Ruch obiegowy Ziemi - Zintegrowana Platforma Edukacyjna

Ziemia obiega Słońce w odległości ok. 150 mln km, ale dystans ten waha się od ok. 147 mln km do ponad 152 mln km, ponieważ orbita naszej planety ma kształt elipsy. Lato na półkuli północnej wypada akurat wtedy, gdy Ziemia w swej wędrówce jest bardziej oddalona od Słońca, a zima, gdy znajduje się bliżej. Jeśli chcesz wiedzieć, jak to jest możliwe, zapoznaj się z lekcją o ruchu obiegowym Ziemi.

R13hFXMyNa94V1

Ilustracja ma kształt koła. Przedstawia schemat ruchu obiegowego Ziemi wokół Słońca. W środku jest żółte Słońce. Dokoła Słońca na okręgu narysowanych jest dwanaście globów ziemskich, gdzie wskazano obszary, na których dzień trwa krócej lub dłużej niż dwadzieścia cztery godziny. Przy każdym jest data informująca, kiedy Ziemia znajduje się w takim położeniu względem Słońca. Dokoła całego rysunku wyrysowany jest pas, na którym opisano poszczególne nazwy gwiazdozbiorów – znaków zodiaku, na tle których w danym czasie znajduje się Słońce. Na kolejnym pasie okalającym rysunek są nazwy miesięcy. Na następnym pasie są nazwy pór roku. Nad pasami z nazwami pór roku są podane następujące informacje: nad zimą ,,jeden rok kalendarzowy (trzysta sześćdziesiąt pięć dni, raz na cztery lata rok przestępny - trzysta sześćdziesiąt sześć dni). Zima na półkuli północnej, lato na półkuli południowej (osiemdziesiąt dziewięć dni)”, nad wiosną ,,jeden rok astronomiczny (trzysta sześćdziesiąt pięć dni, pięć godzin, czterdzieści osiem minut i czterdzieści pięć sekund), wiosna na półkuli północnej, jesień na półkuli południowej (dziewięćdziesiąt dwa dni dziewiętnaście godzin)”, pod latem ,,lato na półkuli północnej, zima na półkuli południowej (osiemdziesiąt dziewięć dni i piętnaście godzin)” oraz pod jesienią ,, jesień na półkuli północnej, wiosna na półkuli południowej (osiemdziesiąt dziewięć dni dziewiętnaście godzin)”. W styczniu na półkuli północnej trwa zima, a na południowej – lato. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Lwa i Raka. Drugiego stycznia jest peryhelium, Ziemia znajduje się wtedy najbliżej Słońca, czyli sto czterdzieści siedem milionów kilometrów. W lutym na półkuli północnej trwa zima, a na południowej – lato. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Lwa i Panny. W marcu na półkuli północnej trwa zima. Dwudziestego pierwszego marca występuje równonoc wiosenna. Ziemia jest wtedy sto czterdzieści dziewięć milionów kilometrów od Słońca, następuje kalendarzowa wiosna. Na półkuli południowej trwa lato, po równonocy następuje kalendarzowa jesień. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Panny i Wagi. W kwietniu na półkuli północnej trwa wiosna, a na południowej – jesień. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Wagi i Skorpiona. W maju na półkuli północnej trwa wiosna, a na południowej – jesień. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Skorpiona i Strzelca. W czerwcu na półkuli północnej trwa wiosna. Dwudziestego drugiego czerwca występuje przesilenie letnie. Ziemia jest wtedy sto pięćdziesiąt dwa miliony kilometrów od Słońca w tzw. aphelium. Następuje kalendarzowe lato. Na półkuli południowej trwa jesień, po przesileniu następuje kalendarzowa zima. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Strzelca i Koziorożca. W lipcu na półkuli północnej trwa lato, a na południowej – zima. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Koziorożca i Wodnika. W sierpniu na półkuli północnej trwa lato, a na południowej zima. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Wodnika i Ryb. We wrześniu na półkuli północnej trwa jesień. Dwudziestego trzeciego września występuje równonoc jesienna. Ziemia jest wtedy sto czterdzieści dziewięć milionów kilometrów od Słońca. Następuje kalendarzowa jesień. Na półkuli północnej trwa jesień, a południowej wiosna. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Ryb i Barana. W październiku na półkuli północnej trwa jesień, a na południowej wiosna. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Barana i Byka. W listopadzie na półkuli północnej trwa jesień, a na południowej wiosna. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Byka i Bliźniąt. W grudniu na półkuli północnej trwa jesień, dwudziestego drugiego grudnia występuje przesilenie zimowe, następuje kalendarzowa zima. Na półkuli południowej trwa wiosna, po przesileniu następuje kalendarzowe lato. Słońce pojawia się wtedy na tle gwiazdozbioru Bliźniąt i Raka. — Ruch obiegowy Ziemi
Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

charakterystykę ruchu obrotowego Ziemi, która jest nachylona pod kątem ok. 66°33' w stosunku do płaszczyzny jej orbity;
konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi.

