Вот и пришла весна. С полей сошел серый и унылый снег, а солнце стало теплее и ласковее. Пробуждается природа: начинает пробиваться первая зелень, набухают и распускаются почки на деревьях, возвращаются перелетные птицы, а из нор и гнезд выбирается живность. Вскоре наступят лето, осень, зима и снова придет весна. Из года в год на нашей планете сменяются времена года.

Но что же обеспечивает эти циклические изменения природы? Основной причиной смены времен года является наклон оси нашей планеты по отношению к плоскости эклиптики, т.е. плоскости вращения Земли вокруг Солнца. Ось Земли наклонена от плоскости эклиптики на 23,44°. Если бы этот угол был равен нулю, на планете никогда бы не сменялись времена года, продолжительность дня и ночи была бы одинакова, а солнце бы поднималось над горизонтом на одну и ту же высоту в течении всего года.

А сменяются ли времена года на других планетах Солнечной системы?

Меркурий

Если брать во внимание только тот показатель, который оказывает решающее влияние на формирование времен года на Земле, наклон оси вращения, то на Меркурии не должно быть привычных нам времен года. Однако Меркурий движется по очень вытянутой орбите, приближаясь в перигелии к Солнцу на 46 млн км и отдаляясь на 70 млн км в афелии, что вносит заметное влияние в формировании меркурианской погоды. Находясь на небольшом удалении от Солнца, освещенная сторона Меркурия нагревается в среднем до +300°C(максимум: +427 °C) и наступает меркурианское лето. В дальнем участке орбиты наступает зима, даже днем в это время температура не поднимается выше 107°C, а ночью опускается до -193°C.

Рассвет на Меркурии происходит лишь раз в два года (раз в 176 дней), но это самый горячий рассвет во всей системе.

В то же время на полюса Меркурия практически не попадает солнечный свет по причине минимального наклона оси вращения к плоскости эклиптики (0,01°). В этих темных и холодных областях были обнаружены ледяные полярные шапки, правда достигающие всего 2-х метров в толщину.

Интересно, что сутки (175,94 земных суток) на Меркурии длятся в два раза больше чем год (87,97 земных суток).

На Венере, как и на Меркурии, так же нет смены пор года. Угол оси вращения Венеры составляет внушительные 177°, другими словами, эта планета имеет перевернутую ориентацию, и фактический угол наклона составляет всего 3°. Эксцентриситет орбиты, т.е. ее степень отклонения от окружности, предельно мал (0,01) и потому не вносит совершено ни каких корректив в погоду. Круглый год на поверхности планеты царит раскаленное лето: средняя температура переваливает за отметку +400°C.

Круглый год на Венере царит знойная жара, средняя температура около +400°C.

Марс

Марс во многом похож на нашу планету. Наклон оси вращения Марса относительно плоскости его орбиты равен 25,2°, что лишь немногим больше земного. Немного больше и эксцентриситет орбиты Красной планеты. Как следствие, марсианский климат носит чуть более выраженный сезонный характер, иначе говоря разница (особенно в температуре) между различными временами года выражена сильнее.

Еще одна интересная особенность марсианских сезонов заключается в том, что они ощутимо отличаются в разных полушариях планеты. Так в южном полушарии наблюдаются жаркое лето и холодная зима, тогда как в северном такие контрасты отсутствуют - и лето и зима здесь мягкие.

Юпитер

Ось вращения планеты-гиганта наклонена всего на 3,13° по отношению к плоскости орбиты, степень отклонения самой орбиты от окружности также минимальна (0,05). Иначе говоря, ничто здесь климат не носит сезонного характера и постоянен на протяжении всего года.

Сатурн

Наклон оси вращения Сатурна равен 29°, поэтому смена времен года на этой планете характеризуется более выраженными перепадами в количестве солнечного света, а следовательно и температуры, чем на Земле. Каждый сезон - будь-то лето или осень длится на планете-гиганте около 7 лет. В зависимости от времени года, Сатурн может менять свою расцветку. Восемь лет назад, когда АМС "Кассини" впервые приблизился к планете, на северном полушарии была зима и эта часть Сатурна имела голубой оттенок. На сегодняшний день в голубой цвет окрашивается юг - туда пришла зима. По мнению астрономов это явление возникает из-за интенсивности излучения ультрофиолета - зимой оно понижается, с приходом лета - повышается.

