Стабильность смены сезонов на Земле

Времена года (сезоны) отличаются не только температурой, но и продолжительностью дня и ночи. Эти отличия обусловлены различием дуг, описываемых Солнцем на небосводе: летом Солнце в полдень поднимается значительно выше, чем зимой (в приполярных областях оно вообще не заходит за горизонт – наступают ²белые² ночи). Почему же траектория Солнца на небосводе изменяется в течение года?

А дело в том, что земная ось отклонена от нормали к плоскости орбиты вращения Земли вокруг Солнца примерно на 23^о30¢. О причинах возникновения этого наклона нет единого мнения. Вероятно, это произошло в процессе формирования Земли под влиянием внешнего ударного импульса. Но замечательно то, что возникший после удара наклон оси не изменился за 4,5 миллиарда лет существования Земли. В чём же причина такой необыкновенной стабильности?

Ну, конечно же, в законе сохранения момента импульса. Земля, являясь изолированным вращающимся вокруг своей оси шаром, подобно юле, сохраняет направление оси вращения. За 1 год Земля оборачивается по эллиптической орбите вокруг Солнца, при этом угол падения солнечных лучей на поверхность земного шара в данной точке в определённое время суток изменяется от максимального 22 декабря до минимального 22 июня. Когда Земля находится на ближайшем расстоянии от Солнца (в перигелии), Северный полюс отклонён от Солнца и находится в тени (на нём - полугодовая полярная ночь). При этом солнечные лучи в Северном полушарии падают на поверхность под большим наклоном, тепла мало, стоит зима (энергия, доставляемая лучами на поверхность, пропорциональна косинусу угла их падения). Через полгода Земля находится в наиболее удалённой от Солнца точке (в афелии), Северный полюс наклонён к Солнцу (стоит полугодовой полярный день), в Северном полушарии лучи падают почти отвесно, стоит лето.

Годовое изменение угла падения солнечных лучей на Землю.

Вследствие различия расстояний Земли от Солнца в течение года количество солнечного тепла, получаемого земной поверхностью в данной точке, также изменяется. Однако эти изменения настолько незначительны, что маскируются метеорологическими процессами, происходящими на Земле.

Эллиптичность земной орбиты (отличие её от круга) приводит к различию продолжительности сезонов, поскольку линии солнцестояний и равноденствий делят орбиту на четыре неравные части, для прохождения которых требуется, при почти неизменной скорости движения Земли (»30 км/с), неодинаковое время. Так, в Северном полушарии астрономическое лето длится 93,6, а зима – 89,0 суток.