Что является сменой времен года. Почему меняются времена года

Объяснить студентам причину смены на Земле времен года - это, наверное, самая сложная задача для любого преподавателя астрономии. Как бы преподаватель ни старался объяснить, что смена времен года никак не связана с тем, насколько далеко Земля находится от Солнца, многие или даже большинство студентов в это не верят. Проведенные опросы показали: даже выпускники Гарвардского университета думают, что лето - это когда Земля находится ближе всего к Солнцу, а зима - когда Земля дальше всего от Солнца.

При этом студенты забывают, что, когда в Северном полушарии лето, в Южном полушарии - зима. И когда в Австралии лето, в России - зима. Но и Австралия, и Россия находятся на одной и той же планете Земля.

Истинная причина смены времен года - это наклон земной оси (рис. 5.2). Ось вращения, воображаемая линия, соединяющая северный и южный полюса Земли, не перпендикулярна плоскости земной орбиты, по которой она движется вокруг Солнца. И отклонение оси от перпендикуляра составляет 23,5°. Ось направлена на север в точку среди звезд возле Полярной звезды. (На самом деле, ось медленно меняет свое направление и со временем будет указывать не на Полярную, а на другую звезду.)

Рис. 5.2. Смена времен года

В настоящее время Полярная звезда (т. е. та, на которую указывает северный полюс Земли) - это

Ось Земли направлена "вверх" сквозь Северный полюс и "вниз" - сквозь Южный. Когда Земля находится на одной стороне своей орбиты, ось, направленная "вверх", указывает тоже примерно в сторону Солнца, поскольку в полдень в Северном полушарии Солнце находится высоко в небе. Через шесть месяцев ось, направленная "вверх", теперь будет указывать в противоположную сторону от Солнца. На самом деле, ось всегда направлена в одном и том же направлении в космосе, но теперь Земля находится с противоположной стороны от Солнца.

Лето приходит в Северное полушарие, когда ось, направленная через Северный полюс вверх, указывает примерно в сторону Солнца. В этой ситуации Солнце в полдень находится выше над горизонтом, чем во все остальные сезоны года, поэтому оно лучше освещает Северное полушарие и дает больше тепла. В это же самое время ось, проходящая вниз через Южный полюс, направлена от Солнца, поэтому Солнце в полдень находится ниже над горизонтом, чем в любое другое время года, и хуже освещает Южное полушарие. В это время в Австралии наступает зима.

Летом светлого времени суток больше, чем зимой, потому что Солнце находится выше над горизонтом. Поэтому ему требуется больше времени, чтобы сначала подняться на эту высоту, а потом - спуститься. И, поскольку день длится дольше, в это время года теплее.

По мере того как Земля движется по орбите вокруг Солнца, кажется, что Солнце перемещается по небу по некой окружности, которая называется эклиптикой (об этом говорилось в главе 3). Плоскость эклиптики наклонена к плоскости экватора точно под таким же углом, как ось Земли - 23,5°. С этой точки зрения определим следующие понятия.

Момент пересечения небесного экватора центром видимого солнечного диска. Весеннее равноденствие наступает, когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное и обычно происходит около 21 марта. Осеннее равноденствие бывает около 23 сентября. Вблизи равноденствия продолжительность дня в средних широтах примерно равна продолжительности ночи.

Когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное, т. е. пересекает небесный экватор "снизу вверх", наступает первый день весны, который называется днем весеннего равноденствия . Он приходится на 20–21 марта. В Южном полушарии Земли наступает астрономическая осень, а в Северном - астрономическая весна. Вблизи равноденствия продолжительность дня в средних широтах примерно равна продолжительности ночи.

Когда Солнце достигает самой высокой (северной) точки на эклиптике, это день летнего солнцестояния . Приходится примерно на 21–22 июня. С этого дня в Северном полушарии начинается астрономическое лето, а в Южном - астрономическая зима.

