Zjawiska niezwiązane z porami roku. Dlaczego jest zima i lato? Opowieść o procesie zmieniania się pór roku dla dzieci. Przyczyny zmian klimatycznych

Nawiasem mówiąc, lato i zima nie zdarzają się wszędzie. A tam, gdzie się to zdarza, przechodzą przez to inaczej. Okazuje się, że ważne jest nie tylko to, że krążymy wokół Słońca, ale także to, jak obracamy się wokół własnej osi! Aby to wszystko zrozumieć, rozwiążmy kilka problemów, a najpierw udamy się na inne planety, a dopiero potem powrócimy na Ziemię.

Jak zawsze, samodzielne rozwiązanie czegoś jest o wiele bardziej przydatne niż czytanie rozwiązań kogoś innego, dlatego staraj się samodzielnie zrozumieć każdy problem. A jeśli to nie zadziała, pomożemy Ci. Możesz potrzebować piłki (a jeszcze lepiej globusa) i lampy stołowej (najlepsza byłaby żarówka bez klosza). Na piłce musisz narysować bieguny i równik - duży okrąg pośrodku między biegunami. To będzie planeta; lampą będzie Słońce. Jeśli nie ma żarówki, możesz ją zastąpić własną głową: która część planety, którą widzisz, jest oświetlona przez słońce, jest tam dzień; a któregokolwiek nie widzisz, tam jest noc. Możesz także zrobić kulkę z plasteliny z dwoma uchwytami zapałek, będzie to lokalny mieszkaniec. Nazwiemy wyimaginowanych mieszkańców planet (które niestety nie istnieją nigdzie poza Ziemią) mały człowiek. Czas, w którym planeta dokona obrotu wokół Słońca (jest inny dla wszystkich planet!), zostanie nazwany rok lokalny, a czas, w którym planeta obraca się wokół własnej osi, wynosi dniami.

Jowisz

Ta planeta ma oś obrotu prawie dokładnie prostopadłą do płaszczyzny, w której krąży wokół Słońca. Oznacza to, że jeśli twoje Słońce leży na stole, a Jowisz czołga się po stole wokół niego, wówczas jeden z biegunów Jowisza jest zawsze skierowany prosto w górę - niech będzie to biegun północny. A Jowisz nie bez powodu pełza, ale szybko obraca się wokół swojej (pionowej) osi (ryc. 1). Na wszelki wypadek wyjaśnijmy jeszcze jeden szczegół: wszystkie planety krążą wokół Słońca w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (jak widać z Gwiazdy Północnej) i prawie wszystko obraca się wokół osi w tym samym kierunku.

Ćwiczenie wprowadzające. Znajdź miejsce na Jowiszu, w którym Słońce znajduje się obecnie w zenicie, czyli dokładnie nad głową. Teraz znajdź wszystkie miejsca, gdzie jest na horyzoncie ( wskazówka: te punkty na powierzchni planety tworzą duży okrąg). W jakich punktach Jowisza wschodzi teraz słońce, a w którym zachodzi (porównaj z rysunkiem 2 na następnej stronie)? Umieść małego człowieka na szerokości geograficznej około 45° (mniej więcej w połowie drogi między biegunem północnym a równikiem), niech podniesie jedną rękę do góry, a drugą wyciągnie w kierunku północnym. Obracaj planetę (bez przechylania osi!), aż Słońce pojawi się jak najwyżej nad horyzontem dla Twojego małego mężczyzny; Dla niego było południe. Po której stronie jest teraz Słońce - na południu, na północy, na wschodzie? Co powiedziałby na ten temat ktoś mieszkający na półkuli południowej?

Problem Yu1. Wyobraź sobie stworzenie żyjące na równiku Jowisza. Obserwuj, jak Słońce przesuwa się dla niego po niebie w ciągu dnia. W jakim kierunku świata (a dokładniej w jakim punkcie) się wznosi? Wchodzi? Gdzie na niebie to stworzenie widzi Słońce w południe? Gdyby podobnie jak starożytni ludzie wierzyli, że niebo jest stałą powierzchnią (kulą), po której poruszają się gwiazdy, to w jaki sposób narysowałby obserwowaną trajektorię Słońca na tej powierzchni?

