Γιατί εναλλάσσονται οι εποχές του χρόνου
Γιατί έχουμε εποχές; Γιατί εναλλάσσονται η άνοιξη, το καλοκαίρι, το φθινόπωρο και ο χειμώνας; Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι η εναλλαγή καλοκαιριού και χειμώνα οφείλεται στη διαφορετική απόσταση της Γης από τον Ήλιο κατά τη διάρκεια του έτους. Η Γη πράγματι δεν κινείται γύρω από τον Ήλιο σε τέλειο κύκλο. Υπάρχουν στιγμές που η Γη είναι πιο μακριά από τον Ήλιο και άλλες που είναι πιο κοντά. Δες το επόμενο σχήμα:
Βλέπουμε ότι όταν η Γη είναι «πάνω», είναι πιο μακριά από τον Ήλιο παρά όταν είναι «κάτω». Με την πρώτη ματιά φαίνεται λογικό ότι, όταν η Γη είναι πιο μακριά από τον Ήλιο, έχουμε χειμώνα και όταν είναι πιο κοντά, έχουμε καλοκαίρι. Η Γη όμως απέχει περισσότερο από τον Ήλιο γύρω στις πέντε Ιουλίου και λιγότερο γύρω στις τέσσερις Ιανουαρίου – δηλαδή συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο: όταν η Γη απέχει περισσότερο από τον Ήλιο, έχουμε καλοκαίρι, και όταν απέχει λιγότερο, έχουμε χειμώνα.
Ξέρουμε επίσης ότι όταν στο βόρειο ημισφαίριο είναι καλοκαίρι, στο νότιο ημισφαίριο είναι χειμώνας και αντίστροφα. Όταν εμείς στην Ελλάδα κρυώνουμε, στην Αυστραλία έχουν καλοκαίρι. Οι εποχές λοιπόν δεν μπορεί να οφείλονται στη διαφορετική απόσταση της Γης από τον Ήλιο. Αν ήταν έτσι, θα έπρεπε να είναι καλοκαίρι σε ολόκληρο τον πλανήτη, όχι μόνο σε ένα ημισφαίριο.
Επιπλέον, από το σχήμα φαίνεται ότι η απόσταση της Γης από τον Ήλιο αλλάζει δραματικά, στην πραγματικότητα όμως η διαφορά είναι πολύ μικρότερη. Όταν η Γη βρίσκεται στο πλησιέστερο σημείο προς τον Ήλιο, η απόσταση είναι περίπου 147 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Όταν βρίσκεται στο πιο μακρινό, είναι περίπου 152 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Είναι διαφορά περίπου τρία τοις εκατό, που δεν είναι αρκετά μεγάλη διαφορά ώστε να προκαλέσει τόσο μεγάλη αλλαγή του καιρού όση παρατηρούμε ανάμεσα στο καλοκαίρι και στον χειμώνα.
Για όλα φταίει ο άξονας της Γης
Ο άξονας της Γης είναι μια νοητή ευθεία γύρω από την οποία περιστρέφεται η Γη μας. Και αυτός ο άξονας είναι ελαφρά κεκλιμένος σε σχέση με το νοητό επίπεδο στο οποίο η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο. Δες το σχήμα:
Ο άξονας απεικονίζεται με τις λευκές γραμμές πάνω και κάτω, η μαύρη γραμμή που διασχίζει τη Γη δείχνει τον ισημερινό. Αυτός χωρίζει τη Γη σε δύο ημισφαίρια – το νότιο και το βόρειο. Το βέλος κάτω δείχνει τη φορά περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της. Βλέπουμε ότι ο άξονας δεν είναι κατακόρυφος, αλλά ελαφρά κεκλιμένος. Ήδη σε αυτό το σχήμα μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι ο Ήλιος φωτίζει πολύ περισσότερο το νότιο ημισφαίριο παρά το βόρειο. Μπορούμε να προσέξουμε και άλλα πράγματα: στον νότιο πόλο ο Ήλιος λάμπει, ενώ στον βόρειο όχι. Και αυτή η κατάσταση θα διαρκέσει ακόμη πολύ. Φαντάσου ότι πέρασε μία μέρα και η Γη έχει έτσι περιστραφεί γύρω από τον άξονά της. Λόγω του προσανατολισμού της Γης, ο Ήλιος φώτιζε τον νότιο πόλο όλη την ώρα, ο Ήλιος εκεί δεν έδυσε καθόλου! Και αντίθετα – στον βόρειο πόλο σε όλη τη μέρα ο Ήλιος δεν ανέτειλε! Και σε όλη αυτή τη διάρκεια ο Ήλιος φώτιζε πολύ μεγαλύτερο μέρος του νότιου ημισφαιρίου από ό,τι του βόρειου – στο νότιο ημισφαίριο είναι λοιπόν καλοκαίρι και στο βόρειο χειμώνας. Αυτό ταιριάζει με όσα ξέρουμε: τον χειμώνα οι μέρες είναι πιο σύντομες από ό,τι το καλοκαίρι.