Когда Солнце переходит из северного полушария небесной сферы в южное, т. е. пересекает небесный экватор "сверху вниз", это начало осени, день осеннего равноденствия . Обычно он приходится примерно на 23 сентября. В Южном полушарии Земли наступает астрономическая весна, а в Северном - астрономическая осень.

Когда Солнце достигает самой нижней (южной) точки на эклиптике, это день зимнего солнцестояния . Приходится примерно на 21–22 декабря. С этого дня в Северном полушарии начинается астрономическая зима, а в Южном - астрономическое лето.

Большинство людей настолько привыкли, что времена года - это нечто устоявшееся, что даже не задумываются о том, почему же происходит их смена. Тем более многим не приходит мысль о том, что их может быть не 4, а больше. Расскажем обо всем этом подробно, но емко.

Сколько в году бывает времен

Казалось бы - вопрос просто детский. Ведь каждому известно, что существует ровно четыре времени года: весна, лето, осень и зима. Однако это очевидно любому человеку в нашей стране, Европе и Америке. Но ведь существуют и другие варианты разделения года на сезоны.

Например, в Индии, где год также делится на 12 месяцев, существует целых шесть времен года! Правда, каждый из них состоит всего из двух месяцев. Это легко объяснить - близость к экватору, большая береговая линия, частая смена погоды - все это заставило древних индусов придумать совершенно новую систему, отвечающую требованиям местных жителей.

Еще более удивительной может показаться система саамов - коренных жителей Финляндии и прилегающих регионов. Здесь календарь состоит из целых восьми сезонов!

Так что, как видите, на вопрос, сколько времен года существует, в разных точках Земли можно получить довольно разные ответы.

По какому принципу год разделен на сезоны

Давайте рассмотрим именно европейскую систему, которая действует в нашей стране, а также является наиболее распространенной во всем мире.

Правда, и здесь все не слишком однозначно. Например, в нашей стране сезоны жестко привязаны к календарю - для простоты и удобства. А ведь погода не собирается подчиняться условностям, придуманным человеку. Поэтому астрономическое время года со временем календарным не всегда совпадает. Например, зима начинается с 1 декабря и заканчивается 28 (или 29) февраля. Для лета рамки также установлены довольно четкие - с по 31 августа. Все просто и понятно. Однако многие согласятся, что первые две недели сентября обычно гораздо больше похожи на лето, чем последние две недели мая. Поэтому некоторые люди согласны с утверждением, что старый календарь (юлианский), отмененный после Революции 1917 года, был более точным и надежным.

Впрочем, в других странах Северного полушария, где также используется григорианский календарь, проблема решена весьма оригинальным способом. Дело в том, что здесь времена года - это не даты в календаре, а положение звезд на небе. Другими словами, начинается новое время года не в первый день месяца, как решили люди, а в день солнечного равноденствия или солнцестояния. Привязка действительно более надежная - ведь климат на Земле зависит в первую очередь именно от Солнца.

Таким образом, в некоторых странах считается, что лето начинается 22 июня, осень - 23 сентября, зима - 22 декабря, ну а весна, соответственно, 21 марта. Неслучайно когда-то и в России Новый год отмечался именно 22 марта - после весеннего равноденствия, когда день становился на несколько секунд, но длиннее, чем ночь.

Почему меняются времена года

Еще один, казалось бы, довольно простой вопрос, на который сможет ответить не каждый человек, даже если он получил среднее образование.

Дело во вращении Земли. Как известно, она вращается вокруг своей оси, делая оборот чуть больше, чем за 24 часа. Так и появляются сутки. Но еще планета делает оборот вокруг Солнца. Из-за этого сменяется время года. Расскажем об этом механизме более подробно.

Представьте себе окружность, которую описывает Земля, вращаясь вокруг Солнца. А теперь представьте ось, вокруг которой Земля делает оборот за сутки. Так, оказалось, что эти ось вовсе не перпендикулярна окружности. Ведь в этом случае круглый год на Земле была бы одинаковая погода - смен времен года не существовало бы.