Twoje cele

Wskażesz związek między nachyleniem osi ziemskiej a oświetleniem naszej planety.
Zinterpretujesz zależność pomiędzy zróżnicowaniem oświetlenia poszczególnych części Ziemi a porami roku.
Określisz pory roku na podstawie obserwacji pozornej wędrówki Słońca po sferze niebieskiej.
Określisz szerokość geograficzną na podstawie obserwacji pozornej wędrówki Słońca po sferze niebieskiej.

Przygotuj przed lekcją:

globus,
tellurium.

iGFQF1rUdQ_d5e250

1. Jakie są konsekwencje stałego nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny ekliptyki?

Ziemia obiega Słońce po nieznacznie wydłużonej orbicie eliptycznej zbliżonej kształtem do okręgu. Ruch ten nazywamy ruchem obiegowym Ziemi. Ruch Ziemi wokół Słońca odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (patrząc na układ Ziemia‑Słońce od strony półkuli północnej).
Czas obiegu minimalnie się zmienia w kolejnych latach, więc możemy podawać go tylko w przybliżeniu. Zwykle przyjmuje się, że rok słonecznyrok słonecznyrok słoneczny trwa 365 dni 5 godzin, 48 minut i 46 sekund. Oznacza to, że po tym czasie Ziemia wraca do pozycji wyjściowej względem Słońca. Nieco dłuższy jest rok gwiazdowyrok gwiazdowyrok gwiazdowy, który trwa ok. 365 dni 6 godzin 9 minut i nieco ponad 9 sekund. Po upłynięciu tego czasu Ziemia wraca do miejsca, z którego Słońce jest widoczne w tym samym położeniu względem odległych gwiazd. Zwróć uwagę, że żadna z tych miar czasu nie składa się z równej liczby dni, co ma konsekwencje przy określaniu, kiedy właściwie upływa rok, i przy konstrukcji kalendarza.

Wiesz już, że nachylenie osi ziemskiej w stosunku do płaszczyzny obiegu Ziemi wokół Słońca wynosi ok. 66°33'. Astronomowie mówią o nachyleniu osi do płaszczyzny ekliptykipłaszczyzna ekliptykipłaszczyzny ekliptyki, czyli płaszczyzny zawierającej orbitę, po której Ziemia obiega Słońce. Niezwykle ważne znaczenie dla Ziemi ma fakt, że nachylenie jej osi w stosunku do płaszczyzny orbity nie ulega zmianie w ciągu całego obiegu wokół Słońca, czyli w ciągu roku. Oznacza to, że przez część roku oś swoim północnym końcem skierowana jest w stronę Słońca, przez co półkula północna jest silniej przez nie oświetlana. Przez drugą część roku oś ziemska skierowana jest ku Słońcu końcem południowym, co powoduje, że bardziej oświetlona jest półkula południowa. Natomiast dwukrotnie w ciągu roku oś ziemska ustawia się w stosunku do Słońca tak, że obie półkule oświetlane są identycznie.

RdTrDgjgR3o9g1

Polecenie 1

Za pomocą globusa i dowolnego obiektu, któremu chwilowo nadasz rolę Słońca, odtwórz roczną wędrówkę Ziemi.

RbbBjcsDhjdo3

Zdjęcie przedstawia model do prezentacji ruchu Ziemi i Księżyca względem siebie oraz względem Słońca. Główna część modelu to podstawka po prawej stronie zdjęcia. Na pionowej osi, przymocowanej do podstawki, umocowano metalowe ramię w poziomie. Metalowe ramię skierowane w lewą stronę. Na końcu ramienia umieszczona kula ziemska. Kula ziemska nachylona w lewo. Na prawo od kuli ziemskiej mała srebrna kula. To Księżyc. Zarówno kula ziemska, jak i Księżyc mogą się swobodnie obracać wokół własnej osi oraz wokół Słońca. Księżyc dodatkowo może krążyć wokół Ziemi. — Tellurium
Źródło: Dr.-Ing. S.Wetzel alias Analemma, (edycja – Krzysztof Jaworski), dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15551418, licencja: CC BY-SA 4.0.