Teraz przesuń Jowisza po orbicie wokół Słońca – powiedzmy, minie ćwierć roku Jowiszowego. Czy coś się zmieni dla naszego małego człowieka?

Problem Yu2. Odpowiedz na te same pytania, co w zadaniu Y1 dotyczącym małego człowieka żyjącego na biegunie północnym.

Jak zobaczymy później, na każdej planecie mogą znajdować się miejsca, w których Słońce przynajmniej raz w roku znajduje się w zenicie. Obszar zawierający wszystkie takie miejsca nazywa się strefa tropikalna. A są takie miejsca, gdzie przynajmniej jeden dzień w roku Słońce nie schodzi za horyzont – czyli przynajmniej jeden dzień w roku jest dzień polarny. Obszar, na którym występuje dzień polarny, nazywa się strefa polarna(a jego granica to Koło podbiegunowe; tam Słońce dotyka horyzontu raz w roku, nie schodząc poniżej). Nawiasem mówiąc, tam, gdzie jest dzień polarny, jest też noc polarna: wkrótce to zobaczysz.

Problem Yu3. Dowiedz się, gdzie na Jowiszu znajdują się strefy tropikalne i polarne.

I na koniec ostatni problem dotyczący Jowisza.

Problem Yu4. Spróbuj dowiedzieć się, jak wygląda życie osoby znajdującej się pośrodku między równikiem a biegunem - na 45° szerokości geograficznej. Gdzie na horyzoncie wschodzi Słońce? Jak to się dalej potoczy? Na jaką maksymalną wysokość może się wznieść?

Rozwiązania problemów dotyczących Jowisza

Należy pamiętać, że nigdzie w problemach Jowisza nie omawia się pór roku. Nie ma ich na Jowiszu! Gdy planeta krąży wokół Słońca, dla „lokalnych mieszkańców” nic się nie zmienia;

(Yu1) Osoba mieszkająca na równiku widzi Słońce wschodzące dokładnie na wschodzie (sprawdź to wyciągając jedną rękę na północ, a drugą na wschód), potem Słońce wschodzi prosto w górę i w południe jest w zenicie, czyli jest bezpośrednio nad głową. Następnie porusza się nadal po tym samym dużym okręgu i po kolejnym kwadransie kieruje się na zachód. Noc trwa dokładnie połowę dnia. Cały rok jest taki sam!

(Yu2) Dla małego człowieka na biegunie życie jest jeszcze bardziej monotonne. Słońce jest zawsze na horyzoncie! Nie świt, nie zachód słońca - wieczny polarny zmierzch. Jednak Słońce nie stoi w miejscu - porusza się ponownie po dużym kole, pozostając cały czas na horyzoncie. Możesz to sprawdzić, wyciągając rękę mężczyzny w dowolnym kierunku i obracając planetę wokół własnej osi.

(Yu3) Widzieliśmy już, że wśród mieszkańców równika Słońce codziennie przechodzi przez zenit. I tylko dla nich: im dalej na północ żyje człowiek, tym niższa jest jego południowa wysokość Słońca (i tym mniej ogrzewa powierzchnię planety). Zobacz rys. 3.

Dlatego strefą tropikalną na tej planecie jest równik. A strefa polarna to właściwie dwa punkty: Słońce nie schodzi za horyzont tylko na biegunach (ryc. 4).

(U4) Dla wszystkich „obserwatorów” słońce wschodzi dokładnie na wschodzie i zachodzi na zachodzie. W ciągu dnia porusza się po dużym okręgu, przy czym okrąg ten jest nachylony w stosunku do płaszczyzny horyzontu tym silniej, im mniejsza szerokość geograficzna (ryc. 5). Jeśli szerokość geograficzna wynosi 45°, wówczas Słońce wzejdzie nad horyzontem o 90°−45° = 45°. Przez cały rok Słońce porusza się codziennie po tym samym okręgu.

Czy rozpoznałeś Jowisza? Polećmy teraz na inną planetę!

