Климаты и времена года.
Разнообразие климатов.
Вам уже известно теперь, что, кружась в пространстве около Солнца, Земля получает от него и свет, и тепло; что следствием вращательного движения нашей планеты около самой себя является поочередная смена дня и ночи. Но почему же не все страны на земле одинаково нагреваются солнцем? Почему в одном и том же месте в течение года попеременно бывает то жарко, то холодно; почему в одну пору года в нем стоят долгие и теплые дни, а в другую -- они становятся короткими и холодными?
Из географии вы знаете, что различные страны Земли имеют не одинаковый климат. Вы слышали рассказы о теплых странах со жгучим солнцем, где совсем не бывает зимы, где листья на деревьях никогда не опадают, где вызревают такие нежные и -сладкие плоды, какие не растут под нашим небом. Вам говорили также и о тех ледяных областях, где царствует ужасный холод, где снег почти круглый год покрывает землю, где замерзает самое море, где лето похоже на нашу зиму, где не встречается никакой растительности и не может существовать ни одно животное!.. Наконец, вам известно, что есть и умеренные страны, как наша, где нет такой ужасной жары, как в знойных климатах, и где холод никогда не достигает такой чрезмерной степени, как в ледяных областях. Отчего происходит такое разнообразие?
Причина различия в климатах.
Обратимся опять к нашему мячу, проткнутому иглой, и к лампе. Поместим мяч попрежнему прямо против лампы так, чтобы точки, проткнутые иглою, находились в черте, разграничивающей свет от тени. Заметьте теперь, что у краев той круговой черты, где свет переходит в тень, лучи от лампы падают на мяч, толко слегка касаясь поверхности, как бы скользя по ней вдоль. Напротив, в самой средине, освещенного пространства лучи ударяют на него в упор; наконец, в точках, расположенных между этими двумя местами, лучи падают на поверхность более или менее косвенно.
Там, где свет лишь касается поверхности предмета, где его лучи скользят в косом направлении, он освещает эту поверхность не так сильно, как в тех местах, где лучи падают прямо в упор. Вы можете убедиться в атом, посмотревши на мяч: края светлой стороны, близ теневой границы, освещены далеко не так ярко, как средина. То же самое происходит и с теплом.
Поворачивайте теперь слегка мячик вокруг его оси, не изменяя ее положения. Вы увидите при этом, что места, находящиеся близ экватора мячика (в равном расстоянии от полюсов), проходят освещенное пространство в области наиболее яркого света, и во время этого прохождения подвергаются действию прямых лучей лампы. Напротив; места, лежащие вблизи иглы, проходят лишь по краям освещенного пространства, на них падают лишь косые лучи света, едва касающиеся поверхности в этих местах.
Представим себе теперь нашу Землю вращающейся перед Солнцем в таком же положении. Все точки ее поверхности при вращении последовательно приходятся против Солнца, освещаются и нагреваются его лучами, но далеко не одинаково. Точки, находящиеся прямо против Солнца, получают отвесные его лучи, ярко освещающие и сильно нагревающие поверхность Земли и воздух. Напротив, близ обоих полюсов эти лучи достигают земной поверхности весьма косо, слегка лишь ее задевая. Вы конечно замечали, что по утрам, при восходе Солнца, или по вечерам, при его закате, когда солнечные лучи едва скользят по земной поверхности, не бывает ни такого яркого света, ни такого сильного зноя, как в полдень, когда солнечные лучи падают с высоты, почти отвесно над нашими головами. Все страны, расположенные близ экватора, при вращении Земли проходят в наиболее нагретом пространстве и следовательно, проходя его во время, соответствующее середине дня, пользуются в полной мере волнами света и тепла. Соседние с экватором области будут поэтому наиболее теплыми странами на Земле. Наоборот, страны, прилегающие к полюсам, проходят при вращении Земли лишь чрез края освещенного пространства и во все время своего прохождения подвергаются действию весьма косых, а потому и весьма слабых световых и тепловых лучей Солнца. Вот почему около обоих полюсов находятся холодные страны, области льдов. -- Между знойными областями экватора и весьма холодными странами полюсов расположены по обеим сторонам от экватора, как бы два пояса, страны умеренные, где солнечные лучи, падая более или менее косвенно, дают среднюю степень тепла. -- Такова прежде всего причина неодинаковости теплоты на земле, устанавливающая разные климаты.
