Годовое движение Земли

Земля движется вокруг Солнца по орбите, которая имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого находится Солнце. В течение года расстояние от Земли до Солнца изменяется от 147 млн. км (в январе) до 152 млн. км (в июле).

Длина орбиты составляет 930 млн. км. Земля движется по орбите с запада на восток со средней скоростью 30 км/сек и проходит весь путь за год – 365 суток 6 ч 9 мин 9 с. Ось Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5º, данный угол сохраняется в течение года.

Географические следствия годового движения Земли:

- смена времен года и сезонная ритмика живой и неживой природы;

- неравенство дня и ночи в течение года.

Оба следствия связаны не столько с самим процессом вращения Земли вокруг Солнца, сколько с наклоном земной оси к плоскости орбиты. Именно наклон оси привод к изменению количества тепла и продолжительности освещения на разных широтах. Эти изменения можно описать четырьмя ключевыми положениями Земли относительно Солнца: днями равноденствия и солнцестояния (рис.).

Дни равноденствия бывают 21 марта (весеннее) и 23 сентября (осеннее). Это соответственно 4 и 2 положение Земли на рисунке. В эти дни Солнце занимает зенитальное положение над экватором (солнечные лучи падают отвесно, под углом 90º). Светоразделительная линия проходит через полюса и делит все параллели ровно пополам, т.е. длина дня и ночи на любой широте одинакова. Северное и южное полушарие освещены одинаково и получают равное количество тепла.

22 июня (день летнего солнцестояния) земная ось своим северным концом обращена к Солнцу (положение 1). Солнечные лучи падают отвесно на северный тропик (23,5º с.ш.). Все параллели севернее экватора большую часть суток освещены, день на них длиннее ночи. Севернее 66,5º с.ш. территория освещена в течение суток. Эта параллель называется северным полярным кругом, а явление, когда Солнце не опускается за горизонт в течение суток и более – полярным днем. В южном полушарии от экватора до 66,5ºю.ш. (южный полярный круг) день короче ночи, а за полярным кругом начинается полярная ночь.

22 декабря (день зимнего солнцестояния) земная ось своим южным концом обращена к Солнцу (положение 3). Солнечные лучи падают отвесно на южный тропик (23,5º ю.ш.). Все параллели южнее экватора большую часть суток освещены, день на них длиннее ночи. Южнее 66,5º ю.ш. территория освещена в течение суток. Здесь наблюдается полярный день. В северном полушарии от экватора до 66,5ºс.ш. день короче ночи, а за полярным кругом начинается полярная ночь.

В результате неравномерного освещения земной поверхности в течение года формируется пять поясов освещения:

Жаркий пояс (экваториальный) лежит между северным и южным тропиками. На его территории Солнце два раза в году бывает в зените. Исключение составляют сами тропики, на которых Солнце в зените бывает только один раз в году – в дни солнцестояний. Продолжительность дня и ночи в течение года здесь меняется мало, а количество солнечного тепла всегда высоко.

Умеренные пояса расположены между тропиком и полярным кругом в каждом полушарии. Солнце здесь никогда не бывает в зените, смена дня и ночи происходит каждые сутки. Продолжительность дня и ночи сильно меняется в течение года.

Холодные пояса расположены к северу от северного полярного круга и к югу от южного. Они отличаются наличием полярного дня и ночи. Их продолжительность нарастает от 1 суток на самих полярных кругах до полугода на полюсах.

Задания по теме:

1) Задания на знание географических следствий годового движения Земли.

2) Задания на знание поясов освещения. Например: на какой параллели Солнце бывает в зените? (90º, 60º, 40º, 20º); Какой буквой на рисунке обозначено положение Земли на орбите по отношению к Солнцу 22 декабря?; На какой из параллелей наблюдается наибольшая продолжительность полярного дня? (75º,66,5º, 60º, 70º).

3) Задания на определение высоты Солнца над горизонтом в определенный момент времени. Существует два варианта подобных задач. Первый построен на сравнении точек с разной широтой. Например: на какой из параллелей 20ºс.ш., 10ºс.ш., экваторе, 10ºю.ш., 20ºю.ш. Солнце в полдень будет находиться выше всего над горизонтом в день летнего солнцестояния? Для решения достаточно вспомнить, что в этот день Солнце находится в зените над северным тропиком, широта которого 23,5ºс.ш. Ближайшая к северному тропику широта из предложенных в условии задачи – 20ºс.ш. Здесь и будет наблюдаться самое высокое положение Солнца.

Второй вариант задачи предлагает сравнить несколько точек с разной долготой. Например: Определите, в каком из пунктов, обозначенных буквами на карте Евразии, 1 августа Солнце будет находиться ниже всего над горизонтом в 9 часов по солнечному времени Гринвичского меридиана. Запишите обоснование своего ответа.

Все точки находятся на одной параллели, значит продолжительность дня и ночи в них одинакова. Прежде всего, нужно определить меридиан, на котором в данный момент времени полдень (т.е. самое высокое положение Солнца на данной широте). Если на Гринвиче 9 часов, значит полдень на меридиане, находящемся на 3 часовых пояса к востоку (12-9=3). Умножив число поясов на их ширину в градусах, получаем 15×3=45. Долгота искомого меридиана – 45ºв.д. Чтобы определить пункт, где Солнце ниже всего над горизонтом, выбираем пункт наиболее удаленный от меридиана 45ºв.д. Это пункт D.

4) Задания на определение времени восхода Солнца. Например: Определите, в каком из обозначенных буквами на карте Северного полушария пунктов стран – А, В или С – 20 декабря Солнце раньше (по времени Гринвичского меридиана) поднимется над горизонтом. Ход ваших рассуждений запишите.

Для решения задачи необходимы знания характера освещения земной поверхности в дни равноденствий и солнцестояний. Хотя дата в условиях задачи не совпадает с этими днями, но она всегда близка к какой-то из них. В данном случае – к дню зимнего солнцестояния (22 декабря). В дни зимнего солнцестояния Солнце находится в зените над южным тропиком. Южное полушарие освещено лучше. В северном полушарии продолжительность дня сокращается от экватора к полярному кругу (а значит, восход Солнца в том же направлении наблюдается все позже). В то же время, на одной и той же параллели восход Солнца наблюдается тем раньше, чем восточнее расположена точка (т.к. Солнце встает на востоке). Точки В и С расположены на одной параллели, значит продолжительность дня и ночи в них одинакова, но точка В находится восточнее, значит Солнце здесь взойдет раньше. Точка А расположена на том же меридиане, что и точка В, но севернее, следовательно, ночь здесь длиннее, чем в точке В и Солнце восходит позже. Таким образом, 20 декабря Солнце раньше всего поднимется над горизонтом в точке В.