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1 # 姚立兵的詩詞
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2 # 留白說
孔子東遊,遇到兩小兒討論太陽昇起時近還是中午時近,其中一小兒曰“日初出滄滄涼涼,及其日中如探湯,此不為近者熱而遠者涼乎?”。而現在,當年的那個小兒長大了,持著近熱遠涼觀點的他在悟空問答,提出了這個問題。確實,冬天太陽離地球近(北半球的人),氣溫怎麼反而低呢?想必孔子再遇到他也是不能決也。接下來我就為大家分析分析。
我們知道,在太陽系中,行星繞太陽旋轉的軌道是一個近似正圓的橢圓形,太陽就位於橢圓軌道的焦點。地球軌道的半長軸為1.496*10^8千米,半短軸為1.4958*10^8千米。雖然軌道長短直徑相差不大,但焦點並不位於軌道平面的中心點,而是有一個偏移。因此地球圍繞太陽運動的過程中有時候會距離近,有時距離遠。地球到太陽的距離在1.471*10^8千米~1.521*10^8千米之間,兩者相差500萬公里。這個距離差相比地球到太陽的距離可以說微不足道,對地球整體溫度的影響微乎其微。
真正有影響的是太陽照射地球的角度。地球在遠日點時,太陽直射南迴歸線附近,對於北半球的人來說,太陽斜射獲取的熱量沒有直射多,而且冬天白晝短,黑夜長,氣溫積累時間縮短,都導致了冬天的氣溫低。
感性的解釋明白後,我要上理論了。太陽輻射密度和距離的平方成反比,與照射角正弦值成正比。地球與太陽距離遠近對輻射密度的影響是6.5%,而照射角的影響,以北緯40度的北京為例,近日點照射角度26.5,遠日點73.5,兩者輻射密度差了53%。所以說近日點的地球北半球因為照射角帶來的太陽輻射密度的影響遠大於日地距離帶來的影響,因此氣溫更低。
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3 # 不服軟的小軟
地球在繞太陽公轉的過程中,軌道並不是一個以太陽為圓心的標準圓形,而是一個以太陽為其中一個焦點的橢圓形軌道。正因如此,地球在公轉的過程中,存在一個離太陽最近的近日點和一個離太陽最遠的遠日點。
地球大約在1月初的時候到達近日點,位於近日點時,地球距離太陽約為1.471億公里;地球大約在7月初的時候達到遠日點,位於遠日點時,地球距離太陽約為1.521億公里。
那麼,為啥在近日點的時候氣溫反而低?當地球公轉的近日點的時候,地球接收到的太陽輻射更強,按理來說溫度應該高才對啊?事實上,對於整層大氣來說,確實如此,地球整層大氣平均氣溫確實是在1月份達到一年中的最高。
但是,對於生活在地球上的我們來說,太陽直射點的南北擺動帶來的溫度變化,才是決定我們感受到冷還是熱的關鍵因素!
當太陽直射點在南半球時,北半球接收到的太陽輻射減少,天氣較冷;當太陽直射點在北半球時,北半球接收到的太陽輻射增多,天氣較熱。
不巧的是,當太陽位於近日點的時候,太陽折射點位於南半球,身處北半球的我們,正在經歷嚴寒的冬天,這種差異正是題主產生如題疑問的原因所在。
如有不準確之處,望不吝賜教!
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一、“太陽冬天離地球近”這個說法並不嚴謹
首先,“太陽冬天離地球近”這個說法並不嚴謹。“冬天”這種說法不能脫離具體的地方。同一個時間,地球上不同的地方,其季節可能是不同的。比如1月份,在我們中國,這時正好在冬天,可是對南半球的澳洲來說,這時卻是在最熱的夏天。太陽離地球近時,有的地方為夏天,有的地方為冬天。我想,“太陽冬天離地球近,為什麼氣溫反而低?”,更準確的表述應該是“為什麼太陽離地球近的時候(如1月),我們中國氣溫低,為冬天;太陽離地球遠的時候(如7月),我們中國氣溫高,為夏天?”
