Орбитальные характеристики
эпоха J2000.0 [nb 3]
афелий 152.10 × 10 ^ 6 км (94,51 × 10 ^ 6 миль)
1.0167 AU [nb 4]
перигелий 147.10 × 10 ^ 6 км (91,40 × 10 ^ 6 миль)
0,98329 AU [nb 4]
большая полуось 149.60 × 10 ^ 6 км (92.96 × 10 ^ 6 миль)
1,000001018 AU [11]
эксцентриситет 0.0167086 [11]
склонность 7.155 ° до солнечного экватора
1,578690 ° [12] к неизменной плоскости
долгота восходящего узла 174.9° [11]
долгота перигелия 102.9° [11]
аргумент перицентра 288,1 ° [11] [nb 5]
период 365,256 363 004 дня [13]
средняя орбитальная скорость 29,78 км / с (18,50 миль / с) [3]
107,208 км / ч (66,616 миль / ч)
скорость в афелии 29,29 км / с (18,20 миль / с) [3]
скорость в перигелии 30,29 км / с (18,82 миль / с) [3]

Следующая диаграмма показывает соотношение между линией солнцестояния и линией апсид эллиптической орбиты Земли. Орбитальный эллипс проходит через каждое из шести изображений Земли, которые последовательно представляют собой перигелий (перицентр - ближайшую точку к Солнцу) в любом месте с 2 по 5 января, точку мартовского равноденствия 19, 20 или 21 марта, точка июньского солнцестояния 20, 21 или 22 июня, афелий (апоапсис - самая дальняя точка от Солнца) где-нибудь с 3 по 5 июля, сентябрьское равноденствие 22, 23 или 24 сентября и декабрьское солнцестояние. 21, 22 или 23 декабря. [7] Схема показывает очень преувеличенную форму орбиты Земли, фактическая орбита практически круглая.

Математики и астрономы (такие как Лаплас, Лагранж, Гаусс, Пуанкаре, Колмогоров, Владимир Арнольд и Юрген Мозер) искали доказательства устойчивости движения планет, и эти поиски привели к множеству математических разработок и нескольким последовательным «доказательствам» этого. стабильность для Солнечной системы. [14] Согласно большинству прогнозов, орбита Земли будет относительно стабильной в течение длительных периодов времени. [15]

В 1989 году работа Жака Ласкара показала, что орбита Земли (а также орбиты всех внутренних планет) может стать хаотической и что ошибка в 15 метров при измерении начального положения Земли сегодня сделает невозможным предсказание. где Земля окажется на своей орбите через чуть более 100 миллионов лет. [16] Моделирование Солнечной системы - это тема, охватываемая проблемой n тел.


It & # 8217s Все о наклоне

Если вы спросите большинство людей, какой месяц года, по их мнению, Земля находится ближе всего к Солнцу, скорее всего, вы ответите, что это июнь, июль или август. Но наша теплая погода не зависит от нашего расстояния до Солнца. It # 8217s из-за наклона 23,5 градуса оси Земли, что Солнце находится над горизонтом в течение разного периода времени в разное время года. Наклон определяет, падают ли солнечные лучи на нас под небольшим углом или более прямо.

Хотя большинство из нас учили в школе, что времена года контролируются наклоном оси Земли, а не ее расстоянием от Солнца, многие люди забывают. Мы переживаем летние или зимние условия в зависимости от того, обращена ли наша половина Земли к Солнцу или от него. Пока мы сражаемся со льдом и снегом в Северном полушарии, наши соседи на юге наслаждаются летом, и наоборот.

На широте Нью-Йорка более прямые лучи во время летнего солнцестояния 21 июня приносят примерно в три раза больше тепла, чем более наклонные лучи во время зимнего солнцестояния 21 декабря. Тепло, получаемое любым регионом, зависит от длины дневной свет и угол падения Солнца над горизонтом. Отсюда и заметные различия температур, которые регистрируются в разных частях света.