Uran

Planeta ta „chodzi na boku” – jej oś obrotu leży dokładnie w płaszczyźnie ruchu orbitalnego wokół Słońca (ryc. 6). Bardzo ważne jest, aby planety, jak każdy dobrze skręcony wierzchołek, nigdy nie chciały zmieniać kierunku swojego obrotu, a oś Urana zawsze „patrzy” w tym samym kierunku – w tę samą odległą gwiazdę! (I nie zawsze zwraca się on w stronę Słońca, jak mogłoby się wydawać.) Mając już pewne doświadczenie w badaniu Jowisza, zbadajmy tę planetę. Należy pamiętać, że teraz sytuacja każdego mieszkańca planety zmienia się w ciągu roku! Rozwiązując problemy, narysuj więcej zdjęć, wybierz dogodny kąt: czasem bardziej odpowiedni jest widok z góry, czasem widok z boku.

Problem U1. Znajdź (i narysuj) strefę polarną i tropikalną Urana. Należy pamiętać, że wymagany warunek musi zostać spełniony przynajmniej raz w roku.

Problem U2. Zacznijmy tym razem od mieszkańca Polaka. Dowiedz się, jak zmienia się jego oświetlenie w ciągu roku. Kiedy (w którym miejscu orbity) jest lato i zima? Czy są dni, kiedy Słońce znajduje się w zenicie i ile jest takich dni w roku? Czy istnieje dzień polarny i noc polarna, a jeśli tak, to jak długo (jaka część roku) trwają? Pokoloruj odpowiednie punkty i obszary na orbicie planety (widok z góry lub z góry).

Problem U3. Te same pytania do mieszkańca równika.

Problem U4. Te same pytania do mieszkańca „tam Wenecji” – na 45° szerokości geograficznej.

I na koniec najtrudniejsze

Problem U5. Dla każdego z bohaterów zadań U2–U4 narysuj (w przybliżeniu) widoczną drogę Słońca na niebie w ciągu roku: dla mieszkańca Jowisza Słońce krąży przez cały rok po tym samym okręgu. I tu? Wskazówka: Czy jest dzień, w którym Słońce się nie porusza?

Rozwiązania problemów związanych z Uranem

(U1) Pamiętajmy, że tropiki to miejsca, w których Słońce znajduje się w zenicie. Dzieje się tak w dowolnym miejscu Urana dwa razy w roku, a tylko na biegunach - raz w roku (ryc. 7).

Zatem strefa tropikalna jest wszędzie, a jej granice – tropiki – znajdują się na biegunach! Strefy polarne są też wszędzie, bo np. w dni, kiedy oś planety skierowana jest bezpośrednio w stronę Słońca (lewy i prawy na ryc. 8), na połowie planety panuje dzień polarny, a na drugiej połowie noc polarna. Obecnie tylko na równiku Urana panuje zmierzch polarny: Słońce jest na horyzoncie; Na równiku nie ma prawdziwego polarnego dnia ani nocy.

(U2) Na biegunie dzień polarny trwa sześć miesięcy - Słońce nie zachodzi, ale w ciągu dnia zakreśla okrąg na prawie tej samej wysokości. Gdyby Uran nie znajdował się tak daleko od Słońca, byłoby tam wtedy bardzo gorąco: w środku dnia polarnego Słońce znajduje się w zenicie! Co więcej, gdy na jednym biegunie jest dzień polarny, na drugim jest noc polarna (na ryc. 8 - „lato” i „zima”). Następnie, po krótkim zmierzchu polarnym, zapada noc polarna, która również trwa sześć miesięcy.

(U3) Dla mieszkańców równika Słońce przechodzi przez zenit właśnie wtedy, gdy na biegunach zapada zmierzch (górna i dolna pozycja planety na rysunku). Ale o północy Słońce jest dokładnie „pod twoimi stopami”. A po kwadransie (na zdjęciu - położenie planety po lewej i prawej stronie) przez cały dzień jest na horyzoncie - ale nie porusza się po okręgu, jak to miało miejsce na biegunie Jowisza, ale stoi nieruchomo! Sprawdź to z pomocą „małego człowieka”. We wszystkie pozostałe dni dzień i noc na równiku trwają jednakowo.

(U4) Dla „Wenecjan” dni, w których Słońce znajduje się w zenicie, dzieli ćwierć roku (dni te odpowiadają pozycjom planety, pokazanym na ryc. 8 czerwonymi liniami).

