Должно быть, ученые мужи XVII века были сильно удивлены и испытали немало неудовольствия, ознакомившись с книгой Иоганна Кеплера «Новая астрономия». Еще бы, ведь немецкий математик призывал ни много ни мало отказаться от круговых орбит, по которым движутся планеты, и заменить их эллипсами! Астрономы еще не осмыслили до конца революционные идеи Коперника, поместившего в центр мира Солнце и низведя, таким образом, Землю до статуса рядовой планеты, как был нанесен второй удар по двухтысячелетней системе мира Птолемея.
Мы можем провести сравнение с Марсом, который имеет наклон воображаемой оси вращения 25 °, поэтому близко к значению земного наклона. В то время как расстояние Земли-Солнца колеблется всего 4% в течение года, для Марса это изменение составляет приблизительно 20%. Таким образом, на красной планете влияние изменения расстояния гораздо более акцентировано, чем на нашей планете. Изменения в Солнечной системе огромны, и мы можем представить себе всевозможные ситуации: от воображаемой оси, наклонности чрезвычайно резкого вращения, как у 98 ° в Уране до расстояния, как у Плутона, которое достигает 66%.
Эллипсы! Это почти святотатсво! Круг - совершенная фигура, и как же еще двигаться телам в небесном мире, как не по круговым орбитам! Но теория Кеплера объясняла движение планет лучше, чем любая из теорий, использовавшая круговые орбиты. На ее основе можно было делать более точные предсказания, в какой точке неба окажется та или иная планета через год, десять, сто лет. Теория работала!
Планета, подобная Юпитеру, которая имеет наклон оси вращения всего 3 ° и изменение на расстоянии 10%, будет иметь вначале большее влияние из-за расстояния, чем по отношению к наклону. Если бы у Земли был другой наклон воображаемой оси вращения или более эксцентричной орбиты, что могло случиться?
Используя простую модель, описанную в разделе 2, можно показать, что если бы Земля имела наклон воображаемой оси вращения вокруг 16 °, эффекты, связанные с наклоном и изменением орбитального расстояния, были бы одного порядка. В этом случае климатические изменения на нашей планете были бы намного более слабыми, чем те, которые у нас есть. С другой стороны, если бы разница между афелием и перигелием составляла около 20%, мы также имели бы сходное влияние двух факторов, но в этом случае на юге планеты были бы очень холодные зимы и очень жаркое лето, тогда как на севере вариации были бы очень более приятными, чем они есть на самом деле.
Земля, как и другие планеты, тоже движется вокруг Солнца не по круговой, а по эллиптической, вытянутой орбите . Это значит, что одну часть своего пути наша планета приближается к Солнцу , а другую часть - удаляется . Точка, когда Земля располагается ближе всего к звезде, называется перигелием , а наиболее удаленная от Солнца точка орбиты называется афелием . Как следствие, размеры Солнца на нашем небе должны меняться.
Это потому, что в летнее лето Земля будет гораздо ближе к Солнцу, чем летом, так как это максимальное приближение происходит в январе. Помимо этих эффектов, когда Земля находилась в перигелии, солнечные приливы могли быть намного больше, больше испарения вод с последующим увеличением парникового эффекта, а также было замечено, что кажущийся угловой диаметр Солнца будет больше.
Другой подход к этому вопросу - проверить разницу в солнечном свете между зимой и летом из-за наклона воображаемой оси вращения Земли. Таким образом, посредством простых расчетов можно показать, что наклон мнимой оси, ответственный за разницу инсоляции, объясняет наблюдаемые времена года. Например, в летнее солнцестояние, например, в Тропике Козерога, лучи ударяются почти перпендикулярно поверхности в полдень. В зимнее солнцестояние эти же лучи будут падать под углом приблизительно 47 °, что дает примерно на 32% меньше солнечного света.
