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.

Смена времен года на земле – это обычное явление. Мы настолько привыкли к тому, что времена года последовательно сменяют друг друга, что практически этого не замечаем. А ведь именно с наступлением каждого нового сезона изменяется весь наш образ жизни.

Время года определяет выбор одежды и занятий для отдыха. Так летом мы ездим в отпуск и собираем грибы и ягоды, осенью составляем красивые композиции из опавших листьев и даров природы , зимой строим снежные крепости и играем в хоккей на льду, весной любуемся цветением растений и деревьев и радуемся наступлению тепла.

Почему меняются времена года

Времен года всего четыре. Их еще называют сезоны года. Лето отличается от зимы длительностью дня: летние ночи короче зимних. Весна и осень – это периоды, когда лето постепенно переходит в зиму и наоборот.

Если говорить о центральной части России, то здесь сезоны года имеют следующие признаки:

• Весна. От долгого зимнего сна пробуждается природа. Становится тепло. Растения начинают активно цвести.

• Лето. На это время приходится максимальное повышение температуры воздуха. Растения размножаются и плодоносят.

• Осень. Постепенное понижение температуры воздуха. Растения замедляют свой рост, природа готовится к наступлению зимы.

• Зима. Холод, осадки в виде снега. Природа погружается в долгий зимний сон.

Почему происходит смена времен года? В чем суть этого природного явления? Чтобы наглядно представлять себе смысл происходящего, нужно понимать, как происходит движение земного шара в космическом пространстве, тогда причина смены времен года станет вполне очевидной.

Есть два вида этого движения:

• За одни сутки планета Земля полностью оборачивается вокруг своей оси (так называется условная линия, проходящая через северный и южный полюс). Именно поэтому наблюдается смена дня и ночи. Люди, живущие на континентах, повернутых к Солнцу, бодрствуют, тогда как жители противоположного полушария спят.

• В течение года Земля, перемещаясь вокруг Солнца по орбите, напоминающей эллипс, делает полный оборот.

На орбите Земли выделяют две точки:

• Перигелий. Расстояние между ней и Солнцем – 147 млн км. Ближайшая по отношению к Солнцу.

• Афелий. Удален от Солнца на 152 млн км, поэтому является самой дальней точкой.

Как вы видите, между этими точками есть разница, которая оценивается примерно в 3%. Как следствие количество солнечной энергии, получаемой в двух точках неодинаковое, различие составляет около 7%. Но если вы подумаете, что теплее в той точке Земли, которая находится ближе к Солнцу, то ошибетесь. Январь – пик зимнего холода – наступает в Северном полушарии, когда наша планета находится в перигелии.

Получается, что положение Земли относительно Солнца не оказывает влияния на смену времен года. Гораздо более важный фактор – угол ее наклона, составляющий 23,5°. Когда Земля совершает годичный круговой оборот вокруг Солнца, обращенными к звезде оба полушария становятся по очереди. Соответственно континенты, направленные к Солнцу, получают больше света, и там настает лето. На противоположной стороне, получающей в три раза меньше тепла, начинается зима.

Вы спросите, что было бы, если бы не существовало этого угла? В этом случае нельзя было бы выделить понятие «времена года». Ведь вращение Земли происходило бы вертикально, все ее точки находились бы на одинаковом расстоянии от звезды, а значит, получали бы одинаковое количество тепла.

Итак, ответ на вопрос, почему наступает зима или лето, прост. Смена времен года происходит потому, что Земля вращается вокруг Солнца под определенным углом наклона.

Почему происходит смена времён года? Энциклопедия для детей

Смена сезонов в земных полушариях

Теперь вы понимаете, как и почему сменяются времена года на Земле. Рассмотрим подробнее, как они меняются в Северном и Южном полушарии.

При приближении к Солнцу, на континентах Северного полушария начинается лето. Дни становятся длинными, а в регионах, которые находятся ближе к полюсу, светло даже за полночь. Затем, двигаясь по орбите, Земля оказывается на противоположной от Солнца стороне, и за счет влияния угла наклона Северное полушарие отдаляется от солнечного света и тепла, что знаменует приход зимы на его континенты.