Зима на южном полушарии Сатурна. Голубая дымка, покрывшая южный полюс планеты является прямым следствием понижения температуры, т.е. приходом зимы. 10 лет назад, в 2004 году точно такой же голубой туман окутывал северный полюс газового гиганта.

Уран

Угол наклона оси вращения планеты составляет 97,86° - другими словами Уран лежит на боку слегка вниз головой. Этот фактор объясняет довольно-таки специфическую смену сезонов. В периоды солнцестояния только один из полюсов планеты обращен к Солнцу. Привычная для нас смена дня и ночи характерна только для экватора, остальные части Урана находятся под покровом полярного дня или полярной ночи длиною 42 земных года.

Фотография Урана, сделанная зондом Вояджер-2

На обращенном к Солнцу полюсе происходят кардинальные изменения: температура значительно возрастает, верхние слои атмосферы начинают медленно приобретать яркие тона, сменяя бледно-голубой оттенок, возрастает скорость ветров и количество облаков.

Нептун

На Нептуне ось вращения отклонена на 30°, поэтому смена времен года здесь схожи с земными, однако свои коррективы вносит расстояние планеты до Солнца. Год на Нептуне составляет практически 165 земных лет, следовательно каждый сезон длится, не больше не меньше, 41 год! В 2005 году на южном полушарии началось лето, и продлится оно до 2046 года.

Скажите пожалуйста, как Вы провели эти выходные? Катались на велосипеде, загорали на солнышке или играли в снежки, лепили снежную бабу? А какую одежду вы надеваете перед выходом на улицу?

Оказывается, столько всего интересного мы делаем каждый день, исходя из времени года. Летом отдыхаем на природе, осенью собираем гербарий из листьев, зимой катаемся на коньках и лыжах, а весной сбрасываем теплую одежку и радуемся ласковому солнцу. Каждое время года приносит что-то другое и новое. Каждый сезон меняет наш образ жизни, вид одежды, влияет на прогулки и развлечения. Вспомните школьный урок на тему времена года по предмету природоведение.

Немного сложновато?
Тогда сюда: Времена года для детей +3 до>7

Четыре времени года:

Времена года состоят из четырех сезонов: лето, когда дни наиболее длинные, а солнце поднимается высоко над горизонтом; зима - дни короткие, а ночи длинные; межсезонные времена года весна и осень, на которые приходится период переходной смены сезонов лета и зимы.

(для умеренного пояса, центральной части России)

Лето, сменяет прохладная осень, потом наступает зимняя стужа и после приходит долгожданная весенняя оттепель - и так бесконечное количество раз, из года в год. В чём же таинство этого природного явления и почему происходит смена времен года на Земле?

Чтобы в полной мере визуально представить картину как это происходит, стоит рассказать, как движется земной шар в космосе.

Этих движений два:

• 1) Земля вокруг своей оси (условной линии, проходящей через центр северного и южного полюсов) совершает за сутки полный оборот. Благодаря этому астрономическому явлению день сменяет ночь. Когда на континентах, обращённых к Солнцу, горячий полдень, на неосвещаемых континентах - глубокая ночь.


• 2) Земля перемещается по эллипсовидной траектории вокруг Солнца, совершая полный оборот в течение 1 года.

От чего же происходит смена времен года?

Орбита Земли эллиптическая, а не круговая, и есть на этой орбите ближайшая к Солнцу точка (перигелий), где до Солнца примерно 147 млн км, и самая дальняя (афелий 152 млн км). Эти 3% разницы в расстоянии приводят к примерно 7% разницы в количестве солнечной энергии, которую Земля получает в перилегии и афелии. Однако есть большое заблуждение, что чем ближе Земля к Солнцу, тем теплее, и наоборот, чем дальше, тем холоднее. Это неправильно! Как раз на перигелий в Северном полушарии приходится январь, середина самого холодного время года зимы.

Интересно, что положение Земли вообще не имеет никакого отношения к смене времен года. Ключевую роль играет угол наклона оси Земли, который составляет 23,5°. При движении Земли вокруг Солнца в течение года оказывается обращено то Северное полушарие, то Южное. Именно на том полушарии, которое ближе обращено к Солнце наступает лето, так как оно получает в 3 раза больше солнечного света и тепла. А на другом, обращенном дальше от Солнца, и получающем меньше тепла и солнечных часов, в это время идет зима.

