Reasons for the seasons - Rebecca Kaplan

我小时候，

对季节的理解

是十二月和一月很冷

且银妆素裹，

四月和五月繁花似锦，

七月和八月骄阳似火，

九月和十月则像充满缤纷秋叶的万花筒，

世界如此运行，

神奇美好。

如果你告诉那时的我，

世界上有三分之一的人从未见过雪；

或者，7月4号不是一个适合在海边晒太阳的日子，

我一定会觉得你疯了。

但是事实上，地球上只有两个地区

一年四季，四季分明。

而且，在这两个地区，

季节是相反的。

为什么呢？

很多人听说过

天文学家约翰内斯·开普勒

以及他如何证明行星轨道是椭圆的，

以及太阳不是轨道的中心。

几百年他发现这些的时候，

引起了巨大轰动。

他的发现解决了

很多天文学家在计算行星轨道时遇到的问题。

尽管行星轨道确实不是正圆，

那些自然课本、电视和电影里的，

关于地球轨道的图片，

夸大了地球轨道的扁长程度 。

实际上，地球的轨道几乎是正圆的，

但是，由于严格意义上地球的轨道是椭圆，

（尽管看起来并不像椭圆），

而且太阳也并不是精准的位于轨道中心，

这意味着我们与离太阳的距离，

在一年之中不断变化。

啊－哈！

所以，当我们离太阳远一些的时候，冬天就来了！

等等，并不是的这样，不要这样快下结论。

其实，地球与太阳的距离，

在一月比七月少五百万千米。

对于那些北半球的人来说

一月刚好是最冷的月份。

还没有被说服吗？

思考一下：

在地球上夏天和冬天可以同时存在。

康涅狄格州（美国东北部）冬天时，

南半球的新西兰则是夏天。

所以，季节跟地球和太阳的距离无关，

那么，是什么因素导致了四季变化？

我们还应该知道，

地球并不是"竖直"的，

地球是倾斜的。

倾斜的地轴是造成四季的主要原因之一。

地球绕着地轴自转，

地轴与垂直于轨道平面的直线
的夹角为23.5度。

与此同时，地球绕太阳公转，

且地轴永远指向宇宙的同一方向。

地轴倾角、自转与公转的共同作用，

导致了一年中同一地区的白昼时长

随着时间推进而不断变化。

夏天白昼较长，

冬天白昼较短。

所以，当阳光照射在地球上，地球变暖。

日落后，地球开始降温。

所以，夏天时，

所有在北纬40度左右的地区，

例如哈特福特市（美国康涅狄格州首府），

每天会有十五小时白昼，

以及九小时黑夜。

加热时间长于冷却时间，

同种情形，日积月累，

导致整体效应为升温。

记住这个知识点，后面我们会再提到！

在冬季，一切刚好相反。

冷却比加热时间更长。

所以日积月累，导致了冷却效应。

有趣的是，随着我们向北移动，

夏天白昼时长增加。

所以，美国阿拉斯加州的首府朱诺市，
会有19小时白昼。

同一天，美国佛罗里达州首府塔拉哈西市，
只会有14小时日照。

实际上，在北极，

夏天太阳从不落下。

耶，我懂啦！
所以是四季形成是由于白昼时长，

等等，想要解出这道题，
还需要一个重要的知识点。

如果白昼时间是决定平均温度的唯一因素，

那么北极为什么不是夏天最热的地方？

要知道，在夏至左右的那些月份里，

北极24小时白昼啊！

可是，它仍旧是北极，

水中仍有冰川，

地上仍有积雪。

所以，发生了什么呢？

因为地球是一个球体，

所以地球上任一区域接收的太阳能，

随着太阳高度的变化而变化。

众所周知，从日出到日落，

太阳的高度是不断变化的。

此外，一年中太阳的最大高度也在不断变化。

夏天太阳高度高于其他季节，

在夏至日的中午，太阳高度达到极大值。

北半球的夏至日是6月21日，

南半球的夏至日是12月21日。

由于地球绕太阳公转，

倾斜的地轴导致了北半球在冬天相对背向太阳，

而在夏天相对朝向太阳，

这使得夏天太阳位于正上方的时间变长。

还记得前面讲过夏天白昼渐长么？

随着太阳升高，

每平方公里接收的太阳能增加。

所以传导到每一个方格上的能量，

太阳斜射时会少于太阳直射。

因此，尽管北极在24小时白昼中不断升温，

但是北极接收的阳光非常分散，

而且传导的能量比南方的少，

因为南方地区太阳高度更大，

而且南方因地轴倾斜而朝向太阳。

此外，北极的寒冷还因为，

北极在六个月的冬季里，
没有阳光，逐渐降温。

所以，不论你在哪里，当季节更替，

你不但可以欣赏每一个新的季节的美好，

而且还可以领悟带给你季节更替的

宇宙的奥妙 ！