REoLOf8bXlXBN

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 2

Wpraw tellurium w ruch i prześledź roczny obieg Ziemi i Księżyca wokół Słońca. Zauważ, że ruch Ziemi dookoła własnej osi, ruch Księżyca wokół Ziemi i ruch Ziemi (wraz z Księżycem) wokół Słońca zachodzą równocześnie.

Poszukaj w internecie materiałów dotyczących rocznego obiegu Ziemi i Księżyca wokół Słońca. Zwróć uwagę, że ruch Ziemi dookoła własnej osi, ruch Księżyca wokół Ziemi i ruch Ziemi (wraz z Księżycem) wokół Słońca zachodzą równocześnie.

Ciekawostka

Ruch wokół Słońca nasza planeta wykonuje z nieznacznie zmieniającą się prędkością liniową wynoszącą 29,3‑30,3 km/s (średnio przyjmuje się 29,783 km/s). Odpowiada to niewyobrażalnie wielkiej prędkości 107 210 km/h.

Ważne!

Nachylenie osi ziemskiej do powierzchni ekliptyki jest jednakowe w ciągu roku. Fakt stałego nachylenia osi ziemskiej ma zasadnicze znaczenie dla zmienności pór roku na Ziemi, klimatu, długości dnia i nocy oraz zmian miejsc wschodu, górowania i zachodu Słońca.

Ciekawostka

Na przestrzeni setek i tysięcy lat nachylenie osi ziemskiej podlega zjawisku tzw. precesjiprecesjaprecesji, czyli nieznacznej zmianie kierunku wskazywanego przez oś.

RuGBb0OfvymgN

Precesja osi ziemskiej jest przyczyną powolnych zmian jej nachylenia względem płaszczyzny ekliptyki. Nachylenie to waha się od 65°36' do 68°12', a obecnie wynosi ok. 66°33'. Precesja to okrężny ruch osi Ziemi po powierzchni bocznej stożka, którego wierzchołek pokrywa się ze środkiem naszej planety. Zakreślenie pełnego okręgu trwa ok. 26 tysięcy lat.
Źródło: Marcin Sadomski, Zep Hurme (http://dig.ccmixter.org), Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

iGFQF1rUdQ_d5e316

2. Czy astronomiczne pory roku wynikają ze zmian oświetlenia Ziemi?

Roczny ruch Ziemi wokół Słońca powoduje, że w sposób powtarzalny zmienia się oświetlenie różnych części Ziemi. W rezultacie występują cykliczne zmiany pór roku. Z astronomicznego punktu widzenia momentami granicznymi pór roku są tzw. równonoce i przesilenia.

RXq5zW5HYth9T

Schemat przedstawia ruch obiegowy Ziemi przedstawiony w podziale na astronomiczne pory roku. W centrum schematu umieszczone jest Słońce, a dookoła niego krąży kula ziemska ukazana w różnych porach roku, która kręci się również dookoła własnej osi. Pierwszy obrazek Ziemi symbolizuje stan pór roku na dzień 20 marca. Na półkuli północnej panuje wtedy wiosna, a na półkuli południowej jesień. Bardziej oświetlona jest półkula północna, ze względu na nachylenie ziemi tą półkulą w kierunku słońca. Drugi obrazek ukazuje, że 21/22 grudnia na półkuli północnej panuje zima, a na półkuli południowej lato. Bardziej oświetlona jest półkula południowa. Kolejne wyobrażenie kuli ziemskiej na dzień 22/23 września przedstawia, że na półkuli północnej panuje wtedy jesień, a wiosna na półkuli południowej. Bardziej oświetlona jest półkula południowa. Na Ziemi uchwyconej w dniu 21 czerwca na półkuli południowej panuje zima, a na półkuli północnej lato. Bardziej oświetlona jest półkula północna. — Schemat ruchu obiegowego Ziemi przedstawiony w podziale na astronomiczne pory roku
Źródło: TauʻolungaDerivative (przetłumaczone), CC BY-SA 3.0, dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=100278978, licencja: CC BY-SA 3.0.

