Sebab berlakunya pertukaran musim
Mengapakah terdapat musim? Mengapakah musim bunga, musim panas, musim luruh dan musim sejuk silih berganti di kebanyakan negara di luar kawasan tropika? Ramai orang percaya bahawa pertukaran antara musim panas dengan musim sejuk disebabkan oleh perubahan jarak antara Bumi dengan Matahari sepanjang tahun. Bumi memang tidak mengelilingi Matahari dalam bulatan yang sempurna. Ada ketikanya Bumi lebih jauh dari Matahari, dan ada ketikanya Bumi lebih dekat. Lihat rajah berikut:
Kita lihat bahawa apabila Bumi berada “di atas”, Bumi lebih jauh dari Matahari berbanding ketika Bumi berada “di bawah”. Pada pandangan pertama, nampaknya munasabah bahawa musim sejuk berlaku apabila Bumi lebih jauh dari Matahari dan musim panas berlaku apabila Bumi lebih dekat. Namun, Bumi berada paling jauh dari Matahari sekitar 5 Julai dan paling dekat sekitar 4 Januari — jadi keadaannya terbalik: di hemisfera utara, musim panas berlaku ketika Bumi paling jauh dari Matahari, dan musim sejuk berlaku ketika Bumi paling dekat.
Kita juga tahu bahawa apabila hemisfera utara mengalami musim panas, hemisfera selatan mengalami musim sejuk, dan sebaliknya. Apabila salji turun di Eropah, Australia sedang mengalami musim panas. Jadi, musim tidak mungkin disebabkan oleh perubahan jarak antara Bumi dengan Matahari. Jika demikian, musim panas akan berlaku di seluruh planet, bukan hanya di satu hemisfera.
Selain itu, rajah tersebut menunjukkan seolah-olah jarak antara Bumi dengan Matahari berubah dengan ketara, tetapi sebenarnya perbezaannya jauh lebih kecil. Apabila Bumi paling dekat dengan Matahari, jaraknya kira-kira 147 juta kilometer. Apabila Bumi paling jauh, jaraknya kira-kira 152 juta kilometer. Perbezaannya hanya kira-kira tiga peratus. Perbezaan ini tidak cukup besar untuk menyebabkan perubahan cuaca sebesar yang kita perhatikan antara musim panas dengan musim sejuk.
Puncanya ialah paksi Bumi
Paksi Bumi ialah garis lurus khayalan yang menjadi paksi putaran Bumi. Paksi ini sedikit condong berbanding satah khayalan yang dilalui oleh Bumi semasa mengelilingi Matahari. Lihat rajah ini:
Paksi ditunjukkan oleh garis putih di bahagian atas dan bawah, manakala garis hitam yang merentasi Bumi menunjukkan khatulistiwa. Khatulistiwa membahagikan Bumi kepada dua hemisfera — hemisfera selatan dan hemisfera utara. Anak panah di bawah menunjukkan arah putaran Bumi pada paksinya. Kita lihat bahawa paksi itu tidak menegak, tetapi sedikit condong. Daripada rajah ini sahaja, kita sudah dapat melihat bahawa Matahari menyinari hemisfera selatan jauh lebih banyak berbanding hemisfera utara. Kita juga dapat melihat perkara lain: Matahari menyinari kutub selatan, tetapi tidak menyinari kutub utara. Keadaan ini akan berterusan untuk tempoh yang lama. Bayangkan satu hari telah berlalu, jadi Bumi telah berputar sekali pada paksinya. Disebabkan kecondongan Bumi, Matahari menyinari kutub selatan sepanjang masa — Matahari langsung tidak terbenam di situ! Sebaliknya, di kutub utara, Matahari tidak terbit sepanjang hari! Sepanjang masa itu, Matahari menyinari bahagian hemisfera selatan yang jauh lebih besar berbanding hemisfera utara — jadi hemisfera selatan mengalami musim panas, manakala hemisfera utara mengalami musim sejuk. Hal ini sepadan dengan apa yang kita ketahui: pada musim sejuk, waktu siang lebih pendek berbanding musim panas.
Namun, hal ini belum menjelaskan mengapa Matahari lebih “sejuk” pada musim sejuk berbanding musim panas. Baiklah, pada musim sejuk Matahari bersinar untuk tempoh yang lebih singkat, dan kita sudah tahu sebabnya — tetapi mengapakah Matahari juga tidak memanaskan kita sekuat pada musim panas? Puncanya ialah sudut tuju sinaran.
Sudut tuju sinaran Matahari
Bayangkan sebuah dinding yang menerima sinaran cahaya secara serenjang. Bayangkan juga dinding kedua yang sama panjang dan juga menerima sinaran cahaya, tetapi tidak secara serenjang — dinding kedua ini diputar 45 darjah berbanding dinding pertama:
Kita lihat bahawa walaupun kedua-dua dinding sama panjang dan disinari oleh sumber cahaya yang sama kuat, sinaran yang jatuh pada dinding kedua lebih sedikit berbanding dinding pertama. Bukan itu sahaja, sinaran itu juga jatuh lebih jauh antara satu sama lain. Jadi, dinding kedua tidak disinari sebaik dinding pertama. Hal yang sama berlaku pada sinaran Matahari — sudut sinaran itu jatuh ke permukaan bumi memainkan peranan penting. Jika sinaran jatuh secara serenjang, banyak sinaran sampai ke permukaan bumi dan kita berasa panas. Jika sinaran jatuh pada sudut yang lebih kecil, sinaran yang sampai ke permukaan bumi lebih sedikit dan “lebih jarang”, dan kita berasa sejuk. Hal yang sama berlaku pada Bumi:
Semua sinaran yang jatuh secara serenjang ke permukaan bumi jatuh di hemisfera selatan. Jadi, hemisfera selatan menerima lebih banyak sinaran Matahari bagi setiap meter persegi. Oleh sebab itu, hemisfera selatan lebih panas berbanding hemisfera utara, yang juga menerima sinaran, tetapi pada sudut yang lebih kecil, jadi sinaran yang sampai ke sana lebih sedikit. Atas sebab yang sama, semakin jauh sesuatu tempat dari khatulistiwa, semakin sejuk biasanya tempat itu, kerana sinaran Matahari jatuh di situ pada sudut yang lebih kecil. Malaysia pula terletak berhampiran khatulistiwa, maka sinaran Matahari jatuh hampir serenjang sepanjang tahun dan suhu tidak banyak berubah. Oleh itu, Malaysia tidak mempunyai empat musim, dan cuacanya lebih dipengaruhi oleh angin monsun, terutamanya Monsun Timur Laut yang membawa hujan lebat dari November hingga Mac.