Почему на юпитере не наблюдается смена времен года кратко

Обновлено: 05.07.2024

Почему зимой холодно, а летом тепло? Удивительно, но многие люди, даже взрослые, умные и образованные, не знают ответа на этот вопрос. Из-за движения Земли вокруг Солнца — конечно, но почему именно? Самый частый — неправильный — ответ такой: потому что зимой Земля дальше от Солнца, чем летом. Однако это не может быть объяснением: ведь в южном полушарии времена года меняются местами, в январе там жарко, а в июле — холодно! На самом деле Земля действительно движется вокруг Солнца не совсем по кругу, но всё ровно наоборот: когда у нас лето, Земля дальше от Солнца, а когда зима — ближе!

Между прочим, лето и зима к тому же бывают не везде. А где бывают, там проходят по-разному. Оказывается, важно не только то, что мы вертимся вокруг Солнца, но и то, как мы при этом крутимся вокруг собственной оси! Чтобы разобраться во всём этом, давайте решим несколько задачек, причём для начала попутешествуем по другим планетам и только потом уж вернёмся на Землю.

Как всегда, решить что-то самостоятельно куда полезнее, чем прочитать чужое решение, поэтому постарайтесь сами разобраться в каждой задаче. А уже если не получится, мы вам поможем. Вам может пригодиться мячик (а ещё лучше — глобус) и настольная лампа (лучше всего подошла бы лампочка без абажура). На мячике нужно нарисовать полюса и экватор — большой круг посередине между полюсами. Это будет планета; лампа будет Солнцем. Если лампочки нет, её можно заменить собственной головой: какую часть планеты вы видите — та освещается солнцем, там день; а какую не видите — там ночь. Ещё можно слепить пластилиновый шарик с двумя ручками-спичками, это будет местный житель. Воображаемых жителей планет (которых, увы, нигде, кроме Земли, не существует) будем называть человечками. Время, за которое планета делает оборот вокруг Солнца (оно у всех планет разное!), будем называть местным годом, а время, за которое планета оборачивается вокруг оси, — сутками.

Юпитер

У этой планеты ось вращения почти точно перпендикулярна плоскости, в которой она обращается вокруг Солнца. То есть если ваше Солнце лежит на столе, а ваш Юпитер ползёт по столу вокруг него, то один из полюсов Юпитера всегда направлен строго вверх — пусть это будет северный полюс. И ползёт Юпитер не просто так, а быстро крутясь вокруг своей (вертикальной) оси (рис. 1). На всякий случай уточним сразу ещё одну подробность: все планеты движутся вокруг Солнца против часовой стрелки (если смотреть с Полярной звезды) и почти все вертятся вокруг оси в ту же сторону.

Рис. 1. Юпитер движется вокруг Солнца по большому кругу (орбите) и одновременно быстро вращается вокруг своей оси. Показаны его положения через каждую четверть юпитерианского года — у нас это были бы зима, весна и т. д. Тёмным закрашены те места планеты, где сейчас темно (ночь); светлые области освещены Солнцем, там день

Вводное упражнение. Найдите на вашем Юпитере место, где Солнце в данный момент находится в зените, то есть ровно над головой. А теперь найдите все такие места, где оно на горизонте (подсказка: эти точки на поверхности планеты образуют большой круг). В каких точках Юпитера сейчас происходит восход Солнца, а в каких — закат (потом сравните с рисунком 2 на следующей странице)? Поставьте человечка на широте примерно 45° (приблизительно посередине между северным полюсом и экватором), пусть он одну руку поднимет вверх, а другую вытянет на север. Поворачивайте планету (не наклоняя ось!) до тех пор, пока Солнце не окажется для вашего человечка как можно выше над горизонтом; у него наступил полдень. С какой стороны от него сейчас Солнце — на юге, на севере, на востоке? А что скажет об этом такой же человечек, живущий в южном полушарии?

