Почему зимой холодно?
Обычно кажется, что если от огня подальше, то и холоднее. А Земля, обогреваемая Солнцем, обращается вокруг него по практически круговой орбите — или совсем чуть-чуть вытянутой. И тем не менее бывает то холодно, то тепло. Почему?
Правильный и строгий ответ: вращение вокруг оси вызывает смену дня и ночи, наклон оси и обращение вокруг Солнца — смену времен года.
Действительно, со школьных времен мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца по плоской, практически круговой орбите радиусом приблизительно 150 млн километров. Она вращается также вокруг своей оси, проходящей через Северный и Южный полюса и наклоненной по отношению к плоскости орбиты под углом чуть менее 67 градусов. Если ось вращения Земли наклонена по отношению к орбите, то получается, что угол наклона падения лучей на поверхность Земли при движении по орбите меняется. Он становится то ближе к вертикальному, то дальше. Если лучи падают косо, получается, что одно и то же излучение распределяется по большой площади. А если более прямо, этого не происходит. Поэтому просто величина солнечной радиации, попадающей на поверхность, летом больше, а зимой меньше.
Наверное, вы обращали внимание, что летом на крыше очень жарко. Это потому, что крыша имеет угол, добавляющийся к широтному углу, и поэтому в российских широтах часто крыша почти перпендикулярна направлению солнечных лучей. Именно поэтому там безумно жарко.
Таким образом, получается, что холод и тепло настигают нас только потому, что меняется угол падения солнечных лучей. Если хотите использовать такие лучи для подогрева воды на даче, вы должны ваш бачок поставить под углом, чтобы туда попадало побольше солнца. Мало того, если вы сделаете горку, на которой посадите, например, клубнику, она будет лучше вызревать. Вы и сами знаете, что на солнечном склоне ягоды всегда вкуснее.
На Земле есть две параллели, где Солнце раз в году бывает точно над головой. Они называются Северным и Южным тропиками — это примерно широта 23-го градуса, а поскольку наклон оси вращения по отношению к плоскости орбиты составляет 67 градусов, в сумме получается 90 градусов. Именно поэтому на этих широтах бывает такой момент, когда Солнце находится прямо над головой и предметы не отбрасывают тени. Это очень жаркие места.
Понижение температуры — объективная причина холода. Но иногда нам бывает холодно и летом, — когда человек говорит, что ему холодно, а на самом деле ощущает происходящий теплообмен. Если отдается много тепла — неважно, по каким причинам: например, человек мокрый и на него дует ветер, — то мы ощущаем холод.
В итоге получается, что вращение Земли вокруг Солнца при наклонной оси приводит к изменению температуры, но мы воспринимаем холод и тепло по степени теплообмена. Так что зимой холодно потому, что действительно устанавливается низкая температура, которую мы ощущаем благодаря росту теплообмена.
Источник
Как правильно объяснить детям, почему наступает зима?
Причины смены времен года для каждого человека становятся актуальными. Уже в детском возрасте ребенок начинает задавать вопросы. Почему наступает зима? Что происходит с нашей планетой? Почему в разных странах разный климат?
Первым и основным объяснением является создание оптимальных климатических условий для проживания человека. Со сменой времен года температура на всей планете становится комфортной для проживания.
Что говорит о смене времен года астрономия?
Весна, лето, осень, зима – это вечные и несменные явления природы. Причиной таких природных явлений становится движение земного шара в космическом пространстве. Земля движется по условной орбите, которая имеет форму вытянутого круга.
К сожалению, многие люди до сих пор живут стереотипами школьных программ, где объяснением того, почему наступает зима, служило приближение и удаление планеты от Солнца во время движения.
Астрономы уже давно опровергли эту теорию и утверждают, что смена наступает из-за оси вращения планеты. Она наклонена на 23 градуса, поэтому солнечные лучи неравномерно обогревают различные участки Земли в разное время.
Почему зимой очень холодно?
Движение Земли по орбите вокруг солнца занимает 1 год или 365 дней. Во время всего движения планета выполняет вращение по своей условной оси, что становится причиной смены дня и ночи.