Но это не так. Как удалось вычислить ученым, угол между осью и окружностью составляет примерно 66,6 градуса. Но это не константа - этот угол в прошлом менялся не раз и наверняка изменится много раз в будущем. Конечно, даже малейшее изменение наклона приводит к резким изменениям климата.

Итак, как уже упоминалось, солнечные лучи падают на Землю не под прямыми лучами. Даже для экватора, прогреваемого наиболее активно на планете, это приносит определенные изменения (о них расскажем ниже), а уж для Северного и Южного полушарий разница становится просто огромной. На одно из них солнечные лучи падают под сравнительно прямыми лучами, что позволяет им поглощаться землей и водой, которые активно нагреваются. Но в это же самое время на другое полушарие солнечные лучи почти не падают, точнее, падают под таким углом, что большая часть тепла просто отражается. Разумеется, это и приводит к жаркому лету и холодной зиме.

Этим же можно объяснить полярную ночь и день - пока один полюс освещается днем и ночью, другой вообще не получает солнечного света и тепла.

Коротко о лете

По мнению многих людей (особенно, естественно, детей), именно лето - это лучшее время года. Но вот климат не всегда согласен с таким выводом.

Длится лето в нашей стране с по 31 августа, по другой европейской системе - с 22 июня по 22 сентября. В умеренных широтах связано с наиболее высокой температурой и, как правило, обильными осадками. Именно в это время природа предстает в полной красе - зеленые леса, цветущие поля.

Однако ближе к экватору все резко изменяется, особенно в регионах с резко континентальным климатом. Жара здесь становится невыносимой, осадков практически не выпадает, ветра обжигающие, выдувающие последнюю влагу. Выжить в таких условиях действительно сложно - нужно либо не выходить на улицу в пики жары, либо иметь такую привычку, привитую с самого детства.

Что такое осень

Каким временем года лето заканчивается? Любой ребенок не задумываясь ответит - осень. А многие еще и прибавят, что это наиболее печальное время. Лето прошло, близится зима - у многих людей это вызывает приступы ностальгии и даже меланхолии. Длится осень с 1 сентября по 31 декабря, или же с 23 сентября по

К этому времени природа приносит обильные плоды и готовится к зиме. Люди собирают урожай, запасают припасы, которые позволят пережить холодные полгода. Листва на деревьях (кроме вечнозеленых) желтеет или краснеет и опадает. Многие птицы и даже некоторые животные мигрируют в более теплые края, где будет возможность добыть корм, легко пережить холодное время года.

В некоторых регионах земли является пограничным состоянием между дикой и ожесточенными зимними дождями - в это время успевают прожить полный жизненный цикл некоторые растения и животные.

Немного о зиме

Если говорить про времена года, это является самым холодным. Длится по календарю с 1 декабря по 28 (в високосный год по 29) февраля. А по астрономическим меркам - с 22 декабря по 20 марта.

В северных регионах выпадает снег. В одних местах он лежит целых полгода, а в других выпадает за считаные часы, чтобы спустя несколько дней или недель выпасть снова.

Ближе к экватору в эти месяцы идут проливные дожди. Влаголюбивые растения, рыбы и рептилии торопятся прожить целую эпоху из своей жизни, пока благодатная вода не испарится.

Особенности весны

Наконец, переходим к весне. Пожалуй, большинство людей на вопрос, какое время года является самым романтичным, назовут именно ее. Неудивительно - наступает пробуждается, да и человек будто просыпается после долгой зимы, чувствует себя обновленным. Гормоны поступают в кровь в увеличенном количестве, что изменяет и самочувствие, и поведение людей.

Длится по календарю с 1 марта по 31 мая. По астрономическому же циклу - с 21 марта по 21 июня.

В регионах с умеренным климатом в это время природа пробуждается, готовится к непростому лету. А в других, наоборот, активно жившие при обилии влаги и отсутствии слишком высоких температур животные и растения готовятся к спячке или минимальной активности - адскую жару лучше перетерпеть в таком состоянии.

