日地距離與季節(jié)的反直覺

北半球夏季太陽離地球遠侣监,冬季太陽離地球近,居然是真的垮刹。我的第一反應是這不科學呀达吞?烤火的時候誰不知道火堆跟前暖和,怎么太陽離得近反而是冬天呢荒典?

認識這個問題就要首先了解地球上四季的成因酪劫。

1 ?地球上四季的成因

圖1 地球自轉軸與黃道平面的夾角

地球上的四季是由于地球自轉軸與黃道平面的夾角造成的,在公轉過程中寺董,這個夾角會導致太陽的直射點在南北回歸線之間移動覆糟,就帶來了一年四季的變化。直射點在北回歸線遮咖,就是北半球的夏季滩字;直射點在南回歸線,就是北半球的冬季御吞。具體節(jié)氣見圖2麦箍。

圖2 ?地球公轉形成四季

2 ?地球公轉軌道是個橢圓

地球公轉軌道為橢圓,稱為黃道陶珠,太陽位于其中一個焦點上挟裂,因此,地球距離太陽的距離是不斷變化的揍诽,并周而復始诀蓉。

地球公轉周期是一年。地球軌道上距太陽最近的一點暑脆,即橢圓軌道的長軸距太陽較近的一端渠啤,稱為近日點。地球距離太遠最近為147,000,000km添吗。地球軌道上距太陽最遠的一點沥曹,即橢圓軌道的長軸距太陽較遠的一端,稱為遠日點根资。最遠為153,000,000km架专,二者之間的差異不大同窘,地球與太陽距離在150,000,000km +/- 2%范圍之內。

公轉位置對應的節(jié)氣見圖3部脚,顯而易見想邦,北半球的冬天離太陽就是近一些。

圖3 公轉位置對應的節(jié)氣

3 ?入射角度是導致地球冷熱的主要因素

離太陽近溫度就應該高一些委刘,因為某一點的輻射強度與距輻射源的距離的平方成反比丧没。離太陽最近的水星向陽面的溫度最高時可達430℃,而遙遠的冥王星表面溫度估計在-220℃以下。

這意味著地球大氣上方的太陽輻射強度會隨日地間距離不同而異锡移。但是地球的公轉軌道偏心率很小呕童,僅為0.0167,一年中由于日地距離的變化所引起太陽輻射強度的變化不超過3.4%淆珊。所以地球大氣層外的太陽輻射強度幾乎是一個常數(shù)夺饲。

太陽垂直照射到地球上單位面積的熱量幾乎是恒定的。直射地面獲得的熱能最大施符,斜射獲得的熱能于斜射角的余弦成正比往声。所以冬季盡管離太陽近些,但是由于是斜射戳吝,溫度還是低浩销。當然某一地區(qū)的具體溫度與風力、大氣透明度听哭、地表狀況等很多因素有關慢洋。

4 ?地球進動會影響地球上的季節(jié)

由于地球的進動,會帶來地球上直射點的變化陆盘,從而影響季節(jié)普筹。進動周期差不多26000年,現(xiàn)在地球近日點位置在1月初隘马。也就是北半球的冬天對應地球的近日點斑芜。再過1萬3千年,近日點的位置對應7月初祟霍。啥意思?就是那時候的季節(jié)與日地距離的關系和現(xiàn)在是反的盈包,近日點轉移到北半球夏天的位置了沸呐。我們是看不到那天了。

5 ?地球四季不等長

我們知道呢燥,春分點和秋分點對黃道是等分的崭添,如果地球公轉速度是均勻的锤灿,則視太陽由春分點運行到秋分點所需要的時間翔忽,應該與視太陽由秋分點運行到春分點所需要的時間是等長的躲因,各為全年的一半晌区。但是,地球公轉速度是不均勻的屁置,則走過相等距離的時間必然是不等長的焊夸。視太陽由春分點經(jīng)過夏至點到秋分點,地球公轉速度較慢蓝角,需要186天多阱穗,長于全年的一半,此時是北半球的夏半年和南半球的冬半年使鹅;視太陽由秋分點經(jīng)過冬至點到春分點揪阶,地球公轉速度較快,需要179天患朱,短于全年的一半鲁僚,此時是北半球的冬半年和南半球的夏半年。

由此可見裁厅,地球公轉速度的變化冰沙,是造成地球上四季不等長的根本原因。

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