Когда северное полушарие Земли поворачивается к Солнцу, оно получает максимальное количество лучей, при этом в южном такие лучи будут падать «вскользь» на земную поверхность.
Осень, зима – это те периоды времени, когда Земля находится на максимальном расстоянии от Солнца. День становится коротким, а солнце светит, но не греет.
Минимальное количество тепла от небесного светила объясняется просто. Лучи опускаются на поверхность косо, солнце не поднимается высоко над горизонтом, поэтому прогревание воздуха будет медленным.
Что происходит с воздушными массами зимой?
Когда понижается температура воздуха, происходит уменьшение испарений, меняется влажность воздуха. Когда в атмосфере уменьшается концентрация водяного пара, возможность задерживать тепло на поверхности Земли также сводится к минимуму.
Прозрачная атмосферная масса воздуха не способна поглощать инфракрасное излучение, которое и выполняет обогрев воздуха и поверхности земли. Почему зимой холодно? Лишь потому, что поверхность и воздух не могут удерживать тепло, которое и так подается в минимальных количествах.
Какое солнце зимой?
Крайне важно объяснить детям о солнце, его изменениях в зимний период. Здесь должен быть сделан акцент на том, что Солнце – это огромная, раскаленная звезда, вокруг которой вращается большое количество планет.
Солнце имеет огромную температуру, к нему не может приблизиться ни один человек или летательный аппарат, так как оно просто расплавит и уничтожит их.
Благодаря солнечной энергии, лучам на планете Земля возможна жизнь: растут деревья, живут животные и люди. Без солнечного тепла все живое умрет за короткий промежуток времени.
Солнечная энергия и лучи зимой не греют так интенсивно, но могут принести больше вреда коже. Такая особенность имеет логическое объяснение: вся поверхность планеты, которая должна отражать лучи, – светлая и зеркальная, так как покрыта снегом. Человеческое тело – не может отражать, оно принимает ультрафиолетовые лучи и активно насыщается ими. Врачи делают акцент на том, что загар в зимний период времени более опасен, чем в летний. Кожа перенасыщается ультрафиолетом от солнца и может даже получить ожоги.
Интересные факты о зиме
Почему наступает зима, детям и взрослым можно объяснить, зная основы астрономии. Но что таит в себе зимняя природа, какие интересные факты о зиме известны науке и людям?
- Снежинки. Ученые неоднократно исследовали снежинки, которые опускаются на поверхность земли. Такая работа требует особой подготовки, оснащения и щепетильности. Открытием для людей стало то, что снежинки могут иметь 7 видов: звездочные кристаллики, иглы, столбцы, столбцы с наконечниками, прозрачные дендриты, снежинки неправильной формы.
- Скорость снежной массы. Для многих снег – это мягкая, воздушная субстанция, но при большом количестве снежной массы он может сходить с поверхности земли в форме лавины. Минимальная скорость такой лавины – 80 км/ч, максимальная – 360 км/ч. Огромная масса снега сносит все на своем пути. Если под лавину попадает человек, то он погибает из-за огромного веса или нехватки кислорода.
- Для большей части населения планеты вопрос, почему наступает зима, не является актуальным. Они даже не знают, что может наступать резкая смена температуры воздуха, показатели будут опускаться ниже 0, идет снег. В некоторых королевствах жарких стран устраивают игры на искусственном снегу из сахара, чтобы потешить своих подданных.
Почему наступает зима? Такой вопрос рано или поздно задает каждый ребенок. Используя представленный материал, каждый родитель сможет легко и интересно ответить ему на этот вопрос.
Источник
Кто выключил тепло?
Или почему Солнце зимой светит, но не греет
Ребята, вот вы когда‑нибудь задумывались, почему солнышко (астрономы нас тут же бы поправили – звезда Солнце) светит круглый год, будь то зима, весна, лето или осень? Каждый день восходит оно на востоке, а заходит на западе. Правда, из‑за туч на небе мы не всегда можем разглядеть его яркие лучики. Почему же тогда зимой брррр как холодно, во всяком случае у нас, в России, другие страны брать не будем. «Почему-почему? Может… зимой жаркое-прежаркое солнце становится холоднее? Или оно не стоит на месте, отдаляется зимой (вот и греет меньше), а потом возвращается обратно?» – начал придумывать гипотезы Павел Печинский.