Какими должны быть пери- и афелий Земли, чтобы из-за ее орбиты были одинаковые сезоны? - Астрономия

Орбитальные вариации
Изменения эксцентриситета орбиты влияют на расстояние Земля-Солнце. В настоящее время существует разница всего в 3 процента (5 миллионов километров) между самым близким приближением (перигелий), которое происходит 3 января или около того, и самым дальним отходом (афелий), которое происходит 4 июля или около этого. Эта разница в расстоянии составляет примерно на 6 процентов увеличение приходящей солнечной радиации (инсоляции) с июля по январь. Форма орбиты Земли меняется с эллиптической (высокий эксцентриситет) на почти круглую (низкий эксцентриситет) за цикл, который занимает от 90 000 до 100 000 лет. Когда орбита сильно эллиптическая, количество инсоляции, полученное в перигелии, будет примерно на 20–30 процентов больше, чем в афелии, что приведет к существенному изменению климата по сравнению с тем, что мы наблюдаем сегодня.

Наклон (изменение осевого наклона)
По мере увеличения осевого наклона сезонный контраст увеличивается, так что зима становится холоднее, а лето теплее в обоих полушариях. Сегодня ось Земли наклонена на 23,5 градуса от плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Но этот наклон меняется. В течение цикла, который в среднем составляет около 40 000 лет, наклон оси колеблется от 22,1 до 24,5 градусов. Поскольку этот наклон меняется, времена года, как мы их знаем, могут стать преувеличенными. Больший наклон означает более суровое время года, более теплое лето и более холодную зиму, меньший наклон означает менее суровые сезоны, более прохладное лето и более мягкую зиму. Считается, что именно прохладное лето позволяет снегу и льду держаться из года в год в высоких широтах, в конечном итоге превращаясь в массивные ледяные щиты. Есть и положительные отзывы в климатической системе, потому что Земля, покрытая большим количеством снега, отражает больше солнечной энергии в космос, вызывая дополнительное охлаждение.

Слева: эксцентриситет земной орбиты медленно меняется со временем от почти нуля до 0,07. По мере того как орбита становится более эксцентричной (овальной), разница между расстоянием от Солнца до Земли в перигелии (самый близкий подход) и афелии (самый дальний) становится все больше и больше. Обратите внимание, что Солнце находится не в центре орбитального эллипса Земли, а в одной из фокальных точек.

Примечание: эксцентриситет орбиты, показанный на нижнем изображении, сильно преувеличен на 0,5. Даже максимальный эксцентриситет земной орбиты & # 1510.07 & # 151 было бы невозможно показать при разрешении веб-страницы. Тем не менее, при нынешнем эксцентриситете 0,017 Земля на 5 миллионов километров ближе к Солнцу в перигелии, чем в афелии. (Изображения Роберта Симмона, НАСА GSFC)

Прецессия
Изменения осевой прецессии изменяют даты перигелия и афелия и, следовательно, увеличивают сезонный контраст в одном полушарии и уменьшают сезонный контраст в другом полушарии.

Слева: изменение наклона оси Земли (наклон) влияет на величину сезонного изменения. На более высоких наклонах времена года более экстремальные, а на более низких - более мягкие. Текущий осевой наклон составляет 23,5 & # 176. Изображение Роберта Симмона, НАСА GSFC)

Слева: Прецессия & # 151 изменение ориентации оси вращения Земли [это можно более четко увидеть на анимации (маленькая (290 кБ QuickTime) или большая (1,2 МБ QuickTime))] & # 151 изменяет ориентацию Земли по отношению к перигелий и афелий. Если полушарие направлено к солнцу в перигелии, это полушарие будет направлено в сторону афелия, и разница в сезонах будет более значительной. Этот сезонный эффект обратный для противоположного полушария. В настоящее время северное лето происходит около афелия. (Изображение Роберта Симмона, NASA GSFC)


Революция

Движение Земли вокруг Солнца по его орбите называется вращением. Это движение земли также с запада на восток. Период обращения - один год (365 1/4 дня).

Орбита Земли вокруг Солнца эллиптическая, а не круговая. Из-за этого расстояние между Землей и Солнцем постоянно меняется.

