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        四季更替,地球火星各不同

        2022-06-14 09:02:36本刊綜合
        發(fā)明與創(chuàng)新 2022年22期
        關(guān)鍵詞:交角太陽光半球

        ◆本刊綜合

        地球的四季更替

        春雨、夏花、秋葉、冬雪,一年四季的更迭給地球上的萬事萬物帶來了靈動和改變,四季各異的風(fēng)景也讓我們感嘆大自然的神奇。人們通常將四季分為春、夏、秋、冬,但在天文學(xué)中,季節(jié)的劃分是以地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時所處軌道的位置來確定的。

        地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道長約9.4億千米,速度為每秒30千米,公轉(zhuǎn)全程所需要的時間約為365天5時48分46秒,也就是一年。公轉(zhuǎn)軌道為橢圓形,其長直徑和短直徑相差無幾,近似正圓。太陽處于這個橢圓軌道的焦點上,由于焦點并非橢圓軌道的中心,因此地球離太陽的距離時近時遠。

        四季的變化雖與地球公轉(zhuǎn)有關(guān),但決定性的條件是地球需要在有黃赤交角存在的前提下繞太陽旋轉(zhuǎn)。正因為黃赤交角的存在,太陽直射點在23°26’S至23°26’N間往返移動,地表獲得的熱量隨時間和空間而變化。

        以北半球為例,夏至日前后一段時間,太陽直射在23°26’N,這是太陽光線能夠垂直照射的最北端,此時地面獲得的太陽光熱較多,形成夏季。冬至日前后一段時間,太陽直射在23°26’S,這是太陽光線能夠垂直照射的最南端,此時地面獲得的太陽光熱較少,形成冬季。春分日和秋分日前后一段時間,地面獲得的太陽光熱比夏季少,比冬季多,分別形成春季和秋季,南半球反之。

        地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道形狀與地球自轉(zhuǎn)的平面存在夾角。當(dāng)?shù)厍蛱幵诠D(zhuǎn)軌道上的不同位置時,各個地方受到太陽光照不同,接收的太陽熱量也不同,這樣就形成地球上季節(jié)的更替和溫度的變化。

        火星的四季更替

        火星是八大行星中平均溫度與地球最接近的星球。火星的直徑雖只有地球的一半,體積約為地球的15%,質(zhì)量約為地球的11%,但火星的自轉(zhuǎn)周期為24小時37分,與地球的自轉(zhuǎn)周期極為相近。因此,火星上依舊可以觀察到太陽的東升西落,存在晝夜變化,同時也存在著四季的更替。

        然而,火星的四季與地球的四季大不一樣?;鹦堑囊荒辏椿鹦枪D(zhuǎn)一周)約為地球上的687天,意味著火星上的每個季節(jié)相當(dāng)于地球上的6個月,約為172天?;鹦巧宵S赤交角的度數(shù)約為24°,這與地球上黃赤交角的度數(shù)接近,因此黃赤交角的存在也是火星上形成四季變化的關(guān)鍵。火星的大氣層較稀薄,大氣中大部分為二氧化碳,僅有少量的水蒸氣,極大的晝夜溫差導(dǎo)致火星的氣候變化大。

        圖2 “祝融號”火星車目前正處于火星太陽光照高度角下降、光照時長縮短的冬季 (圖/國家航天局)

        火星南北兩極存在的白色極冠是火星季節(jié)變化的風(fēng)向標:當(dāng)火星一個半球上的春季過去時,白色的極冠就會逐漸減縮,半球上暗黑地方的顏色呈綠色;當(dāng)夏季過去,半球上暗黑地方的顏色會逐漸變?yōu)楹稚?/p>

        人們曾認為,這是由于火星上植物的繁茂與衰敗造成的。事實上,火星兩極覆蓋的白色物質(zhì)表面為干冰,底部為冰水。

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