А вот и нет! Зимой 2019 года, когда Паша был ещё воспитанником Волоконовского детского сада № 4 «Теремок», это сейчас он первоклашка школы № 2, – разгадал солнечные секретики. А помогли ему педагог-психолог детсада Елена Владимировна Рубинская и воспитатель Елена Ивановна Девкина. Написал большую работу, которую так и назвал «Почему Солнце зимой светит, но не греет?», и победил с ней на районном конкурсе «Я – исследователь».
Солнце в цифрах:
Возраст: более 4,5 млрд лет
Диаметр: 1 391 000 км (а это 109 диаметров Земли)
Расстояние до Земли: около 150 млн км
Солнечные лучи достигают Земли за: 8,2 минуты
Температура: в ядре – 15 млн °C, на поверхности – около 5 тысяч °C
«Солнце – самая важная для людей звезда, ведь без него не было бы жизни на Земле. Вокруг него вращаются планеты, их спутники и даже кометы и метеориты. Из всех планет больше всего повезло Земле. Она расположилась третьей по счёту, а главное на очень удачном расстоянии: находилась бы она чуточку ближе к нему – мы бы сгорели, чуть дальше – замёрзли бы в ледниках», – рассказал Паша.
Во вращении вокруг Солнца Паша и нашёл разгадку холодной зимы и тёплого лета.
«Земля и другие планеты Солнечной системы – Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон – вращаются не только вокруг Солнца, но ещё и вокруг воображаемой оси, так называют линию, на Земле она проходит через Северный и Южный полюса нашей планеты. Из‑за этих постоянных вращений и получается, что в разное время года Земля по‑разному подставляет солнечным лучам свою поверхность, то один бок, то другой. Когда солнечные лучики падают на Землю прямо, становится жарче. Но стоит им только падать на неё под углом, как они тут же греют её слабее», – поделился открытиями исследователь.
Солнечные лучики падают на Землю под разными углами, поэтому она нагревается везде по‑разному. Догадаетесь, какое самое жаркое место на нашей планете? Экватор! А всё оттого, что на нём и зимой и летом наклон солнечных лучей всегда одинаковый – они прямые. А прямые лучики быстро и сильно нагревают Землю, вот там круглый год и стоит жара. Хорошенечко прогревшись за день, даже за ночь поверхность здесь остыть не успевает.
Земля + Солнце = …
Нам понадобятся:
Листы картона (белого и чёрного цветов),
Два глобуса (или любых больших одинаковых шара, похожих на них),
Эксперимент 1
Снежное покрывальце
Ребята, подумайте, что отличает зиму от других времён года? Конечно же, мороз и снежное покрывальце, которым она укутывает землю. Воссоздадим (конечно же, о-о-очень примерно) кусочек зимы и лета прямо на наших столах? Уложите рядышком два картонных листа: белого цвета (это зимнее снежное покрывальце) и чёрного (наверняка вы уже догадались, что это – не покрытая снегом земля). Остаётся только «включить» солнышко. И им станет настольная лампа. Включаем лампу, свет направляем прямо на листы и ждём минут 40. А теперь по очереди приложите руку к листам: белый почти совсем не нагрелся, а вот чёрный стал тёплым. Итак…
Эксперимент 2
Ветер-ветер, ты могуч…
…и, конечно же, гоняешь стаи туч. Но у нас будешь просто дуть на наши подопытные глобусы или шарики, похожие на них. Размещаем наши кругляши рядышком, направляем холодный ветер (то есть поток воздуха вентилятора) на один из них. Не забываем включить лампы над каждым из глобусов. И снова ждём 40 минут. Прикладываем руки к глобусам. Немудрено, глобус, который обдувал воздух, так и остался холодным. Итак…
Эксперимент 3
Солнышко над горизонтом
И снова возьмите два глобуса. Разместите своих подопытных прямо на столе, а над ними, как и в предыдущих экспериментах, – лампы. Только на этот раз пусть одна будет в 10 см под углом примерно в 30 градусов, а вторая на высоте 30 см, но под углом 90 градусов. Через 40 минут сравните температуру. Глобус, оказавшийся под лампой повыше и под прямым углом, нагрелся больше. Итак…
В тёплое время года солнышко можно заметить высоко над горизонтом (обрати внимание на угол падения лучиков!), вот Земля и получает больше тепла. Зимой меньше, ведь оно совсем низко над горизонтом.
