Почему чем выше солнце тем теплее
Где теплее: ближе к земле или к Солнцу?
Всякий скажет, что чем ближе к Солнцу, тем должно быть теплее.
Конечно, если б мы могли приблизиться вплотную к Солнцу, нам стало бы не только тепло, а, пожалуй, и очень жарко, так как температура даже внешних слоев Солнца исчисляется примерно в 6000 градусов. Но если не предпринимать таких грандиозных путешествий, а оставаться в пределах нашей земной атмосферы, то окажется, что чем дальше мы удаляемся от поверхности Земли, тем становится холоднее. Это хорошо знают туристы, поднимающиеся на высокие горы, а также авиаторы, которые при полете надевают даже летом теплую одежду в расчете на холодные верхние слои воздуха.
В чем же тут дело? В том, что для Земли и ближайших к ней слоев воздуха главнейшим источником тепла служит не непосредственно само Солнце, а уже нагретая им земная поверхность, которая играет роль как бы печки. От нее ближайшие слои воздуха нагреваются путем передачи от частицы к частице — теплопроводностью — а также и от того, что теплый воздух становится легче и вытесняется вверх более холодным («конвекция»). Большое значение имеет также «турбулентность» или беспорядочные движения воздушных частиц вверх и вниз под влиянием как различного нагревания соседних участков, так и неровностей земной поверхности. Эти движения иногда можно видеть непосредственно глазом в теплые солнечные дни, когда воздух у земли словно дрожит и струится и очертания предметов у горизонта кажутся размытыми.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Летом Солнце ближе к Земле, чем зимой. Это неправда.
Начнем с того, что расстояние между Солнцем и Землей действительно не является постоянным, а меняется в течение года. Это связано с тем, что Земля вращается вокруг Солнца не по кругу, а «почти по кругу». Фигура, которую представляет собой орбита Земли, как и орбиты всех других планет нашей Солнечной системы, называется эллипсом.
В целом орбиты планет могут быть сколь угодно вытянутыми. Такую орбиту, в частности, имеет Плутон, который во время плутонианского лета приближается к Солнцу на расстояние «всего» 4,5 миллиарда километров, а «зимой» удаляется от Солнца на 7,5 миллиардов. К слову, год на Плутоне длится 250 лет. Если бы орбита Земли была бы похожа на орбиту Плутона, то видимый размер Солнца на небе в течение года менялся бы в два раза, а потоки тепла и света, падающие на Землю зимой и летом, различались бы в 4 раза. Средняя температура на Земле зимой была бы около минус 50 °C на экваторе, а у полюсов — в районе минус 150 °C, и, скорее всего, эти строки просто некому было бы читать.
К счастью, орбита Земли — это почти круг. Среднее расстояние от Солнца до Земли составляет почти 150 миллионов километров (свет проходит это расстояние чуть более чем за 8 минут). В ближней точке орбиты Земля приближается к Солнцу на 2,5 миллиона километров, а в дальней точке удаляется на такое же расстояние. Соответствующее изменение расстояния составляет всего 1,5%. На такую же долю меняется видимый размер диска Солнца на небе в течение года. Разумеется, большинство людей этого даже не замечает.
И все же, когда Солнце ближе всего к Земле — летом или зимой? Ответ на это вопрос известен: Земля проходит через ближнюю точку своей орбиты каждый год примерно в одно и то же время — почти сразу после новогодних праздников, около 3–4 января.
Иными словами, в это время на небе можно увидеть Солнце максимально большого размера. Становится ли в этот день хоть немного теплее? Строго говоря, да, так как близость к Солнцу увеличивает среднюю температуру на 2–3 градуса, но, конечно же, смена времен года при той орбите Земли, которую мы имеем, никак не связана с расстоянием до Солнца.
Гораздо более важной в нашей земной жизни является высота Солнца над горизонтом и, как следствие, плотность падающих на поверхность Земли солнечных лучей. А она, особенно на высоких широтах, на которых находится большая часть нашей страны, меняется в течение года не на 1–2%, а в несколько раз.
Впрочем, есть и гораздо более простой способ понять, что времена года никак не связаны с расстоянием до Солнца. Достаточно вспомнить, что январь является центральным месяцем зимы лишь в северном полушарии. В южном полушарии на это же самое время приходится пик лета.
Соответственно, для большинства жителей той же Южной Америки тот факт, что Солнце ближе всего в январе, вероятно, не кажется таким удивительным, как для нас.
Информацию предоставил Сергей Богачев, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН
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.
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.