Równonoc wiosennarównonoc wiosennaRównonoc wiosenna występuje w chwili, gdy promienie słoneczne padają pionowo na równik, a pod coraz mniejszym kątem na resztę kuli ziemskiej aż do obu biegunów. Na całej Ziemi dzień i noc trwają wtedy po 12 godzin.

Rk66HDTl8sEFG

Ilustracja przedstawia kulę ziemską. Powierzchnię kuli pokrywają południki i równoleżniki. Kontynenty obrysowane niebieskim konturem. Przez środek kuli ziemskiej przebiega pionowa oś Ziemi. Nad biegunem północnym litera N, poniżej bieguna południowego litera S. Prawa półkula oświetlona żółtymi promieniami słonecznymi. Napis: dzień. Lewa półkula w cieniu. Napis: noc. Na dole, pozioma linia wskazuje biegun południowy. Opis 90 stopni szerokości geograficznej południowej. Powyżej równoleżnik – koło podbiegunowe południowe. Opis 66 stopni i 33 minuty szerokości geograficznej południowej. Powyżej zwrotnik Koziorożca 23 stopnie i 27 minut szerokości geograficznej południowej. Dokładnie w połowie równik. Zero stopni. Powyżej na półkuli północnej zwrotnik Raka 23 stopnie i 27 minut szerokości geograficznej północnej. Najwyżej to poziomy równoleżnik przechodzący przez koło podbiegunowe północne 66 stopni i 33 minuty szerokości geograficznej północnej. Na samej górze kuli ziemskiej biegun północny. 90 stopni szerokości geograficznej północnej. Promienie słoneczne tworzą z powierzchnią Ziemi na równiku kąt prosty. U góry grafiki na niebieskim tle napis: Oświetlenie Ziemi w dniu równonocy wiosennej. Na dole podpis: Słońce góruje w zenicie nad równikiem. — Oświetlenie Ziemi w dniu równonocy wiosennej
Źródło: Olga Mikos, TUBS, dostępny w internecie: http://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Przesilenie letnieprzesilenie letniePrzesilenie letnie (nazywane tak na półkuli północnej) to moment, gdy promienie słoneczne padają pionowo na zwrotnik Raka. Lepiej oświetlona jest wtedy półkula północna, na której dzień jest dłuższy od nocy. Za kołem podbiegunowym północnym panuje wówczas dzień polarnydzień polarnydzień polarny, a za południowym noc polarnanoc polarnanoc polarna.

R12QkkzkDGnrD

Równonoc jesiennarównonoc jesiennaRównonoc jesienna ma miejsce wtedy, gdy Słońce ponownie góruje w zenicie nad równikiem, a więc promienie słoneczne padają pionowo na równik, a pod coraz mniejszym kątem na resztę kuli ziemskiej aż do obu biegunów. Na całej Ziemi dzień i noc ponownie trwają po 12 godzin.

RbNOqXBYiQ14a

Przesilenie zimoweprzesilenie zimowePrzesilenie zimowe (nazywane tak na półkuli północnej) następuje w chwili, gdy promienie słoneczne padają pionowo na zwrotnik Koziorożca. W tym czasie lepiej oświetlona jest półkula południowa, na której dzień jest dłuższy od nocy. Za kołem podbiegunowym południowym panuje dzień polarnydzień polarnydzień polarny, a za północnym noc polarnanoc polarnanoc polarna.

R1bUp463twycU

Daty zmian astronomicznych pór roku są dla całej Ziemi takie same, ale ich nazwy zależą od półkuli. Gdy na półkuli północnej trwa lato, na półkuli południowej jest zima.

Kalendarzowe pory roku zaczynają się natomiast w następujących terminach:

wiosna – 21 marca w momencie równonocy wiosennej,
lato – 22 czerwca w momencie przesilenia letniego,
jesień – 23 września w momencie równonocy jesiennej,
zima – 22 grudnia wraz z momentem przesilenia zimowego.

Ciekawostka

Pierwsi angielscy osadnicy w Australii cierpieli głód, ponieważ siali i sadzili rośliny uprawne w tym samym czasie, co w Europie, czyli w okresie od marca do maja. Rośliny nie chciały rosnąć i prawie nie było plonów. Osadnicy nie wzięli pod uwagę faktu, że w tym czasie na półkuli południowej trwa jesień i zbliża się zima.

