Geologická historie Země
Přihlásit se
Geologická historie Země (17/19) · 20:47

Proč sklon zemské osy způsobuje roční období Pravá příčina změny ročních období.

Navazuje na Hvězdy, černé díry a galaxie.
V posledním videu jsme si řekli, že roční období se nestřídají podle toho, jak daleko je Země na oběžné dráze od Slunce. Také jsem naznačil, že ve skutečnosti to způsobuje naklonění Země. Proto bych vám v tomto videu rád ukázal, proč se roční období střídají díky naklonění Země. Takže budeme kreslit. Budu se snažit kreslit co nejvíc schémat, protože alespoň mně pomáhají představit si, jak to vlastně je. Nejdřív si nakreslíme pohled shora. Tak tedy pohled shora. Tady máme Slunce. A nakreslím ještě oběžnou dráhu Země. Oběžná dráha Země by mohla vypadat nějak takhle. Je to skoro kruh, takže nakreslím něco, co se hodně blíží kruhu. Teď nakreslím Zemi na různých místech její oběžné dráhy a pokusím se znázornit naklonění její osy. Samozřejmě tohle se ani trochu neblíží měřítku. Země je mnohem dál od Slunce a také je mnohem menší než Slunce. Nakreslím Zemi v této poloze, a právě v tomto místě se Země od Slunce odklání. Naklonění Země se nemění, tedy alespoň během jednoho roku. Když vezmeme v úvahu relativně krátké časové období. Směr naklonění vzhledem k okolnímu vesmíru je neměnný. Za chvíli vám o tom povím trochu víc. Takže právě tady jsme od Slunce odkloněni, směřujeme vzhůru a doprava, znázorním to pomocí šipky, nahoru a pryč ze stránky. Kdybyste šli ze severního pólu… Kdybyste vycházeli přímo z jižního pólu, dostali byste se dolů pod tuto kružnici. Pokud chcete nakreslit stejnou situaci ale z bočního pohledu, z úrovně plochy oběžné dráhy Země. To zkusím teď nakreslit. Když se díváme z boku, máme Slunce tady a Země bude v této poloze. Když si nakreslíme šipku směřující přímo ze severního pólu, tak to bude vypadat nějak takhle. Obě dvě tyto šipky vycházejí přímo ze severního pólu. Když se bavíme o naklonění Země, máme na mysli sklon této rotační osy. je to něco jako tyč, která prochází přímo mezi severním a jižním pólem. Je to úhel, který tahle osa svírá s pomyslnou osou, která je v pravém úhlu čili kolmá k rovině oběžné dráhy. Prostě odklon od stavu, kdyby byla svislá vzhledem k rovině oběžné dráhy. Tohle je tedy úhel naklonění Země. Nakreslím to trochu větší, aby to bylo zřetelněji vidět. Tady máme rovinu oběžné dráhy, díváme se na tuto rovinu oběžné dráhy z boku, a tohle tady je Země. Můj nejlepší pokus nakreslit kruh. Tohle je Země. Země a její rotační osa nestojí kolmo k rovině oběžné dráhy. Takhle by to bylo, kdyby Země stála kolmo. Rotační osa Země je nakloněná pod určitým úhlem ke kolmici na plochu oběžné dráhy. Země rotuje pod tímto úhlem. Tohle je severní pól, tohle je jižní pól a Země se otáčí tahle. A ten úhel k teoretické svislé ose vzhledem k ploše oběžné dráhy, je teď pro Zemi 23,4°. Pokud hovoříme o relativně krátkých obdobích, jako je třeba délka lidského života, tak se tento úhel nemění. Během dlouhých časových period se mění. A zhruba dochází ke změnám mezi 22,1°a 24,5°, pokud mám správné zdroje. Jsou to ovšem podle mě jen hrubé odhady mezních hodnot změny. Chtěl bych zdůraznit, že k tomu nedochází přes noc. Období, během kterého se úhel 22° změní na 24,5° a zase zpět, trvá 41 000 let. Tato dlouhodobá změna sklonu osy se mohla podílet na dlouhodobých změnách klimatu. Možná do určité míry přispěla k některým dobám ledovým, které v minulosti na Zemi proběhly. Ale pro náš případ střídání ročních období se o tyto změny nemusíme příliš starat, nebo spíš se o ně opravdu starat vůbec nemusíme. Bude stačit vědět, že Země je nakloněná a že v současné době je nakloněná pod úhlem 23,4°. Teď si můžete říkat: „Dobře, už vím, co je to sklon osy, ale jak to dělá, že se střídají období a to rozdílně na severní a jižní polokouli?