Почему происходит смена времен года

Определения и обозначения

Вращение Земли вокруг Солнца — годовое движение Земли по орбите, то есть по пути, по которому она обращается вокруг Солнца. Само это движение не объясняет смену сезонов без учёта наклона земной оси. Вместе эти два условия определяют, как в течение года меняется освещённость полушарий.

Земная ось — воображаемая линия, проходящая через Северный и Южный полюса, вокруг которой вращается Земля. Её не видно, но она помогает описывать положение планеты и направление вращения. Представление об оси нужно, чтобы понять, почему разные части Земли получают неодинаковое количество солнечного света.

Наклон земной оси — положение оси Земли под углом к плоскости её орбиты. Во время движения по орбите направление этого наклона сохраняется. Поэтому в разные месяцы к Солнцу обращено то Северное, то Южное полушарие, и освещение меняется не одинаково по всей планете.

Равноденствие и солнцестояние — важные моменты года, по которым определяют начало астрономических времён года. При равноденствии день и ночь примерно равны по продолжительности, а солнцестояния связаны с самым длинным и самым коротким днём. Эти понятия помогают описывать годовой ход освещения Земли.

Как это устроено

Земля движется вокруг Солнца, но сезоны возникали бы иначе, если бы её ось не была наклонена. При наклонённой оси во время годового движения меняется положение полушарий относительно солнечных лучей. Поэтому причина смены времён года — сочетание обращения Земли вокруг Солнца и наклона её оси, а не одно лишь движение по орбите.

Ось Земли сохраняет направление наклона, пока планета проходит разные участки орбиты. Из-за этого сначала Северное полушарие оказывается обращено к Солнцу сильнее, а через полгода — Южное. Полушарие, наклонённое к Солнцу, освещается лучше и получает больше тепла; другое в это время получает меньше солнечной энергии.

Летом солнечные лучи падают на поверхность более отвесно. При таком освещении энергия распределяется по меньшей площади, поэтому поверхность нагревается сильнее. Кроме того, Солнце дольше находится над горизонтом: длинный день даёт поверхности больше времени для получения тепла. Совместное действие этих причин приводит к летнему потеплению.

В полушариях сезоны противоположны, потому что в один и тот же момент одно наклонено к Солнцу, а другое — от него. Например, когда в Северном полушарии лучи падают более отвесно и день длиннее, в Южном они падают более косо, а день короче. Поэтому в России летом в Австралии зима, а через полгода — наоборот.

Смена времён года не происходит из-за значительного изменения расстояния от Земли до Солнца. Если бы близость к Солнцу была главной причиной, в обоих полушариях одновременно было бы одно и то же время года. Но сезоны там противоположны, потому что решающую роль играет наклон оси и связанное с ним различие в освещении.

Положение Земли относительно Солнца и особенности времён года

Читайте таблицу по строкам: она показывает, как сезону в одном полушарии соответствуют освещённость и продолжительность дня, а также сезон в другом. По ней удобно проследить, что лето и зима в полушариях приходятся на противоположные части года. Весной и осенью освещённость и длина дня постепенно меняются.

Разбор задач

Почему 22 июня в Северном полушарии наступает лето, а в Южном — зима?

Условие. Нужно объяснить, почему в одну и ту же дату сезоны в полушариях противоположны. Важно не просто назвать сезоны, а связать их с наклоном оси, направлением солнечных лучей и длиной дня. Рассмотрим положение Земли относительно Солнца.

1. Земная ось наклонена, и направление её наклона при движении по орбите сохраняется. В июне Северное полушарие наклонено к Солнцу сильнее, чем Южное.
2. Солнечные лучи в Северном полушарии падают более отвесно, а световой день длиннее ночи. Поверхность получает больше тепла, поэтому там лето.
3. Южное полушарие в это время наклонено от Солнца. Лучи падают более косо, день короче, значит, там зима.

Ответ. 22 июня в Северном полушарии лето, потому что оно наклонено к Солнцу и получает больше тепла. В Южном полушарии в тот же период зима, так как оно наклонено от Солнца.