Рис. 2. Красная линия показывает все точки, в которых сейчас восход, синяя — все точки, где сейчас закат, на жёлтой линии везде полдень

Задача Ю1. Представьте себе существо, живущее на экваторе Юпитера. Проследите, как для него движется по небу Солнце в течение суток. В какой стороне света (и даже точнее — в какой именно точке) оно восходит? Заходит? В каком месте неба это существо видит Солнце в полдень? Если бы оно, как древние люди, считало, что небо — твёрдая поверхность (сфера), по которой движутся светила, то как бы оно нарисовало наблюдаемую траекторию Солнца на этой поверхности?

Подвиньте теперь Юпитер по его орбите вокруг Солнца — пусть пройдёт, скажем, четверть юпитерианского года. Изменится ли что-нибудь у нашего человечка?

Задача Ю2. Ответьте на те же вопросы, что в задаче Ю1, для человечка, живущего на северном полюсе.

На любой планете, как мы увидим дальше, могут быть такие места, где Солнце хоть когда-нибудь в течение года бывает в зените. Область, включающая в себя все такие места, называется тропической зоной. А бывают такие места, в которых хотя бы одни сутки в году Солнце не опускается под горизонт — то есть хотя бы на одни сутки в году наступает полярный день. Область, где бывает полярный день, называется полярной зоной (а её граница — полярным кругом; там Солнце один раз в году касается горизонта, не опускаясь под него). Между прочим, там, где бывает полярный день, бывает и полярная ночь: скоро вы в этом убедитесь.

Задача Ю3. Разберитесь, где на Юпитере тропическая и полярная зоны.

И, наконец, последняя задача про Юпитер.

Задача Ю4. Попробуйте разобраться, как живётся человечку, находящемуся посередине между экватором и полюсом — на широте 45°. В каком месте горизонта восходит у него Солнце? Как оно движется дальше? На какую максимальную высоту поднимается?

Решения задач про Юпитер

(Ю1) Человечек, живущий на экваторе, видит восход Солнца точно на востоке (проверьте это, вытянув одну его руку на север, а другую на восток), потом Солнце поднимается прямо вверх и в полдень оказывается в зените, то есть прямо над головой. Дальше оно продолжает двигаться по тому же большому кругу, а ещё через четверть суток садится строго на западе. Ночь длится ровно половину суток. Весь год — одно и то же!

(Ю2) У человечка на полюсе жизнь ещё более однообразна. Солнце у него всё время на горизонте! Не рассвет, не закат — вечные полярные сумерки. Однако Солнце не стоит на месте — оно движется опять-таки по большому кругу, оставаясь всё время на горизонте. В этом можно убедиться, вытянув руку человечка в какую-нибудь сторону и вращая планету вокруг оси.

(Ю3) Мы уже видели, что у жителей экватора Солнце каждый день проходит через зенит. И только у них: чем севернее живёт человечек, тем меньше у него полуденная высота Солнца (и тем меньше оно нагревает поверхность планеты). См. рис. 3.

Рис. 3. Размер любой планеты во много раз меньше, чем расстояние от неё до Солнца. Поэтому можно считать, что направления на Солнце из любой точки планеты параллельны, как на этом рисунке. Высота Солнца в полдень равна угловому расстоянию от наблюдателя до полюса, то есть 90° минус широта наблюдателя: углы, обозначенные на рисунке дугами, равны

Рис. 4. Тропики (красная линия) и полярные зоны (синие точки)

Поэтому тропическая зона на этой планете — это экватор. А полярная зона — и вовсе две точки: Солнце не опускается под горизонт только на полюсах (рис. 4).

Рис. 5. Перемещение Солнца в течение суток, как это кажется человечку: половину суток Солнце проводит над горизонтом, половину — под ним

Разобрались с Юпитером? Полетели теперь на другую планету!