Если бы не было угла наклона и земной шар перемещался вокруг Солнца в строго вертикальном положении, времена года отсутствовали бы вовсе, поскольку любые точки земного шара на освещаемой стороне были бы одинаково удалены Солнца, вследствие чего и воздух бы прогревался равномерно.

Как выглядит смена времен года для северного полушария

Лето

Во время того как Земля перемещается в течение года по орбите, северное полушарие из-за угла наклона оси оказывается расположено ближе к Солнцу и там наступает сезон лета. Светлое время суток по продолжительности увеличивается, а в районах, расположенных ближе к полюсу, даже в полночь на улице светло.

Зима

Далее, в процессе своего перемещения по орбите Земля оказывается на другой стороне по отношению к Солнцу, и теперь уже угол наклона удаляет северное полушарие от тёплых солнечных лучей и там наступает зима. Тёмное время суток увеличивается, а световой день становится коротким. А в это время на континенты южного полушария приходит лето.

Вот как выглядит смена времен года на материках Земли:

Интересно, что жители экваториального и тропических поясов знают о наступлении холодов понаслышке. Здесь сезонные перемены происходят настолько плавно, что практически не ощущаются, потому что экватор в независимости от положения планеты на орбите практически всегда одинаково удалён от Солнца.

Периоды равноденствий:

• Весеннее равноденствие - 20 - 21 марта. Солнце переходит из южного полушария в северное.
• Осеннее равноденствие - 22 - 23 сентября. Солнце переходит из северного полушария в южное.

Именно поэтому сезоны для Северного полушария противоположны сезонам в Южном полушарии. В период между месяцами март и сентябрь в течение суток большую часть времени к Солнцу обращено Северное полушарие и оно получает больше тепла солнечных лучей, чем южное полушарие земли. Это период лета в Северном полушарии, когда дни становятся длиннее, а ночи короче.

Через полгода положение земли к солнцу меняется, а наклон остается. Теперь в Южных широтах полушария Земли дни становятся длиннее, а солнце поднимается выше, в то время, как в Северных широтах полушария наступает зима. Этого цикла времени в течение года хватает, чтобы нагреть или охладить определенные участки планеты. Именно поэтому сезоны постепенно изменяются и делятся на времена года.

Земля состоит из климатических поясов, которым соответствует определенный климат. Это связано с различными физическими свойствами поверхности земли и воды в различных участках земного шара. Поэтому на разных континентах климатические сезоны начинаются по-разному по отношению к астрономическим временам года.

Так, на одном континенте выпадение снега может приходиться на зиму, а дожди на лето, а на другом континенте и вовсе может не быть снега и дождей в течение большого промежутка времени, зато сезон проливных дождей будут приходиться на строго определенный сезон года.

Климатические пояса на Земле:

• Экваториальный пояс - на весну и осень приходятся сезоны засухи, в то время как лето и зима отличаются повышенной дождливостью.
• Тропический пояс - большую часть года держится сухая, жаркая погода и только в один раз в год, в сезон дождей, выпадает большое количество осадков. также этот сезон является относительно холодным сезоном года.
• Умеренный пояс (Западная Европа, Центральная часть России) весна и лето относительно сухие с кратковременным выпадением осадков, осень и зима характеризуются выпадением множества осадков и устойчивого снежного покрова.
• Арктика и Антарктида - времена года сменяются только в виде смены полярного дня и ночи, изменения погодных условий практически не прослеживается и температура остается всегда ниже нуля.

А вот так увидел времена года норвежский фотограф Eirik Solheim, совместив отснятые кадры с одного и того же места в 40 секунд уникального видео смены сезонов:

(One year in 40 seconds. Eirik Solheim )

Уникальный видеоролик про смену времен года. Все сезонные изменения природы за целый год всего за 40 секунд. Автор делал по одной фотографии почти каждый день в течении года, результатом стало сведение необычного эксперимента в короткий видеоролик, наглядно демонстрирующий, как меняется природа проходя через все четыре времени года.