“ Abych vám to vysvětlil, nakreslím Zemi, když je severní polokoule nejvíce odkloněná od Slunce a když je ke Slunci nejvíce přikloněná. Pamatujte si, že toto naklonění, směr, kterým šipka ukazuje někam do vesmíru a její sklon 23,4° se během roku nemění. Potom závisí na poloze Země na oběžné dráze, jestli je od Slunce odkloněná, jako to máme v tomto případě, nebo jestli je ke Slunci přikloněná. Udělám přiklonění ke Slunci touhle fialovou barvou. Nebo se Země ke Slunci přiklání. Před šesti měsíci, když byla Země tady, byla vzhledem ke zbytku vesmíru nakloněná stejným směrem: nahoru a směrem doprava. Znovu nahoru a doprava, stejně jako tady, ale teď se nachází na opačné straně od Slunce, a proto se směrem ke Slunci trochu přiklání. V tomto případě bych ji nakreslil takto přikloněnou ke Slunci. Teď přemýšlejme o tom, kolik slunečního světla dopadne na různá místa planety. Zaměříme se na severní polokouli, ale podobně můžete uvažovat o jižní polokouli. Zamyslíme se nad množstvím dopadajícího slunečního světla, když je Země ke Slunci přikloněná a když je odkloněná. Zamysleme se nad těmito dvěma situacemi. Nejdřív se podíváme na tuto situaci, kde jsme od Slunce odkloněni. Trošku si to zvětšíme. V tomto případě jsme odkloněni od Slunce. Tady by byla vertikála... Vlastně jsem mohl použít tohle schéma, ale už to nakreslím. Jsme takto odklonění od Slunce. Vezmu si nějakou jinou barvu. Kdyby přímo ze severního pólu vycházela šipka, vypadala by takhle. Přímo ze severního pólu nám vychází šipka a otáčíme se tímto směrem. Vlevo směrem z obrazovky a vpravo směrem do obrazovky. Tak se neustále otáčíme směrem na východ. Tato šipka ukazuje směrem na východ. Když jsme v této pozici na oběžné dráze Země… Vlastně bych to mohl zkopírovat, použiji to samé schéma pro dvě roční období. Takže si to schéma zkopíruji a vložím, a vysvětlím tu hned dva rozdílné případy. Když jsme na oběžné dráze v tomto místě, odkud k nám přichází světlo? Přichází k nám zleva, tedy alespoň v případě tohoto mého schématu. Sluneční světlo tedy přichází zleva. V tomto případě světlo přichází zleva. A teď ze zamyslete nad tím, která polovina Země, nebo která část Země je ozářena Sluncem? Která část Země má denní světlo? V případě tohoto mého obrázku, to je část obrácená ke Slunci! Celá tato oblast má denní světlo. Jak se otáčíme, každá část povrchu Země, která vstoupí do této žluté oblasti bude mít denní světlo. Co se ale děje na různých místech Země? Nakreslím rovník, který odděluje severní a jižní polokouli. Tohle je tedy rovník. A my se podíváme na severní polokouli. Ukážu vám, proč máme zimu, když je severní pól odkloněný od Slunce. Když jsme od Slunce odkloněni… Podíváme se třeba na polární kruh. Půjdeme někam sem. Podíváme se na nějaký bod na polárním kruhu. Jak se Země během 24 hodin otáčí, tento bod na jejím povrchu se otáčí spolu s ní. A otáčí se dokola tímto způsobem. Já se ptám, jestli tento rotující bod na polárním kruhu někdy vstoupí do slunečního světla? Nikdy sluneční světlo neuvidí, jelikož severní pól je od Slunce odkloněný. Ta část Země, kterou teď vybarvuji fialově, je zcela odkloněná a nikdy neuvidí sluneční záření. Nebo alespoň ho neuvidí, dokud bude odkloněná, dokud Země bude v této části oběžné dráhy. Nikdy… Vlastně ne nikdy, protože zase přijde léto, kdy slunce uvidí, takže asi můžeme říci žádné sluneční světlo, žádné denní světlo. Přesuneme se do jižnějších zeměpisných šířek, řekněme třeba sem, to by mohla být zeměpisná šířka New Yorku, San Francisca a podobně. Uvažujme o tom, co se děje, když se Země každých 24 hodin otočí. Takže tady je denní světlo, potom noc, teď už jsme na druhé straně