地球公转速度的变化,是造成地球上四季不等长的根本原因。
春分点和秋分点对黄道是等分的,如果地球公转速度是均匀的,则视太阳由春分点运行到秋分点所需要的时间,应该与视太阳由秋分点运行到春分点所需要的时间是等长的,各为全年的一半。
地球公转速度是不均匀的,则走过相等距离的时间必然是不等长的。视太阳由春分点经过夏至点到秋分点,地球公转速度较慢,需要186天多,长于全年的一半,此时是北半球的夏半年和南半球的冬半年;视太阳由秋分点经过冬至点到春分点,地球公转速度较快,需要179天,短于全年的一半,此时是北半球的冬半年和南半球的夏半年。
地球环绕太阳的运动称为地球公转。因为同地球一起环绕太阳的还有太阳系的其他天体,太阳是它们共有的中心天体,故被称为“公”转。 地球公转方向为逆时针,与自转方向相同。
地球在公转中所形成的封闭轨迹,称为地球轨道。其在天球上的投影,称为黄道。
在三维的空间中,转动以物体绕着转动轴作旋转表示。假若此物体的转动轴是在物体的内部,则此物体绕自己旋转;这就表示其角动量的值会受其相对速度或是此物体是否为不受力的自由运动而决定。
参考资料:百度百科——公转
请看图,假设地球自转轴是垂直的,那么根据自转原理,地球上的每一个地方每天都应当受到12小时的光照和12小时的阴影。
但事实上由于地球自转轴与公转平面是倾斜的。先看夏至时分,由于北半球此时向着太阳方向倾斜,因此北半球在自转过程中受到光照的时间要比进入阴影区长,比如北半球部分地区每天可能会受到长时间的光照(例如18个小时),而进入阴影区(夜晚)的时间只有6个小时,北极地带更是处于极昼状态(一天24小时都受到太阳光照)。
阳光会加热地表,而夜晚时分地表的热量会散去。夏至时分北半球每天都会被阳光加热18个小时,而留给它的散热时间(夜晚)只有6个小时。由于北半球的受热程度大于散热程度,此时北半球的气温就会普遍升高,因此就是我们说的夏天。
而当进入冬至时,由于北半球朝向阴影区倾斜,此时对于北半球而已,每天受到阳光照射的时间很短(例如6个小时),而散热时间(夜晚)可能长达18个小时,此时北半球的受热程度不及散热程度,整个北半球的温度就会下降,此时就处于冬季。
而春秋两季的变化只是冬夏两季的交接过程,北半球从冬季进入夏季(春季)时,气温会逐渐从寒冬升高,直至升值夏季的最高点。而从夏季进入冬季(秋季)时,气温也会逐渐降低,直至降至一年中的最低点,春秋两季其实就是冬夏两季的一个过渡季节。
当然这幅图针对北半球而言的,如果是南半球,它们的季节与我们正好相反,当我们处于夏至时,它们却是冬至。我例举的夏至18小时光照也只是一个比喻,实际上地球不同纬度的地域每天受到的光照时间都不一样,但夏至整体情况是北半球受到的光照时间都要更长(均超过每天12小时)。
由于气温直接影响着地球上所有生物的生存繁衍(尤其是植物),而地球上的绝大多数生命生存需要一个较为温暖的环境,因此地球上的绝大多数物种都选择在春季开始繁衍,因为幼崽需要的食物较少,春季食物相对匮乏也没有关系,而幼崽成年后正好进入食物丰富的夏季,是万物繁衍的绝好季节。如果选择把秋季作为一年开始,那么当幼崽长大后面临冬季食物严重匮乏的季节,成年的动物无法找到足够的食物,只有被饿死。这也是自然规律选择的结果。
在世界各地,不但有昼夜交替现象,而且有四季变化现象,并且南北半球的四季变化刚好相反。当我们这里正是夏日炎炎、挥汗如雨的季节,而南半球却处在寒风凛冽、大雪纷飞的情况哩!
为什么地球上会有四季交替变化现象呢?
四季的形成是因为地球绕太阳公转的结果。地球一直不断自西向东自转,与此同时又绕太阳公转。而地球公转的轨道又是一个椭圆的形状,太阳始终位于一个焦点上。地球在不断公转的过程中,地轴与公转轨道始终会保持66°34′的交角,即地球始终是斜着身子绕太阳公转。因为地球公转的原因,致使太阳直射点在地球表面发生变化。
到了每年6月22日前后,地球就是位于远日点。太阳会直射北回归线,这一天就是北半球的夏至日。与此同时北半球得到的热量最高,白昼最长,而且气候也炎热,属于北半球的夏季,但南半球正处于寒冷的冬季。
此后因为继续在公转轨道上不停运行,太阳的直射点便会南移。到了9月23日左右,太阳就会直射赤道,这一天就是北半球的秋分日。现在南半球以及北半球得到的太阳热量都相等,昼夜平分,北半球是秋季,南半球是春季。
地球继续不断运转,到12月22日左右,地球开始位于近日点,太阳便直射南回归线。这一天就是北半球的冬至日。而此时北半球得到的热量为最少,且白昼时间最短,气候也相当寒冷,是北半球的冬季。南半球刚好是夏季。 太阳直射点北返以后,在3月21日左右,太阳再次直接射向赤道,这一天就是北半球的春分日。这个时候,是北半球的春季,而南半球却是秋季。地球像这样以一年为周期绕太阳不停运转,从而产生了四季的更替。
就是地球绕太阳外面的轨道转一圈,主要因为这个轨道是椭圆的,而太阳处在椭圆的一头,或者说焦点上,这样地球离太阳的距离就时近时远,最近的时候就是夏至,最远是冬至,不近不远的是春分或者秋分,另外由于赤道平面和太阳平面存在夹角,地球两极倾向太阳的一端更温暖,远离的一极更寒冷,所以四季的地球两极的感觉也是有差别的。
当3月21日前后(春分),太阳直射赤道,全球昼夜等长;6月22日前后(夏至),太阳直射北回归线,北半球昼最长夜最短;9月23日前后(秋分),太阳直射赤道,全球昼夜等长;12月22日前后(冬至),太阳直射南回归线,北半球昼最短夜最长。