四季變換與地球公轉(zhuǎn)有關(guān),我們先來分析地球的運(yùn)動(dòng),地球有兩種基本的運(yùn)動(dòng),一種叫自轉(zhuǎn)——地球自身的旋轉(zhuǎn),另一種叫公轉(zhuǎn)——繞著太陽的旋轉(zhuǎn).
自轉(zhuǎn)是繞著穿過南北兩極的地軸進(jìn)行的,方向是自西向東,離兩極越遠(yuǎn)的地方轉(zhuǎn)速越快.與兩極等距的那一圈叫赤道.地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為一天,也就是24小時(shí).
地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度為每秒30公里,繞太陽一周需要365天5時(shí)48分46秒.也就是一年,天文學(xué)上稱之為回歸年.地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道是一個(gè)橢圓,它的長直徑和短直徑相差不大,可近似為正圓.太陽就在這個(gè)橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,而焦點(diǎn)是不在橢圓中心的,因此地球離太陽的距離,就有時(shí)會近一點(diǎn),有時(shí)會遠(yuǎn)一點(diǎn).一月初,地球離太陽最近,為147,100,000公里,這一點(diǎn)叫做近日點(diǎn).七月初地球離太陽最遠(yuǎn),為152,100,000公里,這一點(diǎn)叫做遠(yuǎn)日點(diǎn).事實(shí)上,當(dāng)?shù)厍蛟诮拯c(diǎn)的時(shí)候,北半球?yàn)槎?南半球?yàn)橄募?在遠(yuǎn)日點(diǎn)的時(shí)候,北半球?yàn)橄募?南半球?yàn)槎?這就說明,四季的變化與近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)無關(guān).
那么四季的變化到底是怎么產(chǎn)生的呢?與公轉(zhuǎn)有關(guān),但是決定性的條件是地球必須斜著繞太陽轉(zhuǎn)；如果地球是垂直的繞太陽旋轉(zhuǎn)的話,太陽光線將永遠(yuǎn)直射在地球的赤道附近,而其他地方的地平面與太陽光線的夾角也永遠(yuǎn)不變,地球上將不會有四季的變化.
我們知道,地球上某一平面氣溫高低與太陽光是直射還是斜射該平面有關(guān).那么這種效果是怎么產(chǎn)生的呢?我們來分析一下.假定有一束固定大小的光束,當(dāng)他直射在某一平面時(shí),他投射在該平面的光斑將是一個(gè)正圓,而斜射時(shí),光斑將是一個(gè)橢圓,而且越斜橢圓越大,也就是說,斜射時(shí)同樣多的光線照在了更大的面積上.我們可以理解為,光束斜射時(shí)光斑區(qū)的光線稀一些,直射時(shí)光斑區(qū)的光線濃一些.這就是為什么太陽光直射的地方氣溫要高一些,而斜射的地方氣溫要低一些.我們知道氣溫是決定季節(jié)的主要因素,所以我們不難理解太陽光直射的地方,將是夏季,而斜射得最厲害的地方將是冬季,這兩者之間的則是春季或秋季.
那么四季的交替變化又是怎樣形成的呢?這就與地球的傾斜有關(guān)了,正是由于地球是傾斜著繞太陽旋轉(zhuǎn)的,才使得太陽光的直射以赤道為中心,以南北回歸線為界限南北掃動(dòng),每年一次,循環(huán)不斷,從而形成了地球上一年四季,順序交替的現(xiàn)象.
具體情況是這樣的,當(dāng)?shù)厍蚬D(zhuǎn)到3月21日左右的位置時(shí),陽光直射在赤道上,這時(shí)北半球的陽光是斜射的,正是春季,南半球此時(shí)正是秋季.當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)到6月22日左右的位置時(shí),陽光直射在北回歸線上,北半球便進(jìn)入了夏季,而南半球正是冬季.9月23日左右時(shí),陽光又直射到赤道上,北半球進(jìn)入秋季,南半球轉(zhuǎn)為春季.當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)到12月22日左右的位置時(shí),陽光直射到南回歸線上,北半球進(jìn)入冬季,而南半球則進(jìn)入夏季.接下來就進(jìn)入了新的一年,新一輪的四季交替又要開始了.