§ 1.10. Следствия годового движения Солнца по эклиптике
а). Смена времен года.
Смена времен года на Земле является следствием трех причин: движения Солнца по эклиптике (или обращения Земли вокруг Солнца), наклона земной оси к плоскости земной орбиты и сохранения направления земной оси в пространстве, что приводит к периодическому изменению условий освещения и обогревания Солнцем земных полушарий. Период смены сезонов года равен тропическому году (т.е. промежутку времени между двумя последовательными прохождениями Солнцем точки весеннего равноденствия), т.к. эти сезоны начинаются в моменты прохождения Солнцем основных точек эклиптики.
б). Существование климатических поясов.
Различают пять климатических поясов на Земле (рис.1.14): два холодных или полярных (обозначены цифрой 1), два умеренных (цифра 2) и один тропический или экваториальный (цифра 3).
Рис. 1.14. Климатические пояса Земли.
На чертеже PN и PS — соответственно северный и южный географические полюсы Земли, qq — земной экватор.
Полярными поясами называют области на Земле, где возможны полярные дни и полярные ночи (т.е. дни и ночи, длящиеся больше 24 часов).
Тропический пояс — это область на Земле, где Солнце может находиться в зените.
В умеренных поясах полярных дней и ночей не бывает и Солнце никогда не проходит зенит.
Границы климатических
поясов Земли проведены по астрономическим
признакам. Границы тропического пояса
называются тропиками
(в северном
полушарии — северный тропик, в южном—
южный тропик) и расположены на
географических параллелях с широтой
соответственно
и
.
Полярные пояса ограничены полярными
кругами
(в северном полушарии — северный полярный
круг, в южном — южный полярный круг),
которые расположены на географических
параллелях с широтой соответственно
и
.
§ 1.11. Суточное движение Солнца на разных широтах
а) Для наблюдателя на северном полюсе Земли ( = 90°) незаходящими светилами являются те, у которых склонение 0, а невосходящими те, у которых < 0 (см. § 1.6).
Положительное склонение у Солнца бывает с 21 марта по 23 сентября, а отрицательное — с 23 сентября по 21 марта. Следовательно, на северном полюсе Земли Солнце приблизительно полгода бывает незаходящим, а полгода — невосходящим светилом. Около 21 марта Солнце здесь появляется над горизонтом (восходит) и вследствие суточного вращения небесной сферы описывает кривые, близкие к окружности и почти параллельные горизонту, поднимаясь с каждым днем все выше и выше. В день летнего солнцестояния (около 22 июня) Солнце .достигает максимальной высоты hmах = =23°26'. После этого Солнце начинает приближаться к горизонту, высота его постепенно уменьшается и после дня осеннего равноденствия (после 23 сентября) оно скрывается под горизонтом (заходит). День, длившийся полгода, кончается и начинается ночь, которая длится также полгода. Солнце, продолжая описывать кривые, почти параллельные горизонту, но под ним, опускается все ниже и ниже, В день зимнего солнцестояния (около 22 декабря) оно опустится под горизонт на высоту hmin = 23°26', а затем снова начнет приближаться к горизонту, высота его будет увеличиваться, и перед днем весеннего равноденствия Солнце снова появится над горизонтом.
Для наблюдателя на южном полюсе Земли ( = 90°) суточное движение Солнца происходит подобным же образом. Только здесь Солнце восходит 23 сентября, а заходит после 21 марта, и поэтому когда на северном полюсе Земли ночь, на южном — день, и наоборот.
б) Для наблюдателя на северном полярном круге ( = 66°34') незаходящими являются светила с 23°26', а невосходящими — с < 23°26'. Следовательно, на северном полярном круге Солнце не заходит в день летнего солнцестояния (в полночь центр Солнца только касается горизонта в точке севера N) и не восходит в день зимнего солнцестояния (в полдень центр солнечного диска только коснется горизонта в точке юга S, а затем снова опустится под горизонт). В остальные дни года Солнце на этой широте восходит и заходит. При этом максимальной высоты в полдень оно достигает в день летнего солнцестояния (hmax = 46°52’), а в день зимнего солнцестояния его полуденная высота минимальна (hmin = 0°).
На южном полярном круге ( = 66°34') Солнце не заходит в день зимнего солнцестояния и не восходит в день летнего солнцестояния.
В местах, лежащих за полярными кругами, Солнце бывает незаходящим или невосходящим светилом тем дольше, чем ближе место к географическим полюсам. По мере приближения к полюсам продолжительность полярных дня и ночи увеличивается.
в) Для наблюдателя на северном тропике ( = 23°26') Солнце всегда является восходящим и заходящим светилом. В день летнего солнцестояния оно в полдень достигает максимальной высоты hmax = 90°, т.е. проходит через зенит. В остальные дни года Солнце в полдень кульминирует к югу от зенита. В день зимнего солнцестояния его минимальная полуденная высота hmin = 43°08'.
На южном тропике ( = 23°26’) Солнце также всегда восходит и заходит. Но на максимальной полуденной высоте над горизонтом (90°) оно бывает в день зимнего солнцестояния, а на минимальной (43°08') — в день летнего солнцестояния. В остальные дни года Солнце в полдень кульминирует здесь к северу от зенита.
В местах, лежащих между тропиками и полярными кругами, Солнце восходит и заходит каждый день года. Полгода здесь продолжительность дня больше продолжительности ночи, а полгода — ночь продолжительнее дня. Полуденная высота Солнца здесь всегда меньше 90° (кроме тропиков) и больше 0° (кроме полярных кругов).
В местах, лежащих между тропиками, Солнце бывает в зените два раза в году, в те дни, когда его склонение равно географической широте места.
г) Для наблюдателя на экваторе Земли ( = 0) все светила, в том числе и Солнце, являются восходящими и заходящими. При этом 12 часов они находятся над горизонтом, a 12 часов — под горизонтом. Следовательно, на экваторе продолжительность дня всегда равна продолжительности ночи. Два раза в году Солнце в полдень проходит в зените (21 марта и 23 сентября).
С 21 марта по 23 сентября Солнце на экваторе кульминирует в полдень к северу от зенита, а с 23 сентября по 21 марта — к югу от зенита. Минимальная полуденная высота Солнца здесь будет равна hmin = 90° — 23° 26' = 66° 34' (22 июня и 22 декабря).