Афелий: почему Земля находится дальше всего от Солнца летом, а не зимой

5 июля Земля в очередной раз проходит афелий — точку своей орбиты, в которой она удаляется от Солнца на наибольшее расстояние. В этот день их будет разделять 152,1 млн км. Но почему, несмотря на то, что Земля находится дальше всего от Солнца именно летом, мы практически не замечаем этого?

Что такое афелий и перигелий

На большинстве схем Солнечной системы орбиты планет обычно изображают в виде кругов. Это упрощение. На самом деле все планеты движутся по эллиптическим орбитам. Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием, самая дальняя — афелием.

Перигелии (зеленые точки) и афелии (красные точки) внутренних планет Солнечной системы. Источник: wikipedia.org

Для того чтобы определить, насколько круговой является орбита, ученые используют показатель под названием эксцентриситет. В случае с Землей эксцентриситет ее орбиты составляет 0,0167, что является почти идеальным кругом. И это очень хорошо. Ведь если бы наша планета находилась на вытянутой орбите, то это приводило бы к экстремальным температурным колебаниям в течение года.

Когда наступает афелий

В настоящее время Земля проходит афелий в начале июля, примерно через 14 дней после летнего солнцестояния. Поскольку день солнцестояния может смещаться, афелий не привязан к конкретному дню. Земля может проходить его 4, 5 или даже 6 июля. Что касается перигелия то, соответственно, Земля проходит его в начале января.

Размер солнечного диска, видимого с Земли в перигелии (левая половина) и в афелии (правая половина)

Однако, если мы будем рассматривать большую временную шкалу, то заметим, что из-за долговременных циклических колебаний эксцентриситета земной орбиты (они известны как циклы Миланковича), даты афелия и перигелия сдвигаются на один день вперед каждые 58 лет. Например, в 1246 году Земля прошла афелий в день летнего солнцестояния в северном полушарии. По расчетам астрономов, к 6430 году дата афелия сместится настолько, что он совпадет с осенним равноденствием.

Как афелий влияет на смену времен года?

Хотя орбита нашей планеты и близка к круговой, разница между перигелием и афелием все же есть, и она не ничтожна. В начале января Земля удалена от Солнца примерно на 147,1 млн км, в начале июля — на 152,1 млн км. Из-за изменения расстояния, в афелии наша планета получает лишь 93,55 % солнечного излучения от того, которое она получает в перигелии. Казалось бы, это должно оказывать существенное влияние на земной климат и влиять на смену пор года. Но в реальности все сложнее.

Говоря про перигелий и афелий, мы часто забываем, что у нашей планеты два полушария. Когда в северном полушарии зима, то в южном лето — и наоборот. Так что с точки зрения жителей южного полушария никакого кажущегося противоречия вообще нет: Земля проходит афелий зимой, а перигелий — летом. Но при этом, летом в северном полушарии в среднем на 2,3 °C жарче, чем летом в южном полушарии. А ведь северному полушарию достается меньше света.

Влияние наклона земной оси на количество получаемого поверхностью света. Источник: NASA

Этот парадокс на самом деле объясняется довольно просто. В северном полушарии находится основная часть земной суши. Она поглощает больше солнечного света, чем океаны, что приводит к ее к большему нагреву и нивелирует эффект афелия.

Ключевым же фактором, влияющим на смену времен году, является наклон земной оси, составляющий 23,4°. Если бы его не было, наша Земля была бы совсем другой планетой. Все участки ее поверхности получали бы одинаковое количество света в течение всего года. Это означает, что на Земле не было бы весны, лета, осени и зимы. Дни и ночи всегда длились бы по 12 часов. В высоких широтах царила бы вечная зима, в то время как на экваторе были бы влажные тропики с обильными ливнями. Некоторые ученые даже считают, что жизнь в современном виде не смогла бы возникнуть на Земле, если бы ее ось не была наклонена.

Так что, хотя афелий и перигелий оказывают определенное влияние на земной климат, оно теряется на фоне той решающей роли, которую играет наклон земной оси. А вот с некоторыми другими планетами Солнечной системы ситуация иная. В качестве примера можно рассмотреть Марс. Его ось имеет схожий наклон (25°), но при этом эксцентриситет орбиты намного выше и составляет 0,092. И вот это уже существенно сказывается на климате Красной планеты, делая смену сезонов куда более резкой. Марс проходит перигелий, когда в южном полушарии лето. Поэтому, летние температуры на юге Красной планеты могут быть на целых 30 °C выше, чем летние температуры на севере. И это обстоятельство приходится учитывать при планировании космических миссий.