Заметьте, что люди, живущие в странах экваториального и тропического поясов, не знакомы с зимними морозами. Дело в том, что на положение экватора относительно Солнца движение земного шара по своей орбите практически не влияет. Поэтому времена года здесь не являются такими контрастными, как, например, в России, и переход от одного сезона к другому очень плавный.

Астрономическое явление перехода Солнца из одного полушария в другое, называется равноденствием .

Даты равноденствий:

• Весеннее. Происходит с 20 по 21 марта. В это время Солнце дает больше тепла Северному полушарию.

• Осеннее. Наблюдается с 22 по 23 сентября. Солнце направляется в Южное полушарие.

Если вы задавались вопросом, почему, например, в Южной Америке зима - это жаркое время года, то, обладая этими знаниями, сможете легко найти ответ.

С марта по сентябрь Северное полушарие обращено к Солнцу. Оно получает больше света и тепла, чем Южное, и на его континентах постепенно наступает летний сезон, когда день длиннее ночи. Затем Земля, не изменяя угла наклона, меняет свое положение, и теперь континенты Южного полушария обращены к Солнцу, и традиционно холодные в нашей стране зимние месяцы там жаркие. В это время в страны Северного полушария возвращается зима.

Итак, наша планета в течение года совершает полный оборот вокруг Солнца, за этот период времени разные ее участки успевают нагреваться или охлаждаться, в зависимости от количества поступающего к ним тепла.

Климатические пояса Земли

Регионы нашей планеты различаются своим климатом. Наличие климатических поясов связано с неравномерным нагревом Солнцем поверхности земного шара и разной степени распределения на ней осадков.

Астрономические времена года не всегда совпадают с климатическими сезонами на континентах. Например, в одном регионе снег выпадает зимой, а дождь идет летом, в другом в течение большого периода времени вообще не будет никаких осадков, а долгие затяжные дожди начинаются в определенный момент года.

Виды климатических поясов Земли:

• Экваториальный. Весной и осенью в регионах этого пояса – сезон засухи, летом и зимой идут проливные дожди.

• Тропический. Жаркая погода стоит в течение всего года, обильные осадки наблюдаются только в холодный сезон дождей.

• Умеренный (включает в себя страны Западной Европы, Центральную часть России). Осенью и зимой выпадает много осадков, на землю ложится снег, летом и весной тепло и относительно сухо.

• Арктика и Антарктида . Этот климатический пояс характеризуется постоянством температуры: она всегда держится ниже нуля. Смена полярной ночи и дня означает перемену времен года.

Сегодня в один день поменять холодное время года на теплое и попасть из зимы в жаркое лето очень просто, достаточно лишь купить билет на самолет. Этой особенностью природы пользуются многие любители путешествий.

Как происходит смена времен года

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.

Причины смены времен года для каждого человека становятся актуальными. Уже в детском возрасте ребенок начинает задавать вопросы. Почему наступает зима? Что происходит с нашей планетой? Почему в разных странах разный климат?

Первым и основным объяснением является создание оптимальных климатических условий для проживания человека. Со температура на всей планете становится комфортной для проживания.

Что говорит о смене времен года астрономия?

Весна, лето, осень, зима - это вечные и несменные явления природы. Причиной таких природных явлений становится движение земного шара в космическом пространстве. Земля движется по условной орбите, которая имеет форму вытянутого круга.

К сожалению, многие люди до сих пор живут стереотипами школьных программ, где объяснением того, почему наступает зима, служило приближение и удаление планеты от Солнца во время движения.

Астрономы уже давно опровергли эту теорию и утверждают, что смена наступает из-за оси вращения планеты. Она наклонена на 23 градуса, поэтому солнечные лучи неравномерно обогревают различные участки Земли в разное время.

Почему зимой очень холодно?

Движение Земли по орбите вокруг солнца занимает 1 год или 365 дней. Во время всего движения планета выполняет вращение по своей условной оси, что становится

Когда северное поворачивается к Солнцу, оно получает максимальное количество лучей, при этом в южном такие лучи будут падать «вскользь» на земную поверхность.

Осень, зима - это те периоды времени, когда Земля находится на максимальном расстоянии от Солнца. День становится коротким, а солнце светит, но не греет.