W te same dni Słońce dotyka horyzontu, nie schodząc pod niego - a pomiędzy nimi dzień polarny trwa przez całe lato (ćwierć roku). W środku lata Słońce nie zachodzi, ale też nie wschodzi tak wysoko. Dzień, w którym oś planety wskazuje dokładnie na Słońce, na Uranie od b O Możemy nazwać to przesileniem z lepszym prawem niż my: Słońce tego dnia dosłownie stoi w jednym punkcie. Jak już widzieliśmy, dla mieszkańców równika ten punkt znajduje się na horyzoncie, dla mieszkańców bieguna północnego – w zenicie. Dla „Wenecjan” Słońce wisi na wysokości 45°, a nie na południu, jak mogłoby się wydawać, ale na północy. Ogólnie rzecz biorąc, latem Słońce jest zawsze w północnej części nieba... Wiosną i jesienią dni i noce następują na przemian, tak jak u nas. A zimą jest noc polarna, która podobnie jak dzień polarny trwa ćwierć roku.

Ponieważ prawie cała planeta ma długie dni polarne i noce polarne, Uran ma najnudniejszą pogodę w całym Układzie Słonecznym. Duże obszary atmosfery nagrzewają się i ochładzają równomiernie: bez zmian temperatury i ciśnienia, bez silnych wiatrów...

Inaczej niż na Neptunie, chociaż jest on półtora raza dalej od Słońca. Interesujące astronomów huragany i cyklony występują na Uranie tylko wiosną i jesienią, kiedy dzień w „normalny” sposób przeplata się z nocą.

(U5) Godne uwagi jest to, że dla wszystkich ludzi na planecie widoczna droga Słońca jest tą samą krzywą, tyle że patrzą na nią pod różnymi kątami, tak jak na Jowiszu duży okrąg, po którym porusza się Słońce, był przez długi czas nachylony ku horyzontowi. każdy obserwator na swój sposób. Zacznijmy od Bieguna Północnego. W dniu przesilenia (po lewej stronie na Ryc. 8) Słońce znajduje się w zenicie, a następnie zaczyna stopniowo schodzić po spirali, wykonując jeden prawie poziomy obrót każdego dnia. Okręgi opisywane przez Słońce stają się coraz niższe i szersze; po kwadransie kolejna rewolucja przechodzi za horyzontem, a potem przez sześć miesięcy spirala toczy się „pod ziemią”. Słońce osiąga najniższy punkt – dokładnie pod Twoimi stopami – i wraca do horyzontu, a następnie do zenitu.

Na równiku wszystko jest dokładnie takie samo, tylko cała ta spirala „leży na boku”. Jeśli więc ktoś mieszkający na równiku zdecydowałby się na obserwację Słońca przez cały rok w pozycji leżącej (z głową skierowaną na północ) i zanotowałby położenie Słońca nie tylko nad, ale i pod horyzontem, dostałby dokładnie ten sam obraz, co na biegunie północnym.

Teraz dość łatwo zgadnąć, jak wygląda roczny ruch Słońca na dowolnej szerokości geograficznej (ryc. 9).

Teraz tymczasowo opuszczamy Układ Słoneczny, ponieważ nie ma w nim planety, której teraz potrzebujemy.

Planeta Zeta – „złoty środek”

Ta wyimaginowana planeta jest „pośrodkiem” między Jowiszem a Uranem. Jego oś obrotu jest nachylona do płaszczyzny orbity pod kątem 45° (rys. 10).

Problem D1. Jak wyglądają strefy polarne i tropikalne na tej planecie?

Zadanie D2. Jak Słońce porusza się w ciągu roku dla obserwatora na biegunie? na równiku? w Wenecji”? Czy dzieje się to w zenicie, a jeśli tak, to kiedy? Czy codziennie schodzi poniżej horyzontu, a jeśli nie, to jak długo trwa dzień polarny?

Problem D3. Dla każdego z tych miejsc narysuj pozorną roczną drogę Słońca na niebie.