  • Когда это расстояние минимально, говорят, что Земля находится в перигелии (около 3 января).
  • Когда расстояние максимальное, говорят, что он находится в афелии (около 4 июля).

Среднее значение максимального и минимального расстояний называется средним расстоянием, и это расстояние от Солнца до Земли составляет 150 миллионов километров.

Кажущийся годовой путь Солнца через неподвижные звезды на небесной сфере называется эклиптикой, а воображаемая плоскость, проходящая через эту плоскость и простирающаяся наружу через все точки, называется плоскостью эклиптики. Эта плоскость считается горизонтальной. Ось Земли (вращательная или полярная) составляет угол 66 1/2 к плоскости эклиптики.

Ось Земли и апосса постоянно указывает на одну и ту же точку (полярную звезду) на небесной сфере. Как следствие, широта на поверхности Земли, на которую падают солнечные лучи вертикально, продолжает меняться по мере того, как Земля движется по своей орбите вокруг Солнца. Благодаря этому Земля занимает четыре критических положения по отношению к Солнцу.

  1. Равноденствия: 21 марта Земля расположена по отношению к Солнцу так, что солнечные лучи и лучи расположены вертикально на экваторе, и весь мир испытывает равные день и ночь.
  2. Осеннее равноденствие: Похожая ситуация происходит 23 сентября.
  3. Летнее солнцестояние: 21 июня солнечные лучи и лучи падают вертикально над тропиком Рака, так как северный полюс Земли максимально наклонен к Солнцу. В это время северный полюс переживает долгий непрерывный день, а южный - долгую непрерывную ночь (следовательно, то, что мы называем летним солнцестоянием). В северном полушарии сейчас летний сезон, а в южном полушарии сейчас зима. Также в это время дни в северном полушарии длиннее, чем ночи.
  4. Зимнее солнцестояние: 22 декабря положение Земли по отношению к Солнцу таково, что южный полюс максимально наклонен к Солнцу, а тропик Рака принимает вертикальные солнечные лучи. Это положение называется зимним солнцестоянием, когда солнце постоянно светит в южном полярном регионе, а на северном полюсе - долгая непрерывная ночь. Это зимний сезон в северном полушарии и лето в южном полушарии. Во время зимнего солнцестояния дни длиннее, чем ночи в южном полушарии.
  • Таким образом, изменение продолжительности дня и ночи и смена сезонов обусловлены вращением Земли и наклоном оси Земли. Также времена года меняются местами с северного на южное полушарие.

Полуночное солнце

Во время летнего солнцестояния на северном полюсе длится непрерывный день, поскольку круг освещения проходит через полярный круг за полюсом. В результате в местах, расположенных за Полярным кругом, солнце будет видно непрерывно, даже когда ночь на той же долготе в более низких широтах. Это явление называется полуночным солнцем. Похожая ситуация наблюдается на Северном полярном круге во время зимнего солнцестояния, когда круг освещения проходит через этот круг за южным полюсом.


Объяснение равноденствия: почему времена года на Земле изменятся в воскресенье

В это воскресенье (22 сентября) времена года изменятся: северное полушарие перейдет в осень, а южное - из зимы в весну.

Небесное событие, знаменующее этот переход, называется «равноденствием», и оно происходит дважды в год, примерно 21 марта и 21 сентября. Что такое равноденствие и почему оно происходит?

Земля движется двумя разными способами. Во-первых, планета вращается вокруг своей полярной оси - линии, проходящей через северный и южный полюса - каждые 24 часа, вызывая чередование дня и ночи. Во-вторых, он движется по своей орбите вокруг Солнца каждые 365,25 дня, создавая годовой цикл времен года. Равноденствие наступает, когда эти два движения пересекаются. [От сезона к сезону: равноденствия и солнцестояния Земли (инфографика)]

Поскольку Земля такая большая, ее масса оказывает чрезвычайно мощный гироскопический эффект. По этой причине его полюса всегда указывают в одном направлении, хотя сильное землетрясение может вызвать крошечные колебания на этой оси. Самое главное, движение Земли вокруг Солнца абсолютно не влияет на направление, в котором указывают полюса, что имеет очень важные последствия для времен года на Земле.