Минимальное количество тепла от небесного светила объясняется просто. Лучи опускаются на поверхность косо, солнце не поднимается высоко над горизонтом, поэтому прогревание воздуха будет медленным.

Что происходит с воздушными массами зимой?

Когда понижается температура воздуха, происходит уменьшение испарений, меняется влажность воздуха. Когда в атмосфере уменьшается концентрация водяного пара, возможность задерживать тепло на поверхности Земли также сводится к минимуму.

Прозрачная атмосферная масса воздуха не способна поглощать инфракрасное излучение, которое и выполняет обогрев воздуха и поверхности земли. Почему зимой холодно? Лишь потому, что поверхность и воздух не могут удерживать тепло, которое и так подается в минимальных количествах.

Какое солнце зимой?

Крайне важно объяснить детям о солнце, его изменениях в зимний период. Здесь должен быть сделан акцент на том, что Солнце - это огромная, раскаленная звезда, вокруг которой вращается большое количество планет.

Солнце имеет огромную температуру, к нему не может приблизиться ни один человек или летательный аппарат, так как оно просто расплавит и уничтожит их.

Благодаря солнечной энергии, лучам на планете Земля возможна жизнь: растут деревья, живут животные и люди. Без солнечного тепла все живое умрет за короткий промежуток времени.

Солнечная энергия и лучи зимой не греют так интенсивно, но могут принести больше вреда коже. Такая особенность имеет логическое объяснение: вся поверхность планеты, которая должна отражать лучи, - светлая и зеркальная, так как покрыта снегом. Человеческое тело - не может отражать, оно принимает ультрафиолетовые лучи и активно насыщается ими. Врачи делают акцент на том, что загар в зимний период времени более опасен, чем в летний. Кожа перенасыщается ультрафиолетом от солнца и может даже получить ожоги.

Почему наступает зима, детям и взрослым можно объяснить, зная основы астрономии. Но что таит в себе зимняя природа, какие интересные факты о зиме известны науке и людям?

• Снежинки. Ученые неоднократно исследовали снежинки, которые опускаются на поверхность земли. Такая работа требует особой подготовки, оснащения и щепетильности. Открытием для людей стало то, что снежинки могут иметь 7 видов: звездочные кристаллики, иглы, столбцы, столбцы с наконечниками, прозрачные дендриты, снежинки неправильной формы.

• Скорость снежной массы. Для многих снег - это мягкая, воздушная субстанция, но при большом количестве снежной массы он может сходить с поверхности земли в форме лавины. Минимальная скорость такой лавины - 80 км/ч, максимальная - 360 км/ч. Огромная масса снега сносит все на своем пути. Если под лавину попадает человек, то он погибает из-за огромного веса или нехватки кислорода.
• Для большей части населения планеты вопрос, почему наступает зима, не является актуальным. Они даже не знают, что может наступать резкая смена температуры воздуха, показатели будут опускаться ниже 0, идет снег. В некоторых королевствах жарких стран устраивают игры на искусственном снегу из сахара, чтобы потешить своих подданных.

Почему наступает зима? Такой вопрос рано или поздно задает каждый ребенок. Используя представленный материал, каждый родитель сможет легко и интересно ответить ему на этот вопрос.

Почему зимой холодно, а летом тепло? Удивительно, но многие люди, даже взрослые, умные и образованные, не знают ответа на этот вопрос. Из-за движения Земли вокруг Солнца - конечно, но почему именно? Самый частый - неправильный - ответ такой: потому что зимой Земля дальше от Солнца, чем летом. Однако это не может быть объяснением: ведь в южном полушарии времена года меняются местами, в январе там жарко, а в июле - холодно! На самом деле Земля действительно движется вокруг Солнца не совсем по кругу, но всё ровно наоборот: когда у нас лето, Земля дальше от Солнца, а когда зима - ближе!

Между прочим, лето и зима к тому же бывают не везде. А где бывают, там проходят по-разному. Оказывается, важно не только то, что мы вертимся вокруг Солнца, но и то, как мы при этом крутимся вокруг собственной оси! Чтобы разобраться во всём этом, давайте решим несколько задачек, причём для начала попутешествуем по другим планетам и только потом уж вернёмся на Землю.

