Miksi vuodenajat vaihtuvat
Miksi vuodenajat ovat olemassa? Miksi kevät, kesä, syksy ja talvi vaihtuvat? Monet uskovat, että kesän ja talven vaihtelu johtuu siitä, että Maan etäisyys Auringosta vaihtelee vuoden aikana. Maa ei nimittäin kierrä Aurinkoa täydellisellä ympyrän kehällä. On hetkiä, jolloin Maa on kauempana Auringosta, ja toisia, jolloin se on lähempänä. Katso seuraavaa kuvaa:
Nähdään, että kun Maa on ”ylhäällä”, se on kauempana Auringosta kuin silloin, kun se on ”alhaalla”. Ensi silmäyksellä vaikuttaa järkevältä, että kun Maa on kauempana Auringosta, on talvi, ja kun se on lähempänä, on kesä. Maa on kuitenkin kauimpana Auringosta noin 5. heinäkuuta ja lähimpänä noin 4. tammikuuta – eli asia on täsmälleen päinvastoin: kun Maa on kauimpana Auringosta, on kesä, ja kun se on lähimpänä, on talvi.
Tiedetään myös, että kun pohjoisella pallonpuoliskolla on kesä, eteläisellä pallonpuoliskolla on talvi ja päinvastoin. Kun Suomessa on pakkasta, Australiassa on kesä. Vuodenaikoja ei siis voi aiheuttaa Maan vaihteleva etäisyys Auringosta. Jos niin olisi, koko planeetalla olisi kesä, ei vain toisella pallonpuoliskolla.
Kuvasta lisäksi vaikuttaa siltä, että Maan etäisyys Auringosta muuttuu dramaattisesti, mutta todellisuudessa ero on paljon pienempi. Kun Maa on lähimpänä Aurinkoa, etäisyys on noin 147 miljoonaa kilometriä. Kun se on kauimpana, etäisyys on noin 152 miljoonaa kilometriä. Ero on noin kolmen prosentin luokkaa, mikä ei ole riittävän suuri, jotta se aiheuttaisi niin suuren sään muutoksen kuin kesän ja talven välillä havaitaan.
Kaikki johtuu Maan akselista
Maan akseli on kuviteltu suora, jonka ympäri Maa pyörii. Tämä akseli on hieman kallellaan sen kuvitellun tason suhteen, jota pitkin Maa kiertää Aurinkoa. Katso kuvaa:
Akseli on esitetty kuvassa ylhäällä ja alhaalla olevilla valkoisilla viivoilla, ja Maan poikki kulkeva musta viiva merkitsee päiväntasaajaa. Se jakaa Maan kahteen pallonpuoliskoon – eteläiseen ja pohjoiseen. Alhaalla oleva nuoli osoittaa Maan pyörimissuunnan akselin ympäri. Nähdään, että akseli ei ole pystysuora vaan hieman kallellaan. Jo tästä kuvasta voi huomata, että Aurinko paistaa paljon enemmän eteläiselle kuin pohjoiselle pallonpuoliskolle. Voi huomata muitakin asioita: etelänapaan Aurinko paistaa, mutta pohjoisnapaan ei. Ja tämä tilanne jatkuu vielä pitkään. Kuvittele, että on kulunut yksi vuorokausi ja Maa on siis pyörähtänyt akselinsa ympäri. Maan kallistuksen vuoksi Aurinko paistoi etelänavalle koko ajan, Aurinko ei laskenut siellä lainkaan! Ja päinvastoin – pohjoisnavalla Aurinko ei noussut koko vuorokauden aikana! Ja koko ajan Aurinko valaisi paljon suuremman osan eteläistä kuin pohjoista pallonpuoliskoa – eteläisellä pallonpuoliskolla on siis kesä ja pohjoisella talvi. Tämä sopii siihen, minkä tiedetään: talvella päivät ovat lyhyempiä kuin kesällä.
Tämä ei kuitenkaan vielä selitä, miksi Aurinko on talvella ”kylmempi” kuin kesällä. Hyvä, talvella Aurinko paistaa vähemmän aikaa, tiedetään jo miksi – mutta miksi se ei samalla lämmitä yhtä paljon kuin kesällä? Siitä taas vastaa säteiden tulokulma.
Auringonsäteiden tulokulma
Kuvittele seinä, johon valonsäteet osuvat kohtisuorasti. Ja toinen seinä, joka on yhtä pitkä ja johon myös osuu valonsäteitä, mutta ei kohtisuorasti – ensimmäiseen seinään verrattuna toinen seinä on kierretty 45 astetta:
Nähdään, että vaikka seinät ovat yhtä pitkiä ja yhtä voimakkaan valonlähteen valaisemia, toiseen seinään osuu vähemmän säteitä kuin ensimmäiseen seinään. Eikä vain se, säteet osuvat kauemmas toisistaan. Toinen seinä ei siis ole yhtä hyvin valaistu kuin ensimmäinen seinä. Sama pätee auringonsäteisiin – sillä on merkitystä, missä kulmassa ne osuvat maahan. Jos ne osuvat kohtisuorasti, maahan osuu paljon säteitä, mikä tuntuu lämpönä. Jos ne osuvat pienemmässä kulmassa, maahan osuu vähemmän säteitä, ”kauempana toisistaan”, ja se tuntuu kylmyytenä. Sama tapahtuu Maassa:
Kaikki säteet, jotka osuvat maahan kohtisuorasti, osuvat eteläiselle pallonpuoliskolle. Eteläiselle pallonpuoliskolle osuu siis enemmän Auringon säteitä neliömetriä kohden, minkä vuoksi siellä on lämpimämpää kuin pohjoisella pallonpuoliskolla, jolle säteitä kyllä osuu, mutta pienemmässä kulmassa ja siksi niitä osuu vähemmän. Siksi myös Suomesta pohjoiseen on yleensä kylmempää ja etelään päin lämpimämpää. Pohjoiseen päin Auringon säteet osuvat pienemmässä kulmassa, ja niitä osuu siksi vähemmän kuin Suomeen.