Эксперимент 4
Короткий день
И снова «вооружайтесь» двумя глобусами и двумя лампами. Над одним лампа пусть посветит 10 минут, над другим – 40. Конечно же, вы уже и сами догадались без прикладывания рук, какой глобус теплее: бесспорно тот, над которым лампа горела дольше. Итак…
А вы знали?
Ребята, ответьте‑ка на вопрос: какого цвета Солнце? «Конечно же, жёлтого!» – воскликнули вы. Признаемся, мы тоже всегда так думали. Эх, ошибались! Давно уже доказано, Солнце (ни за что бы не подумали!) белое. Если взять призму – специальное устройство для преломления световых лучей, то можно увидеть, как солнечный свет разбивается на радугу. Помните, «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан», отсюда – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Если обратно смешать все эти цвета, получите цвет Солнца – белый.
Источник
Почему летом жарко, а зимой холодно?
Тогда почему наступают зима, весна, лето, осень?
Дело в том, что ось вращения Земли наклонена к плоскости экватора, угол наклона составляет 23,5 градуса. Из-за того, что направление оси вращения всё время остаётся постоянным, Земля движется вокруг Солнца как бы «бочком», по-разному подставляя солнечным лучам свою поверхность на разных участках орбиты, то есть в разное время года. Поэтому мы видим, что летом в Северном полушарии Солнце поднимается над горизонтом гораздо выше, чем зимой. А от угла падения солнечных лучей зависит, насколько сильно они отражаются от земной поверхности и насколько сильно поглощаются. Чем больше солнечных лучей поглощает поверхность, тем сильнее она нагревается. Если угол падения невелик (зимой), то солнечные лучи гораздо сильнее отражаются, а поглощаются гораздо хуже. И значит, зимой холодно. В высоких арктических широтах Солнце поднимается над горизонтом всего на несколько градусов, его лучи скользят вдоль земной поверхности, почти не поглощаясь и не нагревая её. Затем Солнце и вовсе скрывается под горизонтом на долгих полгода — наступает арктическая ночь.
После 21—22 декабря начинается астрономическая зима, и продолжается она до тех пор, пока день опять не сравняется по продолжительности с ночью. 20 марта наступает день весеннего равноденствия, астрономическая зима заканчивается, и начинается весна. Солнце вновь пересекает плоскость земной орбиты и оказывается в Северной полусфере. С каждым днём оно будет подниматься всё выше, дни станут длиннее и теплее.
Заканчивается астрономическая весна в день летнего солнцестояния — 20—21 июня. Этот день самый длинный, а ночь самая короткая в году. После него начинается астрономическое лето, которое продолжается до 22—23 сентября, дня осеннего равноденствия.
Разумеется, в Южном полушарии всё наоборот: в сентябре там наступает астрономическое лето, а в марте — астрономическая зима. И лишь в дни равноденствий продолжительность дня и ночи одинакова на всей планете.
Если бы экватор Земли точно совпадал с плоскостью орбиты, то есть наклона оси не было бы, Солнце во всех широтах (и в Северном полушарии, и в Южном) поднималось бы всегда на одинаковую высоту. На экваторе оно каждый день в полдень находилось бы точно в зените — там царило бы вечное лето, а на полюсах постоянно двигалось вдоль линии горизонта, не опускаясь и не поднимаясь, — там была бы вечная зима и вечные сумерки. В средних широтах тоже никакой смены времён года не происходило бы.
