4.6. Річний рух Землі та його наслідки

Земля рухається навколо Сонця за орбітою, яка мало відрізняється від кола. Ексцентриситет земної орбіти становить 0,017, середній радіус — 149,6 млн км. Сонце знаходиться в одному з фокусів еліп­соїдальної орбіти. Земля наближається до нього в перигелії (най­ближчій до Сонця точці орбіти) на 147 млн км і віддаляється в афелії (найбільш віддаленій точці) на 152 млн км. У перигелії Зем­ля буває на початку січня, а в афелії — на початку липня. Тому в липні Земля одержує сонячного випромінювання на 3,4 % менше, а в січні — на 3,4 % більше, ніж в середньому щоденно протягом року.

Всю орбіту Земля проходить за 365 діб 6 год 9,6 с. Середня орбі­тальна швидкість Землі дорівнює 29,8 км/с. Річний рух Землі на­вколо Сонця можна спостерігати за безперервною зміною положен­ня Сонця на небі: змінюється полуденна висота Сонця і зсовуються місця його сходу і заходу. Видимий річний шлях Сонця — велике коло на небесній сфері — називається екліптикою.

Земля

Одним з наслідків руху Землі за еліптичною орбітою є різна три­валість пір року. Це явище пояснюється законом Кеплера: радіус-вектор Землі (пряма, що з'єднує центри Землі і Сонця) при її річно­му русі за один і той самий час описує однакові за величиною площі. Оскільки орбіта — еліпс, то однакові за площею сектори мають різні дуги (рис. 11), проходження яких за той самий час потребує різних швидкостей. Чим ближче Земля до Сонця, тим швидше рухається вона по орбіті.

Земля

Рис. 11. Пояснення нерівності пір року

Розрахунки показали, що в афелії Земля рухається зі швидкістю 29,3 км/с, в перигелії — 30,3 км/с. З цього видно, що літо в Північній півкулі — найдовша пора року, зима — найкоротша; перевищення становить 7 діб 14 год. У Південній півкулі — навпаки: довша хо­лодна пора року на ту саму кількість діб.

Річний рух Землі в Сонячній системі і нерівномірний розподіл тепла регулюють чергування пір року на нашій планеті. Земна вісь нахилена до екліптики під кутом 6б°33', Тому в різні періоди річно­го циклу неоднакова кількість сонячної енергії досягає Північної та Південної півкуль. Так, у грудні переважна кількість сонячного ви­промінювання попадає на більш освітлену площу Південної півкулі. В той самий час у Північній півкулі відбувається зниження темпе­ратури внаслідок зменшення кута падіння сонячних променів, що і знаменує собою настання зими. В цей період значні простори навко­ло Північного полюса постійно перебувають у темряві, тут панує по­лярна ніч. А за південним полярним колом настає полярний день. Сонячні промені, які досягають району Південного полюсу під дуже малим нахилом, приводять тут до слабкого потепління, а точніше — до послаблення морозів.

Протилежне співвідношення в положенні земної осі і розподілі тепла на поверхні планети створюється через шість місяців, тобто в липні. У цей період північні тропічні широти Землі освітлені опівдні майже прямими сонячними променями, а на Південну півкулю вони падають косо. Внаслідок цього розподіл температур діаметрально змінюється: у Північній півкулі настає літо, а у Південній — зима. На півшляху між літнім і зимовим положеннями промені Сон­ця падають прямовисне на екватор. Це — час весняного (21 березня) і осіннього (23 вересня) рівнодень з помірними температурами в Північній і Південній півкулях, коли день і ніч мають однакову три­валість у всьому світі (рис. 12).

22.VI 21.ІІІ 24.ХІ

23.IX

Рис. 12. Річний рух Землі

З нахилом земної вісі пов'язана наявність таких характерних паралелей, як тропіки і полярні кола. Тропіки — це паралелі на 23,5° широти. Тропіки є границями зенітального положення Сонця опівдні в дні сонцестоянь: 22 червня воно перебуває в зеніті над північним тропіком (Козерога), а 22 грудня — над південним (Рака). Полярні кола — паралелі на 66,5^е широти. Полярні кола е межами поширення полярного дня і полярної ночі. У полярний день (ніч) Сонце протягом доби і більше не заходить (не сходить). Тривалість полярного дня (ночі) закономірно зростає з широтою місця від І доби (полярне коло) до півроку (полюс).

Якби вісь Землі не була нахилена до екліптики, на Землі було б завжди рівнодення при повній відсутності змін пір року. Щоправда, й тепер пори року існують не скрізь і мають неоднакову тривалість. У широкій міжтропічній смузі різниця в тривалості дня і ночі неве­лика, і сюди круглий рік надходить майже однакова кількість те­пла. За полярними колами існують фактично тільки літо і зима, які відповідають довготривалим дню і ночі. Тільки в помірних широтах всі пори року виражені чітко, проте і тут їх тривалість різна. В областях з морським кліматом весна і осінь тривають довго, а там, де клімат континентальний — значно менше.

Тривалість пір року на Землі не залишається постійною. Причи­ни змін зумовлені явищами прецесії, тобто рухом земної осі за кру­говою конічною поверхнею. Прецесія є результатом неоднакового притягання Сонцем і Місяцем Землі в різних їх частинах. Земля внаслідок її полярної сплюснутості має деякий надлишок маси в екваторіальному поясі. Площина екватора, як відомо, не збігається з площиною земної орбіти, тобто з площиною, в якій знаходиться Сон­це. Сонце притягує ближче розташовану до нього частину екваторі­ального потовщення Землі сильніше, ніж протилежну, намагаючись повернути площину земного екватора до площини екліптики. Але Земля як тіло, що обертається, протистоїть цьому впливу, тому по­лярні осі дуже повільно описують у просторі конуси з вершиною в центрі Землі. Нахил земної осі до екліптики при цьому не змінюється.