Самара 2016, I кръг (задочен), 8–9 клас — Задача 4. О продолжительности лета и не только

• южное географическое полушарие летом получает больше энергии от Солнца за единицу времени; продолжительность астрономического лета больше в северном полушарии.

Условие. Какое географическое полушарие (северное или южное) летом получает больше энергии от Солнца за единицу времени? В каком полушарии продолжительность астрономического лета больше? Свой ответ поясните. (4 балла).

Решение:

Прежде всего отметим, что необходимыми и достаточными условиями смены времен года на поверхности Земли являются

1. наклон географического экватора к плоскости эклиптики (под углом, отличным от нуля);
2. постоянство ориентации оси вращения Земли в пространстве;
3. годичное обращение Земли вокруг Солнца.

Солнце является стационарной звездой, полная мощность излучения которой изменяется со временем несущественно. Однако, орбита Земли является эллиптической, следовательно, в течение года расстояние между Землей и Солнцем изменяется, а, следовательно, изменяется освещенность Земли (поскольку последняя подчиняется "закону обратных квадратов").

В начале января (2-5 января) Земля пребывает в перигелии своей орбиты – ближайшей точке к Солнцу. Именно здесь Земля получает максимальное количество энергии от Солнца за единицу времени. В это время лето наблюдается в южном полушарии. Т.о. южное полушарие летом получает больше энергии от Солнца за единицу времени.

Астрономическое лето – это промежуток времени между летним солнцестоянием и осенним равноденствием – продолжается в Северном полушарии с 20 (21) июня по 22 (23) сентября, в Южном полушарии с 21 (22) декабря по 20 (21) марта. В Северном полушарии лето продолжается приблизительно 93.6 суток, в Южном полушарии – 89.0 суток. Т.о. продолжительность астрономического лета больше в северном полушарии, что также связано с эллиптичностью земной орбиты. Поскольку в период 20 (21) июня по 22 (23) сентября Земля движется в окрестности афелия своей орбиты, где ее орбитальная скорость минимальна, следовательно время движения Земли по орбите здесь максимально.

Ответ: южное географическое полушарие летом получает больше энергии от Солнца за единицу времени; продолжительность астрономического лета больше в северном полушарии. ($\text{\textdollar}_{\max} = 4$ балла).