Dlaczego zmieniają się pory roku
Dlaczego mamy pory roku? Dlaczego po sobie następują wiosna, lato, jesień i zima? Wiele osób wierzy, że zmiana lata i zimy wynika z różnej odległości Ziemi od Słońca w ciągu roku. Ziemia rzeczywiście nie krąży wokół Słońca po idealnym okręgu. Są chwile, gdy Ziemia jest od Słońca dalej, a bywa, że bliżej. Zobacz poniższy rysunek:
Widzimy, że gdy Ziemia jest „na górze”, jest dalej od Słońca niż wtedy, gdy jest „na dole”. Na pierwszy rzut oka wydaje się więc logiczne, że gdy Ziemia jest dalej od Słońca, mamy zimę, a gdy bliżej, mamy lato. Ziemia jest jednak najdalej od Słońca około 5 lipca, a najbliżej około 4 stycznia – czyli jest dokładnie na odwrót: gdy Ziemia jest najdalej od Słońca, mamy lato, a gdy jest najbliżej, mamy zimę.
Wiemy też, że gdy na półkuli północnej jest lato, na półkuli południowej jest zima, i na odwrót. Gdy u nas w Polsce marzniemy, w Australii mają lato. Pory roku nie mogą więc wynikać z różnej odległości Ziemi od Słońca. Gdyby tak było, lato musiałoby być na całej planecie, a nie tylko na jednej półkuli.
Z rysunku można ponadto odnieść wrażenie, że odległość Ziemi od Słońca zmienia się dramatycznie, w rzeczywistości jednak różnica jest znacznie mniejsza. Gdy Ziemia jest najbliżej Słońca, odległość wynosi około 147 milionów kilometrów. Gdy jest najdalej, jest to około 152 milionów kilometrów. To różnica rzędu trzech procent, a to za mało, aby spowodować tak wielką zmianę pogody, jaką obserwujemy między latem a zimą.
Za wszystko odpowiada oś Ziemi
Oś Ziemi to wyobrażona prosta, wokół której obraca się nasza planeta. Ta oś jest lekko odchylona względem wyobrażonej płaszczyzny, po której Ziemia krąży wokół Słońca. Spójrz na rysunek:
Oś jest zaznaczona białymi kreskami u góry i u dołu, a czarna linia w poprzek Ziemi oznacza równik. Dzieli on Ziemię na dwie półkule – południową i północną. Strzałka na dole pokazuje kierunek obrotu Ziemi wokół osi. Widzimy, że oś nie jest pionowa, tylko lekko odchylona. Już na tym rysunku możemy zauważyć, że Słońce świeci znacznie bardziej na półkulę południową niż na północną. Możemy też dostrzec inne rzeczy: na biegun południowy Słońce świeci, a na północny nie. I ten stan potrwa jeszcze długo. Wyobraź sobie, że minęła doba i Ziemia obróciła się wokół swojej osi. Ze względu na nachylenie osi Ziemi Słońce świeciło na biegun południowy przez cały czas, w ogóle tam nie zaszło! A na biegunie północnym przez całą dobę Słońce nie wzeszło! I przez cały ten czas Słońce oświetlało znacznie większą część półkuli południowej niż północnej – na półkuli południowej jest więc lato, a na północnej zima. To zgadza się z tym, co znamy: zimą dni są krótsze niż latem.
To jednak jeszcze nie tłumaczy, dlaczego zimą Słońce jest „zimniejsze” niż latem. Dobrze, zimą Słońce świeci krócej, już wiemy dlaczego – ale dlaczego jednocześnie nie grzeje tak, jak grzeje nas latem? Odpowiada za to znów kąt padania promieni.
Kąt padania promieni słonecznych
Wyobraź sobie ścianę, na którą promienie światła padają prostopadle. I drugą ścianę, tak samo długą, na którą też padają promienie światła, ale nie prostopadle – w porównaniu z pierwszą ścianą druga ściana jest obrócona o 45 stopni:
Widzimy, że chociaż obie ściany są tak samo długie i są wystawione na tak samo silne źródło światła, na drugą ścianę pada mniej promieni niż na pierwszą. I nie tylko to, promienie padają dalej od siebie. Druga ściana nie jest więc tak dobrze oświetlona jak pierwsza. To samo dotyczy promieni słonecznych – zależy, pod jakim kątem padają na ziemię. Jeśli padają prostopadle, pada ich na ziemię dużo, co odczuwamy jako ciepło. Jeśli padają pod mniejszym kątem, na ziemię pada ich mniej, „dalej od siebie”, i odczuwamy to jako chłód. To samo dzieje się na Ziemi:
Wszystkie promienie, które padają na ziemię prostopadle, padają na półkulę południową. Na półkulę południową pada więc więcej promieni Słońca na metr kwadratowy, przez co jest tam cieplej niż na półkuli północnej, na którą wprawdzie też padają promienie, ale pod mniejszym kątem, więc pada ich mniej. Dlatego też na północ od Polski jest raczej chłodniej, a na południe od nas raczej cieplej. Na północ od nas promienie Słońca padają pod mniejszym kątem i pada ich tam mniej niż u nas.