Как всегда, решить что-то самостоятельно куда полезнее, чем прочитать чужое решение, поэтому постарайтесь сами разобраться в каждой задаче. А уже если не получится, мы вам поможем. Вам может пригодиться мячик (а ещё лучше - глобус) и настольная лампа (лучше всего подошла бы лампочка без абажура). На мячике нужно нарисовать полюса и экватор - большой круг посередине между полюсами. Это будет планета; лампа будет Солнцем. Если лампочки нет, её можно заменить собственной головой: какую часть планеты вы видите - та освещается солнцем, там день; а какую не видите - там ночь. Ещё можно слепить пластилиновый шарик с двумя ручками-спичками, это будет местный житель. Воображаемых жителей планет (которых, увы, нигде, кроме Земли, не существует) будем называть человечками . Время, за которое планета делает оборот вокруг Солнца (оно у всех планет разное!), будем называть местным годом , а время, за которое планета оборачивается вокруг оси, - сутками .

Юпитер

У этой планеты ось вращения почти точно перпендикулярна плоскости, в которой она обращается вокруг Солнца. То есть если ваше Солнце лежит на столе, а ваш Юпитер ползёт по столу вокруг него, то один из полюсов Юпитера всегда направлен строго вверх - пусть это будет северный полюс. И ползёт Юпитер не просто так, а быстро крутясь вокруг своей (вертикальной) оси (рис. 1). На всякий случай уточним сразу ещё одну подробность: все планеты движутся вокруг Солнца против часовой стрелки (если смотреть с Полярной звезды) и почти все вертятся вокруг оси в ту же сторону.

Вводное упражнение. Найдите на вашем Юпитере место, где Солнце в данный момент находится в зените, то есть ровно над головой. А теперь найдите все такие места, где оно на горизонте (подсказка : эти точки на поверхности планеты образуют большой круг). В каких точках Юпитера сейчас происходит восход Солнца, а в каких - закат (потом сравните с рисунком 2 на следующей странице)? Поставьте человечка на широте примерно 45° (приблизительно посередине между северным полюсом и экватором), пусть он одну руку поднимет вверх, а другую вытянет на север. Поворачивайте планету (не наклоняя ось!) до тех пор, пока Солнце не окажется для вашего человечка как можно выше над горизонтом; у него наступил полдень. С какой стороны от него сейчас Солнце - на юге, на севере, на востоке? А что скажет об этом такой же человечек, живущий в южном полушарии?

Задача Ю1 . Представьте себе существо, живущее на экваторе Юпитера. Проследите, как для него движется по небу Солнце в течение суток. В какой стороне света (и даже точнее - в какой именно точке) оно восходит? Заходит? В каком месте неба это существо видит Солнце в полдень? Если бы оно, как древние люди, считало, что небо - твёрдая поверхность (сфера), по которой движутся светила, то как бы оно нарисовало наблюдаемую траекторию Солнца на этой поверхности?

Подвиньте теперь Юпитер по его орбите вокруг Солнца - пусть пройдёт, скажем, четверть юпитерианского года. Изменится ли что-нибудь у нашего человечка?

Задача Ю2 . Ответьте на те же вопросы, что в задаче Ю1, для человечка, живущего на северном полюсе.

На любой планете, как мы увидим дальше, могут быть такие места, где Солнце хоть когда-нибудь в течение года бывает в зените. Область, включающая в себя все такие места, называется тропической зоной . А бывают такие места, в которых хотя бы одни сутки в году Солнце не опускается под горизонт - то есть хотя бы на одни сутки в году наступает полярный день. Область, где бывает полярный день, называется полярной зоной (а её граница - полярным кругом ; там Солнце один раз в году касается горизонта, не опускаясь под него). Между прочим, там, где бывает полярный день, бывает и полярная ночь: скоро вы в этом убедитесь.

Задача Ю3 . Разберитесь, где на Юпитере тропическая и полярная зоны.

И, наконец, последняя задача про Юпитер.

Задача Ю4 . Попробуйте разобраться, как живётся человечку, находящемуся посередине между экватором и полюсом - на широте 45°. В каком месте горизонта восходит у него Солнце? Как оно движется дальше? На какую максимальную высоту поднимается?

