地球即將抵達距離太陽最遠的位置,為什麼我們卻在過炎熱的夏天?

2023-07-05   魅力科學君

原標題:地球即將抵達距離太陽最遠的位置,為什麼我們卻在過炎熱的夏天?

地球圍繞太陽公轉的軌道並不是一個標準的圓,而是一個橢圓,所以在地球圍繞太陽公轉的過程中,地球與太陽的距離會有時候遠有時候近,其中距離太陽最近的位置被稱為「近日點」,最遠的位置被稱為「遠日點」。

根據科學家的計算,2023年7月6日20點零8分(協調世界時,UTC),地球就會抵達遠日點,也就是說,我們的地球即將抵達距離太陽最遠的位置。這就有點令人感到困惑:按理來說應該是距離太陽越遠,地球接收到的太陽輻射就越弱,溫度也會相應的降低,但為什麼我們卻在過炎熱的夏天呢?

其實這個問題有一個簡單的答案,那就是影響地球上四季變化的主要原因,並不是地球與太陽的距離變化,而是太陽光在地球表面的入射角度。為了說明這一點,我們不妨用一個簡單的例子來進行說明。

假設你手上有一個手電筒,現在你打開這個手電筒,然後讓它發出的光線照射在地面上,此時你就會發現,手電筒發出的光線會在地面上形成一個光斑。

在此之後,如果你不斷調整手電筒發出的光線在地面上的入射角度,那麼你就會發現,這個光斑的面積會隨著光線的入射角度而發生變化,光線的傾斜度越大,光斑的面積就越大,而在光線與地面垂直的時候,光斑的面積則是最小的。

顯而易見的是,在光源不變的情況下,光斑的面積越小,其單位面積接收到的光就越多,而這也就意味著,對於這個光斑而言,其單位面積接收到的光,與手電筒發出的光線在地面上的入射角度高度相關,具體表現為光線的傾斜度越小,其單位面積接收到的光就越多,而在光線直射地面的時候,其單位面積接收到的光就是最多的。

這個道理其實也適用於地球,也就是說,對於地球表面來講,太陽光的傾斜度越小,單位面積接收到的太陽光就越多,而在太陽光直射的區域,單位面積接收到的太陽光是最多的。

由於地球在整體上是一個球體,並且地球的自轉軸相對於地球公轉軌道所處的平面(也就是黃道面)有一個大約23.5度的傾角,因此太陽光在地球表面的直射區域就不會是固定的,每一年它都會在一個特定的緯度區域在南北方向上來回移動,其中最北的界線就是北回歸線,而最南的界線則是南回歸線。

隨著太陽直射區域的移動,地球表面同一區域在不同的時間段,其單位面積接收到的太陽輻射強度就會出現一定的差異,根據緯度的不同,變化也的程度也不一樣,例如在北回歸線附近區域,這種變化的程度最大可以達到50%左右。

另一方面來講,已知在地球圍繞太陽公轉的過程中,其「近日點」和「遠日點」與太陽的距離分別為大約1.47億公里和1.52億公里,根據「平方反比定律」,太陽的輻射強度與距離的平方成反比,據此我們就可以計算出,地球與太陽距離的變化,最多可以使地球表面單位面積所接收到太陽輻射強度出現大約6.4%的差異。

可以看到,相對太陽光在地球表面的入射角度所造成的差異而言,這種差異明顯要小得多,因此可以說,影響地球上四季變化的主要原因,並不是地球與太陽的距離變化,而是太陽光在地球表面的入射角度。

實際上,當地球在「遠日點」附近的時候,太陽在地球表面的直射區域其實就在北半球,所以對這個時候的北半球來講,太陽光的傾斜度就變小了,這就使地面單位面積接收到太陽光比其他的時候更多,溫度自然也就比其他的時候更高,而因為我們是生活在北半球的,所以就會出現「地球即將抵達距離太陽最遠的位置,而我們卻在過炎熱的夏天」這樣的情形。

當然了,以上討論的只是北半球,而對於生活南半球的人們來講,情況就與北半球完全相反,也就是說,當我們北半球在過夏天的時候,南半球卻在過冬天,這是因為此時的南半球,正處於一年之中太陽光的傾斜度最大的時期。