Wiele osób interesujących się geografią, bądź chcących zdawać ją na maturze początkowo ma problem z poprawnym obliczaniem kątów padania promieni słonecznych. Spokojnie, każdy przez to kiedyś przechodził. W tym artykule postaram się Wam wytłumaczyć to zawiłe zagadnienie w jak najprostszy sposób. Zaczynamy!
Jak obliczyć kąt padania promieni słonecznych?
Na początku musimy zdać sobie sprawę, że różne miejsca na naszej zielonej planecie będą charakteryzować się inną wartością kąta padania promieni słonecznych. Z tego powodu "na start" wyróżniamy 5 stref oświetlenia Ziemi:
Spójrzmy teraz w jak prosty sposób, adekwatnie do omawianej sytuacji będą rozkładać się promienie Słońca (spokojnie w dalszej części artykułu wytłumaczę dlaczego tak się dzieje). Zauważmy, że otrzymujemy tutaj pewną ciekawą zależność pomiędzy szerokością geograficzną a kątem padania promieni słonecznych (w skrócie Szerokość/Kąt):
Punkt orientacyjny Szerokość geograficzna Kąt padania promieni słonecznych Biegun północny 90° N
0°
Warszawa 52° N
38°
Równik 0°
90°
Widzicie! W omawianym przypadku im bliżej jesteśmy równika tym kąt padania promieni słonecznych jest większy. Skąd mamy taką pewność? Ziemia ma kształt geoidy. W przybliżeniu jest kulą, jednak dla potrzeb dydaktycznych zróbmy ją bardziej kanciastą, tak jak na rysunku poniżej:
Teraz niezależnie od tego czy jesteś osobą mieszkającą w okolicach równika czy może Warszawy znajdujesz się na płaskiej powierzchni. Mimo pozornie podobnej sytuacji kąt padania promieni słonecznych będzie zachowywał się całkiem inaczej ze względu na krzywiznę "planety".
Pierwsza część za nami, mam nadzieję, że na chwilę obecną wszystko jest zrozumiałe. Czas na pewne utrudnienia. Przecież centrum naszego Układu Słonecznego nie stanowi błękitna planeta a Słońce. To z kolei wymusza omówienie ruchu obiegowego Ziemi.
Ruch obiegowy Ziemi
Myślę, że każdy z nas bawił się kiedyś globusem. Zastanawialiście się dlaczego jest odrobinę pochylony? Ziemia krąży wokół Słońca po torze, który nazywamy orbitą. W rzeczywistości udowodniono, że oś ziemska jest ustawiona względem płaszczyzny orbity pod kątem 66°34'.
Skupmy się teraz na ruchu obiegowym. Przede wszystkim odbywa się on w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Czas pełnego obiegu wokół Słońca zajmuje Ziemi około 365 dni i 6 godzin. Przyjmując taką wartość łatwiej będzie nam zapamiętać o występującym co 4 lata roku przestępnym:
6h · 4 = 24h (29 lutego)
Nasza orbita (tak jak i Ziemia) nie jest idealna, jej kształt przypomina elipsę. Z tego powodu wyróżniamy na niej dwa charakterystyczne punkty:
- peryhelium (odległość między Ziemią a Słońcem jest najmniejsza, około 147 mln km - 2 stycznia)
- aphelium (odległość między Ziemią a Słońcem jest największa, około 152 mln km - 5 lipca)
W jak prosty sposób zapamiętać te dwie definicje aby nic nam się nie poplątało? W pamięci zamieńmy wyraz peryhelium na słowo "pierwszy". Myślę, że tak będzie Wam łatwiej. Podświadomie skojarzycie je z pierwszym, a za razem jedynym takim punktem, w którym Ziemia znajduje się najbliżej Słońca.
Dociekliwi z pewnością zauważyli, że coś tutaj nie pasuje. Jak to możliwe, że 5 lipca Ziemia jest bardziej oddalona od Słońca a mimo wszystko na półkuli północnej panuje lato? Jest to jeden z popularnych błędów myślowych. Różnica rzędu 5 milionów kilometrów w warunkach Układu Słonecznego jest mało istotna, przez co nie wpływa znacząco na ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni naszej planety.
