Обертання Землі навколо Сонця. Пори року

Шлях, по якому Земля рухається навколо Сонця, називається орбітою. Орбіта має форму близьку до еліпса, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце (рис.8). Тому віддаль між Землею і Сонцем протя­гом року змінюється. Найближче до Сонця Земля буває 4 січня (пери­гелій). В цей час віддаль до Сонця становить 147 млн. км. Найдальше від Сонця Земля буває 6 липня на віддалі 152 млн. км (афелій).

При середній швидкості 29,76 км/с Земля проходить весь шлях (939,12 млн. км) за 365 діб 6 год. 3,6 с. Цей період називається зоряним (сидеричним) роком. В афелії швидкість руху Землі зменшується до 29,3 км/с, у перигелії зростає до 30,3 км/с.

Час між двома послідовними проходженнями Сонця через точку весняного рівнодення називається тропічним роком. Тривалість його становить 365 діб 5 год. 48 хв. 46 с.

Вісь обертання Землі під час руху її навколо Сонця залишається паралельною сама собі. Крім того, зміна схилення Сонця протягом року в межах від +23⁰27' (момент літнього сонцестояння) до —23⁰27' (момент зимового сонцестояння) свідчить, що вісь обертання Землі нахилена до площини орбіти під кутом 66⁰33'. Наслідком руху Землі навколо Сонця, нахилу осі обертання до площини орбіти і постійності цього нахилу є регулярна зміна пір року на Землі, нерівномірність тривалості дня і ночі, річний цикл в географічній оболонці, зокрема в органічному світі та ін.

Коли Сонце переміщається з південної частини зоряного неба в північну і проходить через точку весняного рівнодення, то вісь обертання Землі лежить на площині круга, що розділяє освітлену і темну частину земної кулі. Тривалість дня на всій поверхні дорівнює ночі (за винятком полярних областей). Це припадає на 21 березня – день весняного рівнодення. Далі Сонце поступово переміщується в північній частині неба, де схилення його додатні і 22 червня вісь Землі з площиною круга, що розділяє освітлену і темну частину Землі складає 23⁰27'. У цей час в середніх широтах день найдовший – день літнього сонцестояння. Схилення Сонця має найбільше значення d= 23⁰27'. Після 22 червня схилення Сонця поступово зменшується і воно наближається до екватора. 23 вересня Сонце проходить через точку осіннього рівнодення і переходить в південну частину неба. 22 грудня вісь Землі розташовується так само, як і 22.06, але схилення стає мінімальним —23⁰27' Тривалість дня найменша – день зимового сонцестояння.

Положення Землі та її осі обертання по відношенню до напряму сонячних променів у дні рівнодень і в дні сонцестоянь різне.

Кут між напрямом сонячних променів і нормаллю до горизонталь­ної площадки, на поверхні Землі в дні літнього сонцестояння f₁ = j-e, де e – нахил екліптики до екватора. У дні рівнодень він становить f₂ = j в день зимового сонцестояння f₃ = j+e. Згідно фізичних законів величина променевого потоку F, що падає на площадку, пропорційна cos кута між напрямом променів і нормаллю до площадки: F=F₀×cosi, де F_{0 –} величина потоку, що падає перпендикулярно на площадку.

В день літнього сонцестояння F₁ = F₀ cos (j-e)

—"- зимового —"- F₃ = F₀ cos (j+e)

—"- рівнодень —"- F₂ = F₀ cos j.

Отже, протягом року площадка на поверхні Землі в залежності від широти одержить різну кількість тепла.

Потік променевої енергії, що падає на Землю, змінюється також пропорційно квадрату віддалі від Сонця, але ці зміни не відіграють істотної ролі в зміні пір року на Землі, бо орбіта Землі мало відрізняється від кола.

Ступінь витягнутості земної орбіти як і будь-якого еліпса c характеризується величиною його ексцентриситету l= < 1, де с — фокальний радіус (OF або ОF₁); а – велика піввісь еліпса . Ексцентриситет земної орбіти l= (0,017).

У перигелії Земля отримує всього на 7% більше тепла ніж в афелії.

З нахилом осі обертання Землі до площини своєї орбіти пов'язаний також розподіл теплових поясів на Землі.

Коли Сонце знаходиться в точці літнього сонцестояння, то більша частина його шляху проходить над горизонтом.

Коли Сонце знаходиться в точці зимового сонцестояння, тоді більша частина його добового шляху знаходиться під горизонтом. Тривалість дня в цей день мінімальна.

Рис.8. Річний рух Землі