Подытожим: лето наступает в тот момент, когда полушарие в котором мы живем больше обращено к Солнцу и получает больше тепла, а когда в нашем полушарии Солнце светит меньше, то идет зима. Это не зависит от расстояния Земли до Солнца, а происходит из-за наклона земной оси в 23,5°.

Смена времён года неразрывно связана с наклоном земной оси . Наша голубая планеты движется вокруг Солнца по эллиптической орбите (лат. orbita - колея, дорога). Кроме этого Земля вращается вокруг собственной оси. Мы не ощущаем всего этого многообразия движений в космическом пространстве. Каждое утро яркое светило поднимается из-за горизонта на востоке, катится по небу раскалённым белым диском, а затем исчезает за горизонтом на западе. Багровый закат переходит в сумерки, а затем на землю опускается ночь.

Зимой Солнце выглядывает из-за горизонта всего на треть суток. Рассвет наступает поздно, а сумерки всегда ранние. Летом картина совсем иная. Светило забирается высоко в небо и долго движется по небосводу. Время его в пути доходит до 16 часов. Люди просыпаются, когда за окном уже брезжит рассвет, а засыпают, не дождавшись заката.

Во всём этом как раз и виноват наклон земной оси. Под земной осью подразумевается воображаемая линия, соединяющая Северный и Южный полюса. Причём она располагается под наклоном по отношению к плоскости эклиптики. Это означает, что в определённые моменты времени Северный полюс находится ближе к Солнцу, чем Южный. А в другие моменты времени всё наоборот - Южный полюс ближе, а Северный дальше.

Угол между осью и плоскостью равен на сегодняшний день 23,44 градуса. Но величина эта не постоянная. Каждый год она меняется на 0,47 секунды, причём в сторону уменьшения.

Орбита Земли не является идеальным кругом, в центре которого находится Солнце. Это эллипс с эксцентриситетом 0,0167. Поэтому у планеты есть минимально и максимально удалённые точки на орбите. В афелии расстояние до светила составляет 152,083 млн. км, а в перигелии эта величина соответственно равна 147,117 млн. км.

Перигелий планета проходит примерно 3 января. В это время к Солнцу повёрнуто Южное полушарие, где лето в самом разгаре. За счёт более близкого расстояния оно получает и больше солнечной энергии, чем Северное полушарие. Однако этот эффект и смена времён года никак не связаны. Хотя солнечной энергии и больше, но весь её избыток поглощается водами мирового океана. Их основная масса как раз и сосредоточена в южных районах планеты.

Зима, лето, весна и осень зависят только от наклона земной оси . Во время движения Земли вокруг Солнца этот наклон не меняется. Вот поэтому на одной части своей траектории наша голубая планета больше повёрнута к светилу нижней половиной. А на другом отрезке пути больше тепла получает верхняя половина.

Представьте, что вы стоите возле костра. Лицу и груди тепло, а вот спине прохладно. Не меняя положение тела, обойдите костёр и встаньте с другой стороны. Теперь греется спина, а лицо и грудь лишены тепла. То же самое происходит и с планетой, когда она вращается вокруг жёлтой звезды.

Моменты, когда высота Солнца над горизонтом достигает максимума или минимума, называются солнцестоянием . Летнее солнцестояние приходится на 21-22 июня. Это самый длинный день в году. А вот самый короткий день наблюдается во время зимнего солнцестояния. Приходится он на 21-22 декабря. Весной 20-21 марта и осенью 22-23 сентября наступает равноденствие . Это периоды, когда продолжительность дня равна продолжительности ночи.

Смена времён года в разных полушариях происходит за разные периоды времени. Так в Северном полушарии осень наступает после 93,6 летних суток и продолжается 89,9 суток. Зима, соответственно, тянется 89 суток, а на весну приходится 92,8 суток. В Южном полушарии летний период заканчивается после 89 суток. Осень длится 92,9 суток. Зиме отводится 93,6 суток, а на весну приходится 89,9 суток. Всем этим мы обязаны наклону оси и земной орбите. Именно они и отвечают за разные годовые периоды и дарят нам тёплые летние и студёные зимние дни.

Все они неизменно идут друг за другом и повторяются из года в год. Разумеется, каждый год погода может иметь какие-то отличия: иногда зима бывает теплой, а лето достаточно прохладным, однако перепутать зимнюю погоду с летней попросту невозможно. И это все легко объясняется. Сегодня мы как раз и хотим разобраться в вопросе о том, почему на Земле бывает зима и лето.