Рис. 6. Так Уран вращается вокруг Солнца: ось планеты всегда направлена одинаково

Задача У1. Найдите (и нарисуйте) полярные и тропические зоны Урана. Обратите внимание, что нужное условие должно выполняться хотя бы раз в году.

Задача У2. Начнём на этот раз с жителя полюса. Разберитесь, как у него меняется освещённость в течение года. Когда (в каком месте орбиты) у него лето, когда зима? Бывают ли дни, когда Солнце в зените — и сколько в году таких дней? Бывает ли полярный день и полярная ночь, и если да, то сколько времени (какую часть года) они длятся? Раскрасьте на орбите планеты (вид сверху или сверху-сбоку) соответствующие точки и области.

Задача У3. Те же вопросы для жителя экватора.

И, наконец, самая сложная

Задача У5. Для каждого из героев задач У2–У4 нарисуйте (приблизительно) видимый путь Солнца на небе в течение года: для жителя Юпитера Солнце весь год крутится по одной и той же окружности. А здесь? Подсказка: бывает ли день, когда Солнце не движется?

Планета	Период обращения вокруг Солнца (продолжительность местного года)	Период вращения вокруг оси (продолжительность местных суток)
Земля	1 год = 365,25 земных суток	24 земных часа
Юпитер	12 земных лет	10 земных часов
Уран	84 земных года	17 земных часов

Решения задач про Уран

Рис. 7. Вид на орбиту Урана сверху (размеры планеты очень сильно преувеличены!). Красной точкой обозначено место, где Солнце в зените, синим закрашена область, где Солнце не восходит (полярная ночь). Красный луч показывает место, в котором Солнце появляется только на горизонте. Обратите внимание, что здесь красной точкой обозначено одно и то же место! Положения планеты нарисованы с интервалом примерно в 1/6 часть уранианского года. и половину суток

(У1) Напомним, что тропики — это места, где Солнце бывает в зените. А это случается в любой точке Урана два раза в год, и только на полюсах — один раз в год (рис. 7).

Так что тропическая зона — везде, а её границы — тропики — на полюсах! Полярные зоны — тоже везде, потому что, например, в дни, когда ось планеты смотрит прямо на Солнце (слева и справа на рисунке 8), на половине планеты — полярный день, а на другой половине — полярная ночь. Только на экваторе Урана в эти дни — полярные сумерки: Солнце на горизонте; настоящего полярного дня или ночи на экваторе не бывает.

Поскольку почти на всей планете долгие полярные дни и полярные ночи, на Уране самая скучная во всей Солнечной системе погода. Большие участки атмосферы прогреваются и остывают равномерно: ни перепадов температуры и давления, ни сильных ветров.

Теперь уже совсем легко догадаться, как выглядит годовое движение Солнца на любой широте (рис. 9).

Рис. 9. Видимый путь Солнца в течение полугода: а — на полюсе Урана, б — на экваторе, в — на широте 45°. Наблюдатель сидит в центре сферы и смотрит на неё изнутри! Чёрный круг — линия горизонта, вертикаль показывает направление в зенит. Картинка сделана для случая, как будто в году 80 дней. Число витков спирали равно числу дней в полугодии

Теперь мы временно покидаем Солнечную систему, потому что в ней нет нужной нам сейчас планеты.

Рис. 10. Планета Дзета. Времена года указаны для северного полушария

Задача Д1. Как на этой планете выглядят полярные и тропические зоны?

Задача Д3. Для каждого из этих мест нарисуйте видимый годовой путь Солнца на небе.

Решения задач про планету Дзету

(Д1) На Юпитере тропической зоной был один только экватор, на Уране — вся планета. Здесь — промежуточная ситуация: самые северные точки, в которых Солнце можно увидеть в зените, имеют широту 45°, то есть находятся ровно посередине между экватором и северным полюсом. На всей этой окружности (параллели) самый жаркий день наступает, когда направление оси планеты ближе всего к направлению на Солнце (рис. 11).

