Пори року

Нахил земної осі та обертання планети навколо Сонця зумовлюють зміну пір року. Чотири сезони визначаються сонцестояннями - моментами, коли земна вісь максимально нахилена у напрямку до Сонця або від Сонця - і рівноденнями. Зимове сонцестояння відбувається приблизно 21 грудня, літнє - приблизно 21 червня, весняне рівнодення - приблизно 20 березня, а осіннє - 23 вересня. Нахил земної осі в південній півкулі протилежний нахилу в північному. Таким чином, коли в північній півкулі літо, то в південному - зима, і навпаки (хоча місяці називаються однаково, тобто, наприклад, лютий в північній півкулі - це останній місяць зими і найхолодніший місяць; в південній же - останній місяць літа, він же - самий теплий). Слід зазначити, що астрономічні сезони на Землі тісно прив'язані до дат рівнодень і сонцестоянь, тому відрізняються від традиційних весни, літа, осені та зими. Так, астрономічна весна триває з 20 березня по 20 червня, літо - з 21 червня по 22 вересня, осінь - з 23 вересня по 20 грудня, зима - з 21 грудня до 19 березня. Оскільки згідно законів руху планет Кеплера при проходженні перигелію 3 січня Земля рухається по орбіті швидше (30,27 км/с), ніж в афелії 4 липня (29,27 км/с), то сезон зими у північній півкулі коротший, літній сезон довший. Полярний день на північному полюсі триває на тиждень довже, ніж на південному. У південній півкулі все відбувається навпаки. Через зміни відстані між Землею і Сонцем в перигелії кількість сонячної енергії, що досягає Землі, на 6,9% більша, ніж в афелії. Так як південна півкуля нахилена в бік Сонця приблизно в той же час, коли Земля перебуває найближче до Сонця, то протягом літа вона отримує трохи більше сонячної енергії, ніж північна, а взимку, навпаки, отримує менше сонячної енергії. Однак, цей ефект набагато менш значущий, ніж зміна повної енергії, обумовлена нахилом земної осі, і, крім того, велика частина надлишкової енергії поглинається великою площею океанічних вод південної півкулі.

Зміна тривалості дня і ночі. Пояси освітлення

У зв'язку із нахилом земної осі до площини орбіти (екліптики) на різних широтах планети у різні сезони тривалість дня і ночі різна. Лише на екваторі весь час тривалість дня дорівнює тривалості ночі - по 12 годин. При цьому Сонце проходить небом від точки сходу до точки заходу через зеніт лише у дні весняного та осіннього рівнодень. Взимку небесна траекторія руху Сонця відхиляється на південь, влітку на північ, досягаючи максимальної величини 23,4° у дні зимового та літнього сонцестоянь відповідно. На решті широт тривалість дня дорівнює тривалості ночі лише під час рівнодень. Влітку у північній півкулі, коли траекторія добового руху Сонця відхиляється на північ, із збільшенням широти на північ від екватора тривалість дня зростає (хоча кут падіння сонячних променів зменшується), на південь від екватора - зменшується. Тому у північній приполярній зоні виникає явище полярного дня (коли Сонце у найнижчій точці добового руху не опускається за горизонт більше однієї доби), а у південній приполярній зоні - явище полярної ночі. Узимку північної півкулі все відбувається навпаки. Полярний день і полярна ніч стають можливими на широтах, більших за 66,7° північної та південної широти (які носять назву північного та південного полярних кіл). На полюсах ці явища тривають практично півроку, на полярних колах - 1 добу. Паралелі 23,4° північної та південної широти називаються північним та південним тропіками (або тропіками Рака і Козерога відповідно). Вони обмежують широтну смугу навколо екватора, де Сонце двічі на рік (або 1 раз на рік - на самих тропіках) буває в зеніті. У позатропічних широтах Сонце в зеніті не буває ніколи. Зважаючи на особливості падіння кута сонячних променів, а також характер зміни світлої та темної частин доби, на Землі виділяють 5 основних поясів освітлення: 1. Жаркий (між 23,5° пн.ш. і 23,5° пд.ш.): сонце двічі на рік буває в зеніті, кут падіння сонячних променів протягом року великий і змінюється незначною мірою (від 23,5° на екваторі до 47° на тропіках). Сезонні зміни у тривалості дя і ночі порівняно незначні.   2. Помірні північний і південий (між 23,5° пн.ш. та 66,7° пн.ш; між 23,5° пд.ш. і 66,7° пд.ш.). Сонце ніколи не буває в зеніті, але не буває і явищ полярного дня і полярної ночі. Протягом року висота Сонця над горизонтом змінюється на 47°, що зумовлює максимальну вираженість сезонних змін у інтенсивності освітлення та тривалості світлового дня. 3. Холодні північний і південний (між 66,7° пн.ш. і 90° пн.ш.; між 66,7° пд.ш. і 90° пд.ш.). Спостерігається явище полярного дня і полярної ночі (від 1 доби на полярних колах до півроку на полюсах). Зміна кута падіння сонячних променів - від 47° на полярних колах до 23,4° на полюсах. Тому, незважаючи на безперервне освітлення протягом полярного дня кількість сонячної радіації, яка потрапляє на поверхню планети, дуже мала.