Наклон земной оси.
Если бы Земля, обращаясь вокруг Солнца, сохраняла постоянно и неизменно такое положение, в котором мы ее до сих пор рассматривали, то хотя разные страны Земли имели бы различные климаты, но в одном и том же месте температура была бы постоянно одинакова. В течение года не было бы при этом ни холодного, ни жаркого времени -- словом, не было бы времен года. Сверх того, когда линия, разграничивающая свет от тени, проходит чрез оба полюса, то при вращении все точки поверхности ровно половину своего оборота делают в свету, а другую половину в тени. При обращении Земли вокруг Солнца в таком положении, ее экватор всегда приходился бы прямо против Солнца, и у нас, как и во всех прочих странах, двенадцать часов продолжался бы день и двенадцать часов -- ночь; другими словами, во всех местах Земли и всегда продолжительность дня была бы такая же, как и ночи.
Но известно, что этого на самом деле нет. У нас имеются разные времена года, и летом дни бывают длинные, а зимой -- короткие. В чем же состоит причина такой разности?
А в том, что, обходя вокруг Солнца, Земля подвигается вперед не в прямом положении, а в наклонном, т. е. что ось Земли наклонена, что она находится в косом положении относительно плоскости орбиты.
Взгляните на кружащийся на полу волчок. Случается, что он иногда наклоняется: его ось вращения (ножка, на которой он вертится) принимает косое положение; это поможет вам представить себе положение земной оси. Надо заметить только, что волчок, кружась на полу, качается из стороны в сторону, тогда как ось Земли неизменно сохраняет одинаковый наклон всегда в одну и ту же сторону, т. е. направлена почти к одной и той же точке неба. Помещенный здесь рисунок (фиг. 27) об'ясняет это. Он изображает Землю в последовательных ее положениях во время годового пути. При этом потребовалось конечно нарисовать Землю в значительно больших размерах по сравнению с Солнцем и в более близком к нему расстоянии; иначе земной шар пришлось бы изобразить таким маленьким, что совсем нельзя бы было различить его положения. Кроме того направление оси Земли показано в воображаемом продолжении, чтобы лучше видеть, в какую сторону она наклонена.
Вследствие такого наклонения земной оси происходит то, что не всегда Земля приходится в совершенно прямом против Солнца полояеении. Например, в точке, обозначенной буквой Е, к Солнцу обращен ближайший к нам северный полюс п; наоборот, в точке И, на противоположной стороне орбиты, северный полюс, сохраняя неизменным тот же наклон, будет смотреть в сторону противоположную от дневноцо светила, а южный полюс s -- обращен к нему. Без каких-либо колебаний из стороны в сторону, а напротив, постоянно наклоненная в одну и ту же сторону, Земля, обращаясь вокруг Солнца, приходится против него в различных положениях и подставляет под его лучи то один полюс, то другой. Рассмотрим несколько подробнее, что от этого происходит.
Времена года. Неодинаковая продолжительность дней и ночей.
На фиг. 28 изображено в значительно большем размере положение Земли, когда она находится в точке А, фиг. 27. При этом Земля обращена к Солнцу сбоим северным полюсом, и все северное полушарие воспринимает от него наиболее прямые и обильные лучи, почему и нагревается сильнее. Кроме того круг, отделяющий светлое пространство от тени, не проходит уже более чрез полюсы и хотя разделяет Землю на два равные полушария, но линия раздела не совпадает теперь ни с одним из меридианов. В северном, нашем, полушарии солнечный свет захватывает теперь более обширное пространство, чем в противоположном, южном.
Возьмем теперь какую-нибудь точку F в нашем полушарии (фиг. 28), обозначающую, наприм., положение Москвы. Точка эта, при вращении Земли, также последовательно проходит в освещенном и теневом пространстве. Но тот круг, который она описывает, тот оборот, который она делает (на рисунке видна только половина его), большею своею частью находится в области света и только меньшею частью в тени. При таком положении Земли, наши страны более продолжительное время будут находиться под влиянием солнечного света и менее продолжительное время лишены его. Дни у нас будут долгие, а ночи короткие.