Кстати, тот факт, что орбита Земли не совсем круговая и разница в расстоянии до Солнца в афелии и перигелии составляет около 3%, всё-таки оказывает своё влияние: зимы в Южном полушарии чуть-чуть холоднее, чем в Северном, а летние месяцы чуть-чуть жарче.
А происходит ли смена времён года на других планетах Солнечной системы?
Самая близкая к Солнцу планета Меркурий — единственная в Солнечной системе, у которой плоскость экватора в точности совпадает с плоскостью эклиптики. Орбита Меркурия довольно вытянутая (эксцентриситет составляет 0,21). Именно поэтому смена времён года определяется расстоянием планеты до Солнца. «Летом» — в перигелии — температура на освещённой Солнцем поверхности Меркурия может достигать 400 градусов Цельсия, а «зимой» — в афелии — опускаться до 100 градусов.
Венера вращается вокруг оси так медленно, что сутки оказываются длиннее года: год продолжается 224,7 дня, а сутки примерно 243 дня, и вращение происходит против орбитального движения планеты. Ось вращения Венеры почти перпендикулярна плоскости эклиптики, поэтому смены времён года на ней практически нет. Да и какие уж там времена года, если средняя температура на поверхности больше 400 градусов Цельсия, а давление 90 атмосфер.
Орбита Марса близка к круговой, но всё же её вытянутость больше, чем у орбиты Земли (эксцентриситет равен 0,093). Расстояние от Марса до Солнца в перигелии 206,6 млн км, а в афелии 249,2 млн км. Разница примерно в 40 млн км. Но, как и на Земле, зима и лето на Марсе сменяются в основном из-за наклона оси вращения. Плоскость экватора Марса наклонена к плоскости его орбиты под углом 25,2 градуса (у Земли, напомним, 23,5). Потому и смена времён года происходит примерно так же, как на Земле, если, конечно, учесть, что год на Марсе продолжается 1,88 земного года. В экваториальной и средней полосе смена времён года проявляется в смене температур, а в приполярных областях зимой появляются белые полярные шапки. Но это не лёд, а по большей части замёрзшая от зимних холодов углекислота. Ведь атмосфера Марса в основном из углекислого газа и состоит.
Нужно отметить, что на Марсе гораздо больше, чем на Земле, сказывается разница в расстоянии до Солнца в перигелии и афелии. 40 млн км — это всё же не 3%, а в шесть раз больше. Поэтому в разных полушариях Марса зима и лето довольно сильно отличаются. В южном полушарии лето короче и теплее, чем в северном, потому что именно в это время планета проходит через перигелий. А зима в южном полушарии — длиннее и холоднее (из-за того, что Марс находится в афелии).
Эксцентриситет орбиты Юпитера тоже невелик, вдвое меньше, чем у Марса. Наклон экватора Юпитера к плоскости его орбиты составляет всего 3,1 градуса — это очень мало, и даже будь Юпитер обычной планетой с твёрдой поверхностью, говорить о смене времён года не имело бы смысла: на полюсах царила бы вечная зима, а на экваторе вечное лето с промежуточными значениями температуры на других широтах. Южное полушарие в этом смысле не отличалось бы от северного. Но Юпитер — газовый гигант, у него нет твёрдой поверхности, и «погода» на разных его широтах практически не зависит ни от расстояния до Солнца, ни от наклона оси вращения. «Погоду» на Юпитере определяют мощные турбулентные движения в водородно-гелиевой атмосфере и быстрое вращение (сутки на Юпитере продолжаются всего 10 часов).
Эта планета во многом похожа на Юпитер. Орбита Сатурна примерно так же вытянута, сутки примерно такие же (всего на полчаса больше, чем на Юпитере). Но наклон оси вращения по отношению к плоскости орбитального движения близок к земному — отличается всего на 3 градуса. Казалось бы, что и смена времён года на Сатурне должна быть похожа на земную (конечно, с учётом, что год на Сатурне в 29 раз длиннее земного), и она должна происходить не раз в три месяца, а раз в семь с четвертью земных лет. Но Сатурн, как и Юпитер, — газовый гигант. Да, Солнце дважды в течение сатурнианского года пересекает плоскость орбиты, и тогда, как и на Земле, случаются равноденствия и, как и на Земле, бывают самые длинные «дни» и самые длинные «ночи», вот только на климат и тем более на «погоду» всё это не оказывает практически никакого влияния. На Сатурне, как и на Юпитере, главное воздействие на атмосферные явления оказывают мощные атмосферные бури и вихри, и о смене времён года можно говорить только в астрономическом, но никак не в климатическом смысле.