Рис. 11. Красная линия показывает все точки, в которых сейчас восход, на жёлтой линии везде полдень. Отмечены экватор и параллель на северной широте 45°

Рис. 12. Полярные (синие) и тропическая (красная) области планеты Дзеты

(Д2) На полюсах Солнце по полгода не заходит (на северном полюсе — летом, на южном — зимой), а остальные полгода длится ночь. В течение суток Солнце делает круг, практически не меняя высоты над горизонтом. На максимальной высоте — 45° — оно бывает в середине полярного дня. Этот момент называется солнцестоянием — хотя Солнце, в отличие от Урана, и не стоит на месте. Всего солнцестояний два — одно летнее (когда день на северном полюсе), другое зимнее (когда на южном). А дни, когда ось планеты перпендикулярна направлению на Солнце (планета сверху и снизу на рисунке 10), называются равноденствиями. В эти дни на обоих полюсах — полярные сумерки. Как видно, между каждым равноденствием и солнцестоянием — ровно четверть местного года.

(Д3) Как и на Уране, видимый годовой путь Солнца — спираль, для жителей разных мест планеты наклонённая по-разному. Но, в отличие от Урана, спираль не заполняет всю сферу. Легко убедиться в этом, рисуя путь Солнца на полюсе: там ось спирали вертикальна и Солнце не поднимается выше 45°.

Рис. 13. Видимый путь Солнца в течение полугода на Дзете: а — на полюсе, б — на экваторе, в — на широте 45°

Напоследок для тех, кому понравилось путешествовать по планетам, добавим ещё несколько задач.

Почему всё-таки у нас зимой холодно, а летом тепло?
На какую высоту поднимается Солнце на экваторе Дзеты в день летнего солнцестояния? А на земном экваторе?

Мы привыкли к циклическим изменениям природы на Земле. Многих людей интересует, на каких планетах Солнечной системы также происходит смена времен года.

Механизм смены времен года

Основная причина смены климатических сезонов на любом космическом объекте — степень наклона его оси относительно плоскости, в которой он вращается вокруг Солнца.

Поэтому в каждом пункте траектории различные области небесного тела получают разный объем света и тепла.

Земная ось относительно этой плоскости (по-научному она называется эклиптикой) наклонена на 23,44°, и это приводит к знакомой нам сезонности:

В те периоды, когда планета разворачивается к центру нашей системы северным полюсом, на нем начинается полярный день, на северное полушарие льется максимум света от Солнца, здесь начинается лето. Противоположный полюс в это время обращен в обратную сторону от светила, здесь длится полярная ночь, и в относящемся к нему полушарии наблюдается зима.
Спустя полгода, когда к Солнцу разворачивается южный полюс, ситуация меняется на противоположную.

Времена года на планетах Солнечной системы

Сезонности подвержены не все солнечные космические тела планетарного типа. На тех из них, у которых угол между орбитой и осью вращения равен 0, день и ночь имеют одинаковую продолжительность. А главное светило нашей системы каждый день поднимается над горизонтом в одну и ту же точку, поэтому здесь всегда один и тот же годовой период.

При этом следует отличать сезонность года и сезонность погоды — последняя может меняться, даже если на планете вечное лето или зима с астрономической точки зрения.

Меркурий

Эта планета не имеет наклона оси своего вращения, но сезонность погоды здесь наблюдается. Причину этого всему миру давно доказали ученые — она заключается в большой вытянутости орбиты.

Меркурий то приближается к Солнцу на 45 млн км, то отдаляется от него на 70 млн км.

В первом случае здесь лето, температура днем (на освещенной стороне) достигает средних показателей +300°C (зафиксированный максимальный показатель — +427°C). Когда планета уходит в дальнюю зону своей траектории, на ней наступает зима. Днем поверхность прогревается всего до +107°C, а на затемненной стороне до -193°C.

На полюсах Меркурия холодно всегда в любой точке орбитального пути вследствие того, что солнечный свет из-за мизерного наклона оси сюда почти не попадает. Это темные и холодные области, ученые также заметили на меркурианских полюсах полярные ледяные шапки.