Разница в размерах Солнца, когда Земля находится в перигелии и в афелии. Фото: Raffaele Esposito
Раз Земля движется по эллипсу, ее движение неравномерно . Из-за того что сила притяжения уменьшается с увеличением расстояния между тяготеющими телами, вблизи афелия Земля должна двигаться медленнее , чем в перигелии. Разумеется, это находит отражение в движении Солнца по небу: светило движется на фоне звезд то быстрее, то медленнее (имеется в виду не ежедневное движение Солнца с востока на запад, а второе, годичное движение на фоне созвездий!). Должны иметь разную продолжительность и времена года, ведь тот сезон, в который Земля находится ближе к Солнцу, наша планета «проскакивает» быстрее, чем прочие.
Разработка этой работы была мотивирована спонтанными концепциями, которые основаны на изменении расстояния Земля-Солнце, чтобы объяснить феномен времен года. Основное предложение этого текста состояло в том, чтобы показать встречное доказательство этого аргумента, то есть рассчитать влияние изменения расстояния Земля-Солнце на Землю, чтобы убедиться, что разница температур между зимой и летом не может быть объяснена этим аргументом.
Объяснение сезонов - один из лучших примеров того, как в научном обучении мы все еще видим догматический подход к научным знаниям в наших школах. Чтобы материализовать критическое учение, важно поставить ученика в роли субъекта и учесть их предыдущее или спонтанное знание. Таким образом, мы считаем, что явления не могут быть представлены готовыми и некритичными объяснениями.
Все вышеперечисленное - очевидные следствия трех законов Кеплера, но в обычной жизни они проходят обычно мимо нашего внимания. И это не удивительно - земная орбита почти круг, вытянутость ее невелика. Не проводя специальных наблюдений, заметить эффекты от движения Земли по эллипсу практически невозможно.
Это длинное предисловие было сделано для того, чтобы сказать о главном: сегодня, 4 января 2015 года, Земля находится в перигелии к Солнцу - в ближайшей к звезде точке своей орбиты. Точная дата события - 4 января в 06:36 по всемирному времени, или в 09:36 по московскому .
В конкретном случае сезонов строгость говорит о том, что вначале как склонность воображаемой оси вращения, так и изменение расстояния между Землей и Солнцем должны играть роль в температуре планеты. Идея студентов, часто вызванная искаженными рисунками в учебниках, не может быть просто заменена простым и неоспоримым объяснением. Необходимо представить информацию и причины, по которым один фактор является более важным, чем другой, и стимулировать их думать о том, что произойдет, если бы это было иначе.
Это способ рассуждения, который развивает навыки, связанные с дедуктивными гипотетическими рассуждениями, столь фундаментальные в научном образовании, которое стремится содействовать научной грамотности. Авторы благодарят рефери за важные комментарии, которые сделали текст более четким и точным.
Именно сегодня Солнце ближе к Земле, чем в любой другой день года, а значит, именно сегодня Земля получит от Солнца наибольшее количество света и тепла в 2015 году!
Когда Земля ближе всего к Солнцу, в северном полушарии царит зима. Этот замечательный снимок солнечного гало сделан 2 января 2015 года на Аляске. © Tracey Mendenhall Porreca
Канал, физика в школе 4, 12. Группа переподготовки преподавания физики, чтения по физике - механика. Аллен, Астрофизические величины 2-е изд. Макмиллан, астрономия сегодня. 2-е изд. Лиссауэр, Планетарные науки. Ланг, астрофизические данные: планеты и звезды.
Лучший Ответ: Явление астрономических сезонов, или различного воздействия тепла и свет различных в «частях дуговой Земли через год, вызвано» наклоном Земли вокруг своей оси вращения. «Наклон» оси вращения Земли определяет изменение сезонов собирается изменить угол падения солнечных лучей, которые достигают поверхности. Когда полушарие находится в зимнее время солнечные лучи падают на поверхность с меньшим наклоном по отношению к горизонт; как следствие существует меньшая степень облучения «атмосфера и поверхность поглощают меньше тепла и все» полушарие холоднее.