А что в Южном полушарии?

Как уже говорилось выше, Земля обращена к Солнцу одним полушарием - то Южным, то Северным. Как результат - климат на них резко отличается. Удивительно, но для жителей Аргентины, Бразилии, Мозамбика, Австралии самыми жаркими месяцами являются январь и февраль. Зато в июле и августе они кутаются потеплее, чтобы пережить холодное время года.

Весна в Северном полушарии соответствует осени в Южном и наоборот. Удивительно, но факт.

Заключение

На этом статья подходит к концу. Теперь вы знаете, что времена года - это серьезный этап в жизни человека и природы. А также без труда сможете рассказать о том, как и почему весна сменяют зиму, а лето неизменно приходит к осени.

Инструкция

Как известно, Земля постоянно совершает два разных движения – вокруг собственной оси с периодом обращения 24 часа, и вокруг Солнца по эллиптической орбите, с цикличностью 1 год. Первое обеспечивает смену дня и ночи, второе – смену времен года. То, что орбита Земли имеет форму эллипса и она в своем годичном движении периодически оказывается на разных расстояниях от Солнца – от 147,1 в перигелии до 152,1 млн.км в афелии - на смену холодных и теплых периодов практически не влияет. В результате этой разницы Земля получает дополнительно всего лишь 7% солнечного тепла.

Ключевое значение имеет угол наклона оси планеты к плоскости эклиптики. Земная ось – это воображаемая линия, проходящая через центр планеты и ее полюса. Именно вокруг нее и происходит суточное вращение. Эклиптика – плоскость, в которой лежит орбита планеты. Если бы земная ось была перпендикулярна к плоскости эклиптики, смены времен года на планете не происходило бы. Их бы просто не существовало. Земная ось находится под углом 66,5° к плоскости эклиптики и отклонена от ее оси на угол 23,5°. Такое положение планета сохраняет постоянно, ее ось всегда «глядит» на Полярную звезду.

В результате движения Земли по орбите ее Северное и Южное полушария поочередно оказываются наклонены в сторону Солнца. Полушарие, находящееся ближе к Солнцу получает в 3 раза больше тепла и света, чем противоположное - в это время зима там лето.

Земля продолжает свое движение по орбите, сохраняя угол наклона оси, и положение дел меняется. Теперь другое полушарие наклонено к Солнцу и получает больше тепла и света. Наступает лето.

Но разница расстояний до Солнца тоже оказывает некоторое влияние на земной климат. Южное полушарие оказывается ближе к Солнцу в момент прохождения Землей перигелия - ближайшей к Солнцу точки на орбите планеты. Поэтому Южное полушарие несколько теплее Северного. В свою очередь Северное полушарие наклонено к Солнцу в афелии - самой дальней точке орбиты. Несмотря на то, что в это время в Северном полушарии лето, температура там ниже, в Южном.

В своем движении по орбите, 2 раза в год Земля находится в таком положении, когда солнечные лучи практически перпендикулярны ее поверхности и оси вращения. 21 марта и 23 сентября - дни весеннего и осеннего равноденствия, когда день и ночь практически равны по продолжительности. В это время Земля пересекает небесный экватор, и переходит из Северного полушария в Южное или наоборот. Именно на дни равноденствия приходится астрономическая смена времен года.

Моменты равноденствия ежегодно смещаются относительно начала суток. В обычный год оно наступает позже на 5 часов 48 минут 46 секунд относительно предыдущего года. В високосный - раньше на 18 часов 11 минут 14 секунд. Именно поэтому равноденствие иногда приходится не на указанные дни, а на соседние с ними календарные даты.

С древних времен людей мучили вопросы о мироздании. Как и кем создана Земля, что такое звезды, Солнце и Луна? Как происходит Первым на многие из этих вопросов ответил Николай Коперник. Он предположил, что смена времен года происходит за один оборот Земли вокруг Солнца. Но сомневались люди еще долго.