Уран вращается вокруг Солнца «лёжа на боку» — ось вращения планеты отклоняется от плоскости эклиптики на 8 градусов. У планет Солнечной системы много странностей, хотя, казалось бы, они должны не очень отличаться друг от друга, поскольку произошли из одного протопланетного облака, которое, сгущаясь, вращалось вокруг Солнца в том же направлении, что и само светило. В процессе сжатия отдельные «куски» протопланетного облака сталкивались друг с другом, одни разваливались совсем, другие становились больше, у одних вращение вокруг оси ускорялось, у других замедлялось. И массы будущих планет оказались разными. Это понятно и естественно. Но почему, к примеру, плоскость экватора Урана наклонена к плоскости эклиптики под углом 98 градусов? Что произошло в те далёкие времена, когда планеты только формировались? У космогонистов есть ответ на этот вопрос (хотя вариаций в нём множество). Протопланетные сгущения и недавно образовавшиеся планеты часто (по астрономическим понятиям, конечно!) сталкивались, причём под разными углами и с разными скоростями. В результате одного из таких столкновений Земля обзавелась спутником — Луной. В результате другого — будущая планета Уран получила такой удар по касательной, что ось её вращения «опрокинулась», и планета «легла на бок».
Год на Уране в 84 раза длиннее земного. Попробуем представить, как там происходит смена времён года. Если вы находитесь на одном из его полюсов, то в разгар лета ось планеты направлена почти точно на Солнце, находящееся в зените. Но проходит несколько земных лет. Солнце по спирали, делая один оборот за урановые сутки (17,2 часа), постепенно опускается к горизонту и, наконец, в день, который жители Урана, если бы они существовали, назвали бы началом календарной зимы, заходит и появляется вновь только через половину уранового года. А в это время на противоположном полюсе планеты Солнце появляется из-под горизонта и по спирали поднимается к зениту, куда доберётся к середине лета.
Если бы вы оказались на экваторе Урана, то смена времён года происходила бы так. Солнце всходило бы и заходило каждый день, будто на Земле. Но в разгар урановой зимы оно будто бы катилось вдоль горизонта, на половину суток скрываясь неглубоко, всего градусов на восемь (если учесть рефракцию, достаточно сильную в плотной уранианской атмосфере, то и не скрываясь вовсе), а на вторую половину суток невысоко (градусов на восемь) поднимаясь в небо. В разгар лета Солнце будет подниматься почти к зениту. Однако намного теплее от этого не станет, да нам, впрочем, всё равно, ведь лето и зима на планете Уран интересуют нас только как астрономические явления, возникающие из-за его странного «лежачего» обращения вокруг Солнца.
Самая далёкая из планет Солнечной системы — Нептун — обращается вокруг Солнца за 165 лет. По вытянутости орбиты и наклону оси вращения Нептун мало отличается от других планет, и если бы по массе был похож на Землю, можно было бы говорить, что четыре времени года сменяют здесь друг друга через каждые 41 земной год. С астрономической точки зрения так оно и есть: на Нептуне происходят летние и зимние солнцестояния, дважды в год случаются равноденствия. Но, конечно, физические условия сказываются: Нептун — такой же газовый гигант, как Юпитер, Сатурн и Уран, а потому похож на них природными условиями.
Плутон — совсем другое дело! У него и наклон орбиты отличается от всех других планет (17 градусов), и вращается он в противоположную сторону. Но в число планет Солнечной системы он уже не входит. С 2006 года Плутон носит менее «почётное» звание «карликовой планеты», одного из многих таких объектов пояса Койпера.
Источник