Странно? Совсем нет! Вспомним, что времена года меняются не потому, что Земля находится то ближе, то дальше от Солнца, а потому, что ось вращения нашей планеты наклонена к плоскости земной орбиты. В результате Солнце полгода освещает в основном северное полушарие Земли, а другую половину года - южное. Поэтому в южном полушарии Земли сейчас царит самое настоящее лето!
И наоборот, когда в одном полушарии лето, лучи, как правило, перпендикулярны по отношению к «горизонту и как» атмосфере, что поверхность поглощает больше тепла, с последующим повышением температуры. Если «ось вращения была совершенно перпендикулярно к плоскости орбиты будет не астрономические времена года, то есть» воздействием тепла и света в данной части планеты будет постоянной в течение года.
Обратите внимание, что, так как «орбита Земли является» Эллипс, действительно есть период «года, когда Земля находится ближе всего к Солнцу В настоящее время Земля достигает перигелия в» начале января, в то время как точки Дальнейшая орбита достигнута в начале июля. Эта ситуация может измениться в течение следующего тысячелетия из-за медленной прецессии земной орбиты, которая завершает полный цикл в 000 лет. Достижение афелия или перигелия не влияет на температуру Земли, если не малая часть, в как «орбита описывается Земля» очень мало эксцентричный эллипс, то вариация расстояния от Солнца между афелии и перигелии они очень малы.
Впрочем, как мы уже писали в прошлом году, полгода - это грубая прикидка. Посмотрим внимательнее.
Границами астрономических сезонов служат моменты равноденствий и солнцестояний. (Это не произвольно выбранные даты, а особые точки на орбите Земли, отмечающие ключевые «этапы» процесса освещения Земли Солнцем/) Например, астрономическое лето длится от момента летнего солнцестояния, которое в разные годы наступает 20, 21 или 22 июня, до осеннего равноденствия, наступающего 22 или 23 сентября. Таким образом, продолжительность лета равна 93,6 дня. Осень длится от осеннего равноденствия до момента зимнего солнцестояния, наступающего 21 или 22 декабря. Сосчитаем количество дней на календаре между этими датами и убедимся, что осень на целых 4 дня короче! - ее длительность равна 89,8 дней! Еще короче зима - только 89 дней. Наконец, продолжительность весны составляет 92,8 дней. Вот наглядное доказательство того, что Земля движется по эллипсу и зимой находится ближе к Солнцу, чем летом!
Известная фотография Земли, так называемая. «Голубой мрамор» Юджина «Чернана» во время миссии «Аполлон-17». Все это должно быть прецессией земной оси, которая колеблется, как медленный игрушечный удар, поворачивая свои колеса почти каждые 26 000 лет. Весна, мое любимое время года, становится короче и короче.
Это потому, что ось, вокруг которой вращается Земля, является так называемой прецессией. Под воздействием других небесных тел - в основном Солнца и Луны, - но и других планет - он колеблется, как замедление удара игрушки, поворачивая его колеса почти 26 000 лет. Вот почему Полярная звезда, самая яркая звезда ближайшего полюса северного неба, время от времени меняет нас.
Впрочем, разница в расстояниях до Солнца летом и зимой невелика - всего около 5 миллионов км. Сегодня оно равно 147 миллионов 096 тысяч 204 километра. В афелии оно превысит 152 миллиона километров. Расстояние варьируется в пределах примерно 3%. Настолько же изменяется и размер Солнца на нашем небе - совершенно незаметно для невооруженного глаза!
Хотя прецессия затрагивает многие глобусы в Солнечной системе, нашей галактике и всей вселенной, нас больше всего интересует ее влияние на Землю. В этот час Земля вернется к Солнцу со своим северным полюсом, а Южный полюс повернется к нашей звезде позади. Этим летом продлится 93, 5 дня.