Общеизвестные факты

Во-первых, происходит смена дня и ночи. Все это благодаря тому, что наша планета обращается вокруг своей оси. В итоге получается, что постоянно половина ее находится в тени, и там, соответственно, ночь. Время оборота - двадцать три часа пятьдесят шесть минут и четыре секунды.

Во-вторых, наша планета, как удачно предположил еще Коперник, вращается вокруг Солнца. И время, которое ей требуется, чтобы сделать круг, составляет 365,24 суток. Это число принято называть одним звездным годом. Как мы видим, он немного отличается от календарного, примерно на одну четвертую часть суток. Каждые четыре года эти нецелые числа складываются и получается один «лишний» день. Последний и прибавляется к четвертому по счету, образуя И в нем, как мы знаем, триста шестьдесят шесть дней.

Причина

По мнению подавляющего большинства современных ученых, смена времен года происходит потому, чтоЗемля движется вокруг Солнца. Но и не только. Ось, вокруг которой обращается наша планета при смене суток, наклонена к плоскости ее движения вокруг звезды под углом 66 градусов 33 минуты и 22 секунды. Причем направленность остается неизменной вне зависимости от места на орбите.

Проведем эксперимент

Для того чтобы было легче понять, представьте себе, что данная ось материальна - как у глобуса. Если вы будете двигать последний вокруг источника света, та часть, которая не обращена к лампе, будет находиться в темноте. Понятно, что Земля, как и глобус, вращается еще и вокруг оси, и за сутки она все равно будет вся освещена. Но обратите внимание на положение Северного и Южного полюсов. На одном конце орбиты верхняя часть глобуса наклонена в сторону светила, а нижняя - от него. И даже вращая нашу импровизированную Землю, мы увидим, что самая нижняя ее часть в крайней точке орбиты находится полностью в тени. Граница последней была названа Южным полярным кругом.

Поместим наш глобус на противоположную точку орбиты. Теперь, наоборот, его нижняя часть хорошо освещена «Солнцем», а верхняя - в тени. Это Северный полярный круг. А крайние точки орбиты - это дни зимнего и летнего солнцестояния. Смена времен года происходит потому, что температура планеты напрямую зависит от того, сколько та или иная ее часть получает от звезды. Солнечная энергия практически не задерживается атмосферой. Она разогревает поверхность Земли, а уже последняя передает тепло воздуху. А поэтому в тех частях планеты, которые получают меньше всего света, обычно очень холодно. Например, на Южном полюсе и Северном.

Неровная поверхность Земли

Но ведь они тоже некоторое, пусть и не очень продолжительное время, освещаются солнцем. Почему же там всегда мороз? Все дело в том, что солнечный свет, а значит, и его энергия, неодинаково поглощаются разными поверхностями. А как вы знаете, Земля неоднородна. Большую ее часть занимает Мировой океан. Он нагревается медленнее суши и также неспешно отдает тепло в атмосферу. Северный и Южный полюса покрыты снегами и льдами, и свет от них отражается почти как от зеркала. И лишь незначительная его доля переходит в тепло. А поэтому за то короткое время, пока длится арктическое лето, весь лед растаять обычно не успевает. Антарктида также практически вся покрыта снегами.

Между тем середина нашей планеты, где проходит экватор, получает солнечную энергию весьма равномерно в течение всего года. А потому температура здесь всегда высокая, а смена времени года происходит в основном формально. И житель средней полосы России, попав в экваториальную Африку, мог бы подумать, что там всегда лето. Чем дальше от экватора, тем отчетливее смена времен года происходит, потому что свет, падая на поверхность под углом, распределяется более неравномерно. И наверно, наиболее очевидна она в умеренном климатическом поясе. В этих широтах лето обычно жаркое, а зима снежная и холодная. Например, как на европейской территории России. Нам к тому же «не повезло» в том, что нас, в отличие от европейцев, не обогревают теплые морские течения, за исключением дальневосточных «окраин».

