Lapsena en ymmärtänyt mistä vuodenajat johtuvat.
Tiesin kyllä, että talvella on lunta ja pakkasta,
kukat kukkivat keväällä, kun taas kesällä on lämmintä ja aurinkoista.
Syksy taas on täynnä ruskan värejä.
Vuodenajat vaihtuivat, vaikken ymmärtänytkään miksi.
Jos olisit kertonut, että
kolmannes maapallon asukkaista ei ole koskaan nähnyt lunta,
tai että heinäkuun neljäntenä saattaa olla pakkasta,
olisin pitänyt sinua hulluna.
Todellisuudessa neljä vuodenaikaa voidaan havaita vain kahdella maapallon alueella.
Niilläkin vuodenajat ovat päinvastaiset.
Mutta miksi?
Tähtitieteilijä Johannes Kepler osoitti, että planeettojen kiertoradat
ovat ellipsejä, ja että Aurinko ei sijaitse aivan niiden keskellä.
Keplerin havainto oli tärkeä:
se ratkaisi planeettojen kiertoratoihin liittyviä matemaattisia ongelmia.
Vaikka kiertoradat eivät olekaan aivan pyöreitä,
oppikirjojen kuvat usein liioittelevat kiertoradan soikeutta.
Oikeasti Maan kiertorata on hyvin lähellä täydellistä ympyrää.
Mutta koska kiertorata on hieman soikea, ja koska Aurinko ei ole aivan sen keskellä,
Maan etäisyys Auringosta vaihtelee vuoden aikana.
A-haa! Talvella Maa on siis kauempana Auringosta!
Ei oikeastaan.
Tammikuussa Maa on itse asiassa
viisi miljoonaa kilometriä lähempänä Aurinkoa kuin heinäkuussa.
Tästä huolimatta pohjoisessa on tammikuussa talvi.
Kaipaatko lisää todisteita?
Entäs tämä: kesä ja talvi vallitsevat samanaikaisesti planeettamme pinnalla.
Kun Connecticutissa on talvi, Uudessa-Seelannissa on kesä.
Jos vuodenajat eivät johdu etäisyydestä Aurinkoon, mistä sitten?
Maan akseli ei ole aivan suorassa.
Tämä akselikallistuma on tärkein syy, joka saa aikaan vuodenajat.
Maan akselikulma on 23,5° sen ratatasoon nähden.
Kun Maa pyörii akselinsa ympäri ja kiertää Aurinkoa,
sen akseli on koko ajan kallellaan samaan suuntaan avaruudessa.
Tämän seurauksena päivän pituus vaihtelee Maan eri leveysasteilla vuoden aikana.
Kesällä päivänvaloa on enemmän, talvella vähemmän.
Kun Maa on kääntyneenä Aurinkoa kohti, se lämpenee.
Kun Maa kääntyy poispäin Auringosta, se viilenee.
Kesällä 40° leveysasteen pohjoispuolella, kuten Hartfordissa Connecticutissa
päivän pituus on 15 tuntia ja yön 9 tuntia.
Maa siis lämpenee pidempään kuin se jäähtyy.
Kun tämä tapahtuu joka päivä, Maan pinta lämpenee.
Muista tämä myöhempää varten!
Talvella käy päinvastoin:
viilentävä yö on monta tuntia pidempi kuin lämmittävä päivä.
Kun tämä tapahtuu useina päivinä, Maan pinta viilenee.
Kauemmas pohjoiseen mentäessä päivän pituus kesällä pitenee.
Juneaussa, Alaskassa päivän pituus on kesällä 19 tuntia,
kun taas Tallahaseessa, Floridassa päivä on 14 tuntinen.
Pohjoisnavalla Aurinko ei kesällä laske lainkaan.
Vuodenajat johtuvat siis päivän pituudesta. Selvä!
Ei aivan niinkään.
Jos ainoastaan päivän pituus säätelisi keskilämpötilaa,
eikö Pohjoisnapa olisi kesällä Maan kuumin paikka?
Sehän saa keskikesällä auringonvaloa 24 tuntia vuorokaudessa.
Pohjoisnapa on kuitenkin jään peitossa myös kesällä. Miksi?
Maa on pyöreä, ja sen pinnan saama Auringon energia riippuu siitä,
miten korkealta Aurinko paistaa.
Tämä muuttuu päivän aikana auringonnousun ja -laskun välillä.
Auringon säteilyn suurin saapumiskulma vaihtelee myös vuoden aikana.
Se on suurimmillaan kesäpäivänseisauksena, joka on 21.6. pohjoisella
ja 21.12. eteläisellä pallonpuoliskolla.
Pohjoinen pallonpuolisko kääntyy poispäin Auringosta talvella,
ja Aurinkoa kohti kesällä,
jolloin pohjoinen pallonpuolisko saa säteilyä suuremmassa kulmassa ja kauemmin.
Päiväthän ovat kesällä pidempiä.
Auringon säteilyenergia pinta-alaa kohti kasvaa, kun säteilykulma kasvaa.
Kun säteily tulee matalammalta, sen energia pinta-alaa kohti on pienempi.
Tämän takia pohjoisnavalla on kylmä, vaikka valoa riittääkin 24 h vuorokaudessa.
Auringon säteilyn sisältämä energia leviää laajalle alueelle
eikä lämmitä niin kuin etelämpänä, jossa säteily tulee suuremmassa kulmassa.
Pohjoisnavan täytyy sitä paitsi lämmetä talven jälkeen,
koska se ei saanut Auringon valoa puoleen vuoteen.
Kun tarkkailet vuoden kiertoa, voit nauttia vuodenaikojen kauneudesta.
Voit myös samalla pohtia planetaarisia ilmiöitä, jotka aiheuttavat vuodenajat.