Αυτό όμως δεν εξηγεί ακόμη γιατί τον χειμώνα ο Ήλιος είναι πιο «ψυχρός» από ό,τι το καλοκαίρι. Εντάξει, τον χειμώνα ο Ήλιος λάμπει λιγότερο, το ξέρουμε ήδη γιατί – αλλά γιατί ταυτόχρονα δεν ζεσταίνει όπως μας ζεσταίνει το καλοκαίρι; Γι' αυτό φταίει με τη σειρά της η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων.
Η γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτίνων
Φαντάσου έναν τοίχο, πάνω στον οποίο πέφτουν κάθετα ακτίνες φωτός. Και έναν δεύτερο τοίχο, που έχει το ίδιο μήκος, και πάνω του πέφτουν επίσης ακτίνες φωτός, αλλά όχι κάθετα – σε σχέση με τον πρώτο τοίχο ο δεύτερος τοίχος είναι στραμμένος κατά 45 μοίρες:
Βλέπουμε ότι, παρόλο που οι δύο τοίχοι έχουν το ίδιο μήκος και εκτίθενται σε εξίσου ισχυρή πηγή φωτός, στον δεύτερο τοίχο πέφτουν λιγότερες ακτίνες από ό,τι στον πρώτο. Και όχι μόνο αυτό, οι ακτίνες πέφτουν πιο μακριά η μία από την άλλη. Ο δεύτερος τοίχος δεν φωτίζεται λοιπόν τόσο καλά όσο ο πρώτος. Το ίδιο ισχύει και για τις ηλιακές ακτίνες – έχει σημασία με ποια γωνία πέφτουν στο έδαφος. Αν πέφτουν κάθετα, πέφτουν στο έδαφος πολλές, και το αισθανόμαστε ως ζέστη. Αν πέφτουν με μικρότερη γωνία, πέφτουν στο έδαφος λιγότερες ακτίνες, «πιο μακριά η μία από την άλλη», και το αισθανόμαστε ως κρύο. Το ίδιο συμβαίνει και στη Γη:
Όλες οι ακτίνες που πέφτουν κάθετα στο έδαφος, πέφτουν στο νότιο ημισφαίριο. Στο νότιο ημισφαίριο πέφτουν λοιπόν περισσότερες ακτίνες του Ήλιου ανά τετραγωνικό μέτρο, και γι' αυτό εκεί κάνει πιο πολλή ζέστη από ό,τι στο βόρειο ημισφαίριο, στο οποίο μεν πέφτουν ακτίνες, αλλά πέφτουν με μικρότερη γωνία και επομένως πέφτουν εκεί λιγότερες. Γι' αυτό και βόρεια από τη χώρα μας κάνει συνήθως πιο κρύο και νότια από εμάς συνήθως πιο ζέστη. Βόρεια από εμάς οι ακτίνες του Ήλιου πέφτουν με μικρότερη γωνία και έτσι πέφτουν εκεί λιγότερες από όσες πέφτουν σε εμάς.