Основная причина изменения времен года на земле

Совершенно очевидно, что в нашей вселенной все взаимосвязано, и на погоду, а точнее – на её изменения, влияют многие факторы. Однако если говорить непосредственно об изменении времен года, то они напрямую зависят от вращения нашей планеты. Примечательно то, что речь идет не просто о вращении вокруг своей оси, а еще и о вращении вокруг Солнца, ведь, как вы знаете, Земля делает каждые сутки оборот вокруг своей оси, и каждый год – вокруг Солнца.

Но как это влияет непосредственно на погоду, которая и является отличительной чертой времен года? Давайте разберемся.

Почему на Земле наступает зима и лето

Все мы знаем о том, какие вращения производит наша планета, однако не все знают о том, что по отношению к своему естественному светилу, к Солнцу, Земля находится под наклоном. Чтобы объяснить это простыми словами, необходимо вспомнить обычный школьный глобус и расположение Земного шара на нем относительно крепления. Вспомнили? Крепление проходит по диагонали. Формально оно выполняет роль оси, по которой вращается Земля.

За счет такого специфического положения, повернутое к Солнцу полушарие планеты в дневное время одной своей частью находится ближе к Солнцу, а другой – дальше от него. Несложно догадаться, что в области, которая находится дальше от Солнца, температура воздуха находится на более низких показателях, то есть – там наблюдается зима.

Однако, учитывая то, что наша планета также вращается вокруг Солнца, не изменяя при этом траекторию своего вращения по собственной оси, спустя полгода мы уже находимся в другом положении, и та часть, которая 6 месяцев назад находилась дальше от Солнца, уже пребывает в более выгодном расположении. И там, соответственно, наблюдается лето.

Вот так вот просто и доступно можно объяснить, каким образом и почему на Земле изменяются времена года, и как определить, где сейчас лето, а где зима.

Понятие «Времена года»

В течение года на нашей планете происходят сезонные изменения в природе. Благодаря наклону земной оси к плоскости орбиты под углом $66$ градусов и вращению по орбите вокруг Солнца, на планете происходит смена времен года. На Земле $4$ времени года – весна, лето, осень, зима. Наклон земной оси и постоянное её направление в пространстве приводят к тому, что Северное и Южное полушария освещаются не одинаково в один и тот же период года. В Северном полушарии планеты астрономическое начало времен года совпадает с того момента, когда Солнце проходит через точку весеннего равноденствия – $21$ марта, точку летнего солнцестояния –$22$ июня, точку осеннего равноденствия –$23$ сентября и точку зимнего солнцестояния – $22$ декабря. Таким образом, получается, что видимый путь движения Солнца по небесной сфере делится этими точками на секторы по 90 градусов.

Определение 1

Период, за который Солнце проходит один из этих секторов, называется временем года .

Продолжительность времен года с астрономической точки зрения тоже разная:

• Продолжительность весны – $92,8$ суток;
• Продолжительность лета – $93,6$ суток;
• Продолжительность осени – $89,8$ суток;
• Продолжительность зимы – $89,0$ суток.

Времена года характеризуются определенными средними температурами.

Замечание 1

Осень в Южном полушарии и весна в Северном начинается тогда, когда Солнце проходит через начальный круг склонения. В это время прямое восхождение Солнца будет равно нулю (весеннее равноденствие). Когда прямое восхождение Солнца будет равно $90$ градусов (летнее солнцестояние), тогда в Южном полушарии наступает зима, а в Северное полушарие приходит лето. С наступлением осеннего равноденствия прямое восхождение Солнца составляет $180$ градусов, в это время в Южное полушарие приходит весна, а в Северное полушарие – осень. С началом зимнего солнцестояния в Северное полушарие приходит зима, а в Южное полушарие – лето.