Ważne!

Moment zmiany astronomicznych pór roku jest niezależny od obowiązującego kalendarza i urzędowo zatwierdzonego czasu. Jest on wyznaczany za pomocą specjalnych obliczeń i obserwacji astronomicznych i w rzeczywistości co roku wypada o innej porze dnia, a nawet innego dnia – czasami dzień wcześniej albo dzień później niż powszechnie przyjęte daty. Wiosna zaczyna się 20‑21 marca, lato – 21 czerwca, jesień – 22‑23 września, natomiast zima – 21‑22 grudnia.

iGFQF1rUdQ_d5e400

3. Dlaczego w różnych porach roku i na różnych szerokościach geograficznych Słońce obserwujemy w innych częściach nieba?

Pozorna wędrówka Słońca po sferze niebieskiej jest konsekwencją ruchu obrotowego Ziemi wokół własnej osi. Nachylenie tej osi i ruch obiegowy Ziemi wokół Słońca przyczyniają się do zmiany miejsc wschodu i zachodu Słońca oraz jego wysokości nad horyzontem w południe. W rezultacie tylko dwa razy w roku (w dniach równonocy) Słońce wschodzi dokładnie na wschodzie i zachodzi dokładnie na zachodzie. W pozostałe dni wschody i zachody Słońca występują codziennie w innych miejscach i są coraz bardziej przesunięte – na północ (na północnej półkuli latem, na południowej półkuli zimą) albo na południe (na północnej półkuli zimą, na południowej półkuli latem).

Dalszą konsekwencją zmiany miejsc wschodu i zachodu Słońca jest zmiana długości dnia i nocy. Im większe szerokości geograficzne, tym większe przesunięcia miejsc wschodu i zachodu oraz większe zróżnicowanie długości dnia i nocy. Na równiku te różnice są minimalne. Dzień i noc trwają niemal tyle samo (po ok. 12 godzin), miejsca wschodu i zachodu Słońca zawsze są bliskie kierunkom E i W, a górowanie Słońca wypada albo w zenicie (dwukrotnie), albo nieznacznie bardziej na północ lub na południe.

Na obu zwrotnikach Słońce w zenicie góruje tylko raz, a za pół roku w południe wznosi się już tylko na ok. 43°. Na kołach podbiegunowych najkrótszy dzień trwa zaledwie kilka minut, Słońce pojawia się wówczas na linii horyzontu i za chwilę znika. Najdłuższy dzień natomiast panuje niemal całą dobę: Słońce wschodzi tuż po północy, po ok. 12 godzinach góruje na wysokości 23°27' i zachodzi tuż przed północą w tym samym niemal miejscu, gdzie wzeszło.

RnBl6QdVhXuEr

Ilustracja przedstawia różę wiatrów. Na okrągłej tarczy są narysowane igły wskazujące ostrymi końcami kierunki świata. Układ igieł ma kształt gwiazdy. Gwiazda ma 18 ramion. Skróty kierunków głównych są odpowiednio uwidocznione. Na górze litera N, wskazująca północ, naprzeciw litery N, na dole, znajduje się litera S, wskazująca południe. Po lewej stronie litera W, wskazująca zachód oraz litera E, po prawej stronie, naprzeciw W, wskazuje wschód. Odpowiednio pomiędzy literami N, S, W, E, które wskazują główne kierunki świata, znajdują się skróty kierunków pośrednich pierwszego stopnia. Pomiędzy literą N i E, dokładnie w połowie znajduje się skrót NE, wskazujący północny wschód. Odpowiednio pomiędzy literą E i S, dokładnie w połowie znajduje się skrót SE, wskazujący południowy wschód. Skróty NE oraz SE znajdują się po prawej stronie tarczy. Po lewej stronie tarczy, pomiędzy literami W i S, znajduje się skrót SW, wskazujący południowy zachód. Pomiędzy literami N i W, znajduje się skrót NW, wskazujący kierunek północny zachód. Pomiędzy każdym kierunkiem głównym i kierunkiem pośrednim pierwszego stopnia dokładnie w połowie znajduje się mniejsze ramię gwiazdy, które wskazuje kierunek pośredni drugiego stopnia. — Róża wiatrów
Źródło: dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=667281, licencja: CC BY-SA 3.0.