Венера

Никаких корректив в местную погоду это не вносит: на планете круглогодичное лето со средней температурой выше +400°C.

Марс по своей ориентации в пространстве похож на Землю. Его наклон менее чем на 2° больше нашего, и это привело к тому, что местный климат имеет чуть более выраженную сезонность.

Особенно сильно видна разница в температурных показателях, однако это справедливо лишь для южного полушария Красной планеты, где наблюдаются морозная зима и знойное лето. В противоположном полушарии контрастность сглажена — лето и зима тут спокойные.

Юпитер

Угол наклона юпитерианской оси вращения к эклиптике — немногим более 3°. Местный климат лишен сезонности, здесь нет смены времен года.

Сатурн

У этой планеты угол между осью вращения и направлением движения вокруг Солнца составляет 29°, потому тут существуют выраженные перепады количества поступающего тепла и света.

Сезоны длятся здесь по 6-7 лет каждый и заставляют небесное тело немного менять свою расцветку.

Сатурн — желтоватая планета, однако области, где царствует сатурнианская зима, имеют голубой оттенок.

Ученые объясняют это явление изменением силы УФ-излучения — оно слабее зимой и увеличивается с наступлением тепла.

На изображении четко прослеживаются голубоватые зоны — это места на планете, где в данный момент властвует зима. Credit: NASA.

В момент солнцестояния к центру Солнечной системы оказывается обращен только один из полярных регионов планеты.

Здесь нет привычной для нас смены периода суток на всей территории небесного тела — сейчас восход и закат могут наблюдаться только на экваторе. В остальном мире Урана — полярные день и ночь продолжительностью 42 года каждый.

Нептун

У Нептуна вращательная ось наклонена на 30°, и сезонность здесь была бы похожа на земную, если бы не большое расстояние отсюда до центра Солнечной системы.

Местный год длится тут больше 160 земных лет, а зима, весна, лето и осень — по 40 лет.

На изображении наблюдения ученых за планетой Нептун. Первые четыре столбца — виды с разными углами поворотов. Последний столбец — нечто среднее по наблюдениям. Увеличение яркости с каждым периодом наблюдения, свидетельствует о воздействии Солнца на планету. Отсюда следует, что на планете Нептун происходит смена времен года как на Земле, но в 165 раз медленнее из-за удаленности планеты. Credit: научный журнал Icarus/NASA.

Сейчас в нептунианской южной области — лето, а осень придет ему на смену только в 2045-2046 гг.

Краткая справка
Юпитер — самая большая планета солнечной системы, по размеру он в 11,2 раза больше Земли, а по массе в 318 раз. В общепринятом смысле на Юпитере нет твердой поверхности – это газовый гигант, в основном состоящий из водорода и гелия.

Свое название планета получила в честь главного бога античной мифологии – римляне называли ее Юпитером, а греки Зевсом. Примечательно, что на Юпитере не бывает смены времен года. Это объясняется тем, что плоскость экватора наклонена всего на 3 градуса к плоскости его орбиты. Как и Сатурн, Юпитер окружен системой слабых колец, которые, к сожалению, недоступны для наблюдений в любительские телескопы. На данный момент известно 63 спутника планеты.

Когда наблюдать Юпитер?
Юпитер – одна из самых доступных для наблюдения планет, в максимуме своего блеска уступающая по яркости только Солнцу, Луне и Венере. Наилучшее время для его наблюдений приходится на момент противостояния (наименьшее расстояние между наблюдаемой планетой и Землей, характерно для верхних планет), которое происходит ежегодно, со смещением примерно в месяц относительно прошлогодней даты (см. таблицу №1). Как правило, в период летних противостояний Юпитер поднимается не очень высоко над горизонтом: в среднем для России — на 20-30 градусов. Поэтому наиболее благоприятны для наблюдений Юпитера периоды зимних противостояний, когда планета видна высоко в небе в течение всей ночи. Если наблюдателя не пугают зимние холода, у него появляется возможность за одну ночь увидеть, как Юпитер совершает полный оборот вокруг своей оси.