Времена года в Северном полушарии

Солнце посылает Земле очень много тепла, благодаря которому существует жизнь. Однако тепло, достигающее поверхности Земли, в разных её районах будет различно, потому что распределяется неравномерно. Естественно, что зимний период повсюду холоднее летнего. Причина заключается в том, что земная ось (воображаемая линия), которая соединяет Северный и Южный полюсы имеет наклон к плоскости земного экватора под углом $66$ градусов. Благодаря наклону Земля, вращаясь вокруг Солнца, обращается к нему поочередно либо Северным, либо Южным полушарием. Наклон падающих на земную поверхность солнечных лучей в течение года изменяется – зимой он будет больше, а летом – меньше. Более отвесные лучи несут больше энергии.

Определение 2

Термин «Климат» в переводе с греческого означает «наклон». В Северное полушарие зима приходит тогда, когда планета, как бы «отворачивается» от Солнца. В это время диск Солнца поднимается над горизонтом все ниже и ниже, а лучи становятся пологими и менее горячими. Средние широты северного полушария четко делятся на два главных, противоположных по своему характеру, сезона – летний и зимний. Они отличаются друг от друга температурами, разница между которыми составляет $20-30$ градусов. В континентальных районах эта разница еще больше, в Сибири, например, она составляет до $50$ градусов.

Основными климатическими поясами Северного полушария являются арктический пояс, умеренный и тропический. Атлантическое побережье Северной Америки и Западная Европа лежат в зоне умеренного океанического климата, поэтому основная часть осадков приходится на осень и первую половину зимы. Эпизодические дожди вместе с циклонами начинаются весной и летом. В арктическом поясе смена времен года выражается в смене полярного дня и полярной ночи. Сезонные колебания уровня осадков здесь невелики, а температуры остаются ниже нуля. Континентальная часть умеренного пояса – Восточная Европа и Южная Сибирь – имеют более сухую осень и зиму, а летние месяцы оказываются самыми влажными. На Дальнем Востоке, который находится в области муссонного климата, осадки выпадают в виде интенсивных ливней исключительно летом. Солнце находится в зените в день летнего и зимнего солнцестояния, а это есть тропические широты Северного и Южного полушария. Атмосфера здесь прозрачна, воздушные массы сухие с очень высокой температурой, которая над сушей может достигать наивысшего значения на Земле $+58$ градусов. В зимний период температура быстро остывает и на почве возможны заморозки. Резкие контрасты связаны с выпадением осадков. Область тропического пустынного климата формируется на западе и во внутренних районах материков. Здесь, при нисходящих токах воздуха, за год может выпадать менее $100$ мм осадков. Восточная часть тропического пояса расположена во влажной области с морскими тропическими воздушными массами, поступающими с океанов, поэтому в течение года выпадает несколько тысяч миллиметров осадков.

Времена года в Южном полушарии

В Южном полушарии смена поясов идет от экватора к югу. Пояса повторяются и основными являются – тропический, умеренный, антарктический. Только экваториальный пояс, расположенный по обе стороны от экватора будет один. Здесь в течение всего года день равен ночи и полуденная высота Солнца над горизонтом не меняется. Температура воздуха практически постоянна. Здесь нет времен года, это край «вечного лета».

Климаты на планете и времена года были бы совсем другие, если бы земная ось не имела наклона к плоскости орбиты. По существу было бы всего два времени года, плавно переходящие друг в друга – вечная зима в полярной области и вечное лето в экваториальной области. В условиях одинакового климата жизнь на Земле была бы более однообразна.

Причины различий времен года

Сезонные изменения состояния природы имеют свои причины, которые подразделяются на прямые причины и косвенные. К прямым причинам относятся географические:

• Сезонные изменения связаны с продолжительностью светлого времени суток – дни летом длинные, а ночи короткие. В зимний период их соотношение меняется на обратное;

Сезонные изменения связаны с полуденной высотой Солнца над горизонтом.

В умеренных широтах летом в полдень Солнце находится ближе к зениту, и одинаковое количество солнечной радиации распределяется на меньшей площади земной поверхности.

Длина пути прохождения лучей Солнца в атмосфере влияет на степень их поглощения.

Чем ниже Солнце над горизонтом, тем меньше тепла и света оно дает.

Косвенными являются астрономические причины:

• Шарообразная форма Земли;
• Параллельность солнечных лучей;
• Вращение Земли вокруг оси;
• Движение Земли вокруг Солнца;

Замечание 3

Основная астрономическая причина смены времен года связана с наклоном земной оси и движением Земли вокруг Солнца.