2021年的6月21日這天，我們一起聊了聊夏至。眨眼間6個(gè)月過去了，冬至又到了。時(shí)間過得可真快啊。對(duì)于我們來講從夏至到冬至最直觀的感受就是從炎熱的夏天來到了寒冷的冬天。
冬至
那么地球呢？地球就像一個(gè)巨大的摩天輪載著我們圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)圈圈。地球這個(gè)“摩天輪”轉(zhuǎn)一圈就是一年。從夏至到冬至，地球剛好圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)了半圈。
這是多遠(yuǎn)的一段距離呢？我們可以來計(jì)算一下。地球到太陽(yáng)的平均距離為1.496億公里。我們把地球圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軌道看做是一個(gè)圓形，那么就很容易地得出地球公轉(zhuǎn)軌道的周長(zhǎng)，大約是9.4億公里。所以，從夏至日到冬至日地球載著我們?cè)谔?yáng)系中轉(zhuǎn)了大約4.7億公里。這么算下來，地球圍繞太陽(yáng)的平均公轉(zhuǎn)速度達(dá)到了每秒鐘29.8公里。
地球和太陽(yáng)
其實(shí)，地球圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軌道并不是一個(gè)完美的圓形，而是一個(gè)橢圓形。這意味著，地球有時(shí)候會(huì)靠近太陽(yáng)，有時(shí)候又會(huì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)。地球距離太陽(yáng)最近的位置叫作近日點(diǎn)；相反地球距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的位置叫作遠(yuǎn)日點(diǎn)。在近日點(diǎn)時(shí)，日地之間的距離為1.471億公里；在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，日地之間的距離為1.521公里。地球的近日點(diǎn)距離要比遠(yuǎn)日點(diǎn)距離近了500萬(wàn)公里呢！
那么地球什么時(shí)候會(huì)運(yùn)行到近日點(diǎn)，什么時(shí)候又會(huì)運(yùn)行到遠(yuǎn)日點(diǎn)上呢？地球會(huì)在每年的1月初來到近日點(diǎn)，而在每年的7月初會(huì)來到遠(yuǎn)日點(diǎn)上。例如2022年的1月4日前后，地球會(huì)抵達(dá)近日點(diǎn)。所以過了2021年12月21日的冬至這一天，地球還有14天就會(huì)到達(dá)近日點(diǎn)了。
地球遠(yuǎn)日點(diǎn)和近日點(diǎn)
這意味著冬至這一天，地球已經(jīng)很接近近日點(diǎn)了。那冬至?xí)r地球距離太陽(yáng)有多近呢？通過一些星空模擬軟件中提供的數(shù)據(jù)我們得知，今年冬至?xí)r地球距離太陽(yáng)有0.984天文單位，約1.472億公里。今年夏至（2021年6月21日）時(shí)，地球距離太陽(yáng)有1.016天文單位，約1.52億公里。由此我們得知，地球在冬至?xí)r要比它在夏至?xí)r靠近太陽(yáng)480萬(wàn)公里。
這一點(diǎn)很有趣，也讓我們感到很意外。原來冬至?xí)r的地球要比在夏至?xí)r更加靠近太陽(yáng)，那為什么我們會(huì)在冬至后迎來一年之中最寒冷的時(shí)候呢？難道地球的溫暖不是太陽(yáng)送來的嗎？
寒冷的冬天
太陽(yáng)的輻射熱量給地球帶來的溫暖，這點(diǎn)沒有錯(cuò)。480萬(wàn)公里也是一段非常大的距離。但是它對(duì)于地球上的冷熱變化影響是微乎其微的。我們說，地球的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形的?？墒沁@個(gè)橢圓的扁率只有0.017。也就是說，如果我們把地球的公轉(zhuǎn)軌道畫作是一個(gè)半長(zhǎng)軸為1米的橢圓，它的半長(zhǎng)軸和半短軸之間的差值僅有0.14毫米。所以我們完全可以把地球的公轉(zhuǎn)軌道看做是一個(gè)圓形。
這么看來，冬至意味著寒冷的冬天即將到來，就如同夏至意味著炎熱的夏季到來一樣，都是和地球是否靠近、遠(yuǎn)離太陽(yáng)沒有關(guān)系的。
那么是什么原因讓地球上夏天很熱，冬天很冷呢？主要有兩個(gè)方面的原因。
太陽(yáng)光的斜射和直射
一是太陽(yáng)的入射角的問題。我們發(fā)現(xiàn)冬至這一天太陽(yáng)在天空中的高度非常的低。這樣太陽(yáng)光的照射到地面上的角度非常的小，陽(yáng)光是斜射的。陽(yáng)光斜射使得單位面積的地面獲得的熱量比陽(yáng)光直射時(shí)少很多。而夏至這天，太陽(yáng)在天空中的位置很高。陽(yáng)光幾乎是垂直照射地面的。因此處在陽(yáng)光斜射狀態(tài)的冬天就要比陽(yáng)光直射的夏天冷多了。
我國(guó)風(fēng)云4號(hào)衛(wèi)星拍攝的冬至?xí)r的地球
二是太陽(yáng)光照射時(shí)間長(zhǎng)短的問題。我們發(fā)現(xiàn)冬至這天是一年當(dāng)中白天時(shí)間最短的一天。而且在北半球越往北白天的時(shí)間就越短。舉個(gè)例子吧！我所在的城市緯度位置為北緯37°。冬至這天的白天只有9小時(shí)40分，而我國(guó)最北端的漠河白天只有7小時(shí)35分，下午3點(diǎn)35分太陽(yáng)就落下去了。而北極圈以內(nèi)則出現(xiàn)了極夜現(xiàn)象。太陽(yáng)干脆不上班了。
本來冬天的時(shí)候，地面因?yàn)殛?yáng)光斜射的原因獲得的熱量就比較少，再加上白天陽(yáng)光照射的時(shí)間又很短。這就是冬天寒冷的原因了。而夏天的情況則剛好和冬天相反。
太陽(yáng)在一年中每天同一時(shí)間的軌跡
是什么原因造成了冬天陽(yáng)光斜射，日照時(shí)間變短呢？地球圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，而太陽(yáng)穩(wěn)坐在太陽(yáng)系的中心，并沒有向我們看到的那樣，夏天太陽(yáng)高高掛，冬天在地面打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。那只能說明問題出在地球上。原來地球的赤道面和地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的黃道面之間存在著一個(gè)夾角。這個(gè)夾角叫作黃赤交角。黃赤交角為23°26′。這個(gè)夾角造成了地球上的寒暑交替，四季變化。
黃赤交角
因?yàn)辄S赤交角的存在，地球在圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)的直射點(diǎn)會(huì)在南北回歸線之間來回移動(dòng)。冬至這一天，太陽(yáng)的直射點(diǎn)移動(dòng)到了南回歸線上，直射南半球。這樣北半球不但處于陽(yáng)光斜射狀態(tài)，而且還處于晝短夜長(zhǎng)的狀態(tài)下。
地球公轉(zhuǎn)和四季的形成
冬至這天，雖然地球比在夏至?xí)r靠近太陽(yáng)480萬(wàn)公里，但是陽(yáng)光更偏愛南半球，因此北半球就變冷了。
大家說是這樣嗎？一起聊一聊吧！
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