planety, noc, noc, den, den. Abychom si to porovnali, tak vybarvím den oranžově a noc touhle modrofialovou barvou. Tady máme noc. V opravdu severních zeměpisných šířkách, jako je polární kruh, nikdy nenastane den, když jsme od Slunce odklonění. Ale v trochu jižnějších šířkách, stále na severu ale ne až na polárním kruhu, tak den nastává, ale trvá jen velmi krátce. Tento bod stráví mnohem kratší dobu v denním světle než v noci. Jestliže tento obvod přestavuje jeho pozici během 24 hodin, zdržuje se mnohem kratší dobu v denním světle než v noci. Protože v tomto období je severní polokoule od Slunce odvrácená. tak oblasti na severní polokouli mají mnohem méně denního světla, Dopadá sem méně světla. Zároveň sem také dopadá méně energie ze Slunce, a proto nastává zima, nebo obecně je chladněji. Abychom viděli, co se děje v létě, přesuneme se teď na druhou stranu. Podíváme se na druhou stranu naší oběžné dráhy kolem Slunce, je to situace po 6 měsících. Všimněte si, že sklon se vzhledem k okolnímu vesmíru nijak nezměnil, stále se nakláníme tím samým směrem, a úhel sklonu vzhledem k vertikále je stále 23,4°. Ale protože jsme teď tady, tak k nám světlo ze Slunce přichází zprava. Přesně takhle. Sluneční záření dopadá na tuto část Země, alespoň na tomto mém schématu. Znázorníme si tu opět rovník. Pokusím se ho nakreslit co nejlépe. Vlastně bych měl rovník nakreslit stejnou barvou, touhle zelenou. Takto oddělíme severní a jižní polokouli. A teď se zaměříme na polární kruh. Řekněme, že právě teď sedím někde na polárním kruhu. S postupem dne to za 24 hodin oběhnu dokola, rotuji v těchto místech, ale jak vidíte, tak celou dobu jsem ve slunečním světle. Nemá žádnou noc. Na polárním kruhu není nikdy noc, když jsme přikloněni ke Slunci, Pokud si to představíme v jiné severní zeměpisné šířce, už ne tak na severu, jako je polární kruh, třeba v San Franciscu, New Yorku a podobně, tak se podívejme, kolik času strávíme tady v denním světle. Tady do něj vstupujeme, to je východ Slunce, a jak den postupuje, tak jsme stále v denním světle. Pak nastane západ Slunce a máme noc a pak opět nastane východ slunce. Když se podíváme na dobu, kterou určitý bod na severní polokouli stráví v denním světle, vidíme, že je to mnohem déle, když je severní polokoule přikloněná ke Slunci. Takže více dne, méně noci. Dostává také více energie ze Slunce. Takže když je Země přikloněná ke Slunci, dostává od Slunce více energie, proto dochází k většímu ohřívání, a proto je teď na severní polokouli léto. Na jižní polokouli to funguje stejně. Můžeme si to vysvětlit přímo tady. Když je severní polokoule od Slunce odvrácená, tak je jižní polokoule ke Slunci přikloněná. Takže například jižní pól bude mít celý den světlo a žádnou noc. Teď mají jižní zeměpisné šířky více denního světla. Na jihu je tedy teď léto. Na jižní polokouli mají teď léto, a na severní zimu. Tady dole je zase jižní polokoule od Slunce odkloněná, proto je na jižní polokouli zima. Teď se můžete ptát: „Sale, ještě jsi nám neřekl nic o jaru a podzimu!“. Podívejme se tedy na to. Pokud se zaměříme na severní polokouli, tak tady v tomto místě jsme na severu měli zimu, a teď se posuneme kolem Slunce, a po určité době se dostaneme do této pozice. A tady díky sklonu rotační osy nejsme od Slunce odklonění ani přiklonění. Vzhledem ke Slunci jsme obrácení tak nějak bokem, což ovšem nedává výhodu ani jedné polokouli. Když se tedy dostaneme sem, máme v podstatě jaro. Obě polokoule přijímají stejné množství denního světla. Nebo spíš stejné zeměpisné šířky nad i pod rovníkem přijímají stejné množství světla. A stejné je to i v této pozici. Na severní polokouli bylo jaro a pak léto, teď bude na severní polokouli podzim. Stále jsme nakloněni tímto směrem, takže severní