Решения задач про Юпитер

Обратите внимание, что в задачах про Юпитер нигде не обсуждаются времена года. Их на Юпитере нет! При движении планеты вокруг Солнца для «местных жителей» ничего не меняется, каждый день у них происходит одно и то же.

(Ю1) Человечек, живущий на экваторе, видит восход Солнца точно на востоке (проверьте это, вытянув одну его руку на север, а другую на восток), потом Солнце поднимается прямо вверх и в полдень оказывается в зените, то есть прямо над головой. Дальше оно продолжает двигаться по тому же большому кругу, а ещё через четверть суток садится строго на западе. Ночь длится ровно половину суток. Весь год - одно и то же!

(Ю2) У человечка на полюсе жизнь ещё более однообразна. Солнце у него всё время на горизонте! Не рассвет, не закат - вечные полярные сумерки. Однако Солнце не стоит на месте - оно движется опять-таки по большому кругу, оставаясь всё время на горизонте. В этом можно убедиться, вытянув руку человечка в какую-нибудь сторону и вращая планету вокруг оси.

(Ю3) Мы уже видели, что у жителей экватора Солнце каждый день проходит через зенит. И только у них: чем севернее живёт человечек, тем меньше у него полуденная высота Солнца (и тем меньше оно нагревает поверхность планеты). См. рис. 3.

Поэтому тропическая зона на этой планете - это экватор. А полярная зона - и вовсе две точки: Солнце не опускается под горизонт только на полюсах (рис. 4).

(Ю4) Солнце у всех «наблюдателей» восходит ровно на востоке, а садится на западе. В течение дня оно движется по большому кругу, но круг этот наклонён к плоскости горизонта тем сильнее, чем меньше широта (рис. 5). Если широта 45°, то и Солнце поднимется над горизонтом на 90°−45° = 45°. В течение всего года Солнце движется каждый день по одному и тому же кругу.

Разобрались с Юпитером? Полетели теперь на другую планету!

Уран

Эта планета «ходит, лёжа на боку» - ось её вращения лежит ровно в плоскости её орбитального движения вокруг Солнца (рис. 6). Очень важно, что, как и всякий хорошо закрученный волчок, планеты ни за что не хотят менять направление своего вращения, и ось Урана «смотрит» всегда в одну и ту же сторону - на одну и ту же далёкую звезду! (А не поворачивается всё время к Солнцу, как можно было бы подумать.) Имея уже некоторый опыт изучения Юпитера, давайте исследуем эту планету. Обратите внимание, что теперь ситуация для каждого жителя планеты меняется в течение года! При решении задач рисуйте побольше рисунков, выбирайте удобный ракурс: иногда больше подходит вид сверху, иногда - сбоку.

Задача У1. Найдите (и нарисуйте) полярные и тропические зоны Урана. Обратите внимание, что нужное условие должно выполняться хотя бы раз в году.

Задача У2 . Начнём на этот раз с жителя полюса. Разберитесь, как у него меняется освещённость в течение года. Когда (в каком месте орбиты) у него лето, когда зима? Бывают ли дни, когда Солнце в зените - и сколько в году таких дней? Бывает ли полярный день и полярная ночь, и если да, то сколько времени (какую часть года) они длятся? Раскрасьте на орбите планеты (вид сверху или сверху-сбоку) соответствующие точки и области.

Задача У3. Те же вопросы для жителя экватора.

Задача У4 . Те же вопросы для жителя «тамошней Венеции» - на широте 45°.

И, наконец, самая сложная

Задача У5. Для каждого из героев задач У2–У4 нарисуйте (приблизительно) видимый путь Солнца на небе в течение года: для жителя Юпитера Солнце весь год крутится по одной и той же окружности. А здесь? Подсказка : бывает ли день, когда Солнце не движется?

Решения задач про Уран

(У1) Напомним, что тропики - это места, где Солнце бывает в зените. А это случается в любой точке Урана два раза в год, и только на полюсах - один раз в год (рис. 7).

