§ 9. Смена времён года

Определения и обозначения

Земная орбита — путь, по которому Земля движется вокруг Солнца. Полный оборот по орбите занимает год. Это движение помогает понять, почему в течение года меняется освещение нашей планеты.

Наклон земной оси — наклон оси вращения Земли относительно перпендикуляра к плоскости её орбиты. Пока Земля движется вокруг Солнца, ось сохраняет примерно одно направление в пространстве. Благодаря этому в разные части года полушария оказываются освещены неодинаково.

Солнцестояние — момент, когда в одном полушарии день самый длинный, а в другом — самый короткий. В Северном полушарии летнее солнцестояние связано с началом лета, а зимнее — с началом зимы. Это название помогает отмечать крайние точки годового изменения продолжительности дня.

Равноденствие — момент, когда день и ночь длятся примерно одинаково. Оно связано с началом весны или осени. Равноденствие показывает, что освещение полушарий в этот период распределяется более равномерно, чем во время солнцестояний.

Как это устроено

Земля одновременно вращается вокруг своей оси и движется по орбите вокруг Солнца. Вращение вокруг оси занимает сутки и вызывает смену дня и ночи, а обращение по орбите длится год. Ось Земли наклонена и во время движения сохраняет примерно одно направление, поэтому Солнце в разные месяцы освещает полушария по-разному. Именно сочетание орбитального движения и наклона оси создаёт годовой цикл сезонов.

Когда одно полушарие наклонено к Солнцу, солнечные лучи падают на него более прямо, а светлое время суток становится длиннее. За день поверхность получает больше солнечной энергии и сильнее прогревается. Другое полушарие в это время наклонено от Солнца: лучи падают менее прямо, а продолжительность освещения меньше. Поэтому в полушариях одновременно бывают противоположные сезоны.

Летом Солнце поднимается над горизонтом выше, а его путь по небу длиннее: оно раньше восходит и позже заходит. Местность освещается больше часов, а солнечные лучи падают на неё более прямо и лучше прогревают поверхность. Зимой путь Солнца проходит низко, день короче, а лучи падают под меньшим углом. Земля получает меньше тепла, поэтому становится холоднее.

Если в Северном полушарии лето, оно наклонено к Солнцу, а Южное полушарие — от него. Северное получает больше света и тепла, тогда как на юге день короче и наступает зима. Примерно через полгода положение меняется: к Солнцу наклоняется Южное полушарие. Тогда там наступает лето, а в Северном полушарии — зима.

Сезоны нельзя объяснить главным образом изменением расстояния от Земли до Солнца. Если бы расстояние было основной причиной, лето наступало бы одновременно во всех частях планеты. Но в Северном и Южном полушариях времена года противоположны, хотя Земля находится на одной орбите. Это подтверждает, что главная причина — наклон оси, который меняет угол падения солнечных лучей и длительность освещения.

Как меняются условия освещения в течение года

Читайте таблицу по строкам: так видно, как положение Северного полушария связано с длиной дня и высотой Солнца. Последний столбец показывает, что в Южном полушарии в это время противоположный сезон. Слова «около равноденствия» и «около солнцестояния» напоминают, что это моменты годового цикла, а не весь сезон.

Разбор задач

Почему летом в Северном полушарии день длиннее, чем зимой?

Условие. Нужно объяснить разницу в продолжительности дня летом и зимой в Северном полушарии. Одного ответа «летом теплее» недостаточно: надо связать длину дня с освещением. Рассуждаем через наклон полушария и видимый путь Солнца.

1. Летом Северное полушарие наклонено к Солнцу, поэтому оно дольше остаётся освещённым в течение суток.
2. Солнце проходит по небу более высоким и длинным путём, позже скрывается за горизонтом.
3. Зимой полушарие наклонено от Солнца: путь светила ниже, а время над горизонтом короче.

Ответ. Летом день в Северном полушарии длиннее, потому что наклон к Солнцу увеличивает время освещения. Зимой из-за наклона от Солнца световой день сокращается.

Если в Северном полушарии наступило лето, какое время года в Южном?

Условие. Известно, что в Северном полушарии наступило лето. Требуется определить сезон в Южном полушарии и объяснить причину. Для этого сравним наклон обоих полушарий относительно Солнца.

1. Когда Северное полушарие наклонено к Солнцу, Южное наклонено от него.
2. Южное полушарие получает меньше прямого солнечного света, а дни там короче.
3. Меньшее освещение и более низкое положение Солнца соответствуют зимним условиям.

Ответ. В Южном полушарии в это время зима. Сезоны противоположны, потому что полушария наклонены к Солнцу в разные стороны.

Летом Земля ближе к Солнцу — верно ли это объяснение?

Условие. Ученик считает, что лето наступает из-за близости Земли к Солнцу. Нужно проверить это объяснение с помощью сезонных различий между полушариями. Если причина верна, она должна объяснять сезоны на всей планете.

1. Земля обращается вокруг Солнца как единое целое, поэтому изменение расстояния не может дать полушариям противоположные сезоны.
2. Когда на севере лето, на юге зима, хотя оба полушария находятся на Земле в одно и то же время.
3. Противоположность сезонов объясняется наклоном оси: одно полушарие получает больше света, другое — меньше.

Ответ. Объяснение неверно: главная причина смены времён года — наклон земной оси, а не близость Земли к Солнцу.

Типичные ошибки

• Считать главным источником сезонов изменение расстояния от Земли до Солнца. Так думают, потому что близость часто связывают с теплом, но это не объясняет противоположные сезоны в полушариях. Проверьте себя: если причина действует на всю Землю, почему одновременно на севере лето, а на юге зима?

• Думать, что летом Земля ближе к Солнцу именно в Северном полушарии. Это ошибка: Земля движется по общей орбите, а не приближается к Солнцу отдельно для одного полушария. Проверка проста: сопоставьте сезоны двух полушарий и вспомните, что они противоположны.

• Путать вращение Земли вокруг оси со сменой времён года. Вращение вызывает чередование дня и ночи, а сезоны связаны с годовым движением Земли и наклоном оси. Чтобы проверить объяснение, спросите себя, описывает ли оно изменения за сутки или за год.

• Считать, что в день равноденствия день и ночь везде и всегда абсолютно одинаковы. Термин означает их примерное равенство по продолжительности, а не точное совпадение в каждой точке и при любых условиях. Проверяйте формулировку: верно говорить «примерно равны», а не «абсолютно одинаковы».

Связь с другими темами

Для понимания смены сезонов нужно знать, что Земля вращается вокруг оси и движется вокруг Солнца, а также различать полушария и стороны света. Наблюдения за небом помогают заметить, как в течение года меняются высота Солнца и продолжительность дня. Эти знания пригодятся при изучении климата и природных зон: освещение и количество тепла влияют на условия жизни в разных местах. Сравнение полушарий помогает объяснять различия между природой Севера и Юга.

Что запомнить

• Земля движется вокруг Солнца по орбите; полный оборот занимает год.
• Ось вращения Земли наклонена и сохраняет примерно одно направление.
• Наклон оси меняет освещённость полушарий в течение года.
• Летом Солнце выше над горизонтом и день длиннее, чем зимой.
• В Северном и Южном полушариях времена года противоположны.
• Солнцестояния связаны с самым длинным и самым коротким днём, а равноденствия — с примерным равенством дня и ночи.
• Главная причина смены времён года — наклон земной оси.