二、產生“太陽離地球近,中國應該氣溫高,為夏天”誤解的原因可能與烤火的經驗有關
我覺得,這個誤解與生活中人們烤火的經驗有關。如上圖,圖中有一堆火,它是一個熱源,人們可以透過烤火獲得光和熱,從而取暖。經驗告訴我們,離火堆近的人(如圖中蹲著的人A)得到的光和熱就多一些,感覺就比較溫暖。離火堆遠的人(如圖中站著的小孩B)得到的光和熱就少一些,感覺就比較冷。有人把這個原理用到太陽照射地球上,就得出了“太陽離地球近,中國得到太陽的光和熱多,應該氣溫高,為夏天。”這個結論。而實際上,這個結論並不正確。
三、離太陽的遠近對地球得到的光和熱有影響,但是不大,對中國得到的光和熱影響就更小了
眾所周知,地球繞太陽運動的軌跡是橢圓形的,如下圖。因此,地球與太陽之間的距離是變化的。離太陽近的時候(如1月初),地球得到的光和熱就多。離太陽遠的時候(如7月初),地球得到的光和熱就少。這是正確的。
地球繞太陽運動的軌跡是橢圓形,這個模型是古人好不容易(甚至付出了血的代價)才發現的,所以,人們覺得它很重要(另外,它確實更科學),一般的地球繞太陽公轉圖中,都突出了軌跡為橢圓的特性,橢圓畫得很扁。它讓我們產生了一個錯覺,以為地球與太陽的距離變化很大,其實不然。
1月初的時候,地球處於近日點,太陽與地球的距離最近,約為1.47億公里。7月初的時候,地球處於遠日點,太陽與地球的距離最遠,約為1.52億公里。這兩個資料相差約為500萬公里,相對於日地平均距離1.5億公里,實在不是很大。也就是說,地球繞太陽運動的軌道其實更接近圓形,而不是上面畫的橢圓。太陽離地球的距離變化很小,離太陽的遠近對地球得到的光和熱有影響,但是不大,對中國得到的光和熱影響就更小了。
四、太陽與地球的相對位置(不含遠近)更能影響北半球得到的光和熱,對中國得到的光和熱影響很大
太陽與地球的相對位置關係可以用太陽直射點的位置來表示。太陽直射點是太陽垂直照射地球的地方,這裡太陽位於天頂上,也就是位於人的頭頂上方。此時,當地時間是12:00,是太陽最高的地方(太陽高度角為90度),是全球太Sunny最強的地方(太陽越高,太Sunny越強)。
離太陽近的時候(如1月初),太陽直射點在南半球,南半球(注意不是地球)得到的光和熱就多,南半球就處於夏天。【上圖為冬至日12月22日(接近1月)時,太Sunny在地球上的分配圖,右側沒有太Sunny,為黑夜,左側為白天。圖中太陽直射南迴歸線。太Sunny照射南半球的部分面積大,南半球的部分得到的太Sunny和熱更多,南半球就處於夏天】
離太陽遠的時候(如7月初),太陽直射點在北半球,北半球(注意不是地球)得到的光和熱就多,北半球就處於夏天。看下圖。【上圖為夏至日6月22日(接近7月)時,太Sunny在地球上的分配圖,左側沒有太Sunny,為黑夜,右側為白天。圖中太陽直射北迴歸線。太Sunny照射北半球的部分面積大,北半球的部分得到的太Sunny和熱更多,北半球就處於夏天】
總結一下,我們的結論是:太陽離地球的距離變化很小,一年12個月中地球得到的光和熱變化不大。但是,太Sunny和熱在地球南、北半球的分配是不均勻的。1月份,太陽離地球較近,太陽的光和熱主要分配給了南半球,故而北半球(包括中國)處於冬天。7月份,太陽離地球較遠,太陽的光和熱主要分配給了北半球,故而北半球(包括中國)處於夏天。太陽的光和熱在地球上的分配對於季節影響很大!
五、具體到某地,其季節的變化取決於太陽的高低和白天長短的變化
太陽高的時候,太Sunny越接近於垂直照射地面,同一束太Sunny照射地面面積越小,太Sunny越集中,太Sunny越強。
某地正午太陽高、白天長的季節,那麼某地得到的太Sunny和熱就多,就是處於夏天。反之,則處於冬天。
當太陽離地球近的時候(如1月),中國各地太陽高度是比較低的,白天是很短的,得到的太Sunny和熱是很少的,所以,中國就處於冬天,氣溫低。這與太陽離地球近基本無關!