Почему Земля ближе всего к Солнцу посреди северной зимы

В начале января Земля ближе всего к Солнцу. Эта точка орбиты называется перигелием, и для всего Северного полушария она приходится на середину зимы. В начале июля, в афелии, Земля дальше всего от Солнца, а в Европе, Северной Америке и почти по всей Азии в это время лето.

Значит, летнее тепло не может объясняться расстоянием. Времена года возникают из-за наклона земной оси, примерно 23,44 градуса. Изменение расстояния дает лишь небольшой эффект, и заметен он в основном в Южном полушарии.

Распространенное заблуждение

Кажется логичным: чем ближе к костру, тем теплее. Многие объясняют времена года так же. В документальном фильме *A Private Universe* 1987 года, снятом на выпускной церемонии в Гарварде, большинство выпускников и преподавателей, которых спросили о причине смены времен года, назвали тот или иной вариант объяснения через расстояние.

Его опровергают два простых факта. Во-первых, для севера не сходятся даты, как вы только что видели. Во-вторых, в двух полушариях в одно и то же время противоположные сезоны. Когда в России лето, в Аргентине зима, хотя обе страны находятся на одинаковом расстоянии от Солнца.

Насколько мало меняется расстояние

Орбита Земли — эллипс, но почти неотличимый от круга. В перигелии Земля находится примерно в 147,1 млн километров от Солнца, в афелии — примерно в 152,1 млн. Разница чуть больше 3 %.

Солнечный свет рассеивается с расстоянием, поэтому на верхнюю границу атмосферы в январе приходит примерно на 7 % больше света, чем в июле. Даты, время и цифры есть в нашей статье о перигелии и афелии.

7 % — это немало. Но в конкретном месте наклон оси меняет количество света, доходящего до земли, гораздо сильнее.

Что делает наклон

Пока Земля обращается вокруг Солнца, ее ось все время смотрит в одном и том же направлении в пространстве. В июне Северное полушарие наклонено к Солнцу, в декабре — от него. В Южном полушарии все наоборот.

Прежде всего наклон меняет высоту, на которую поднимается Солнце. Когда Солнце стоит высоко, его лучи падают на землю почти отвесно и собираются на небольшой площади. Когда оно низко, тот же пучок света растягивается на гораздо большую площадь, как луч фонарика, направленного наискосок. К тому же низкий свет проходит сквозь большую толщу воздуха.

Еще он меняет продолжительность дня. Летом Солнце находится над горизонтом намного дольше, поэтому земля успевает сильнее прогреться, а за короткую ночь не успевает остыть.

В таблице сравниваются Рим и Сидней в дни двух солнцестояний. В последнем столбце — сколько солнечного света за целые сутки приходится на один квадратный метр ровной поверхности, если мерить над атмосферой, без влияния облаков и дымки.

В июне Рим примерно на 3 % дальше от Солнца, чем в декабре, и все же получает в сутки больше чем втрое больше света. Это и есть действие наклона. В Сиднее та же картина, только со сдвигом на полгода. В Москве, которая лежит намного севернее, разница между летом и зимой еще больше.

Вид из космоса

Аппарат NASA DSCOVR фотографирует всю освещенную сторону Земли с расстояния около 1,5 млн километров. Если сравнить его снимки за июнь и декабрь, наклон видно непосредственно. Около июньского солнцестояния Арктика залита солнцем, а Антарктиды не видно. В декабре — наоборот.

NASA EPIC Team · 2024-06-20 / 2024-12-21

Влияет ли расстояние хоть немного?

Немного влияет. Лето в Южном полушарии приходится на перигелий, поэтому летний солнечный свет там чуть сильнее, чем на севере. В Новой Зеландии, например, более близкое Солнце добавляет около 7 % к летнему уровню УФ-излучения по сравнению с северными местами на той же широте. Еще больше добавляют чистый воздух и пониженное летом содержание озона.

И все же в целом южное лето не жарче. Одна причина в том, что вблизи Солнца Земля движется быстрее. Теплая половина года в Южном полушарии, от сентябрьского до мартовского равноденствия, длится около 179 суток. Северная — около 186. За каждое полугодие более короткое время рядом с Солнцем в точности уравновешивает более сильный свет, и оба полушария получают одинаковое общее количество.

Другая причина в том, что Южное полушарие в основном покрыто океаном. Вода медленно нагревается и медленно остывает, поэтому южное лето мягкое. Большие массивы суши на севере, наоборот, быстро прогреваются в июле. Поэтому Земля в целом в июле, в афелии, на несколько градусов теплее, чем в январе.

Так будет не всегда

То, что перигелий приходится на январь, — совпадение нашей эпохи. Направление земной оси медленно меняется, поворачивается и сама орбита, поэтому дата перигелия смещается по календарю. Около 1250 года он приходился почти на декабрьское солнцестояние. Примерно через 10 000 лет он придется на северное лето, и тогда север будет ближе всего к Солнцу в июне.

Но и тогда, какие месяцы считать летом, будет решать наклон оси. Расстояние лишь сделает северное лето чуть сильнее, а южное чуть слабее.

Источники и связанные статьи

• Военно-морская обсерватория США публикует даты перигелия, афелия, равноденствий и солнцестояний (на английском).
• NASA Space Place объясняет, почему бывают времена года (на английском).
• В архиве EPIC NASA собраны ежедневные снимки всей Земли с аппарата DSCOVR.
• Новозеландский институт NIWA рассказывает, почему в Новой Зеландии такой высокий уровень УФ (на английском), включая влияние более близкого Солнца.
• Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики рассказывает о фильме *A Private Universe* (на английском).
• Другие статьи SolarWatch: перигелий и афелий и сколько светлого времени прибавляется каждый день.

Как это выглядит в SolarWatch

Плитка «Времена года» (на английском) показывает, когда наступят ближайшие равноденствие и солнцестояние. Плитка «Световой день» (на английском) показывает, сколько времени Солнце сегодня находится над горизонтом там, где вы находитесь, а «Обзор года» (на английском) — как меняются восход, закат и продолжительность дня в течение года. Эти кривые следуют за наклоном земной оси. Расстояние до Солнца в них почти не видно.