Почему зимой холодно, а летом жарко
Смена времен года – обычное явление, к которому мы все привыкли. На смену осени приходит зима – за ней весна, а за весной лето…
Летом мы изнываем от жары, а зимой отчаянно пытаемся согреться, и, как правило, абсолютно не задумываемся, с чем связаны эти изменения температуры воздуха.
Связь времен года с осью Земли
Земля, как известно, вертится вокруг Солнца по орбите в виде эллипса. Из-за неравномерной формы орбиты в разных ее положениях дистанция между планетой и Солнцем разнится.
Земная ось в свою очередь находится под углом к плоскости вращения. Дальняя точка на орбите по отношению к Солнцу апогелий, ближайшая перигелий. От дистанции зависит количество солнечной энергии, которую впитывает планета в момент нахождения в конкретном месте орбиты.
При этом отличается не только расстояние, но также угол падения лучей на Землю, что провоцирует смену времени года. Если бы не угол, образованный сочетанием оси планеты с орбитальной плоскостью, что провоцирует в свою очередь возникновение угла между экватором и плоскостью эклиптики, в любой точке земли день и ночь не отличались бы по количеству времени, а Солнце ежедневно задерживалось бы в фиксированной точке.
Интересная информация
Существуют определенные факторы, которые воздействуют на сезонные изменения. Например, длительность светового дня. Летом день значительно длиннее, а зимой, напротив. От этого зависит и температура воздуха. Таким образом радиационное излучение, устремленное на планету, сосредотачивается на небольшой части поверхности Земли.
Расстояние, которое преодолевает солнечное изучение, зависит от времени года. Время года напрямую сказывается на степени поглощения солнечной энергии. Над горизонтом Солнце распространяет меньше света и тепла. Поднимаясь все выше, Солнце зависает ближе к высшей точке на небосводе, что позволяет Земле нежиться в лучах света и тепла.
На экваторе нельзя наблюдать сезонные изменения, так как его положение фиксировано близко к Солнцу. Благодаря этому там всегда тепло и солнечно.
Дистанция до экватора влияет на продолжительность светового дня, таким образом, чем короче луч от Солнца до непосредственной точки на экваторе, тем длительнее продолжительность светового дня.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Пытливые умы наверняка обращали внимание на любопытную природную особенность: Южный полюс значительно холоднее Северного, однако в странах Южного полушария зимы гораздо теплее северных.
Почему в Аргентине, Австралии и Южной Африке нет таких же суровых зим, как в России и Канаде?
Почему Южный полюс холоднее Северного?
«Север» – понятие, с которым обычно ассоциируют суровые зимы и пронизывающие ветра, в то время как «юг» выступает антиподом негостеприимной стихии.
Однако стоит учитывать то, что Антарктида покрыта многокилометровым слоем льда, а потому Южный полюс оказался выше уровня моря почти на 2,8 тыс. метров. Воздух является плохим проводником, из-за чего тепло плохо проникает в верхнее воздушное пространство.
Однако это всё равно куда холоднее тропического и экваториального климата. Почему в таком случае в странах Южного полушария нет таких же суровых зим, как в Норвегии, Финляндии, России и Канаде?
Почему в странах Южного полушария тёплые зимы?
Счастливых жителей Патагонии и Океании, а также беззаботных африканцев спасает от зимы наличие вокруг Антарктиды Южного океана. Холодные воздушные массы, образующиеся над полюсом, добираются до соседних материков уже прогретыми от воды.
Северному полушарию повезло меньше. Жители России и Канады находятся далеко от океанов и крупных водоёмов – тепловых резервуаров, которые дольше хранят тепло и смягчают перепады температур. Поэтому на материках господствует континентальный климат: суровая зима и жаркое лето с малым количеством осадков.
Климатическая карта поясов планеты. В России, странах Скандинавии и Канаде самый распространённый климат – континентальный. В Южном полушарии его нигде нет
Кроме того, даже крайние точки стран Южного полушария несопоставимы по широте с холодными регионами России. Самые южные места Аргентины и Чили находятся на 55° и 56° ю.ш. соответственно – это соответствует координатам Москвы.
Лишь в этих регионах Южной Америки температура доходит до 0°С. В Австралии это 43° ю.ш. – широта Сочи. Даже в холодные месяцы термометр там не опускается ниже +3°C, и только горы покрыты снегом. В остальных регионах климат умеренный или тропический, круглый год тепло.
Патагония, южный регион Аргентины, сочетает тёплый климат на равнинах и холодный в горах
Благодаря близости к океану климат в странах Южного полушария гораздо мягче, чем в странах Севера. Кроме того, в Аргентине и Чили нет крупных городов, расположенных на той же широте, что в России. Потому жители этих стран не привыкли к суровым зимам и низким температурам.