Rozwiązania problemów dotyczących planety Zeta

(D1) Na Jowiszu strefą tropikalną był tylko równik, na Uranie całą planetę. Oto sytuacja pośrednia: najbardziej wysunięte na północ punkty, w których można zobaczyć Słońce w zenicie, mają 45° szerokości geograficznej, to znaczy znajdują się dokładnie w połowie drogi między równikiem a biegunem północnym. Na całym tym okręgu (równoległym) najgorętszy dzień występuje wtedy, gdy kierunek osi planety jest najbliższy kierunkowi Słońca (ryc. 11).

Ten sam dzień jest jednocześnie najdłuższy: jak widać na tym samym zdjęciu, Słońce osiąga zenit w południe, a o północy dotyka horyzontu; Jeśli przesuniesz się trochę w stronę bieguna, Słońce tego dnia nie zajdzie, ale też nie wzniesie się do zenitu. Sześć miesięcy później ta sama sytuacja powtarza się na półkuli południowej. Zatem strefy polarne to „czapy” wokół obu biegunów, a strefy tropikalne to „pas” wokół równika. Granice obu zbiegają się w Zeta, są to równoleżniki 45° szerokości geograficznej północnej i południowej. Są zarówno tropikalne, jak i polarne (ryc. 12).

(D2) Na biegunach Słońce nie zachodzi przez sześć miesięcy (na biegunie północnym latem, na południu zimą), a przez pozostałe sześć miesięcy panuje noc. W ciągu dnia Słońce wykonuje okrąg, praktycznie nie zmieniając swojej wysokości nad horyzontem. Na maksymalnej wysokości - 45° - występuje w środku dnia polarnego. Ten moment nazywa się przesileniem - chociaż Słońce, w przeciwieństwie do Urana, nie stoi w miejscu. W sumie występują dwa przesilenia - jedno to lato (kiedy na biegunie północnym jest dzień), drugie to zima (kiedy jest dzień na biegunie północnym). A dni, w których oś planety jest prostopadła do kierunku Słońca (planeta powyżej i poniżej na ryc. 10), nazywane są równonocy. Obecnie na obu biegunach panuje zmierzch polarny. Jak widać, pomiędzy każdą równonocą a przesileniem przypada dokładnie jedna czwarta lokalnego roku.

W strefie tropikalnej Słońce znajduje się w zenicie 2 razy w roku; na równiku są to po prostu dni równonocy. Latem mieszkańcy równika widzą słońce na północy, a zimą na południu. Na równiku dzień jest zawsze równy nocy, a Słońce wschodzi z horyzontu i schodzi ku niemu ściśle pionowo. Mieszkańcy „Wenecji” widzą Słońce w zenicie tylko raz w roku – podczas przesilenia letniego. Tego samego dnia nie zachodzi, a jedynie dotyka horyzontu. Dwa razy w roku – w dni równonocy – dzień zrówna się z nocą; pół roku jest dłuższa od nocy, pół roku krótsza. A w dniu przesilenia zimowego Słońce nie wschodzi - to najkrótsza, ale wciąż noc polarna.

(D3) Podobnie jak w przypadku Urana, pozorna roczna droga Słońca jest spiralą, o różnym nachyleniu dla mieszkańców różnych miejsc na planecie. Ale w przeciwieństwie do Urana spirala nie wypełnia całej kuli. Łatwo to sprawdzić rysując drogę Słońca na biegunie: tam oś spirali jest pionowa, a Słońce wschodzi nie powyżej 45°.

Teraz nie będzie trudno zrozumieć, jak działa zmiana pór roku na Ziemi. W rzeczywistości Ziemia jest bardzo podobna do Zety, z jedną tylko różnicą: oś naszej planety odbiega od „pionu” nie o 45°, ale tylko 23° nad horyzontem. Zatem w tym parametrze jesteśmy trochę bliżej Jowisza niż Zety. Z tego powodu mamy spiralę Na z drugiej strony jest bardziej spłaszczona: najdalsze zwoje spirali znajdują się 23° od jej środka. (Gdyby ktoś zaczął „prostować” naszą oś, przybliżając ją do pionu, spirala spłaszczyłaby się, tworząc okrąg, jak Jowisz.) Z tego powodu np. Słońce na biegunach nigdy nie wznosi się powyżej 23° nad horyzontem horyzont. „Przechylając” spiralę, możesz mieć pewność, że strefa tropikalna również będzie Na tak samo jak na Zecie – szerokość zwrotnikowa znowu wynosi 23°. A koła polarne są takie same, oddalone od biegunów o 23°. Na przykład Moskwa znajduje się w regionie pośrednim między obydwoma: w Moskwie nie ma nocy polarnych ani Słońca w zenicie.

