R6PHjxJfg487y1

Ilustracja ma kształt koła. Ilustracja przedstawia schemat ruchu obiegowego Ziemi wokół Słońca. W środku jest żółte Słońce. Dokoła Słońca na okręgu narysowanych jest dwanaście globów ziemskich. Przy każdym jest data, mówiąca 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.

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 i 49 minut. 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 dopłaszczyzny 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.

R6PHjxJfg487y1

Ilustracja ma kształt koła. Ilustracja przedstawia schemat ruchu obiegowego Ziemi wokół Słońca. W środku jest żółte Słońce. Dokoła Słońca na okręgu narysowanych jest dwanaście globów ziemskich. Przy każdym jest data, mówiąca 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.

Polecenie 1

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

R1CjLbu7lniHc1

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.

Ciekawostka

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

R1Qhx2rnPpMak1

Animacja przedstawia, jak zmienia się nachylenie osi ziemskiej w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi wokół Słońca. Pokazana jest kula ziemska przebita długą osią w miejscach biegunów. Końce osi na górze i na dole zakreślają okręgi.

Animacja przedstawia, jak zmienia się nachylenie osi ziemskiej w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi wokół Słońca. Pokazana jest kula ziemska przebita długą osią w miejscach biegunów. Końce osi na górze i na dole zakreślają okręgi.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Animacja przedstawia, jak zmienia się nachylenie osi ziemskiej w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi wokół Słońca. Pokazana jest kula ziemska przebita długą osią w miejscach biegunów. Końce osi na górze i na dole zakreślają okręgi.

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.

R1KJhVUmSWYmR1

Ilustracja przedstawia model obiegu Ziemi wokół Słońca. Symbol Słońca w środku, wokół niego na elipsie narysowane cztery pozycje Ziemi. Po prawej stronie – pozycja pierwsza dwudziestego drugiego czerwca to przesilenie letnie – bardziej oświetlona półkula północna. Pozycja druga, na środku, na pierwszym planie, dwudziestego trzeciego września to równonoc jesienna – obie półkule jednakowo oświetlone od strony Słońca, Ziemia widoczna od strony zacienionej. Pozycja trzecia, po lewej stronie, dwudziestego drugiego grudnia – przesilenie zimowe – bardziej oświetlona półkula południowa. Czwarta pozycja, na środku za Słońcem – dwudziestego pierwszego marca – równonoc wiosenna – obie półkule oświetlone jednakowo. Na elipsie znajdują się jeszcze dwie białe kule. Symbolizują położenie Ziemi w skrajnych punktach orbity. Trzeciego lipca aphelium – Ziemia najdalej od Słońca. Trzeciego stycznia peryhelium – Ziemia najbliżej Słońca.

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.

R7LnP66UtrdBW1

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 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.

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.

R121wQL5VJiSK1

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 południowego litera S. Oś Ziemi nachylona w prawo pod kątem. Prawa półkula oświetlona żółtymi promieniami słonecznymi. Północna część półkuli mocniej oświetlona z powodu nachylenia Ziemi w prawo. Lewa półkula w cieniu. Na dole, pozioma linia wskazuje biegun południowy. Opis 90 stopni szerokości geograficznej południowej. Cały obszar za kołem podbiegunowym w cieniu. Napis nad biegunem: Noc polarna. Powyżej 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 koło podbiegunowe północne 66 stopni i 33 minuty szerokości geograficznej północnej. Na górze kuli ziemskiej biegun północny. 90 stopni szerokości geograficznej północnej. Cały obszar za kołem podbiegunowym jest oświetlony promieniami słonecznymi. Napis pod biegunem: Dzień polarny. Promienie słoneczne tworzą z powierzchnią Ziemi na zwrotniku Raka kąt prosty.

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.

R4UR1FbxY77IW1

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 południowego litera S. Lewa półkula oświetlona żółtymi promieniami słonecznymi. Napis: dzień. Prawa 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.

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.

RZgy8ocwLuLL01

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 południowego litera S. Oś Ziemi nachylona w prawo pod kątem. Lewa półkula oświetlona żółtymi promieniami słonecznymi. Południowa część półkuli mocniej oświetlona z powodu nachylenia Ziemi w prawo. Prawa półkula w cieniu. Na dole, pozioma linia wskazuje biegun południowy. Opis 90 stopni szerokości geograficznej południowej. Cały obszar za kołem podbiegunowym jest oświetlony promieniami słonecznymi. Napis nad biegunem: Dzień polarny. Powyżej 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 koło podbiegunowe północne 66 stopni i 33 minuty szerokości geograficznej północnej. Na górze kuli ziemskiej biegun północny. 90 stopni szerokości geograficznej północnej. Cały obszar za kołem podbiegunowym w cieniu. Napis pod biegunem: Noc polarna. Promienie słoneczne tworzą z powierzchnią Ziemi na zwrotniku Koziorożca kąt prosty.

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. Na północnej półkuli Ziemi pory roku zaczynają się 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.

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.

RMFjqGXGPsrLe1

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.

R1cI20OJsIrqf1

Ilustracja składa się z czterech rysunków. 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, jakie Słońce wykonuje 22 czerwca, 21 marca, 23 września i 22 grudnia. Rysunek A przedstawia wędrówki Słońca widziane z miejsca znajdującego się na równiku. Rysunek B przedstawia wędrówki Słońca widziane z miejsca znajdującego się na zwrotniku Raka. Rysunek C przedstawia wędrówki Słońca widziane z Warszawy. Rysunek D przedstawia wędrówki Słońca widziane z bieguna północnego.

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.

Słowniczek

Zadania