Почему зимой холодно, а летом жарко?
Смена времен года является для нас обычным явлением. В холодные зимние дни мы мерзнем от суровых морозов, а с наступлением летнего периода страдаем от невыносимой жары. При этом мало кто из нас задумывается о причинах подобных процессов.
Почему летом жарко, а зимой холодно? Что влияет на смену сезонов? И почему зима и лето в различных уголках нашей планеты наступают в разное время?
Почему зимой холодно?
Всем известно, что Земля вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси. При этом в процессе своего движения она то приближается к Солнцу, то удаляется от него на максимальное расстояние. Во время нахождения в перигелии (на минимальном удалении) она отстоит от звезды на 147,1 млн. км, а при приближении (в афелии) – на 152,1 млн. км.
Многие люди полагают, что когда Земля пребывает на самом удаленном расстоянии от Солнца, и приходит зима. На самом деле всё не так просто, поскольку на наступление холодов влияет еще один фактор – ось наклона планеты.
Ось вращения земного шара отклоняется от плоскости его орбиты вокруг Солнца на 23,5 градуса. Она проходит через южный и северный полюс, при этом последний всегда направлен на Полярную звезду. Таким образом, при вращении вокруг Солнца одну половину года северное полушарие планеты наклоняется к звезде, а другую половину года отклоняется от нее.
В то время, когда угол наклона удаляет северное полушарие от Солнца, день укорачивается, солнечные лучи не так хорошо прогревают земную поверхность, в результате чего наступает зима.
Почему летом жарко?
Летом всё происходит с точностью до наоборот. Когда северное полушарие оказывается ближе всего к Солнцу, оно получает намного больше солнечных лучей, день удлиняется, температура воздуха прогревается, в итоге становится жарко.
Кроме того, в летний период солнечные лучи падают на Землю почти перпендикулярно, поэтому энергия на земной поверхности становится концентрированной и нагревает грунт гораздо быстрее. Зимой, напротив, лучи проходят вскользь, в результате чего почва и вода в океанах не успевают быстро прогреться, оставаясь холодными.
Иными словами, в летний период плотность солнечной энергии, попадающей на земную поверхность, выше, зимой – ниже, а от этого зависят показатели температуры. Мало того, летом более длительный световой день, Солнце намного дольше светит над горизонтом, поэтому имеет гораздо больше времени для прогрева грунта и водных поверхностей.
Как меняются времена года в разных поясах Земли?
Когда в северном полушарии наступает лето, в южное полушарие приходит зима, поскольку в это время оно находится дальше от Солнца. Аналогичным образом происходит во вторую половину года: при приближении южного полушария к нашей звезде на нем становится жарко, а на северном полушарии, соответственно, холодно.
Вместе с тем, в разных поясах планеты наблюдаются различные климатические условия, так как они находятся на неодинаковом расстоянии от экватора. Чем ближе регионы к экватору, тем жарче климат, и наоборот – более отдаленные от экватора области испытывают более холодные температуры.
На погоду может влиять и расположение тех или иных регионов по отношению к уровню моря. С ростом высоты снижается плотность воздуха, а Земля отдает меньше тепла, поэтому в горных районах всегда холоднее даже в летний сезон.
Почему на экваторе не бывает зимы и лета?
Почему же степень жары и холода зависит от расположения к экватору? Дело в том, что эта воображаемая линия, пересекающая центр Земли, независимо от оси наклона планеты всегда находится ближе всего к Солнцу.
По этой причине регионы, расположенные на экваторе, постоянно испытывают большой приток солнечной радиации, а температура воздуха на их территории остается неизменной в пределах +24…+28 °C.
Помимо того, солнечные лучи падают на экватор под прямым углом, благодаря чему данная часть суши больше остальных получает света и тепла.
Источник
Почему летом жарко и холодно зимой?
Мы привыкли к тому, что времена года меняются. На смену зиме приходит весна за ней — лето, а там уже и осень… Для нас это обычное явление.