Na koniec dla tych, którzy lubili podróżować po planetach, dodamy jeszcze kilka zadań.

Artystka Anna Gorlach

Pojęcie „Pory roku”

Przez cały rok nasza planeta doświadcza sezonowych zmian w przyrodzie. Ze względu na nachylenie osi Ziemi do płaszczyzny orbity pod kątem 66 $ stopni i obrót na orbicie wokół Słońca, na planecie zachodzą zmiany pór roku. Na Ziemi są cztery pory roku – wiosna, lato, jesień, zima. Nachylenie osi Ziemi i jej stały kierunek w przestrzeni powodują, że półkula północna i południowa nie są równomiernie oświetlone w tym samym okresie roku. Na półkuli północnej planety astronomiczny początek pór roku zbiega się z momentem, w którym Słońce przechodzi przez równonoc wiosenną - 21 marca, przesilenie letnie - 22 czerwca, równonoc jesienna - 23 września i przesilenie zimowe - 22 grudnia . Okazuje się zatem, że pozorna droga ruchu Słońca po sferze niebieskiej jest podzielona przez te punkty na sektory po 90 stopni.

Definicja 1

Okres, w którym Słońce przechodzi przez jeden z tych sektorów, nazywa się czas roku.

Czas trwania pór roku z astronomicznego punktu widzenia jest również inny:

• Czas trwania wiosny – 92,8 $ dni;
• Długość lata – 93,6 $ dni;
• Czas trwania jesieni – 89,8 $ dni;
• Czas trwania zimy – 89,0 $ dni.

Pory roku charakteryzują się pewnymi średnimi temperaturami.

Notatka 1

Jesień na półkuli południowej i wiosna na półkuli północnej rozpoczynają się, gdy Słońce przechodzi przez początkowy krąg deklinacji. W tym czasie bezpośrednie wniebowstąpienie Słońca będzie wynosić zero (równonoc wiosenna). Kiedy rektascensja słońca wynosi 90 dolarów (przesilenie letnie), wówczas na półkuli południowej zaczyna się zima, a na półkuli północnej nadchodzi lato. Wraz z nadejściem równonocy jesiennej, rektascensja Słońca wynosi 180 dolarów, kiedy to na półkuli południowej pojawia się wiosna, a na półkuli północnej jesień. Wraz z nadejściem przesilenia zimowego na półkuli północnej nadchodzi zima, a na półkuli południowej lato.

Pory roku na półkuli północnej

Słońce wysyła na Ziemię dużo ciepła, dzięki któremu istnieje życie. Jednak ciepło docierające do powierzchni Ziemi będzie różne w różnych regionach, ponieważ jest rozłożone nierównomiernie. Naturalnie zima jest wszędzie zimniejsza niż lato. Powodem jest to, że oś Ziemi (wyimaginowana linia), która łączy biegun północny i południowy, jest nachylona do płaszczyzny równika ziemskiego pod kątem 66 stopni. Z powodu nachylenia Ziemia, obracając się wokół Słońca, zwraca się do niego na przemian z półkulą północną lub południową. Nachylenie promieni słonecznych padających na powierzchnię ziemi zmienia się w ciągu roku – zimą będzie większe, a latem mniejsze. Więcej belek pionowych przenosi więcej energii.

Definicja 2

Termin "Klimat" przetłumaczone z greckiego oznacza „zbocze”. Na półkuli północnej zima przychodzi, gdy planeta niejako „odwraca się” od Słońca. W tym czasie dysk Słońca wznosi się coraz niżej nad horyzontem, a promienie stają się bardziej płaskie i mniej gorące. Środkowe szerokości geograficzne półkuli północnej są wyraźnie podzielone na dwie główne, przeciwne pory roku - lato i zimę. Różnią się między sobą temperaturami, różnica między którymi wynosi 20-30 dolarów stopni. W regionach kontynentalnych różnica ta jest jeszcze większa, na przykład na Syberii dochodzi do 50 dolarów stopni.