Pozorna wędrówka Słońca po sferze niebieskiej w dniu równonocy wiosennej i jesiennej na różnych szerokościach geograficznych
Około 21 marca Około 23 września	Kierunek wschodu Słońca	Kierunek zachodu Słońca	Kąt, pod jakim Słońce góruje nad horyzontem
Biegun północny	cały dzień na linii horyzontu	cały dzień na linii horyzontu	0°
Koło podbiegunowe północne	E	W	23°27 $'$
Zwrotnik Raka	E	W	66°33 $'$
Równik	E	W	90°
Zwrotnik Koziorożca	E	W	66°33 $'$
Koło podbiegunowe południowe	E	W	23°27 $'$
Biegun południowy	cały dzień na linii horyzontu	cały dzień na linii horyzontu	0°

Pozorna wędrówka Słońca po sferze niebieskiej w dniu przesilenia letniego (nazywanego tak na półkuli północnej) na różnych szerokościach geograficznych
Około 22 czerwca	Kierunek wschodu Słońca (w przybliżeniu)	Kierunek zachodu Słońca (w przybliżeniu)	Kąt, pod jakim Słońce góruje nad horyzontem
Biegun północny	Słońce widoczne przez całą dobę na 23°27 $'$	Słońce widoczne przez całą dobę na 23°27 $'$	23°27 $'$
Koło podbiegunowe północne	N	N	46°54 $'$
Zwrotnik Raka	NE	NW	90°
Równik	ENE	WNW	66°33 $'$
Zwrotnik Koziorożca	NE	NW	43°06 $'$
Koło podbiegunowe południowe	N	N	0°
Biegun południowy	noc polarna	noc polarna	noc polarna

Pozorna wędrówka Słońca po sferze niebieskiej w dniu przesilenia zimowego na różnych szerokościach geograficznych
Około 22 grudnia	Kierunek wschodu Słońca (w przybliżeniu)	Kierunek zachodu Słońca (w przybliżeniu)	Kąt, pod jakim Słońce góruje nad horyzontem
Biegun północny	noc polarna	noc polarna	noc polarna
Koło podbiegunowe północne	S	S	0°
Zwrotnik Raka	SE	SW	43°06 $'$
Równik	ESE	WSW	66°33 $'$
Zwrotnik Koziorożca	SE	SW	90°
Koło podbiegunowe południowe	S	S	46°54 $'$
Biegun południowy	Słońce widoczne przez całą dobę na 23°27 $'$	Słońce widoczne przez całą dobę na 23°27 $'$	23°27 $'$

R15cJZsnZOOf1

Ilustracja składa się z czterech rysunków (A, B, C, D). Każdy z nich przedstawia zieloną okrągłą podstawkę. Nad podstawką jest półkolista przezroczysta kopuła. Na kopułach przerywanymi niebieskimi liniami narysowane są pozorne drogi Słońca po niebie. Są to drogi, które Słońce wykonuje 22 czerwca, 21 marca, 23 września i 22 grudnia. (A) W ciągu roku Słońce na równiku dwukrotnie góruje w zenicie. (B) Na zwrotniku Raka Słońce góruje w zenicie 22 czerwca. (C) W Warszawie (52°15'N) Słońce góruje 22 czerwca, a maksymalna wartość kątowa górowania wynosi wówczas 61°12'. (D) Na biegunie północnym od 21 marca do 23 września Słońce nie schodzi poniżej linii horyzontu, trwa dzień polarny. W dniu przesilenia letniego (22 czerwca) krąży najwyżej nad horyzontem – 23°27'. — (A) W ciągu roku Słońce na równiku dwukrotnie góruje w zenicie. (B) Na zwrotniku Raka Słońce góruje w zenicie 22 czerwca. (C) W Warszawie (52°15'N) Słońce góruje 22 czerwca, a maksymalna wartość kątowa górowania wynosi wówczas 61°12'. (D) Na biegunie północnym od 21 marca do 23 września Słońce nie schodzi poniżej linii horyzontu, trwa dzień polarny. W dniu przesilenia letniego (22 czerwca) krąży najwyżej nad horyzontem – 23°27'.
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

W momentach równonocy łatwo obliczyć wysokość górowania Słońca na każdej szerokości geograficznej. Wystarczy od 90° odjąć wartość szerokości geograficznej. Uzyskany wynik to poszukiwana wysokość Słońca w południe nad horyzontem.