Смена температурного режима
Зимой мы мерзнем от холода. А летом жарко нам. Мы с вожделением ждем прихода тепла. Однако переходный период, когда температура становится наиболее комфортной для нас, как правило, длится не очень долго. И наступает жаркое сухое лето. Происходит достаточно резкая смена температурного режима.
Как правило, мы заняты своими повседневными делами и не задумываемся, почему так происходит. Почему зимой холодно, летом — жарко? Что же влияет на такую смену сезонов?
Почему зима холодная?
Все мы со школьных лет знаем о том, что наша Земля вращается вокруг Солнца и вокруг собственной оси. Естественно, во время движения планета то приближается к Солнцу, то наоборот — удаляется от него.
У нас сложился такой стереотип, что зима приходит тогда, когда Земля находится на максимально дальнем расстоянии от источника тепла и света. Но это не совсем так. Ведь есть еще один важный фактор — ось наклона Земли.
Она проходит сквозь Северный и Южный полюс. Получается так, что, когда угол наклона отдаляет северное полушарие от светила, день становится коротким, лучи Солнца как бы скользят по касательной и не так хорошо прогревают поверхность. В результате этого к нам приходит зима.
Почему летом жарко?
А вот летом происходит все совсем наоборот. Как только северная часть Земли оказывается на наиболее близком расстоянии от Солнца, она получает огромное количество лучей, световой день увеличивается, температура воздуха очень быстро увеличивается, приходит лето.
В летнее время лучи Солнца падают на земную поверхность почти перпендикулярно. А потому энергия более сконцентрирована и нагревает грунт очень быстро. Потому летом жарко, много солнца. Зимой же солнечные лучики будто скользят по поверхности, они не могут прогреть ни почву, ни воду. Воздух остается холодным.
Получается, что летом поток энергии, попадающий на земную поверхность гораздо сильнее и больше, а зимой он становится меньше и слабее… От этого и зависят температурные показатели. Кроме того, мы знаем, что летом длина светового дня намного больше, чем в зимнее время. А значит, Солнце располагает большим временем на подогрев поверхности Земли.
Изменение времен года по поясам
Если на северном полушарии наступает лето, то на южном, соответственно, зима, ведь оно в это время находится далеко от Солнца. То же самое происходит и во втором полугодии: на южном полушарии становится намного теплее и даже жарко, а на северном наступает зима.
А между тем в разных поясах Земли совершенно разные климатические условия. Это объясняется близостью или удаленностью от экватора. Чем к нему ближе, тем более жаркий климат, и наоборот, чем дальше от него, тем более холодные климатические условия.
Кроме того, на погоду влияет множество факторов. Это и близость к морю, и высота относительно уровня Мирового океана. Ведь в горах достаточно прохладно даже летом, а на вершинах даже в зной лежит снег.
Конечно, экватор — это воображаемая линия, проходящая по центру Земли. Но она находится наиболее близко к Солнцу независимо от наклона оси нашей планеты. Именно по этой причине регионы близ экватора постоянно изнывают от избыточного количества энергии. Температура здесь не падает ниже двадцати четырех градусов. Тут не только летом жарко. Зимы в нашем понимании вообще нет. Солнечные лучи падают на поверхность в районе экватора почти под прямым углом, что дает земной поверхности в этом регионе максимальное количество света и тепла.
Потепление климата
Летняя погода всегда радует нас теплом, обилием солнечных дней, длиной светового дня. Однако каждый сезон наблюдается установление на некоторое время аномально жаркой погоды в нехарактерных для таких температур регионах. Это мгновенно вызывает разговоры о «глобальном потеплении». Ученые много спорят по поводу этого вопроса. Одни рисуют прямо-таки угрожающие картины будущего этого феномена. Другие не видят в этом ничего страшного. Однако до сих пор все пытаются разгадать причину этого явления. Предположений достаточно много. Но нет единого достоверного и правильного. А потому стоит просто наслаждаться летним теплом и солнцем, морем и цветами, рекой и горячим песком. Ведь лето так быстро проходит. А излишне жаркую погоду можно и потерпеть, оно того стоит. Зато сколько всего замечательного нас ожидает в это время, природа манит нас отдыхать и наслаждаться жизнью.