Так что тропическая зона - везде, а её границы - тропики - на полюсах! Полярные зоны - тоже везде, потому что, например, в дни, когда ось планеты смотрит прямо на Солнце (слева и справа на рисунке 8), на половине планеты - полярный день, а на другой половине - полярная ночь. Только на экваторе Урана в эти дни - полярные сумерки: Солнце на горизонте; настоящего полярного дня или ночи на экваторе не бывает.

(У2) На полюсе полгода длится полярный день - Солнце не заходит, а описывает в течение суток круг практически на одной и той же высоте. Если бы Уран не был так далеко от Солнца, там в это время было бы очень жарко: в середине полярного дня Солнце стоит в зените! Причём когда на одном полюсе полярный день, на другом - полярная ночь (на рисунке 8 - «лето» и «зима»). Потом, после коротких полярных сумерек, наступает полярная ночь, которая тоже длится полгода.

(У3) Для жителей экватора Солнце проходит через зенит как раз тогда, когда на полюсах сумерки (верхнее и нижнее положения планеты на рисунке). Зато в полночь Солнце ровно «под ногами». А спустя четверть года (на рисунке - положения планеты слева и справа) оно весь день на горизонте - но не движется по кругу, как было на полюсе Юпитера, а стоит на месте! Проверьте это с помощью «человечка». Во все остальные сутки день и ночь на экваторе длятся поровну.

(У4) У «венецианцев» дни, когда Солнце в зените, отстоят друг от друга на четверть года (эти дни соответствуют положениям планеты, показанным на рисунке 8 красными линиями).

В те же дни Солнце касается горизонта, не опускаясь под него - а между ними всё лето (четверть года) длится полярный день. В середине лета Солнце не заходит, но и не поднимается так высоко. День, когда ось планеты смотрит точно на Солнце, на Уране с бо льшим правом, чем у нас, можно назвать солнцестоянием: Солнце в этот день буквально стоит в одной точке. Как мы уже видели, для жителей экватора эта точка - на горизонте, для жителей северного полюса - в зените. Для «венецианцев» Солнце зависает на высоте 45°, причём не на юге, как можно было бы подумать, а на севере. Вообще, летом Солнце у них всё время в северной части неба... Весной и осенью дни и ночи чередуются, как это происходит у нас. А зимой полярная ночь, которая, как и полярный день, длится четверть года.

Поскольку почти на всей планете долгие полярные дни и полярные ночи, на Уране самая скучная во всей Солнечной системе погода. Большие участки атмосферы прогреваются и остывают равномерно: ни перепадов температуры и давления, ни сильных ветров...

Не то что на Нептуне, хоть он и в полтора раза дальше от Солнца. Интересные для астрономов ураганы и циклоны бывают на Уране только весной и осенью, когда день чередуется с ночью «нормальным» образом.

(У5) Замечательно, что для всех человечков на планете видимый путь Солнца - одна и та же кривая, только смотрят они на неё под разными углами, так же как на Юпитере большой круг, по которому движется Солнце, был наклонён к горизонту для каждого наблюдателя по-своему. Начнём с северного полюса. В день солнцестояния (слева на рисунке 8) Солнце стоит в зените, потом начинает постепенно спускаться по спирали, делая каждые сутки один почти горизонтальный виток. Круги, описываемые Солнцем, всё ниже и всё шире; через четверть года очередной виток проходит уже по горизонту, и дальше в течение полугода спираль продолжается «под землёй». Солнце доходит до низшей точки - ровно под ногами - и возвращается обратно к горизонту, а затем - к зениту.

На экваторе всё ровно так же, только вся эта спираль «лежит на боку». Так что, если бы кто-то вздумал, живя на экваторе, весь год наблюдать Солнце лёжа (головой на север), причём отмечал бы положение Солнца не только над, но и под горизонтом - у него получилась бы ровно та же картинка, что и на северном полюсе.

Теперь уже совсем легко догадаться, как выглядит годовое движение Солнца на любой широте (рис. 9).

Теперь мы временно покидаем Солнечную систему, потому что в ней нет нужной нам сейчас планеты.

Планета Дзета - «золотая середина»

Эта воображаемая планета - «среднее» между Юпитером и Ураном. Ось её вращения наклонена к плоскости орбиты под углом 45° (рис. 10).

Задача Д1 . Как на этой планете выглядят полярные и тропические зоны?

