НОА 2014, II кръг (областен), 9–10 клас — Задача 4. Земната орбита

• • Сезоните ще се дължат само на елиптичността на орбитата и ще настъпват синхронно в двете полукълба; лятото (перихелий) ще е горещо и кратко, зимата (афелий) – съществено по-дълга; продължителността на слънчевото денонощие ще се мени (летните денонощия дълги, зимните къси, но повече на брой); дните ще са почти равни на нощите през цялата година; височината на Слънцето в горна кулминация ще е една и съща за всички дни от годината, но ъгловите му размери ще се менят – лято на „голямото“, а зима на „малкото“ Слънце.

  Изгревите и залезите ще са по-кратки през зимата и по-продължителни през лятото.

• • В екваториалната зона климатът няма да е постоянен – ще има смяна на сезони, с много горещо лято, силни възходящи потоци, ветрове и вероятно урагани, а зимата ще е най-добрият сезон; в тропичните зони – подобни, но леко смекчени явления; в полярните зони ще има смяна на сезоните и ще изчезнат половингодишните полярни нощи и полярни дни, а на самите полюси Слънцето никога няма да залязва и ще се вижда едновременно на двата полюса.

  На полюсите дори без рефракция почти половината слънчев диск би бил над хоризонта през цялата година.

Щом оста на Земята е перпендикулярна на орбитата й, то наклонът на оста вече не би могъл да бъде причина за смяна на сезоните. Сезоните ще се сменят поради елиптичността на орбитата, при което се променя съществено разстоянието на Земята до Слънцето. Когато е в тази част на орбитата, която е най-близо до Слънцето и в която се намира перихелият на орбитата, Земята получава най-много енергия. Тогава е лято. В зоната около афелия е зима. Разликата от сегашната ситуация е в това, че сезоните настъпват синхронно (едновременно) в двете полукълба на Земята – в северното, и в южното.

Скоростта на движение на Земята по орбитата й силно зависи от разстоянието до Слънцето. В перихелий Земята ще се движи много бързо. Лятото ще е горещо, но кратко. В афелий движението на Земята ще бъде по-бавно. Затова зимата ще е съществено по-дълга от лятото.

Поради различната скорост на движение по орбитата в различни нейни участъци, ще се променя и продължителността на слънчевото денонощие. Когато Земята се движи бързо, в района на перихелия на орбитата й, за всяко денонощие тя ще изминава относително по-голям участък от орбитата, при това намирайки се по-близо до Слънцето, поради което ъгълът, под който се вижда денонощният й път, ще бъде съществено по-голям. Това означава, че видимата скорост на Слънцето по небесната сфера ще е по-голяма. Следователно Земята, след като направи един оборот около оста си (звездно денонощие), ще има да довърта допълнително по-голям ъгъл, за да приключи и слънчевото денонощие. Затова през лятото денонощията ще бъдат по-дълги. В афелия, поради бавното движение по орбитата й, Земята ще изминава за едно звездно денонощие по-къс път и следователно слънчевото денонощие ще бъде по-кратко, а видимото движение на Слънцето по небесната сфера – по-бавно. Това означава, че летните денонощия ще са дълги, а зимните кратки, но повече на брой. Обърнете внимание, че става дума за продължителност на денонощията, а не на дните, които сега са по-дълги през лятото за сметка на нощите. Тогава едновременно и дните и нощите ще са по-дълги или по-къси, в зависимост от сезона.

Още една отличителна особеност е това, че дните във всички сезони ще са почти равни на нощите. Разликата ще идва само от атмосферната рефракция и от леката промяна в положението на Земята по елиптичната орбита.

Височината на Слънцето над хоризонта в горна кулминация ще е различна за различните географски ширини, но за всяка географска ширина ще е една и съща за всички дни от годината. Ъгловите размери на Слънцето обаче, ще се променят. В парихелий Слънцето ще се вижда най-голямо, а в афелий – най-малко. Лятото ще бъде сезон не на “високото” Слънце, а на “голямото” Слънце. Зимата ще бъде сезонът не на “ниското” Слънце, а на “малкото” Слънце.

Поради промените в скоростта на движение на Слънцето по небесната сфера, както и поради промените в ъгловите му размери (вследствие на промяната на разстоянието до него), през годината ще се променя и продължителността на слънчевите изгреви и залези. През зимата Слънцето ще изгрява и залязва за по-кратко време, а през лятото – по-продължително.

Всички разсъждения, свързани със смяната на сезоните, тяхната продължителност, както и с продължителността на слънчевите денонощия, са верни и за останалите климатични зони на Земята.

В екваториалната зона климатът няма да е постоянен, какъвто е сега. Също ще има смяна на сезони, макар и по-горещи от сезоните в умерените ширини. През лятото ще бъде много горещо, защото Слънцето, което там ще се издига високо над хоризонта, ще е съществено по-близо отколкото е сега. Силното слънчево греене ще довежда до силно нагряване на земната и водната повърхност, до мощни възходящи въздушни потоци, до силни ветрове, а вероятно и урагани. Най-добра част от годината за живеещите там ще е зимата. Климатът ще е по-мек, а сезонът – продължителен.

В тропичните зони ще има подобни явления, но най-вероятно леко смекчени вследствие на по-малката височина на Слънцето над хоризонта, което води до по-малко слънчево греене на единица площ, поради по-големия наклон на слънчевите лъчи относно земната повърхност, и малко по-голямото поглъщане на слънчевата енергия в атмосферата (поради по-дългия път, който тя изминава преди да стигне до земната повърхност).

В полярните зони също ще има смяна на сезоните, определяща се от разстоянието до Слънцето. Най-съществената промяна за тях ще бъде отсъствието на половингодишните полярни нощи и полярни дни.

На самите полюси, както и в близките до полюсите области (става дума за области с размери няколко десетки километра около полюсите), обаче, поради рефракцията на светлината, Слънцето никога няма да залязва. Дори и да нямаше рефракция, на самите полюси почти половината слънчев диск щеше да е над хоризонта през цялата година. Слънцето ще се вижда и на двата полюса на Земята едновременно.

Критерии за оценяване (общо 12 т.):

• За посочване на синхронното настъпване на сезоните в двете полукълба – 2 т.
• За разсъждения относно продължителността на сезоните – 2 т.
• За обяснения по въпроса за продължителността на денонощията и равенството на дните и нощите – 2 т.
• За разсъждения относно видимото денонощно движение и ъгловите размери на Слънцето – 2 т.
• За описание на климата в екваториалните и тропични райони – 2 т.
• За разсъждения относно полярните райони и полюсите – 2 т.