Polecenie 3

Oblicz, pod jakim kątem w stosunku do linii horyzontu obserwujemy Słońce w momencie górowania na zwrotniku Raka w dniu równonocy wiosennej, a pod jakim obserwują Słońce w tej samej chwili ludzie na zwrotniku Koziorożca.

Rtq3U2GwBqK5H

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

Dla szerokości geograficznych, w których znajduje się Polska, wysokość górowania Słońca w dniu przesilenia letniego możemy obliczyć w następujący sposób: do wyniku uzyskanego dla równonocy należy dodać 23°27'. Natomiast, żeby obliczyć wysokość górowania Słońca w dniu przesilenia zimowego, należy taką samą wartość odjąć.

Polecenie 4

Na podstawie rysunku przedstawiającego pozorne drogi Słońca na sferze niebieskiej w Warszawie (C) przerysuj i wypełnij zamieszczoną poniżej tabelę.

R1A3c0DOPybYq

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R8gIR8t7cGXC0

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Dla zainteresowanych

Polecenie 5

Dokonaj obliczeń i ustal, z jakiej szerokości geograficznej obserwator widział górujące Słońce po południowej stronie nieba w dniu równonocy wiosennej (21 marca). Słońce wtedy górowało na wysokości 40°.

RhsGvpeGN1M3O

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wzory na obliczanie wysokości górowania Słońca na różnych szerokościach geograficznych pierwszego dnia każdej z astronomicznych pór roku poza strefą międzyzwrotnikową (od 23°27 $'$ do 90° N i S)
Data obserwacji	Na półkuli północnej	Na półkuli południowej
21 marca – pierwszy dzień wiosny (półkula północna), pierwszy dzień jesieni (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$
22 czerwca – pierwszy dzień lata (półkula północna), pierwszy dzień zimy (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$ + 23°27 $'$	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$ − 23°27 $'$
23 września – pierwszy dzień jesieni (półkula północna), pierwszy dzień wiosny (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$
22 grudnia – pierwszy dzień zimy (półkula północna), pierwszy dzień lata (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$ − 23°27 $'$	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$ + 23°27 $'$
hIndeks dolny s – wysokość górowania Słońca $ϕ$ – szerokość geograficzna miejsca obserwacji

Wzory na obliczanie wysokości górowania Słońca na różnych szerokościach geograficznych pierwszego dnia każdej z astronomicznych pór roku w strefie międzyzwrotnikowej (od 23°26'S do 23°26'N)
Dzień obserwacji	Na półkuli północnej	Na półkuli południowej
21 marca – pierwszy dzień wiosny (półkula północna), pierwszy dzień jesieni (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$
22 czerwca – pierwszy dzień lata (półkula północna), pierwszy dzień zimy (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° + $ϕ$ − 23°27 $'$	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$ − 23°27 $'$
23 września – pierwszy dzień jesieni (półkula północna), pierwszy dzień wiosny (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$
22 grudnia – pierwszy dzień zimy (półkula północna), pierwszy dzień lata (półkula południowa)	hIndeks dolny s = 90° − $ϕ$ − 23°27 $'$	hIndeks dolny s = 90° + $ϕ$ − 23°27 $'$
hIndeks dolny s – wysokość górowania Słońca $ϕ$ – szerokość geograficzna miejsca obserwacji

Ciekawostka

Noc na Ziemi trwa zawsze krócej, niż by to wynikało z obliczeń astronomicznych. Nawet w dniu równonocy dzień jest dłuższy z dwóch powodów. Po pierwsze, widziane przez nas Słońce ma swoje rozmiary kątowe (ok. 32 $'$ ), a nie jest punktem. W związku z tym: w chwili, gdy środek tarczy słonecznej jest na linii horyzontu i formalnie następuje wschód Słońca, to już od pewnego czasu trwa dzień, bo widać mniejszą część tarczy. Po drugie, załamanie i rozproszenie światła w atmosferze powoduje, że dociera ono do obserwatora, zanim Słońce wynurzy się zza horyzontu albo już po tym, gdy całe skryje się poniżej linii horyzontu.

iGFQF1rUdQ_d5e609

Podsumowanie

Nachylenie osi ziemskiej ma podstawowe znaczenie dla długości dnia i nocy, wysokości górowania Słońca oraz zmienności pór roku.
W ciągu roku na Ziemi dwukrotnie występuje zjawisko równonocy, raz przesilenie letnie i raz przesilenie zimowe.
Miejsca wschodu i zachodu Słońca oraz wysokość górowania Słońca zmieniają się w ciągu roku w zależności od szerokości geograficznej.

