Времена года
Почему на Земле меняются времена года: роль наклона земной оси, солнцестояния и равноденствия, длина дня и полярный день, долгие циклы климата.
Времена года меняются не потому, что Земля ближе или дальше от Солнца, а потому, что её ось наклонена. Ближе всего к Солнцу Земля бывает в начале января, когда в Северном полушарии зима («Законы Кеплера»).
Наклон оси
Ось вращения Земли наклонена к плоскости её орбиты на 23,4° и при обращении вокруг Солнца остаётся направленной почти в одну точку неба — к Полярной звезде («Вращение звёздного неба»). Поэтому полгода к Солнцу ближе наклонено Северное полушарие, полгода — Южное. Там, где Солнце стоит выше, лучи падают круче, а день длиннее, и поверхность нагревается сильнее.
Четыре точки года
- Весеннее равноденствие (около 20 марта): день равен ночи, Солнце пересекает небесный экватор в Северное полушарие.
- Летнее солнцестояние (около 21 июня): самый длинный день в Северном полушарии.
- Осеннее равноденствие (около 22–23 сентября): день снова равен ночи.
- Зимнее солнцестояние (около 21–22 декабря): самый короткий день.
В Москве в день летнего солнцестояния Солнце светит около 17,5 часа, а зимой — около 7 часов. Севернее полярного круга бывает полярный день, когда Солнце не заходит, и полярная ночь. На экваторе день почти не меняется круглый год.
Астрономическая и метеорологическая весна
Астрономические сезоны отсчитывают от солнцестояний и равноденствий. Метеорологи для удобства статистики берут целые месяцы: зима — декабрь, январь и февраль. А климатическое лето ощутимо отстаёт от астрономического: суша и океан нагреваются медленно, поэтому самый тёплый месяц наступает через несколько недель после самого длинного дня.
Другие планеты и долгие циклы
Времена года есть и на других планетах: у Марса наклон оси 25° похож на земной, но сезоны вдвое длиннее. У Урана ось почти лежит в плоскости орбиты («Спутники Урана»), и на полюсах день и ночь тянутся по 21 году.
У самой Земли наклон оси не постоянен: за 41 тысячу лет он колеблется между 22,1° и 24,5°, а направление оси описывает круг за 26 тысяч лет (прецессия). Сербский учёный Милутин Миланкович показал, что эти колебания вместе с изменением формы орбиты определяют смену ледниковых периодов.