Какое время года наступает в Австралии, когда в России зима?

Условие. Россия находится в Северном полушарии, а Австралия — в Южном. Нужно определить сезон в Австралии, используя связь между временами года в двух полушариях. Для этого достаточно установить, что сезоны там противоположны.

1. Определяем полушария: Россия расположена к северу от экватора, а Австралия — преимущественно к югу от него.
2. При движении Земли вокруг Солнца полушария освещаются неодинаково. Когда Северное полушарие наклонено от Солнца, в нём зима, а Южное получает больше света и тепла.
3. Следовательно, сезон в Австралии будет противоположен российской зиме. Никаких расчётов расстояния до Солнца для такого вывода не требуется.

Ответ. Когда в России зима, в Австралии лето. Это связано с противоположным освещением Северного и Южного полушарий.

Почему зимой холоднее, хотя Земля продолжает получать энергию от Солнца?

Условие. Солнце продолжает освещать Землю и зимой, но температура обычно ниже, чем летом. Чтобы объяснить это, сравним не наличие света, а угол падения лучей и продолжительность дня. Именно они влияют на количество тепла, которое получает поверхность.

1. Зимой наше полушарие наклонено от Солнца, поэтому Солнце поднимается над горизонтом ниже, чем летом.
2. Луч, падающий косо, распределяет энергию по большей площади поверхности. Каждый участок получает меньше тепла, чем при более отвесном падении лучей.
3. Солнце зимой находится над горизонтом меньше времени. Короткий день сокращает период нагревания, поэтому поверхность получает меньше солнечной энергии.

Ответ. Зимой холоднее из-за низкого положения Солнца, косого падения лучей и короткого дня. Солнечный свет продолжает поступать, но поверхность получает меньше тепла.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что сезоны возникают главным образом из-за приближения Земли к Солнцу. Так думают, потому что лето связывают с теплом, а тепло — с близостью к источнику. Но расстояние не объясняет, почему в полушариях сезоны противоположны. Проверь себя: если причина была бы только в расстоянии, почему в России летом в Австралии зима?

Ошибка: забывать, что ось Земли сохраняет направление наклона при движении по орбите. Можно представить, будто ось каждый раз поворачивается вслед за Землёй. Тогда непонятно, почему одно полушарие часть года освещено лучше другого. Проверка: проследи положение наклонённой оси в разных точках орбиты — направление остаётся одинаковым.

Ошибка: считать, что летом Солнце обязательно находится ближе к Земле. Такое объяснение кажется убедительным из-за летнего тепла, но не подходит для обоих полушарий сразу. В Северном и Южном полушариях лето наступает в разные месяцы. Чтобы проверить объяснение, сравни сезоны по обе стороны экватора.

Ошибка: путать равноденствие с солнцестоянием. Их названия могут казаться похожими, а оба события связаны с изменением дня и ночи. При равноденствии день примерно равен ночи, а солнцестояние соответствует самому длинному или короткому дню. Проверь себя вопросом: речь идёт о равенстве дня и ночи или о крайней продолжительности дня?

Связь с другими темами

Для понимания смены сезонов нужно знать, как Земля вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца, а также различать Северное и Южное полушария. Эти понятия помогают объяснить, почему в течение года меняется освещённость планеты. Позже они пригодятся при изучении климатических поясов, продолжительности дня и природных изменений. Связать объяснение с наблюдениями можно, отслеживая высоту Солнца над горизонтом, длину тени и время между восходом и закатом.

Что запомнить

• Смена времён года происходит из-за обращения Земли вокруг Солнца и наклона земной оси.
• Земная ось наклонена и сохраняет направление наклона при движении по орбите.
• Летом полушарие получает больше солнечного тепла: лучи падают более отвесно, а день длится дольше.
• Зимой лучи падают косо, день короче, поэтому поверхность получает меньше тепла.
• В Северном и Южном полушариях времена года противоположны.
• Равноденствия и солнцестояния связаны с изменением продолжительности дня и ночи.
• Смена времён года объясняется не расстоянием от Земли до Солнца.