Praca domowa

Zastanów się i zapisz różnice w długości dnia i nocy podczas równonocy jesiennej i wiosennej oraz przesilenia letniego i zimowego.

R1bA6ppgdf1D8

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pokaż podpowiedź#15537cwhite

iGFQF1rUdQ_d5e709

Słownik

dzień polarny

zjawisko polegające na przebywaniu tarczy Słońca powyżej linii horyzontu przez czas dłuższy niż 24 godziny (na biegunach dzień polarny trwa 6 miesięcy)

noc polarna

zjawisko polegające na przebywaniu tarczy Słońca poniżej linii horyzontu przez czas dłuższy niż 24 godziny (na biegunach noc polarna trwa 6 miesięcy)

płaszczyzna ekliptyki

płaszczyzna zawierająca orbitę, po której Ziemia obiega Słońce

precesja

zjawisko zmiany kierunku osi obrotu obracającego się ciała, w naszym przypadku Ziemi; oś obrotu sama obraca się wokół pewnego kierunku w przestrzeni, zakreślając powierzchnię boczną stożka

przesilenie letnie

na półkuli północnej to moment, gdy biegun północny znajduje się najbliżej Słońca, a biegun południowy najdalej; Słońce w tym dniu góruje w zenicie nad zwrotnikiem Raka; w tym samym momencie na półkuli południowej jest przesilenie zimowe

przesilenie zimowe

na półkuli północnej to moment, gdy biegun północny jest najbardziej oddalony od Słońca, a biegun południowy znajduje się najbliżej; Słońce w tym dniu góruje nad zwrotnikiem Koziorożca; w tym samym momencie na półkuli południowej trwa przesilenie letnie

rok gwiazdowy

to czas pomiędzy dwoma kolejnymi przejściami Słońca na tle tych samych gwiazd; trwa 365 dni 6 godzin 9 minut i 9,54 sekundy

rok słoneczny

to czas pomiędzy dwoma kolejnymi przejściami Słońca przez punkt równonocy wiosennej; trwa 365 dni 5 godzin 49 minut

równonoc jesienna

na półkuli północnej to moment, gdy Ziemia osiąga punkt na swojej orbicie, w którym promienie słoneczne padają prostopadle na równik i są równocześnie styczne do jej powierzchni na biegunach; począwszy od tego momentu Słońce zaczyna bardziej oświetlać południową półkulę Ziemi

równonoc wiosenna

tellurium

przyrząd odtwarzający wzajemny ruch Ziemi i Księżyca względem siebie oraz względem Słońca; głównym celem stosowania tellurium jest ukazanie oświetlenia Ziemi w różnych porach dnia i roku oraz zaćmień Słońca i Księżyca

iGFQF1rUdQ_d5e905

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

R1N3OedDJvkcu1

Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 2

R1QBEEGl0TBer1

Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 3

RcwhypWUFKATU1

Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 4

R1R96PzcRJ6Xq1

Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

RrWRaHuMBMA6R

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 5

RkUIXnrVrOf2n1

Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 6

R1M51ZvxCNs0k1

Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

RhV5wI2gi0Mzb

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 7

R1KQKukTSX4I51

Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

Dla zainteresowanych

Ćwiczenie 8

Dokonaj obliczeń i ustal, z jakiej szerokości geograficznej obserwator widział górujące Słońce po południowej stronie nieba w dniu przesilenia letniego (22 czerwca). Słońce górowało wówczas na wysokości 60°27'.

R1YwRjGs02JeE

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zobacz także

Zapoznaj się z następującymi hasłami ze słowniczka:
- dzień polarnydzień polarnydzień polarny
- płaszczyzna ekliptykipłaszczyzna ekliptykipłaszczyzna ekliptyki
- noc polarnanoc polarnanoc polarna
- precesjaprecesjaprecesja
- przesilenie letnieprzesilenie letnieprzesilenie letnie
- przesilenie zimoweprzesilenie zimoweprzesilenie zimowe
- rok gwiazdowyrok gwiazdowyrok gwiazdowy
- rok słonecznyrok słonecznyrok słoneczny
- równonoc jesiennarównonoc jesiennarównonoc jesienna
- równonoc wiosennarównonoc wiosennarównonoc wiosenna
- telluriumtelluriumtellurium