Человек и природа
ДЕНЬ И НОЧЬ НА ПОЛЮСАХ
ф. ШЕВЯКОВ
Мы хорошо помним, что написано в школьных учебниках географии о продолжительности дня и ночи на полюсах: там полгода светит солнце и полгода тянется ночь. То же самое говорится и в большинстве вузовских пособий по общему землеведению.
Почему такое упрощенное объяснение чередования дня и ночи на Северном и Южном полюсах дается школьникам- пятиклассникам, вполне понятно: детям еще трудно разобраться в сложных закономерностях движения Земли как планеты и их следствиях. Но обучающимся старших возрастов, как и всем интересующимся этим вопросом, следует, на наш взгляд, точнее и на более высоком научном уровне объяснять это явление.
Чтобы разобраться в этом вопросе, вспомним некоторые закономерности движения Земли, уточним необходимые астрономические понятия и фактические цифровые показатели, хотя асе это, безусловно, известно многим.
Часто говорят и пишут, что от Земли до Солнца 150 млн. км. Но в действительности это расстояние все время изменяется: Земля во время движения по своей орбите то удаляется от Солнца, то приближается к нему. Ближе всего к Солнцу (147 млн. км) Земля бывает в начале января. Эта самая близкая к Солнцу точка на орбите Земли называется перигелием. Дальше всего отходит наша планета от Солнца в афелии (на 152 млн. км) в начале июля. Примерно так же движутся по своей орбите искусственные спутники Земли: они то удаляются, то приближаются к ней.
Какое отношение имеет изменение расстояния от Земли до Солнца к нашему вопросу, мы сейчас увидим, ознакомившись со вторым законом Кеплера.
Немецкий астроном Иоган Кеплер (1571;— 1630 гг.), развивая гелиоцентрическую теорию Николая Коперника, открыл законы движения планет. Законы Кеплера утверждают, что каждая планета движется по эллипсу в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем площадь секторов орбиты, описываемых радиусом-вектором планеты, изменяется пропорционально времени. Второй закон Кеплера кратко можно выразить так: радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равные площади.
Следовательно, когда Земля удаляется от Солнца, ее радиус-вектор увеличивается, а скорость движения уменьшается, и Земля в равный промежуток времени проходит меньший отрезок пути по своей орбите. Действительно, если средняя скорость Земли равняется 29,8 км/сек, то в афелии она уменьшается до 29,3 км/сек, а в перигелии достигает 30,3 км/сек (рис. на стр. 54).
Мы видим, что Земля в летнее полугодие движется медленнее, чем в другое полугодие, и половину своей орбиты должна пройти не в полгода, а больше.
Теперь вычислим продолжительность времени, затрачиваемого Землей на прохождение половины орбиты в летнее полугодие, т. е. того времени, которое соответствует полярному дню на Северном полюсе.
Астрономическая весна начинается с весеннего равноденствия
— с этого времени Солнце
на полюсе не
заходит до осеннего равноденствия. Уточним понятие равноденствия. Равноденствие—
это тот момент времени, когда центр солнечного диска при своем видимом годовом
перемещении по эклиптике (большой круг на небесной сфере, по которому в течение
года перемещается центр Солнца) пересекает небесный экватор (большой круг
небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира). При переходе
Солнца через точку равноденствия из южного полушария в северное наступает
весеннее равноденствие, а из северного полушария в южное — осеннее равноденствие.
В период равноденствий продолжительность дня на всей Земле, исключая районы земных полюсов, почти равна ночи и удлиняется от нескольких минут до десятков минут вследствие рефракции света и величины радиуса солнечного диска, о чем мы скажем дальше.
Так как календарный год не соответствует точно году астрономическому, то момент весеннего и осеннего равноденствия в различные годы перемещается не только на несколько часов, но и переходит с 21 марта на 20 марта и с 23 сентября на 22 сентября.
Так, весеннее равноденствие было в Москве (дается московское время, секунды не указываются):
1968 г. — 20 марта в 16 час. 22 мин.
