«Летом Земля ближе к Солнцу» — такое объяснение кажется естественным, если представить светило обогревателем. Но сразу возникает вопрос: почему тогда в одно и то же время года в Северном и Южном полушариях противоположные сезоны? Для ответа нужно отдельно рассмотреть движение Земли по орбите и направление её оси вращения.
Ось не поворачивается к Солнцу заново каждый месяц
Ось — воображаемая линия через полюса, вокруг которой Земля вращается. Она наклонена относительно перпендикуляра к плоскости земной орбиты. В пределах одного годового обхода направление оси в пространстве можно считать почти неизменным. Земля перемещается вокруг Солнца, а не каждый раз разворачивает к нему один и тот же полюс.
Поэтому около июня к Солнцу наклонено Северное полушарие, а около декабря — Южное. Такое устройство годового цикла объясняет NASA Space Place в материале о причинах сезонов. Суточное вращение при этом продолжается: смена дня и ночи не заменяет годовую смену условий освещения.
Меняются угол лучей и продолжительность освещения
В средних широтах летнего полушария солнечные лучи приходят более прямо, а светлая часть суток становится длиннее. Эти два изменения нужно назвать отдельно. Более высокое положение Солнца связано с большим потоком энергии на единицу горизонтальной площади; более длинный день увеличивает время поступления света.
NASA Earth Observatory связывает июньский наклон Северного полушария именно с более прямым освещением и длинными днями; в декабре соответствующее положение занимает Южное. Здесь речь о сезонном механизме, а не обещании определённой температуры в конкретный день.
Постройте собственную схему двух положений
На листе обозначьте Солнце и два положения Земли по разные стороны от него. В обоих земных кружках проведите наклонённые оси параллельно друг другу. Подпишите северный конец каждой оси. В первом положении он должен быть обращён скорее к Солнцу, во втором — скорее от него. Это собственное упражнение на чтение модели, без наблюдения Солнца или работы с оптическими приборами.
Задайте три вопроса. В каком положении лето в Северном полушарии? Где в тот же момент зима? Почему нельзя наклонить обе нарисованные оси северным концом к Солнцу? Последний вариант незаметно меняет исходную модель: направление оси тогда поворачивается вместе с движением Земли по рисунку.
Размеры тел и расстояния на такой схеме условны. Проверяется направление наклона и противоположность сезонов, а не точная форма орбиты. Для объяснения не требуется рисовать сильно вытянутый эллипс и делать летнее положение заметно ближе к светилу.
Что показывает проверка расстоянием
Земная орбита действительно не идеальный круг. Однако ближайшее к Солнцу положение Земля проходит в январе, а наиболее далёкое — в июле, как отмечает NASA Space Place. Для Северного полушария это противоположно ожидаемому по простой догадке «ближе — лето».
Кроме того, изменение общего расстояния не объясняет одновременные противоположные сезоны двух полушарий. Расстояние может влиять на получаемую солнечную энергию, но причиной знакомого сезонного чередования на Земле служит наклон оси при движении по орбите. Хорошее учебное объяснение должно связывать эту геометрию с углом лучей и длительностью дня.