Задача Д2 . Как в течение года движется Солнце для наблюдателя на полюсе? на экваторе? в «Венеции»? Бывает ли оно в зените, и если да, то когда? Каждые ли сутки опускается под горизонт, и если нет, то сколько времени длится полярный день?

Задача Д3 . Для каждого из этих мест нарисуйте видимый годовой путь Солнца на небе.

Решения задач про планету Дзету

(Д1) На Юпитере тропической зоной был один только экватор, на Уране - вся планета. Здесь - промежуточная ситуация: самые северные точки, в которых Солнце можно увидеть в зените, имеют широту 45°, то есть находятся ровно посередине между экватором и северным полюсом. На всей этой окружности (параллели) самый жаркий день наступает, когда направление оси планеты ближе всего к направлению на Солнце (рис. 11).

Этот же день и самый длинный: как видно из той же картинки, Солнце в полдень достигает зенита, а в полночь касается горизонта; стоит чуть-чуть сместиться к полюсу - и в этот день Солнце не сядет, но и до зенита не поднимется. Через полгода та же ситуация повторяется в южном полушарии. Итак, полярные зоны - это «шапки» вокруг обоих полюсов, а тропические - «пояс» вокруг экватора. Границы того и другого у Дзеты совпадают, это параллели 45° северной и южной широты. Они одновременно и тропики, и полярные круги (рис. 12).

(Д2) На полюсах Солнце по полгода не заходит (на северном полюсе - летом, на южном - зимой), а остальные полгода длится ночь. В течение суток Солнце делает круг, практически не меняя высоты над горизонтом. На максимальной высоте - 45° - оно бывает в середине полярного дня. Этот момент называется солнцестоянием - хотя Солнце, в отличие от Урана, и не стоит на месте. Всего солнцестояний два - одно летнее (когда день на северном полюсе), другое зимнее (когда на южном). А дни, когда ось планеты перпендикулярна направлению на Солнце (планета сверху и снизу на рисунке 10), называются равноденствиями. В эти дни на обоих полюсах - полярные сумерки. Как видно, между каждым равноденствием и солнцестоянием - ровно четверть местного года.

В пределах тропической зоны Солнце бывает в зените 2 раза в год, на экваторе это как раз дни равноденствий. Летом жители экватора видят солнце на севере, а зимой - на юге. На экваторе день всегда равен ночи, а Солнце поднимается от горизонта и опускается к нему строго по вертикали. Жители «Венеции» видят Солнце в зените только раз в год - в летнее солнцестояние. В этот же день оно не заходит, а только касается горизонта. Два раза в год - в дни равноденствий - день бывает равен ночи; полгода он длиннее ночи, полгода - короче. А в день зимнего солнцестояния Солнце не восходит - это самая короткая, но всё-таки полярная ночь.

(Д3) Как и на Уране, видимый годовой путь Солнца - спираль, для жителей разных мест планеты наклонённая по-разному. Но, в отличие от Урана, спираль не заполняет всю сферу. Легко убедиться в этом, рисуя путь Солнца на полюсе: там ось спирали вертикальна и Солнце не поднимается выше 45°.

Теперь уже не составит труда понять, как устроена смена времён года на Земле. На самом деле Земля очень похожа на Дзету, с одной только разницей: ось нашей планеты отклоняется от «вертикали» не на 45°, а всего на 23° над горизонтом. Так что по этому параметру мы чуть ближе к Юпитеру, чем Дзета. Из-за этого спираль у нас у же - больше сплюснута: самые дальние витки спирали отстоят от её середины на 23°. (Если бы кто-то стал «выправлять» нашу ось, приближая её к вертикали, то спираль сплющилась бы в круг, как у Юпитера.) От этого, например, Солнце на полюсах никогда не поднимается выше 23° над горизонтом. «Наклоняя» спираль, можно убедиться, что тропическая зона тоже у же, чем на Дзете, - широта тропиков у нас опять те же 23°. И на те же 23° отстоят от полюсов полярные круги. Например, Москва в промежуточной области между теми и другими: ни полярных ночей, ни Солнца в зените в Москве не бывает.

Напоследок для тех, кому понравилось путешествовать по планетам, добавим ещё несколько задач.

Художник Анна Горлач