Помню, как в детстве время тянулось поразительно медленно. Помню, как затянувшимся летом мы мечтали о катаниях с ледяных горок, а бесконечной зимой – о купаниях в речке. С возрастом выяснилось, что на нашей необъятной планете в один и тот же период года сосуществуют лютая зима и жаркое лето, прохладная весна и дождливая осень, и что легко можно, с помощью самолётов, переместиться в местечко с нужными погодными условиями. Только во взрослой жизни мы уже не торопим время и радуемся любым сезонным изменениям: и первому снегу, и весенним цветам, и летним урожаям, и осеннему золоту.
В связи с этим возникают вопросы:
- с чем связана смена времён года?
- везде ли на нашей планете наблюдаются четыре времени года?
- а как обстоят дела со сменой времён года на других планетах нашей Солнечной системы?
Смена времён года
Если рассматривать движение Земли относительно Солнца, то окажется, что ось нашей планеты наклонена к плоскости её движения под углом 66,5°. Отсюда следует, что в каждой точке земной траектории разные участки поверхности планеты получают неодинаковый поток солнечного тепла.
Максимум энергии получает Северное Полушарие, когда планета развёрнута к нашей звезде своим Северным Полюсом. В этот период года на полюсе идёт полярный день, и в Северном Полушарии – лето. Но на, находящемся в это время в тени, Южном Полюсе – лютая полярная ночь, а в Южном Полушарии – зима.
Через шесть месяцев Земля подставит Солнцу Южный Полюс, и сезоны изменятся на противоположные.
Где наблюдается четыре времени года
Ближайшая к солнцу часть земного шара – это тропики.
Там солнечные лучи падают на тропический пояс под углом от 66,5° до 90°, и лето царит практически круглый год.
Чем дальше от жаркого экватора, тем под меньшим углом лучи падают на Землю, уменьшая при этом солнечный поток энергии, приходящийся на единицу площади.
Наиболее чётко прослеживается смена сезонов в средних широтах, где изменение угла падения лучей и длительность светового дня зависит от времени года.
Сезонность уходит в заполярье в вечную зиму, где лето совпадает с холодным полугодовым днём, а зима – с лютой полугодовой ночью.
Времена года на планетах Солнечной системы
Планета Марс имеет почти такой же угол наклона (64,8°) к своей орбите и почти такие же сутки (24 ч 37 мин), поэтому смена сезонов на Марсе проходит приблизительно так же, как у Земли.
У других планет эти параметры отличаются значительно. У Меркурия, Венеры и Юпитера, можно сказать, нет смены времён года, их оси почти перпендикулярны орбитам. А планета Уран вообще практически лежит на боку (7,7°).
И несмотря на быструю смену суток (17 ч), полярная ночь и полярный день там длятся по 42 земных года, поскольку один оборот вокруг Солнца планета совершает за 84 года.
Вот и пришла весна. С полей сошел серый и унылый снег, а солнце стало теплее и ласковее. Пробуждается природа: начинает пробиваться первая зелень, набухают и распускаются почки на деревьях, возвращаются перелетные птицы, а из нор и гнезд выбирается живность. Вскоре наступят лето, осень, зима и снова придет весна. Из года в год на нашей планете сменяются времена года.
Но что же обеспечивает эти циклические изменения природы? Основной причиной смены времен года является наклон оси нашей планеты по отношению к плоскости эклиптики, т.е. плоскости вращения Земли вокруг Солнца. Ось Земли наклонена от плоскости эклиптики на 23,44°. Если бы этот угол был равен нулю, на планете никогда бы не сменялись времена года, продолжительность дня и ночи была бы одинакова, а солнце бы поднималось над горизонтом на одну и ту же высоту в течении всего года.
А сменяются ли времена года на других планетах Солнечной системы?
Меркурий
Если брать во внимание только тот показатель, который оказывает решающее влияние на формирование времен года на Земле, наклон оси вращения, то на Меркурии не должно быть привычных нам времен года. Однако Меркурий движется по очень вытянутой орбите, приближаясь в перигелии к Солнцу на 46 млн км и отдаляясь на 70 млн км в афелии, что вносит заметное влияние в формировании меркурианской погоды. Находясь на небольшом удалении от Солнца, освещенная сторона Меркурия нагревается в среднем до +300°C(максимум: +427 °C) и наступает меркурианское лето. В дальнем участке орбиты наступает зима, даже днем в это время температура не поднимается выше 107°C, а ночью опускается до -193°C.
Рассвет на Меркурии происходит лишь раз в два года (раз в 176 дней), но это самый горячий рассвет во всей системе.
В то же время на полюса Меркурия практически не попадает солнечный свет по причине минимального наклона оси вращения к плоскости эклиптики (0,01°). В этих темных и холодных областях были обнаружены ледяные полярные шапки, правда достигающие всего 2-х метров в толщину.
Интересно, что сутки (175,94 земных суток) на Меркурии длятся в два раза больше чем год (87,97 земных суток).
