10. Отчего происходит смена времён года?

Итак, Земля имеет два различных движения. Во-первых, она поворачивается вокруг своей оси один раз в сутки. Во-вторых, она обходит вокруг Солнца в течение одного года. В результате первого движения Земли происходит смена дня и ночи; в результате второго, как это вы сейчас увидите, происходит смена времён года.

Если бы Земля двигалась вокруг Солнца так, что ось её вращения всё время была расположена под прямым углом к солнечным лучам, никакой смены времён года на Земле не существовало бы. Посмотрите на рис. 4. Откуда бы Солнце ни освещало Землю — справа, слева, спереди или сзади, лишь бы его лучи падали на земную поверхность под прямым углом к земной оси, — никакой разницы не получилось бы. Во всех случаях лучи Солнца падали бы отвесно на земном экваторе и скользили бы вдоль земной поверхности у полюсов. В любом месте на Земле (кроме полюсов), из-за её вращения вокруг оси, ночь тянулась бы 12 часов и столько же продолжался бы день. Солнце всегда бы всходило на востоке и садилось на западе, совершая по небу изо дня в день всё один и тот же путь. Смены времён года на Земле не было бы.

В действительности, однако, дело обстоит не так.

Оказывается, что лучи Солнца только два раза в году — 21 марта и 23 сентября — падают на Землю под прямым углом к оси её вращения. Это значит, что только два раза в году — весной и осенью — бывает так, что день и ночь длятся по 12 часов, всю же остальную часть года либо ночь бывает длиннее дня, либо день длиннее ночи.

Рис. 8. Наклон земной оси к лучам Солнца в конце июня

Посмотрите на рис. 8. Он изображает Землю, на которую солнечные лучи падают справа. Поэтому на правой половине Земли день, а на левой — ночь. Обратите теперь внимание на то, как расположена ось вращения Земли. Она наклонена к лучам Солнца и при этом так, что её северная часть (на рисунке — верхняя) наклонена по направлению к Солнцу, а южная (на рисунке — нижняя) наклонена прочь от Солнца. Вследствие этого северная часть Земли получает значительно больше тепла и света, чем южная.

Посмотрите теперь на северный полюс Земли. Не только он сам, но и значительная часть земной поверхности вокруг него освещается солнечными лучами. Сколько бы Земля ни вертелась, ни на самом северном полюсе, ни вокруг него при таком положении земной оси ночь не может наступить: круглые сутки будет день.

В местностях, более удалённых от северного полюса, смена дня и ночи уже будет происходить, но, как это нетрудно сообразить, день будет длиннее ночи. И только на земном экваторе, то есть как раз посредине между двух полюсов Земли, продолжительность дня и ночи будет одинакова.

Совершенно иное будет происходить в южном полушарии. Как сам южный полюс Земли, так и значительная часть земной поверхности вокруг него не освещаются солнечными лучами. Это значит, что на южном полюсе и около него круглые сутки будет длиться ночь. В более удалённых от южного полюса местностях ночь уже будет сменяться днём, но её продолжительность вплоть до экватора будет больше продолжительности дня.

Из всего сказанного теперь легко понять, что при таком наклоне земной оси, как на рис. 8, в северном полушарии Земли будет лето, а в южном — зима (зимние месяцы в южном полушарии — июнь — август).

Рис. 9. Наклон земной оси к лучам Солнца в конце декабря

Посмотрите теперь на рис. 9. На нём тоже изображена Земля, освещённая справа солнечными лучами. Однако ось вращения Земли на этот раз наклонена в противоположном направлении: северный её конец от Солнца, а южный — к Солнцу. Северный полюс с окружающей его частью земной поверхности погружён в темноту. На нём и около него круглые сутки длится ночь. Несколько дальше от него смена дня и ночи происходит, но всюду день короче ночи. В северном полушарии Земли будет зима. В южном полушарии Земли в это время, очевидно, лето. Там день либо длиннее ночи, либо (на южном полюсе и поблизости от него) длится круглые сутки.

Рис. 10. Наклон земной оси к лучам Солнца в конце марта и в конце сентября

О том, как расположена ось вращения Земли относительно лучей Солнца весной и осенью, уже говорилось: солнечные лучи падают на Землю под прямым углом к земной оси. В таком положении Земля изображена на рис. 10.

Конечно, надо помнить, что в то время, когда в северном полушарии Земли бывает осень, в южном полушарии бывает весна, и наоборот.

Рuc. 11. Изменение наклона земной оси к лучам Солнца в течение года

Теперь посмотрите на рис. 11. Он даёт общую картину изменения положения земной оси относительно Солнца в течение года.

В середине рисунка находится Солнце. Путь Земли изображён несколько сбоку, поэтому он не круглый, а вытянутый. Земля показана на нём в четырёх положениях: 21 марта, 22 июня, 23 сентября и 22 декабря. На рисунке отчётливо видно, что в различные времена года ось вращения Земли сохраняет одно и то же положение, наклонённое к пути, по которому Земля движется вокруг Солнца. Именно поэтому в разные части года Солнце освещает сильнее то северное, то южное полушарие Земли, то есть именно поэтому происходит смена времён года.

Действительно, при положении Земли 21 марта и 23 сентября северное и южное полушария Земли (как и на рис. 10) расположены одинаково относительно солнечных лучей.

На всей Земле в это время день и ночь длятся по 12 часов. 21 марта в северном полушарии — весна, в южном — осень; 23 сентября, наоборот, — в северном полушарии — осень, в южном — весна (на рис. 11 21 марта видна освещённая Солнцем половина Земли, а 23 сентября — неосвещённая).

Положение Земли 22 июня такое же самое, что и на рис. 8. Северное полушарие Земли получает от Солнца больше тепла и света, чем южное. В северном полушарии — лето, в южном — зима. Наконец, положение Земли 22 декабря соответствует рис. 9. При этом положении северное полушарие Земли получает меньше тепла и света, чем южное. В северном полушарии — зима, в южном — лето.

Итак, оказывается, что смена времён года происходит на Земле потому, что ось вращения Земли наклонена к пути, по которому Земля движется вокруг Солнца. Если бы не было наклона земной оси, если бы она была расположена к пути Земли вокруг Солнца под прямым углом, в любом месте на Земле суточный путь Солнца над горизонтом оставался бы в течение года неизменным. И не было бы тогда ни весны, ни лета, ни осени, ни зимы. Весь год погода в отдельных местах на Земле была бы приблизительно одинаковая: у земных полюсов всего холоднее, на экваторе всего жарче. Но смены времён года не существовало бы.