Астрономы отмечают положение объектов на небе относительно полюсов вращения Земли (это красные линии, которые вы видите на картинке). Самая важная линия - небесный экватор, разделяющий небо на Северное и Южное полушария.

Полюс вращения Земли наклонен на 23,4 градуса относительно плоскости ее орбиты. Этот наклон всегда направлен к одной и той же точке неба, называемой небесным полюсом, независимо от того, где на своей орбите вокруг Солнца находится Земля.

Из-за этого наклона наблюдателям на поверхности Земли кажется, что Солнце движется по небу под углом к ​​небесному экватору. Это отмечено зеленой линией на изображении, называемой «эклиптикой», потому что затмения происходят вдоль этой линии.

Дважды в год солнце пересекает небесный экватор, перемещаясь из северного полушария в южное или наоборот. Эти два перехода очень важны для жителей Земли, потому что они отмечают изменение направления падения солнечных лучей на Землю.

В частности, в воскресенье солнце переместится из северного полушария в южное. В этот день он будет проходить над землей повсюду вдоль экватора Земли, и солнце встанет точно на востоке и зайдет точно на западе. День и ночь также будут примерно одинаковой длины. («Равноденствие» происходит от латинского «равная ночь».)

После воскресенья солнце будет больше светить на южной половине нашей планеты и меньше на северной половине. Лето в Северном полушарии закончится, и наступит осень. Зима на юге закончится, и начнется весна.

Солнце продолжит свой путь на юг в течение следующих трех месяцев, достигнув своей самой южной точки 21 декабря, в дату «солнцестояния». В Северном полушарии дни станут короче, ночи - длиннее, а температуры станут ниже во время этого трехмесячного похода - все из-за того, что солнце находится к югу от небесного экватора.

Всегда важно помнить, что это часть цикла, и что после 21 декабря солнце снова начнет двигаться на север, и весна будет в его пути.


Влияет ли радиус Земли на солнечную радиацию?

В среднем Земля находится на расстоянии 93 миллионов миль от Солнца, а радиус Земли составляет почти 4000 миль. Влияет ли эта разница в расстоянии на интенсивность солнечного света, достигающего поверхности Земли?

Давайте посмотрим на процентную разницу между ближайшей точкой на Земле к Солнцу и освещенной точкой, наиболее удаленной от Солнца:

Эта ближайшая к Солнцу точка на Земле испытает в 1.000086 раз больше излучения, чем самая дальняя освещенная точка. Это будет иметь незначительный эффект по сравнению с изменением концентрации луча с широтой.


Перигелий и афелий

В перигелий это точка на орбите планеты, малой планеты или кометы, ближайшая к Солнцу. Это противоположность афелий, которая является точкой на орбите, в которой небесное тело наиболее удалено от Солнца. [1]

Слово перигелий происходит от древнегреческого слова «пери», что означает возле, и «гелиос», что означает Солнце. Афелий происходит от предлога апо, имея в виду прочь, прочь, отдельно. (Подобные слова перигей а также апогей относятся к ближайшим и наиболее удаленным точкам на орбите некоторых объектов вокруг Земли.)

Согласно Первому закону движения планет Кеплера, все планеты, кометы и астероиды в Солнечной системе имеют приблизительно эллиптические орбиты. [2] (Любой единичный оборот тела вокруг Солнца является лишь приблизительно эллиптическим, потому что явление, известное как прецессия перигелия, не позволяет орбите быть простой замкнутой кривой, такой как эллипс.) Таким образом, все они имеют ближайшую и самая дальняя точка от Солнца: перигелий и афелий, вместе известные как апсиды. Эксцентриситет орбиты измеряет плоскостность (отклонение от идеального круга) орбиты.

Земля приближается к Солнцу каждый год около 3 января. Она находится дальше всего от Солнца каждый год около 4 июля (таблицу этих дат для разных лет см. В Апсисе).

