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你知道为什么会产生四季交替吗?

四季是指一年中交替出现的四个季节,即春季、夏季、秋季和冬季。在天文学上,季节的划分是以地球围绕太阳公转轨道上的位置来确定的。

地球的公转,是地球围绕太阳的旋转,它公转的路线叫轨道。地球公转的方向,是自西向东旋转。地球绕太阳公转的速度为每秒30公里,地球围绕太阳转动的轨道长度是94亿千米,走完全程所用的时间是365天5时48分46秒,也就是一年。

地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆,它的长直径和短直径相差不大,可近似为正圆。太阳就在这个椭圆的一个焦点上,而焦点是不在椭圆中心的,因此地球离太阳的距离,就有时会近一点,有时会远一点。

虽然四季的变化与地球公转有关,但决定性的条件是地球必须斜着绕太阳转,也就是黄赤夹角的存在。

如果没有黄赤交角,地球绕太阳垂直旋转,太阳光将永远直射在地球的赤道附近,而其他地方的太阳光线与地平面之间的夹角也是永远不变,地球上便不会有四季的变化。

黄赤交角的存在,使太阳直射点在23°26′S至23°26′N间作周年往返移动。因此每时每刻,地表获得的热量是随时间和空间而发生变化的。

做一个简单的实验,将手电筒的光束垂直照向洁白的纸板,投射在纸板上的光斑是圆形的,而且光斑非常亮。将手电筒稍微倾斜一下,光斑就会变成椭圆形,而且越斜椭圆越大,光斑的亮度也有明显的变化。这说明,同一束光直射时面积最小,热量较为集中;斜射面积变大,热量分散。同理,太阳光直射的地方气温高一些,而斜射的地方气温低一些。

以北半球为例,夏至日前后一段时间,太阳直射在23°26′N,这是太阳光线能够垂直照射的最北位置,此时地面获得的太阳光热较多,形成夏季;冬至日前后一段时间,太阳直射在23°26′S,这是太阳光线能够垂直照射的最南位置,此时地面获得的太阳光热较少,形成冬季;春分日和秋分日前后一段时间,地面获得的太阳光热比夏季少,比冬季多,分别形成春季和秋季。南半球季节与北半球相反。

正是因为地球围绕太阳公转的轨道是椭圆形的,并且与地球自转的平面有一个夹角。当地球处在公转轨道的不同位置时,各个地方受到太阳光照不同,接收到的太阳热量也不同,所以就有了季节的变化和冷热的差异。

本文由中国人民大学附属中学第二分校一级教师王和意进行科学性把关。