為什麼地球離太陽遠的時候,我們卻在過夏天?不是該越遠越冷嗎?

天空之城 2022/07/23 檢舉 我要評論

每時每刻,地球都在圍繞著太陽公轉,由于地球具備一個橢圓的公轉軌道,因此在圍繞太陽公轉的過程中,地球與太陽的距離并不是恒定的,有時候地球會離太陽遠一些,有些時候會離太陽近一些。

對于生活在地球上的我們而言,地球每公轉一圈,我們就度過了一年,也經歷了一次四季的輪回,按常理來講,地球上的溫度應該是距離太陽越近就越熱,越遠就越冷,所以一個合理的推測就是,當炎熱的夏天來臨之時,地球應該離太陽更近一些才對。

但實際情況似乎并非如此,因為地球會在每年7月初的時候運行到遠日點,而這個時候我們卻正在過夏天,那麼問題就來了,為什麼地球離太陽遠的時候,我們卻在過夏天?不是該越遠越冷嗎?下面我們就來聊一個這個話題。

根據平方反比定律,太陽的輻射強度與距離的平方成反比,已知地球公轉軌道的遠日點與太陽的距離約為1.52億公里,近日點與太陽距離約為1.47億公里,簡單計算后可以得出,地球表面單位面積在遠日點和近日點所能接收到的太陽能量差約為6.4%。

從這一點來看,在地球離太陽遠的時候,地球的溫度確實應該更低一些,然而影響地球溫度的還有一個重要的因素,那就是太陽光在地球表面的入射角度,為了說明這一點,我們可以拿常見的手電筒來舉個例子。

如果我們打開一個手電筒,然后讓手電筒發出的光線照射在墻壁上,那麼墻壁上就會出現一個光斑,此時我們通過調整光線在墻面的入射角度,就可以改變這個光斑的面積和亮度。

簡單實驗一下就可以知道,當光線與墻面垂直的時候,光斑的面積最小,其亮度也最高,而隨著光線的傾斜度的增加,光斑的面積就越大,亮度也就越低。

由此可見,光斑的單位面積所接收到的光與手電筒發出的光線在墻面上的入射角度密切相關,光線傾斜度越小,光斑單位面積所接收到的光就越多,而在光線直射墻面的時候,光斑單位面積所接收到的光就最多。

現在我們不妨將太陽想象成一個超大號的手電筒,那麼在地球表面的不同區域,太陽光的入射角度就會出現不同。為什麼呢?因為地球是一個球體。

同樣的道理,地球表面上太陽光的直射區域,其單位面積所接收到的太陽能量也就最多,溫度也最高,而在其他的區域中,太陽光傾斜度越大,地球表面單位面積所接收到的太陽能量就越少,其溫度也會隨之降低。

由于地球的自轉軸相對于黃道面(即地球公轉軌道所在的平面)有一個大約23°26′的軸向傾角,這就導致了地球表面上太陽光的直射區域會隨著地球的公轉而在南北方向上發生來回移動。

我們將太陽光能夠直射在地球表面上最北和最南的界限分別稱為「北回歸線」(大約在北緯23°26′)和「南回歸線」(大約在南緯23°26′),也就是說,在一年之中,太陽光的直射區域會在這兩個界限之間來回移動,在這種情況下,對于地球表面的某一個特定區域來講,其單位面積所接收到的太陽能量就會發生變化。

根據緯度的不同,這種變化的程度也不一樣,而在「北回歸線」和「南回歸線」附近,這種變化的程度可以高達50%左右,相比之下,地球表面單位面積在遠日點和近日點所能接收到的太陽能量差僅為6.4%左右,而這也就意味著, 真正決定地球表面溫度的,其實是太陽光的入射角度。

對于生活在北半球的我們而言,地球離太陽遠(也就是位于遠日點附近)的時候,太陽光的直射區域其實在「北回歸線」附近,在這種情況下,北半球的地表單位面積接收到的太陽能量就更多,溫度也就更高,于是我們就在過夏天。

在抵達「北回歸線」之后,太陽光的直射區域就會開始向南移動,北半球的溫度也會因此而逐漸下降,當其移動到赤道附近的時候,我們就在過秋天,移動到「南回歸線」附近時,我們就在過冬天,而當太陽光的直射區域再次北移到赤道附近時,我們就在過春天,然后又是夏天,如此周而復始。

是的,這就是地球上存在一年四季的原因,需要指出的是,對于生活在南半球的人類來講,當太陽光的直射區域位于「南回歸線」附近的時候,才是他們的夏天,也就是說,南半球的四季變化的情況正好與北半球相反。

至于地球表面赤道附近區域,則因為一年之中會經歷兩次太陽光的直射,并且在太陽光的直射區域離開赤道的時候,也不會離開赤道太遠,因此在赤道附近區域的溫度基本上全年都比較高,沒有明顯的四季之分。

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