Но день ведь это такое время, когда земля и воздух нагреваются от теплоты солнечных лучей, а ночью они охлаждаются. Когда наступает пора долгих дней, наша страна дольше нагревается Солнцем, а охлаждается в течение меньшего срока времени, и потому с каждым днем все более нагревается. Кроме того, как мы уже заметили, и самые лучи Солнца падают на землю в это время все прямее и прямее. Это соответствует тому времени года, когда нам кажется, что Солнце поднимается наиболее высоко в небе и посылает к нам более прямые и наиболее жгучие лучи свои. Вследствие обоих этих обстоятельств одновременно наступает период самых длинных дней и самой сильной жары. Это будет лето, теплая пора года -- как для нас, так и для всех стран, находящихся на северном полушарии.
Для стран, расположенных в другом полушарии, в то же самое время произойдет обратное явление. Взгляните, напр., на точку С (фиг. 28), обозначающую оконечность Африки (мыс Доброй Надежды). Круг описываемый этою точкой в течение суточного оборота, большею своею частью приходится в тени, а меньшею -- в свету. Эта страна будет освещаться менее продолжительное время, а большее -- находиться в темноте. Для нее наступит время коротких дней и долгих ночей. В течение этих более коротких дней земля и воздух будут иметь меньшее время, чтоб нагреваться Солнцем, и более времени для охлаждения ночью: произойдет то, что здесь начнутся все более и более сильные холода. Сверх того в это время лучи Солнца падают на эту часть земной поверхности в более косом направлении и менее согревают ее. В то время как у нас стоят долгие дни и бывает тепло, у обитателей этих стран наступают короткие дни и мороз; в то время, когда мы собираем с земли обильную жатву, там, напротив, земля покрыта снегом. Итак, во всех подобных странах южного полушария в эту пору года стоит холодное время -- зима.
Но затем... всему своя очередь. Вот изображение положения Земли (фиг. 29), когда она достигнет противоположной точки своей орбиты в H (фиг. 27). Земная ось, как видите, попрежнему остается наклоненною в ту же сторону, но к Солнцу обращен теперь противоположный ее полюс. Теперь Земля подставляет под солнечные лучи южный свой полюс, и потому южное ее полушарие нагревается более, чем северное. Точки южного полушария находятся в освещаемом пространстве дольше, чем в неосвещаемом: для них наступили долгие дни и короткие ночи. Северный же полюс при этом обращен в противоположную от Солнца сторону, и здесь царит теперь холод и ночь. Точка F, Москва, большую часть своего суточного обращения остается в тени; дни у нас в это время самые короткие. Солнце стоит на небе низко и посылает нам свои лучи в более косом направлении; земля и воздух не только получают мало тепла, но и сильно охлаждаются во время теперешних очень долгих ночей. Это -- зима, скучное и морозное время года... но только для нас, потому что обитатели южного полушария Земли пользуются как раз в это же время теплом и ясными, долгими днями.
Между этими крайними положениями Земли в двух противоположных точках ее орбиты естественно существуют положения промежуточные, в которые Земля переходит постепенно. Так в точке Р (фиг. 27) своей орбиты земной шар со своею осью, наклоненною постоянно в одну сторону, принимает между прочим такое положение, что разграничительный между светом и тенью круг как раз. проходит чрез оба полюса (фиг. 30), и Солнце находится совершенно прямо против экватора. В этот момент года, как нами уже было об'яснено, дни бывают равны ночам на всей Земле, а температура для нас будет менее жаркою, чем в наступающее лето, и более теплою, чем в минувшую зиму, т. е. в это время к нам возвращается весна, радостная пора цветов, надежд и поэзии.
В противоположной точке А (фиг. 27), линия раздела света от тени снова пройдет чрез полюсы (фиг. 31), и снова установится одинаковая продолжительность дней и ночей, только теперь для нашего полушария Земля направляется уже к точке зимы. Наступает осень -- для нас период собирания хлебов и плодов. Наконец, так как Земля постепенно переходит от одного из этих четырех положений к другому, то очевидно, что от зимы до лета дни у нас сменяются один за другим, незаметно прибывая от зимы к весне, и так же незаметно они убывают от лета к зиме; обратное тому имеет место в другом полушарии.