Осень началась: почему 22 сентября — дата начала астрономической осени?

Равноденствие — это момент, когда продолжительность ночи и дня уравниваются, причем везде, на всей планете. Таких момента два: в марте и в сентябре. Осеннее равноденствие в 2021 году наступает 22 сентября. Уже на следующий день в Южном полушарии (где сентябрь — это весна) начинает удлиняться день, а в Северном — ночь. Во многих странах осень отсчитывают именно по астрономическому календарю, и в этом есть смысл. Ведь именно положение Земли относительно Солнца — это причина, по которой мы можем наслаждаться листопадом, или снегом и Крещенскими морозами, или летней жарой и ясным небом, или весенними грозами и буйным цветением. 

Почему наступает осень?

Для начала напомним, что случается это не везде. На экваторе и в прилежащих к нему широтах день и ночь всегда длятся по 12 часов, что летом, что зимой. В Киото, Найроби и Гуаякиле солнце всегда восходит и садится в одно и то же время, и сезонной смены погоды там нет (звучит скучновато, правда?). Причина в том, что в экваториальных широтах солнечные лучи всегда падают на землю под прямым углом, максимально освещая и согревая земную поверхность. Только там, на экваторе, солнце в полдень стоит в зените — то есть прямо над головой. В любых других широтах даже летом солнце никогда не поднимается точно в зенит, и солнечные лучи падают на земную поверхность под острым углом, причем этот угол меняется день ото дня, возрастая вплоть до летнего солнцестояния и затем убывая вплоть до зимнего. Например, на широте Киева 22 июня солнце поднимается над горизонтом на угол 63 градуса, а 22 декабря — только на 16 градусов.

Изменение угла падения солнечного света на Землю и определяет смену сезонов. 

Интуитивно понятно, что косые лучи солнца греют слабее, чем прямые. Однако в физике нет ни “косых”, ни “прямых” лучей. Есть лишь понятие светового потока и энергии, которую он переносит. Чем острее угол, под которым свет падает на поверхность, тем меньше толщина светового потока, который попадает на одну и ту же единицу площади поверхности. 

А изменение угла падения солнечного света, в свою очередь, вызвано наклоном оси вращения Земли — 23,5 градуса. Если бы он был меньше — на Земле не было бы смены сезонов. А если больше — то сезоны были бы гораздо более ярко выраженными, с невыносимыми (для людей) скачками температуры и постоянными ураганными ветрами.

Любопытно, что расстояние от Солнца практически не играет роли в перемене погоды. Хотя орбита Земли эллиптическая и дважды в год планета оказывается на максимальном расстоянии от Солнца, а еще дважды — на минимальном, разница между минимальным и максимальным расстояниями до светила — всего около 3%; разница в количестве получаемой от солнца энергии — 6,5%. Эту разницу мы почти не замечаем: в момент, когда в Северном полушарии середина лета, Земля находится на 5 млн километров дальше от Солнца, чем в середине зимы.

Читайте также:

Сакура наоборот: где на Востоке любуются осенью

Магнитное поле Земли: как оно устроено и как защищает жизнь на планете