北半球夏季太陽離地球遠,冬季太陽離地球近,居然是真的。我的第一反應是這不科學呀?烤火的時候誰不知道火堆跟前暖和,怎么太陽離得近反而是冬天呢?
認識這個問題就要首先了解地球上四季的成因。
1 ?地球上四季的成因
地球上的四季是由于地球自轉軸與黃道平面的夾角造成的,在公轉過程中,這個夾角會導致太陽的直射點在南北回歸線之間移動,就帶來了一年四季的變化。直射點在北回歸線,就是北半球的夏季;直射點在南回歸線,就是北半球的冬季。具體節氣見圖2。
2 ?地球公轉軌道是個橢圓
地球公轉軌道為橢圓,稱為黃道,太陽位于其中一個焦點上,因此,地球距離太陽的距離是不斷變化的,并周而復始。
地球公轉周期是一年。地球軌道上距太陽最近的一點,即橢圓軌道的長軸距太陽較近的一端,稱為近日點。地球距離太遠最近為147,000,000km。地球軌道上距太陽最遠的一點,即橢圓軌道的長軸距太陽較遠的一端,稱為遠日點。最遠為153,000,000km,二者之間的差異不大,地球與太陽距離在150,000,000km +/- 2%范圍之內。
公轉位置對應的節氣見圖3,顯而易見,北半球的冬天離太陽就是近一些。
3 ?入射角度是導致地球冷熱的主要因素
離太陽近溫度就應該高一些,因為某一點的輻射強度與距輻射源的距離的平方成反比。離太陽最近的水星向陽面的溫度最高時可達430℃,而遙遠的冥王星表面溫度估計在-220℃以下。
這意味著地球大氣上方的太陽輻射強度會隨日地間距離不同而異。但是地球的公轉軌道偏心率很小,僅為0.0167,一年中由于日地距離的變化所引起太陽輻射強度的變化不超過3.4%。所以地球大氣層外的太陽輻射強度幾乎是一個常數。
太陽垂直照射到地球上單位面積的熱量幾乎是恒定的。直射地面獲得的熱能最大,斜射獲得的熱能于斜射角的余弦成正比。所以冬季盡管離太陽近些,但是由于是斜射,溫度還是低。當然某一地區的具體溫度與風力、大氣透明度、地表狀況等很多因素有關。
4 ?地球進動會影響地球上的季節
由于地球的進動,會帶來地球上直射點的變化,從而影響季節。進動周期差不多26000年,現在地球近日點位置在1月初。也就是北半球的冬天對應地球的近日點。再過1萬3千年,近日點的位置對應7月初。啥意思?就是那時候的季節與日地距離的關系和現在是反的,近日點轉移到北半球夏天的位置了。我們是看不到那天了。
5 ?地球四季不等長
我們知道,春分點和秋分點對黃道是等分的,如果地球公轉速度是均勻的,則視太陽由春分點運行到秋分點所需要的時間,應該與視太陽由秋分點運行到春分點所需要的時間是等長的,各為全年的一半。但是,地球公轉速度是不均勻的,則走過相等距離的時間必然是不等長的。視太陽由春分點經過夏至點到秋分點,地球公轉速度較慢,需要186天多,長于全年的一半,此時是北半球的夏半年和南半球的冬半年;視太陽由秋分點經過冬至點到春分點,地球公轉速度較快,需要179天,短于全年的一半,此時是北半球的冬半年和南半球的夏半年。
由此可見,地球公轉速度的變化,是造成地球上四季不等長的根本原因。