Источник
Почему Солнце светит и греет?
Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров от Земли. Несмотря на такую в буквальном смысле слова космическую дистанцию, все жизненно важные процессы на нашей планете зависят именно от Солнца.
Это небесное тело – источник света и тепла на Земле.
Что такое Солнце?
По своей структуре Солнце представляет собой огромный газовый шар, внутри и на поверхности которого уже на протяжении миллиардов лет сохраняется предельно высокая температура. На Солнце постоянно происходит процесс преобразования водорода в гелий.
Этот процесс ученые называют термоядерной реакцией. Водород составляет 74% от массы солнечного ядра, гелий – 25% от этой массы. При преобразовании одного химического элемента в другой частички водорода объединяются в более тяжелые частички, и одновременно высвобождается большое количество энергии в виде тепла и света.
Как происходит термоядерная реакция?
Из-за высокой температуры частицы газов на Солнце – ядра атомов и свободные электроны – движутся с сумасшедшей скоростью. В каждом ядре атома есть частицы, называемые протонами и нейтронами. Протоны имеют положительный электрический заряд, нейтроны же заряда не имеют.
Атомы различных элементов отличают друг от друга по количеству протонов и нейтронов, которые служат своеобразными «кирпичиками» для построения. В каждом ядре атома водорода содержится один протон, в атоме гелия – два протона и два нейтрона.
Когда четыре ядра водорода соединяются вместе, они образуют одно ядро гелия, фотоны и прочие мелкие частицы. Именно фотоны и представляют собой свет, разлетающийся во все стороны.
По подсчетам ученых, каждую секунду в солнечном ядре в лучистую энергию превращается около четырех миллионов тонн вещества. Эта энергия рассеивается в космосе и достигает Земли.
Стоит отметить, что вблизи солнечного ядра температура составляет около 14-ти миллионов градусов, а мощность излучения, доходящего до нашей планеты, составляет приблизительно 1000 ватт на квадратный метр поверхности.
Почему зимой Солнце не греет так, как летом?
Эффективность воздействия солнечного света на Землю зависит от того, как долго длится световой день, каково состояние атмосферы и под каким углом падают на Землю солнечные лучи. Имеет значение и теплоемкость земной поверхности.
Летом Солнце поднимается высоко, его лучи падают на Землю почти вертикально, и нагрев происходит быстрее. Зимой Солнце стоит низко над горизонтом, его лучи проходят по касательной, и тепло на Земле ощущается гораздо слабее.
Лучам Солнца зимой приходится проникать через более плотный слой атмосферы, и это значительно тормозит процесс нагрева земной поверхности.
Жаркий август и суровый февраль
С углом наклона лучей солнца и прогревом Земли связано и то, что август в средних широтах становится предельно жарким месяцем лета, а февраль – самым суровым месяцем зимы. Вода и земля не нагреваются мгновенно, а удерживают накопленное тепло. В июне и июле Солнце поднимается над Землей на предельную высоту, и тепло глубоко внедряется в поверхность.
Накопленное тепло июня и июля сохраняется, плюс к нему добавляется тепло августа. Аналогичным образом происходит и обратный процесс: остывшая за декабрь и январь земля в феврале имеет предельно низкую температуру.
Многие периодически задаются вопросом: что произойдет, когда потухнет Солнце? Ученые отвечают: в скором будущем такого поворота опасаться не стоит. Солнце может потухнуть только после того, как растратит весь имеющийся на нем водород, и процесс его трансформации в гелий прекратится.
Но за все время существования Солнечной системы в гелий превратилось меньше половины имеющегося на Солнце водорода. А значит, Солнце будет светить и греть еще очень долго.
Источник
Почему летом жарко, а зимой холодно?
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?
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 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.
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).
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).
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 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.
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 — 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.
Источник