Таблица №1 Ближайшие противостояния Юпитера

ЮПШ — Южная полярная шапка СПШ — Северная полярная шапка ЮЮУП — Юго-южный умеренный пояс ЮУП — Южный умеренный пояс БКП — Большое красное пятно ЮЭП — Южный экваториальный пояс ЭП — Экваториальный полоса СЭП — Северный экваториальный пояс СУП — Северный умеренный пояс ССУП — Северо-северный умеренный пояс ЮЮУЗ — Юго-южная умеренная зона ЮУЗ — Южная умеренная зона ЮТЗ — Южная тропическая зона ЭЗ — Экваториальная зона СТЗ — Северная тропическая зона СУЗ — Северная умеренная зона ССУЗ — Северо-северная умеренная зона
Следующий этап знакомства с Юпитером — изучение тонких деталей строения атмосферы. Многие из них доступны только в большие любительские телескопы и требуют как отличных условий наблюдения, так и хороших наблюдательных навыков.

Стоит заметить, что наблюдая тени спутников на поверхности Юпитера, вы наблюдаете не что иное, как солнечное затмение, проходящее в этот момент на планете. Примерно так мы могли бы увидеть солнечное затмение на Земле, если бы посмотрели на нашу планету из космоса.

Для планет, расположенных в пределах Солнечной системы, характерна различная продолжительность суток и года. Известно, что Земля делает полный оборот вокруг оси вращения за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Практически столько же длится день и на Марсе. Есть в этой части галактики небесные тела, где сутки длятся менее десяти часов, и также есть те, у которых смена дня и ночи происходит за 2/3 земных года.

От чего же зависит продолжительность суток на всех планетах Солнечной системы?

Смена дня и ночи

Период времени, за который небесное тело в нашей звездной системе 1 раз оборачивается вокруг своей оси относительно Солнца, называется солнечными сутками. Именно это понятие имеют в виду, когда описывают смену дня и ночи на телах, которые вращаются вокруг небесного светила.

Длительность периода обращения вокруг Солнца на разных планетах существенно отличается:

Меркурий – 87,98 земных дней;
Венера – 243 дня;
Земля – приблизительно 24 часа;
Марс – 24ʹ40ʺ;
Юпитер – 9ʹ55ʺ;
Сатурн – 10ʹ 35ʺ;
Уран – 17ʹ14ʺ;
Нептун – 15ʹ59ʺ.

Такая разница в продолжительности суток обусловлена различиями в скорости вращения планет Солнечной системы вокруг своей оси. Заметно, что день на газовых гигантах более короткий, что связано с быстротой вращения их атмосферы. Для сравнения, экваториальные скорости вращения Земли и Юпитера составляют 1620 км/с и 45000 км/с соответственно. Самая же медлительная среди всех Венера вращается со скоростью всего 6,5 км/ч, поэтому день на ней длиннее года.

Времена года

Если день и ночь сменяют друг друга на каждой из планет, то сезонность наблюдается лишь на некоторых. Это связано с углом наклона оси вращения к плоскости орбитального пути. Если отношение оси к орбите представляет собой перпендикуляр или близко к нему, то на небесном теле смена сезонов наблюдаться не будет и Солнце всегда будет подниматься на одну и ту же точку над горизонтом в течение всего года.

Времена года наблюдаются на тех планетах Солнечной системы, угол наклона которых колеблется от 20° до 30°. Это Земля(23,4), Марс (25,2), Сатурн (29) и Нептун (30). При этом длительность сезонов определяется периодом обращения небесного тела вокруг Солнца. Так на Нептуне, имеющем самую протяженную орбиту, сезоны длятся по 41 году.

Читайте также: