Наклон

Субтитры

В прошлом видео мы выяснили, что смена времен года не связана с расстоянием до Солнца. Мы закончили тем, что причина на самом деле — наклон земной оси. В этом видео я продемонстрирую, как наклон земной оси создает времена года. Начнем рисовать. Сегодня я буду рисовать очень много схем. Потому что, по крайней мере, мне они помогают представить всё происходящее. Сперва попробуем представить вид сверху. Вот вид сверху, вот Солнце, вот орбита Земли, которая выглядит вот так. Почти идеальный круг, поэтому нарисую её покруглее. Вот Земля в разных положениях на орбите. И я попробую изобразить наклон её оси вращения. Естественно, не соблюдая точный масштаб. Земля гораздо дальше от Солнца и гораздо меньше него. Итак, Земля в этой точке. Наклон оси направлен в сторону от Солнца. Наклон Земной оси не меняется, по крайней мере, в пределах года, за относительно короткие периоды времени. Он не меняется в отношении, назовем это так, угла к плоскости Вселенной. К этому мы ещё вернемся. Итак, в данный момент ось направлена прочь от Солнца. Вверх и наружу из рисунка. В перспективе эта стрелка будет выходить из плоскости рисунка. Вот направление, если выводить прямо из Северного Полюса. Если выводить стрелку из Южного полюса, она пойдет вниз под этим кружком. Если изобразить то же положение, но глядя в плоскости орбиты Земли, то получится следующее. Рисую схему в плоскости орбиты. Вот Солнце, а вот Земля в этом положении. Вот Земля. Стрелка, идущая прямо из Северного полюса будет выглядеть вот так. Обе эти стрелки идут из Северного полюса. Таким образом, говоря о наклоне Земли, мы подразумеваем наклон оси относительно орбиты, вот этой оси между Северным и Южным полюсами. Вот угол между ним и реальной осью, перпендикулярной плоскостью орбиты, по сравнению с полностью вертикальным положением относительно плоскости орбиты. Это и есть угол наклона земной оси. Нарисую покрупнее, чтобы было лучше видно. Если это плоскость орбиты, и мы смотрим сбоку в плоскости орбиты, то вот Земля. Сейчас посмотрим. Я попытался нарисовать круг, то есть земной шар. Если бы Земля не вращалась, её ось вращения не была бы перпендикулярна плоскости орбиты. Без вращения вокруг оси Земля бы обращалась по орбите так. Но Земля вращается, её ось вращения наклонена под углом к вертикали, перпендикулярной плоскости орбиты. Земля вращается под таким углом. Это Северный полюс, это Южный полюс. Вот так. Земля вращается вот так. Этот угол относительно перпендикулярной к плоскости орбиты Земли вертикали сейчас составляет 23,4°. Для относительно кратких периодов времени, как, например, человеческая жизнь, его можно считать постоянным. Но на самом деле он меняется в длительной перспективе. Его значение колеблется от примерно 22,1° до 24,5°, если верны мои источники. Угол колеблется в этих пределах. Но я хочу отметить, что это медленный процесс. Смена угла от примерно 22° до 24,5° и обратно до 22° занимает 41 000 лет. Запишем это. Это изменение угла наклона оси может играть роль в долговременных климатических изменениях. Возможно, оно причастно на некотором уровне к нескольким известным в прошлом ледниковым эпохам. Но в отношении наших времен года эта вариация угла наклона оси не играет роли и о ней не стоит беспокоиться. Достаточно знать, что ось наклонена. И сейчас угол наклона составляет 23,4°. Вы можете спросить: «Хорошо, вот наклон, но как это приводит к смене времени года в Северном или Южном полушарии?». Для этого предлагаю представить положение, когда Северное полушарие максимально наклонено в сторону от Солнца, и когда оно максимально наклонено в сторону от солнца. Ещё раз напоминаю, что этот наклон относительно плоскости орбиты, сейчас равный 23,4%, не меняется в течение года. Но, в зависимости от положения Земли на орбите, он или направлен в сторону от Солнца, как на этой схеме, или наоборот. Направление в сторону от Солнца я покажу лиловым цветом, чтобы не путать направление наклона. Итак, через шесть месяцев, когда Земля находится здесь, относительно остальной Вселенной она будет наклонена все в том же направлении, вверх из схемы и вправо. Вот как-то так. Как и в том положении. Но теперь она будет находиться с другой стороны Солнца, и наклон будет направлен в сторону Солнца. Если нарисовать здесь, то наклон теперь в сторону Солнца. Теперь подумаем, сколько солнечного света получат разные части планеты. Рассмотрим Северное полушарие, но так же точно можно рассмотреть и Южное. Сколько солнечного света получает полушарие, когда ось повернута к или от Солнца? Рассмотрим варианты. Сперва будем анализировать это положение: ось наклонена в сторону от Солнца. Приблизимся немного. Сейчас ось отклонена от Солнца. Вот для сравнения вертикаль. Можно было бы взять эту схему, но нарисую заново. Ось отклонена от Солнца, нарисую это другим цветом. Стрелка, выведенная прямо из Северного полюса пройдет вот так. Хорошо. И мы вращаемся вот так. Выходим из плоскости рисунка слева и входим в плоскость справа. Вращение происходит в направлении на восток. То есть стрелка показывает на восток. Таким образом, в этой точке земной орбиты… Я скопирую данную схему и использую для разных времен года. Я копирую ее и создаю изображения для двух разных точек. Вот так. Если Земля находится на орбите вот здесь, откуда идет солнечный свет? Он идёт с левой стороны, как показано на этой схеме. Солнечный свет поступает слева, и, соответственно, какую часть Земли он освещает? То есть, на какой части Земли сейчас день, согласно этой схеме? Естественно, на той, которая обращена к Солнцу. Вся эта часть — дневная сторона, и с вращением Земли другая часть ее поверхности входит в освещённую зону. Что при этом происходит в разных местах Земли? Нарисую экватор, разделяющий Северное и Южное полушария. Вот экватор. Хорошо. Посмотрим на Северное полушарие. Я хочу показать, почему, когда Северный полюс обращён от Солнца, наступает зима. Когда мы обращены в сторону от Солнца, скажем, на широте полярного круга, вот здесь. Помечу точку на Северном Полярном круге. При вращении Земли за период 24 часа, эта точка совершает оборот вот так. Она вращается вот таким образом. Вопрос: попадет ли солнечный свет на эту точку на полярном круге в процессе вращения? Ответ — нет, не попадет вообще. Потому что Северный полюс обращён в сторону от Солнца. Поэтому я рисую, выделяя лиловым, ту часть Земли, которая при полном наклоне от Солнца вообще не будет освещена. То есть, не будет освещена пока земная ось повернута от Солнца в этом положении на орбите. Я не говорю «никогда», потому что солнце там взойдёт с наступлением лета. Итак, там нет солнца, нет дня, нет дневного света. Если переместиться в немного более южные широты, например сюда, на широту, скажем, например Нью-Йорка или Сан-Франциско или около того. Посмотрим, что мы увидим при вращении Земли с периодом 24 часа. Это будет выглядеть так: день, день, день, день, потом ночь, ночь, ночь, ночь. Теперь с другой стороны земного шара: ночь, ночь, ночь, ночь, ночь, день, день, день, день, день. Так что если сравнить, выделяя день оранжевым, вот так, и выделяя ночь этим сине-лиловым, то ночь будет здесь. Таким образом, в действительно высоких северных широтах, за Полярным кругом, вообще нет дня, когда ось отклонена от Солнца. Если переместиться немного на юг, но не настолько далеко, как за Полярный круг, день будет. Но значительно укороченный. Светлое время суток будет значительно короче темного. Так что если эта окружность соответствует положениям за 24 часа, то в данном месте день длится меньше, чем ночь. Так что из-за наклона Северного полушария в сторону от Солнца, высокие широты северного полушария получают меньше солнечного света. Подпишем это. То есть получают от Солнца меньше энергии. Поэтому наступает зима или, по крайней мере, более холодная погода. Для того, чтобы понять, что происходит летом, посмотрим на другую сторону. Посмотрим на противоположное положение Земли на орбите. Это будет шесть месяцев спустя. Обратите внимание, что направление относительно остальной Вселенной не изменилось. Ось земли наклонена в том же направлении, угол так же составляет 23,4° относительно нашей воображаемой абсолютной вертикали. Но в этом положении свет Солнца поступает справа. Сейчас нарисую. Вот так. Теперь на этой схеме солнечный свет поступает на эту сторону планеты. Я снова рисую экватор, то есть пытаюсь нарисовать. Я нарисую экватор тем же цветом, зелёным. Эта линия разделяет Северное и Южное полушарие. Снова рассмотрим полярный круг. Предположим, я на Северном полярном круге. Сутки, все 24 часа, Земля вращается, но всё время меня освещает Солнце. Ночи нет, на Полярном круге и севернее нет ночи, пока земная ось наклонена в сторону Солнца. Переместимся в более южные широты, южнее Северного полярного круга, куда-нибудь на широту Сан-Франциско или Нью-Йорка, и рассмотрим сколько длится светлое время суток там. Вот начало, восход Солнца. День длится дальше. Светло, светло, светло, светло, потом наступает закат. Темно, темно, темно, всю ночь темно до самого рассвета. Сравнительная длительность светлого и темного времени суток показывает, что день дольше ночи, кода ось вращения Земли наклонена в сторону Солнца. То есть день длиннее ночи. От Солнца поступает больше энергии. То есть обращённое к Солнцу полушарие получает больше света и в целом будет теплее. Таким образом происходит лето в Северном полушарии. Так же обстоят дела и в Южном. Это можно рассмотреть прямо здесь. Когда Северное полушарие наклонено в сторону от Солнца, соответственно Южное полушарие наклонено в сторону Солнца. Например, Южный полюс находится в состоянии непрерывного дня без ночи. И на южных широтах день будет длиться дольше ночи. Таким образом, в Южном полушарии будет лето, когда в Северном зима. Дальше Южное полушарие оказывается повернутым от Солнца. И в Южном полушарии наступает зима. У вас может возникнуть вопрос: «Почему ничего не сказано о весне и осени?». Рассмотрим это. В Северном полушарии, как мы уже решили, в этом положении зима. Вращение вокруг Солнца приводит вот в эту точку, где наклон земной оси занимает промежуточное положение, ни в сторону Солнца, ни от него. Это не дает ни одному из полушарий преимущества в освещённости. Таким образом, в этом положении будет весна, то есть оба полушария получают равное количество света, выше либо ниже экватора, соответствующее широте местности. Так формируется весна в Северном полушарии. Прошло лето, в Северном полушарии наступила осень. Наклон оси снова в том же положении. Северное полушарие находится в промежуточном положении относительно Солнца. Оба полушария получают одинаковое количество излучения от Солнца. Таким образом, зима и лето это крайние положения. Далее надо прояснить ещё один момент. Сперва я начал с длины дня и ночи. Потому что, по крайней мере для меня, проще себе это представить. Но само по себе это не обеспечивает разницу между летом и зимой. Другая, более важная причина — общее излучение Солнца. Возьмем для примера зиму в Северном полушарии. Предположим, до Земли доходит некоторое количество солнечного света. Это общее количество солнечного света, достигающего Земли в любой момент времени. В данный момент гораздо больше попадает в Южное полушарие, чем в Северное. Все эти лучи, если проследить их путь, попадают в Южное полушарие. То есть больше солнечных лучей попадает в Южное полушарие, и гораздо меньше в Северное. Таким образом, полушарие, где сейчас зима, получает меньше энергии от Солнца, вдобавок к тому, что там короче светлое время суток. При этом больше энергии пойдет в Южное полушарие, чем в Северное. Когда же наклон земной оси обращён в сторону Солнца, большая часть солнечной энергии достается Северному полушарию. Так что, если нарисовать схему падения солнечных лучей, то все эти лучи, попадут в Северное полушарие. И только эти попадут в Южное полушарие. Кроме всего этого, имеет дополнительное значение ещё и угол падения лучей от Солнца, поскольку положение Солнца относительно горизонта зависит от места на Земле. Если представить некоторую точку на Земле, например, во время зимы в Северном полушарии. Предположим, вот точка на этой северной широте. Мы смотрим на положение Солнца. Получается, что когда мы находимся ближе всего к Солнцу, оно не находится прямо над головой. Когда мы наиболее близки к Солнцу, само Солнце восходит весьма низко над горизонтом. В зимнее время, когда Земля максимально близка к Солнцу, максимальное положение светила будет таким. Если же посмотреть на ту же широту летом, то Солнце поднимается ближе к зениту. Оно не будет прямо над головой, потому что северная широта всё-таки весьма высокая, но Солнце будет подниматься выше. Все эти факты взаимосвязаны. Это связано с распределением энергии между полушариями. Также играет роль угол падения солнечных лучей. Когда они падают на землю ближе к вертикали, то меньше рассеиваются атмосферой. Сейчас покажу этот процесс. Вот поверхность земли. Летом… Сперва изображу белым атмосферу. Это всё атмосфера, у неё нет жестких границ, но это будет самая плотная часть атмосферы. Летом, когда солнце стоит высоко в небе, лучи Солнца меньше рассеиваются, потому что должны пройти в атмосфере путь такой длины. По пути они отражаются, тратят энергию на нагрев атмосферы и поглощаются, не дойдя до Земли. Зимой, когда Солнце стоит в небе низко, например, здесь, сейчас изображу, при положении Солнца в небе ниже этой точки, солнечным лучам требуется проделать более длинный путь в атмосфере. Они подвергаются большему рассеиванию, прежде чем дойдут до поверхности Земли. Итак, учитывая все факторы, именно наклон Земной оси является причиной смены времен года. Но здесь работает сразу несколько факторов. Один, наклон земной оси в сторону солнца летом дает больше абсолютных часов светлого времени суток. Далее, светлое время суток не только дольше длится, но и в это время большая часть излучения Солнца, достигающего Земли, попадает в то полушарие, где сейчас лето и меньшая в то, где зима. В-третьих, лучи, попадающие на летнюю сторону, проходят через меньшую толщину атмосферы и меньше рассеиваются. Subtitles by the Amara.org community