Co zatem powoduje, że na naszym globie wyróżniamy pory roku? Pewnie już się domyślacie ale o tym dowiecie się w kolejnej części tego artykułu. Zanim do niego przejdziemy, wyciągnijmy kilka wniosków z omawianego zagadnienia.
Następstwa ruchu obiegowego Ziemi:
- zmiany kąta padania promieni słonecznych
- zmiany oświetlenia Ziemi
- występowanie pór roku
- występowanie cyklicznie powtarzającego się czasu (kalendarza)
Pory roku
Tak jak wspomniałem wcześniej ciepło na Ziemi to nie tylko odległość Ziemi od Słońca. Występowanie zjawisk pór roku zależy od kąta padania promieni słonecznych. Zwróćmy uwagę jak z pozoru nieistotny szczegół może doprowadzić do diametralnych zmian na naszym globie.
Ruch obiegowy Ziemi powoduje, że w ciągu roku wszystkie obszary na naszej planecie będą znajdować się pod różnym kątem oddziaływania promieni Słońca. W tym artykule (zgodnie z zakresem maturalnym) ograniczymy się jedynie do omówienia tylko czterech głównych przypadków:
- Równonoc wiosenna - 21 marca
- Przesilenie letnie - 22 czerwca
- Równonoc jesienna - 23 września
- Przesilenie zimowe - 22 grudnia
Cofnijmy się do wymienionych już stref oświetlenia Ziemi. Każda z nich posiada pewne charakterystyczne równoleżniki. Ich znajomość jest niezbędna do poprawnego obliczania kąta padania promieni słonecznych:
- Równik 0°
- Zwrotnik Raka/Koziorożca 23°26'
- Koło podbiegunowe 66°34'
Zwróćcie uwagę, że szerokości geograficzne kół podbiegunowych są identyczne z wartością nachylenia osi ziemskiej: 66°34'. Idąc dalej, jeśli dodamy do tego 23°26' uzyskamy wynik 90°. Voilà, równoleżniki zapamiętane.
Spróbujmy wykorzystać zdobytą do tej pory wiedzę aby połączyć ją w całość. Wymienione daty oraz przedstawione równoleżniki charakteryzuje pewne powiązanie: zenit. Nadal brzmi tajemniczo? Bez obaw.
W zależności od daty w kalendarzu, możemy zaobserwować zmianę wysokości Słońca na niebie (sferze niebieskiej). Są jednak takie miejsca, w których o odpowiednim czasie "najbliższa gwiazda Ziemi" będzie znajdować się centralnie nad naszymi głowami. W takim przypadku kąt padania promieni słonecznych wyniesie 90°. Takie zjawisko nazywamy zenitem.
Zacznijmy od rozpatrzenia przypadku przesilenia letniego. Najistotniejszą rolę odgrywa tutaj zwrotnik Raka oraz oczywiście występujący na nim zenit.
W przypadku równonocy, zarówno wiosennej jak i jesiennej zenit obserwowany jest na równiku. Aby łatwiej przyszło nam to zrozumieć, wyobraźmy sobie, że właśnie tam stoimy. Będziemy mogli pominąć fakt pochylenia osi ziemskiej dzięki czemu dużo łatwiej przyjdzie nam zrozumieć zachodzące zjawisko.
Sytuacja z przesileniem zimowym to odwrotność przypadku letniego. Teraz kluczowym "zawodnikiem" jest zwrotnik Koziorożca.
I to by było na tyle! Omówiliśmy całą niezbędną teorię aby w pełni móc obliczać kąty padania promieni słonecznych. Czy jest to aż tak trudne? Myślę, że po przeczytaniu tego artykułu wszystkie wątpliwości zostały rozwiane. Jeżeli chcielibyście jeszcze raz, szybko odświeżyć swoją teorię możecie to zrobić oglądając krótki film. Co więcej czekają na Was również przygotowane ściągi, dzięki którym w łatwy i przyjemny sposób przypomnicie sobie niezbędne informacje przed maturą. W ostatniej już części rozwiążemy kilka przykładowych zadań. Przekonajcie się sami!
Autor: Wojciech Ciecierski/Źródło: "Oblicza geografii"/Nowa Era.
