每时每刻,地球都在围绕着太阳公转,由于地球具备一个椭圆的公转轨道,因此在围绕太阳公转的过程中,地球与太阳的距离并不是恒定的,有时候地球会离太阳远一些,有些时候会离太阳近一些。
对于生活在地球上的我们而言,地球每公转一圈,我们就度过了一年,也经历了一次四季的轮回,按常理来讲,地球上的温度应该是距离太阳越近就越热,越远就越冷,所以一个合理的推测就是,当炎热的夏天来临之时,地球应该离太阳更近一些才对。
但实际情况似乎并非如此,因为地球会在每年7月初的时候运行到远日点,而这个时候我们却正在过夏天,那么问题就来了,为什么地球离太阳远的时候,我们却在过夏天?不是该越远越冷吗?下面我们就来聊一个这个话题。
根据平方反比定律,太阳的辐射强度与距离的平方成反比,已知地球公转轨道的近日点与太阳的距离约为1.52亿公里,远日点与太阳距离约为1.47亿公里,简单计算后可以得出,地球表面单位面积在远日点和远日点所能接收到的太阳能量差约为6.4%。
从这一点来看,在地球离太阳远的时候,地球的温度确实应该更低一些,然而影响地球温度的还有一个重要的因素,那就是太阳光在地球表面的入射角度,为了说明这一点,我们可以拿常见的手电筒来举个例子。
如果我们打开一个手电筒,然后让手电筒发出的光线照射在墙壁上,那么墙壁上就会出现一个光斑,此时我们通过调整光线在墙面的入射角度,就可以改变这个光斑的面积和亮度。
简单实验一下就可以知道,当光线与墙面垂直的时候,光斑的面积最小,其亮度也最高,而随着光线的倾斜度的增加,光斑的面积就越大,亮度也就越低。
由此可见,光斑的单位面积所接收到的光与手电筒发出的光线在墙面上的入射角度密切相关,光线倾斜度越小,光斑单位面积所接收到的光就越多,而在光线直射墙面的时候,光斑单位面积所接收到的光就最多。
现在我们不妨将太阳想象成一个超大号的手电筒,那么在地球表面的不同区域,太阳光的入射角度就会出现不同。为什么呢?因为地球是一个球体。
同样的道理,地球表面上太阳光的直射区域,其单位面积所接收到的太阳能量也就最多,温度也最高,而在其他的区域中,太阳光倾斜度越大,地球表面单位面积所接收到的太阳能量就越少,其温度也会随之降低。
由于地球的自转轴相对于黄道面(即地球公转轨道所在的平面)有一个大约23°26′的轴向倾角,这就导致了地球表面上太阳光的直射区域会随着地球的公转而在南北方向上发生来回移动。
我们将太阳光能够直射在地球表面上最北和最南的界限分别称为“北回归线”(大约在北纬23°26′)和“南回归线”(大约在南纬23°26′),也就是说,在一年之中,太阳光的直射区域会在这两个界限之间来回移动,在这种情况下,对于地球表面的某一个特定区域来讲,其单位面积所接收到的太阳能量就会发生变化。
根据纬度的不同,这种变化的程度也不一样,而在“北回归线”和“南回归线”附近,这种变化的程度可以高达50%左右,相比之下,地球表面单位面积在远日点和远日点所能接收到的太阳能量差仅为6.4%左右,而这也就意味着,真正决定地球表面温度的,其实是太阳光的入射角度。
对于生活在北半球的我们而言,地球离太阳远(也就是位于远日点附近)的时候,太阳光的直射区域其实在“北回归线”附近,在这种情况下,北半球的地表单位面积接收到的太阳能量就更多,温度也就更高,于是我们就在过夏天。
在抵达“北回归线”之后,太阳光的直射区域就会开始向南移动,北半球的温度也会因此而逐渐下降,当其移动到赤道附近的时候,我们就在过秋天,移动到“南回归线”附近时,我们就在过冬天,而当太阳光的直射区域再次北移到赤道附近时,我们就在过春天,然后又是夏天,如此周而复始。
是的,这就是地球上存在一年四季的原因,需要指出的是,对于生活在南半球的人类来讲,当太阳光的直射区域位于“南回归线”附近的时候,才是他们的夏天,也就是说,南半球的四季变化的情况正好与北半球相反。
至于地球表面赤道附近区域,则因为一年之中会经历两次太阳光的直射,并且在太阳光的直射区域离开赤道的时候,也不会离开赤道太远,因此在赤道附近区域的温度基本上全年都比较高,没有明显的四季之分。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。
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