polokoule se od Slunce neodklání, ani se k němu nepřiklání, proto obě polokoule přijímají stejné množství záření ze Slunce. Vidíte tedy, že k extrémům dochází jen v zimě a v létě. Teď bych rád vysvětlil ještě jednu věc. Doteď jsem mluvil pouze o délce dne a noci, protože po pravdě alespoň pro mě je jednodušší si to představit. Ale samo o sobě to nevysvětluje všechny rozdíly mezi létem a zimou. Další příčinou, která je vlastně nejspíš tou hlavní, je otázka celkového množství sluneční energie. Takže se podíváme na zimu na severní polokouli. Řekněme, že máme dané množství slunečního světla, které dorazí na Zemi. Máme určité množství slunečního světla, které přichází na Zemi. Toto je celkové množství slunečního světla, které v kterýkoli okamžik dosahuje na Zemi. Jeho mnohem větší část naráží na jižní polokouli oproti polokouli severní. Představte si, že všechny tyto paprsky narazí na jižní polokouli. Většina paprsků tedy zasahuje jižní polokouli a mnohem méně jich zasáhne severní polokouli. Vlastně dostáváme menší množství záření, dokonce i v každém daném časovém úseku, ani nemusíme brát v úvahu délku dne. Ale v každý daný okamžik dopadá více energie na jižní polokouli než na severní. Když jsme nakloněni směrem ke Slunci, tak to platí obráceně. Nepoměrně větší množství sluneční energie teď dopadá na severní polokouli. Když si tu nakreslíme všechnu energii ze Slunce, tak je vidět, že většina paprsků naráží na severní polokouli a pouze tyto dole dopadají na jižní polokouli. K tomu ještě musíme počítat s dalším faktorem, což je úhel dopadu, který je samozřejmě do určité míry způsobený úhlem, který svírá Slunce vzhledem k horizontu, podle toho, kde se na Zemi nacházíte. Ale nejen to. Představte si, že tohle je zemský povrch. Uvažujeme teď o zimě na severní polokouli. Takže bychom se mohli bavit třeba o tomhle místě na severu a z tohoto místa se díváme na Slunce. Vidíte, že i když jsme Slunci nejblíže, tak Slunce nikdy není přímo nad hlavou. Když jsme Slunci nejblíže, tak je Slunce stále docela nízko nad horizontem. Když jsme v zimě nejblíže Slunci, tak Slunce vystoupá asi někam sem, ale když se ze stejné zeměpisné šířky díváte v létě, když jsme Slunci nejblíže, tak se Slunce nachází téměř nad hlavou, ale stále nebude přímo nad hlavou. Protože uvažujeme o poměrně severní šířce, ale Slunce bude na obloze mnohem výše. Všechno to ale spolu souvisí. Tohle je spojené s myšlenkou, že na jednu polokouli dopadá více energie než na druhou, ale také s faktem, že když sluneční paprsky svírají se Zemí větší úhel, tak je bude atmosféra méně pohlcovat. Ještě vám to vysvětlím. Takže je léto, tady máme zemský povrch a nakreslím ještě atmosféru bílou barvou. Celá tato plocha představuje atmosféru. Samozřejmě atmosféra nemá pevnou hranici, ale představme si, že tohle je nejhustší část atmosféry. Když je v létě Slunce na obloze vysoko, tak je sluneční záření pohlcováno menší částí atmosféry. Musí projít takovou vrstvou atmosféry, kde se odráží a část atmosféry ohřívá, než se dostane na zemský povrch. V zimě, když je Slunce na obloze níže, mohlo být někde tady, Slunce je na obloze níže vzhledem k tomuto bodu, vidíte, že paprsky slunečního světla musí projít mnohem větší částí atmosféry. Proto je jich pohlceno mnohem více, než se dostanou k tomuto bodu na povrchu. Celkem vzato, sklon zemské osy způsobuje střídání ročních období, ale způsobuje to z více důvodů. Jedním z nich je, že když jsme přikloněni ke Slunci, tak máme celkově více hodin denního světla. Nejenže máme více hodin světla, ale každý okamžik většina záření dopadá na severní polokouli na úkor jižní. Zároveň záření, které dopadá na místa, kde mají léto, musí projít menší vrstvou atmosféry, takže je méně pohlcováno.
video