Другие причины

Есть мнение, что наклонена не ось (или не только она), а плоскость орбиты Земли к экватору Солнца. Эффект должен получаться тот же либо еще более сильный.

Предполагают также, что смена времен года происходит и расстояние до светила не всегда одинаково. Все дело в том, что Земля вращается не по кругу, а по эллипсу. И самая близкая точка к Солнцу находится на расстоянии в 147 000 000 км, а самая дальняя - примерно в 152 000 000. Все-таки пять миллионов километров - это совсем немало!

Говорят еще, что на движение Земли также оказывает влияние и наш естественный спутник. Луна настолько велика, что сопоставима по размерам с нашей планетой. Это единственный подобный случай в Солнечной системе. Утверждается, что вместе с ней Земля обращается еще и вокруг общего центра масс - за двадцать семь суток и восемь часов.

Как видно из всего вышесказанного, смена времен года обусловлена, как и практически все на нашей планете, положением относительно Солнца.

Почему происходит смена времен года? Древние мыслители и астрономы Греции полагали, что смена времен года объясняется мистическими причинами, никак не связанными с движением планет в Солнечной системе.

Более того, для них вся остальная вселенная находилась в движении вокруг нашей планеты, а сама Земля оставалась неподвижной. Подобная модель сохранилась и в эпоху Средневековья, по религиозным соображениям.

Николай Коперник совершил переворот, доказав, что Земля и прочие планеты движутся вокруг Солнца, а, как мы увидим, именно этим движением объясняется смена времен года.

Движение вокруг Солнца — вот ответ на вопрос

Земля со спутника Электро-Л. На видео показано как менялась Земля с 1 января по 31 декабря 2012 года.

Наша планета имеет два постоянных движения: она движется вокруг своей оси, а так же оборачивается вокруг Солнца. Первым движением объясняется смена дня и ночи — один полный оборот происходит за 24 часа, мы называем это сутками. Второе движение является непосредственной причиной смены времен года.

Ось планеты находится под непрямым углом к падающим на нее солнечным лучам, если бы было иначе — смена времен года никогда бы не происходила, ночь и день всегда были бы одинаковыми и длились по 12 часов, как на экваторе, так и в Лондоне, и в заполярье.

Однако, ось наклонена по отношению к солнечным лучам и не составляет с ними прямого угла, поэтому в течении полугода северное полушарие получает большую часть солнечного тепла, предоставляя солнечным лучам большую поверхность, чем южное. То же самое происходит с южным полушарием в течении другой половины года.

Почему на Юге теплее круглый год

Поскольку во время движения по своей орбите Земля находится на разных расстояниях по отношению к Солнцу — лето в южном полушарии теплее, чем лето в северном. Это объясняется тем, что во момент, когда расстояние между Землей и Солнцем является минимальным — именно Южное полушарие находится ближе к Солнцу, чем северное.

Конечно, и в Южной Африке бывает зима и выпадает снег, но зима в ЮАР и в Австралии намного теплее, чем зима в России на полуострове Ямал или на архипелаге Новая Гвинея.

Смена времен года, смонтирована на основе изображений геостационарного спутника METEOSAT-9, полученных в период с 21 декабря 2010 по 20 сентября 2011 года.

Заключение

Итак, смена времен года происходит благодаря двум факторам: во-первых, это движение Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите, во-вторых, это непрямой угол между земной орбитой и солнечными лучами. Не будь одного из этих двух факторов — на Земле никогда не сменялись бы времена года.

Однако возникает вопрос: какое время года было бы в таком случае на Земле — вечная зима или вечное лето? Ответ: ни то, ни другое. Дело в том, что если бы земная ось не была бы наклонена — на экваторе, куда лучи падают под прямым углом, было бы вечное лето, а чем дальше от экватора — тем холоднее. Если же наша планета не двигалась бы вокруг Солнца, но ось была бы так же наклонена по отношению к солнечным лучам — в одном из полушарий было вечное лето, а в другом зима, в зависимости от расположения Земли относительно Солнца.