Когда Земля находится ближе всего к Солнцу, это зима в северном полушарии и лето в южном полушарии. Таким образом, расстояние от Земли до Солнца существенно не влияет на время года. [3] Вместо этого времена года на Земле приходят и уходят, потому что Земля не вращается со своей осью точно вертикально по отношению к плоскости своей орбиты вокруг Солнца. Наклон оси Земли составляет 23,4 градуса. Это перемещает Солнце дальше на юг в декабре и январе, поэтому на севере зима, а на юге лето. Таким образом, зима приходится на ту часть земного шара, где солнечный свет падает меньше всего, а летом - на ту часть земного шара, где солнечный свет падает сильнее всего, независимо от расстояния Земли от Солнца.

Разница в расстоянии между ближайшей точкой Земли к Солнцу в январе и самой дальней точкой от Солнца в июле составляет около 5 миллионов километров (3,1 миллиона миль). Земля находится примерно в 147,1 миллиона километров (91,4 миллиона миль) от Солнца в перигелии в начале января, в отличие от примерно 152,1 миллиона километров (94,5 миллиона миль) в афелии в начале июля. Из-за увеличенного расстояния в афелии только 93,55% солнечной радиации от Солнца попадает на данную квадратную площадь суши, чем на перигелий. Поскольку зима также выпадает в южном полушарии в то же время, что и афелий, это уменьшение солнечной радиации из-за афелия плюс более короткие периоды дневного света в целом вызывают меньше тепла от Солнца, попадающего в южное полушарие зимой, чем солнечного излучения. северное полушарие зимой в перигелии шесть месяцев спустя.


LPI | Образование

Что вызывает наши времена года?
У нас есть времена года, потому что ось Земли - воображаемая линия, проходящая через Землю и вокруг которой вращается - наклонена. Он наклонен примерно на 23,5 градуса относительно плоскости нашей орбиты (эклиптики) вокруг Солнца. Когда мы вращаемся вокруг Солнца, наша ось всегда указывает на одно и то же фиксированное место в космосе. Наша северная ось указывает почти прямо на Полярную звезду, Полярную звезду.

На этом снимке Земля изображена сбоку, когда она вращается вокруг Солнца. The axis is tilted and points to the North Star no matter where Earth is in its orbit. Because of this, the distribution of the Sun's rays changes. In June, in the northern hemisphere summer, the Sun's rays — and warmth — reach all the way to the north pole. In December, in the northern hemisphere winter, the north pole is tilted away from the incoming sunshine.

The &ldquofixed&rdquo tilt means that, during our orbit around our Sun each year, different parts of Earth receive sunlight for different lengths of time. It also means that the angle at which sunlight strikes different parts of Earth's surface changes through the year. Sunlight striking the surface at an angle is &ldquospread&rdquo across a wider area compared to sunlight striking perpendicular to Earth's surface. Areas that receive more scattered sunlight receive less energy from our Sun. All of these factors combine to give Earth its annual cycle of seasons!

For part of our orbit the northern half of Earth is tilted к the Sun. This is summer in the northern hemisphere there are longer periods of daylight, the Sun is higher in the sky, and the Sun's rays strike the surface more directly, giving us warmer temperatures. The north pole is in constant daylight!

When the northern half of Earth is tilted toward the Sun, the southern hemisphere is tilted away. People in the southern hemisphere experience the shorter day lengths and colder temperatures of winter.

During winter in the northern hemisphere, our northern axis continues to point to the North Star, but, because we have moved in our orbit around the Sun, our northern hemisphere now points away from our Sun. The north pole is completely dark and other places in the northern hemisphere experience the shorter day lengths and colder temperatures of winter as the Sun traces a lower arc across the southern sky and the Sun's rays strike the surface at a lower angle. When it is winter in the northern half of Earth, the southern hemisphere, tilted toward our Sun, has summer.

During fall and spring, some locations on Earth experience similar, milder, conditions. Earth has moved to a position in its orbit where its axis is more or less perpendicular to the incoming rays of the Sun. The durations of daylight and darkness are more equally distributed across all latitudes of the globe.

