Hlavní obsah
Kurz: Kosmologie a astronomie > Kapitola 3
Lekce 3: Rotace Země a naklonění zemské osy- Roční období nezávisí na vzdálenosti Země od Slunce
- Simulátor ročních období
- Jak sklon zemské osy způsobuje střídání ročních období
- Jsou roční období na jižní polokouli extrémnější?
- Milankovičovy cykly, precese a oblikvita
- Jak precese způsobuje zpoždění perihélia
- Co způsobuje precesi a další změny v oběžné dráze
- Precese v bodě apsidy (perihélia) a Milankovičovy cykly
Jak sklon zemské osy způsobuje střídání ročních období
Jak sklon zemské osy způsobuje střídání ročních období? Tvůrce: Sal Khan.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
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.