Лето - самый длинный сезон года в северном полушарии. И это потому, что через мгновение после этого Земля находится дальше всего от Солнца, поэтому наша планета движется в самый медленный год. А кроме того - прецессией - наше лето продолжает расти, питаясь весной.
Мы все отлично знаем, что в различные времена года Солнце ведёт себя по-разному. Летом оно восходит рано, идёт высоко по небу и заходит поздно. Зимой, наоборот, Солнце показывается над горизонтом поздно и, совершив низкий и короткий путь по небу, рано заходит. Летом день длинный, ночь короткая; зимой день короткий, ночь длинная. Весной и осенью день и ночь по продолжительности мало отличаются друг от друга. Чем всё это объяснить? Ведь мы знаем, что смена дня и ночи, то есть восход и заход Солнца, происходит оттого, что Земля вращается вокруг своей оси. Что же она не весь год вертится одинаково? А может быть, продолжительность дня и ночи зависит ещё от какой-нибудь другой причины?
В свою очередь, когда мы летом, и нам нравятся осенние цвета - в этом году с 22 сентября по 21 декабря - у них весна. Это произойдет до тех пор, пока континент не изменится. Конечно, только теоретически, начиная с Григорианской Реформации до почти пятидесяти тысяч лет назад, мы делаем календарь, чтобы этого избежать - этот июль был еще летним месяцем и той зимой февраля.
Однако мы не должны жаловаться на ось Земли. Если бы она не колебалась, как чаша и не выпрямлялась, как сосна, постоянно уступая в плоскости, определяемой движением нашего земного шара вокруг Солнца, мы не были бы в середине года вообще! Кстати, стоит вспомнить, что астрономические сезоны - это не то же самое, что погода.
Чтобы выяснить это, разберём подробнее, как ведёт себя Солнце в различные времена года и какая существует связь между поведением Солнца и изменениями погоды.
И летом и зимой Солнце восходит в восточной части горизонта, заходит в западной, а в полдень бывает на юге выше всего над горизонтом. Но летом Солнце восходит между востоком и севером, то есть на северо-востоке, а заходит между западом и севером, то есть на северо-западе. Благодаря этому его видимый путь по небу длинен, и должно пройти много времени, чтобы Солнце могло добраться до юга; в течение этого времени Солнце успеет подняться высоко. Зимой Солнце восходит между востоком и югом, то есть на юго-востоке, а заходит между западом и югом, то есть на юго-западе. Путь его по небу короче, чем летом. До юга Солнце доходит за сравнительно недолгое время и не успевает подняться на значительную высоту (рис. 5).
В Польше считается, что летом, когда средняя суточная температура превышает 15 градусов Цельсия. Когда он снова упадет между 15 и 5 градусами, он начнет падать. Для простоты польские метеорологи назначили каждый из четырех основных пяти сезонов на три месяца. Да, лето длится с июня по август, осень с сентября по ноябрь, зима с декабря по февраль и весна с марта по май.
Например, в нашей области мировая весна начинается сейчас почти две недели раньше, чем три десятилетия назад. Зима становится короче. По-видимому, в Институте метеорологии и управления водными ресурсами в Варшаве они серьезно задаются вопросом, не откажутся ли они от декабрьской осени и единственные месяцы зимы в Польше, чтобы признать январь и февраль. А может быть, это произойдет в конце и в феврале?
Рис. 5. Видимый путь Солнца над горизонтом в различные времена года
Возьмём, для примера, Москву. Летом в Москве, в конце июня, Солнце бывает над горизонтом приблизительно 17 с половиной часов, а зимой, в конце декабря, всего только 6 с половиной. В полдень, когда Солнце на юге, летом оно бывает в 5 с лишним раз выше над горизонтом, чем зимой.