What doesn't cause the seasons?
The seasons are not caused by how far Earth is from our Sun. Earth's orbit around our Sun has a slightly elliptical path (very slight!), and the Sun is not exactly in the center of the ellipse. This means that, during the year, Earth is sometimes farther from our Sun, and sometimes closer — but the difference is small (not so for some other planets!). Earth is closest to our Sun in January (perihelion) and the farthest away in July (Earth is 147.5 million kilometers from the Sun when it reaches aphelion). If distance were the most important factor, the entire Earth would have summer in January when we are closest to our Sun and winter in July when we are farthest away!

What are solstices and equinoxes?
Solstices occur when Earth's axis is pointed directly toward our Sun. This happens twice a year during Earth's orbit. Near June 21 the north pole is tilted 23.5 degrees toward our Sun and the northern hemisphere experiences summer solstice, the longest day of the northern hemisphere year. On that same day, the southern hemisphere is tilted 23.5 degrees away from our Sun and the southern regions of Earth experience the shortest day of the year — the winter solstice.

The second solstice occurs on December 21 or 22 when the north pole is tilting 23.5 degrees away from our Sun and the south pole is inclined toward it. This is the shortest day of the year in the northern hemisphere — the northern hemisphere winter solstice.

Twice each year, during the equinoxes (&ldquoequal nights&rdquo), Earth's axis is not pointed toward our Sun, but is perpendicular to the incoming rays. During the equinoxes every location on our Earth (except the extreme poles) experiences 12 hours of daylight and 12 hours of darkness. The vernal or spring equinox occurs in the northern hemisphere on March 21 or 22 (the fall equinox of the southern hemisphere). September 22 or 23 marks the northern hemisphere autumnal or fall equinox.

As Earth orbits our Sun, the position of its axis relative to the Sun changes. This results in a change in the observed height of our Sun above the horizon. For any given location on Earth, our Sun is observed to trace a higher path above the horizon in the summer, and a lower path in the winter. During spring and fall, it traces an intermediate path. This means that our Sun takes a greater amount of time tocross the sky in the summer and a shorter amount of time in the winter. This effect is greater as you move toward the poles people living near the equator experience only small changes in daylight during the year. The change is more extreme toward the poles.

During the northern hemisphere summer solstice, Earth is tilted such that the Sun's rays strike perpendicular to the surface at the Tropic of Cancer (23.5 degrees north latitude, corresponding to the tilt of Earth's axis). At (solar) noon, our Sun is directly overhead in this location (and at a decreasing height above the horizon north and south of the Tropic of Cancer). At locations north, our Sun will be at its highest position above the horizon and will take the greatest amount of time to cross the sky. All northern locations have more than 12 hours of daylight. All locations south experience less than 12 hours of daylight. Locations above the Arctic Circle (north of 66.5 degrees latitude 90 degrees minus the tilt of Earth's axis) receive 24 hours of sunlight. Locations below the Antarctic Circle (66.5 degrees south latitude) experience 24 hours of darkness.

http://www.geog.ouc.bc.ca/physgeog/contents/6h.html
During the northern hemisphere summer solstice, the area &ldquoabove&rdquo the Arctic Circle — above 66.5 degrees north) — receives 24 hours of daylight, while the south polar region is in total darkness.

During the northern hemisphere winter solstice, the Sun's incoming rays are perpendicular to the Tropic of Capricorn at 23.5 degrees south latitude. The Sun's path is the lowest above the horizon in locations north of the equator, and these regions experience the shortest day of the year. Between the winter and summer solstices, daylight increases as Earth continues its orbit around our Sun.

During the equinoxes, sunlight strikes perpendicular to the surface at Earth's equator. All locations on Earth, regardless of latitude, experience 12 hours of daylight and 12 hours of darkness. The spring equinox marks the change from 24 hours of darkness to 24 hours of daylight at Earth's poles . In these extreme locations, our Sun moves above the horizon at the spring equinox and does not go below the horizon until the fall equinox.