Однако не исключено, что человечество найдет все эти новинки. Нынешнее глобальное изменение климата может иметь такой драматический эффект, что они роятся с поверхности Земли до некоторых видов, обитающих в нем. Более того, прецессия оси Земли влияет на климат нашей планеты. Вместе с изменениями эксцентриситета земной орбиты и изменениями наклона оси планеты к плоскости эклиптики прецессия делает ее в атмосфере, уменьшая или увеличивая яркость в полярных областях и заставляя Землю оледенения или межледников.
Легко пройти через всю эту прецессию. Отпуск десять и более раз в том же отеле. Совсем нет, если речь идет о Турции - стране, которая арендует от 30% до 40% каждый год. путешественники из Литвы, и эти цифры постоянно растут. Отдых Бодрум, Анталия, Мармарис, Кемер, а другой на Средиземном и Эгейском морях, расположенной на высоте города ежегодно привлекает толпы Литвы, и многие из них возвращаются в эту страну и в кратчайшие сроки. Так в чем же секрет застойной турецкой популярности?
Нетрудно понять, что именно благодаря такой разнице в поведении Солнца зимой и летом, зимой бывает холодно, а летом тепло. Ведь летом Солнце значительно дольше освещает поверхность Земли, чем зимой. А солнечные лучи дают Земле не только свет, но и согревают её.
Но ещё большее значение имеет разница в высоте пути Солнца над горизонтом. Когда Солнце стоит на небе низко, его лучам приходится проходить через толстый слой воздушной оболочки, который не только ослабляет свет Солнца, но и задерживает теплоту его лучей. Кроме того, солнечные лучи падают в этом случае на земную поверхность не прямо, а вкось, как бы скользя вдоль неё. В результате всего этого при низком положении Солнца солнечные лучи очень мало согревают почву.
Страна, в которую вы хотите вернуться. Более того, некоторые из путешественников летают в эту страну два или три раза в год - весной, летом и осенью. Часто, если будет найден правильный вариант, путешественники будут пользоваться тем же самым отелем до конца года в течение многих лет подряд. Например, такие отели уже стали сетями Дельфина, а также Амарой, Гуралом и другими, расположенными около Кемера, «Я назвал меня».
По словам турагента, причины, почему Турция так любят отдыхающих, определенно не единственные. Хорошо, как Западная Европа, только дешевле. Начнем с того, что Турция предлагает отдыхающим особенно отличное соотношение цены и качества к ожиданиям наших путешественников. Это направление славится превосходным западным сервисом высокого уровня, но цены намного ниже, чем в Западной Европе. Из восточного гостеприимства, конечно, мы все слышали, а отдыхающие в Турции не чувствуют. Независимо от того, где вы находитесь - в отеле, в кафе или в ресторане приятное общение и доброжелательность ждут вас повсюду.
Совершенно иное получается, когда Солнце стоит высоко над горизонтом. Тогда солнечные лучи проходят через сравнительно тонкий слой воздуха и падают на земную поверхность почти отвесно. Благодаря этому они сильно согревают почву.
Рис. 6. Путь солнечных лучей при низком и при высоком положениях Солнца
Посмотрите на рис. 6. В левой части рисунка показано, как падает на Землю пучок солнечных лучей, когда Солнце находится низко на небе. В правой части рисунка показан падающий на Землю пучок лучей от Солнца, когда оно стоит высоко в небе. Один и тот же пучок лучей в первом случае (когда Солнце низко) освещает значительно большую площадь на земной поверхности и проходит более толстый слой воздуха, чем во втором случае. Отсюда понятно, почему зимнее Солнце почти не греет, а летнее, наоборот, греет очень сильно.
Таким образом, мы видим, что зимние холода объясняются тем, что зимой Солнце бывает недолго над горизонтом и его лучи почти не согревают поверхность Земли. Летом же, наоборот, Солнце бывает над горизонтом долго, и его лучи сильно греют Землю. Поэтому-то летом и бывает тепло.