Do other planets have seasons?
Да! Other planets in our solar system experience seasons for the same reason Earth does their axis of rotation is tilted. However, some planets — like Mars and Pluto — have elliptical orbits that result in more extreme variations in distance from the Sun as they revolve around it. This, combined with the axial tilt, causes greater seasonal variation.

Uranus has an extreme tilt of 82 degrees. It takes Uranus almost 84 Earth years to complete its nearly circular path around the Sun. The tilt means that the pole of each hemisphere is exposed almost directly to the Sun's rays during the summer solstice, and the opposite hemisphere is in constant darkness. Given Uranus' long period of orbit, this translates into a 20-year winter or summer!

Spring Equinox* Summer Solstice* Fall Equinox* Winter Solstice
Length of year (days) Spin axis tilt (degrees) Spring begins Summer begins Autumn begins Winter begins
Меркурий 88 <1 н / д н / д н / д н / д
Венера 224.7 2.6 or 1.77 н / д н / д н / д н / д
земля 365.25 23.4 Mar 20, 2018 Jun 21, 2018 Sept 22, 2018 Dec 21, 2018
Марс 687 25.2 Mar 23, 2019 Oct 8, 2019 Apr 8, 2020 Sep 2, 2020
Юпитер 4331 3.1 н / д н / д н / д н / д
Сатурн 10,747 26.7 2009 2017 2025 2032
Уран 30,589 97.8 2050 2072 2007 2030
Нептун 59,800 28.3 2046 2087 2128 2005

*Summer solstice refers to the time the north pole of a planet is tilted toward the Sun.
Based on data from 1990.


Now for the intermediate situation. The subsolar point is at the Tropic of Cancer in June, and at the Tropic of Capricorn in December. Midway between the solstices are two dates when the Sun shines directly on the equator, and we have a situation like our hypothetical one, where the Earth&rsquos axis is perpendicular to the ecliptic. (The axis is still tilted, still pointing at the North Star, but it is tilted sideways with respect to the Sun, rather than toward or away from the Sun).The circle of illumination passes through the Poles, the Sun&rsquos rays strike the equator at an angle of 90 degrees, and every part of the Earth has 12 hours of daylight and 12 hours of night. This happens twice in the year. These two days are called the equinoxes. (Equinox means &ldquoequal night&rdquo, since day and night are equal at 12 hours each.)

March 20 or 21 is the vernal (or spring) equinox for the Northern Hemisphere, and the subsolar point is heading north, on its way to the Tropic of Cancer. September 22 or 23 is the autumnal (or fall) equinox for the Northern Hemisphere, and the subsolar point is heading south.

Throughout the year, day length is 12 hours at equator. At the Poles, day length varies from none (at the winter solstice for that Hemisphere) to 24 hours (at the summer solstice for that Hemisphere). At points in between, day length will be somewhere in between. The closer a location is to the equator, the more even the day length is, not varying much from 12 hours all year. At high latitudes, the day length is very long in the summer and very short in the winter.

One more point about the Earth&rsquos orbit: By now you know that the reason we have seasons is the tilt of the Earth&rsquos axis. But sometimes people wonder if seasons have anything to do with the distance of the Earth from the Sun. We know that can&rsquot be the case, because the seasons are opposite in the Northern and Southern Hemispheres. However, if we look at the Earth&rsquos orbit closely, we find that it is not exactly circular. Rather, it is an ellipse, which is an oval shape, or a very slightly flattened circle. The Sun is at one focus of the ellipse. This means that the Earth&rsquos distance from the Sun does vary. The point at which the Earth is closest to the Sun is called perihelion (from the Greek peri, close or near, and helios, meaning Sun). Perihelion takes place on January 3, which, of course, is during winter for the Northern Hemisphere and during summer for the Southern Hemisphere. The point at which the Earth is farthest away from the Sun is called aphelion (Greek ap, away from, and helios, Sun).


Смотреть видео: Afélio e Periélio - Geografia - Artur Bergelt - Instantâneo (November 2022).