На Венере, как и на Меркурии, так же нет смены пор года. Угол оси вращения Венеры составляет внушительные 177°, другими словами, эта планета имеет перевернутую ориентацию, и фактический угол наклона составляет всего 3°. Эксцентриситет орбиты, т.е. ее степень отклонения от окружности, предельно мал (0,01) и потому не вносит совершено ни каких корректив в погоду. Круглый год на поверхности планеты царит раскаленное лето: средняя температура переваливает за отметку +400°C.
Круглый год на Венере царит знойная жара, средняя температура около +400°C.
Марс
Марс во многом похож на нашу планету. Наклон оси вращения Марса относительно плоскости его орбиты равен 25,2°, что лишь немногим больше земного. Немного больше и эксцентриситет орбиты Красной планеты. Как следствие, марсианский климат носит чуть более выраженный сезонный характер, иначе говоря разница (особенно в температуре) между различными временами года выражена сильнее.
Еще одна интересная особенность марсианских сезонов заключается в том, что они ощутимо отличаются в разных полушариях планеты. Так в южном полушарии наблюдаются жаркое лето и холодная зима, тогда как в северном такие контрасты отсутствуют - и лето и зима здесь мягкие.
Юпитер
Ось вращения планеты-гиганта наклонена всего на 3,13° по отношению к плоскости орбиты, степень отклонения самой орбиты от окружности также минимальна (0,05). Иначе говоря, ничто здесь климат не носит сезонного характера и постоянен на протяжении всего года.
Сатурн
Наклон оси вращения Сатурна равен 29°, поэтому смена времен года на этой планете характеризуется более выраженными перепадами в количестве солнечного света, а следовательно и температуры, чем на Земле. Каждый сезон - будь-то лето или осень длится на планете-гиганте около 7 лет. В зависимости от времени года, Сатурн может менять свою расцветку. Восемь лет назад, когда АМС "Кассини" впервые приблизился к планете, на северном полушарии была зима и эта часть Сатурна имела голубой оттенок. На сегодняшний день в голубой цвет окрашивается юг - туда пришла зима. По мнению астрономов это явление возникает из-за интенсивности излучения ультрофиолета - зимой оно понижается, с приходом лета - повышается.
Зима на южном полушарии Сатурна. Голубая дымка, покрывшая южный полюс планеты является прямым следствием понижения температуры, т.е. приходом зимы. 10 лет назад, в 2004 году точно такой же голубой туман окутывал северный полюс газового гиганта.
Уран
Угол наклона оси вращения планеты составляет 97,86° - другими словами Уран лежит на боку слегка вниз головой. Этот фактор объясняет довольно-таки специфическую смену сезонов. В периоды солнцестояния только один из полюсов планеты обращен к Солнцу. Привычная для нас смена дня и ночи характерна только для экватора, остальные части Урана находятся под покровом полярного дня или полярной ночи длиною 42 земных года.
Фотография Урана, сделанная зондом Вояджер-2
На обращенном к Солнцу полюсе происходят кардинальные изменения: температура значительно возрастает, верхние слои атмосферы начинают медленно приобретать яркие тона, сменяя бледно-голубой оттенок, возрастает скорость ветров и количество облаков.
Нептун
На Нептуне ось вращения отклонена на 30°, поэтому смена времен года здесь схожи с земными, однако свои коррективы вносит расстояние планеты до Солнца. Год на Нептуне составляет практически 165 земных лет, следовательно каждый сезон длится, не больше не меньше, 41 год! В 2005 году на южном полушарии началось лето, и продлится оно до 2046 года.
Марс — это суровый, холодный мир, условия на котором очень отличаются от привычных нам. Несмотря на то, что Солнце (при взгляде с поверхности Марса) кажется здесь лишь немногим меньше, чем при наблюдении с Земли, на самом деле Марс находится от него на расстоянии , то есть значительно дальше, чем наша планета (149,5 млн. км.). Соответственно, и солнечной энергии этой планете достается на четверть меньше, чем Земле.
Однако расстояние от Солнца — только одна из причин того, почему планета Марс — холодная планета. Вторая причина — это слишком тонкая , состоящая на 95% из углекислого газа, и неспособная удержать достаточного количества тепла.
Почему атмосфера так важна? Потому что для нашей (и любой другой) планеты, она служит своего рода «термобельем», или «одеялом», препятствующим слишком быстрому остыванию поверхности. А теперь представьте, что если на Земле, с её весьма плотной атмосферой, в зимние периоды температура падает в отдельных регионах до -50-70 градусов по Цельсию, насколько холодно должно быть на Марсе, чье одеяло-атмосфера тоньше земной в 100 раз!
Снег на Марсе — пейзаж, как его увидел один из марсоходов на поверхности красной планеты. Честно говоря, у нас в Якутии я наблюдал точь в точь такие же пейзажи
Температура на Марсе днем и ночью
Итак, Марс это безжизненная и холодная планета, из-за тонкой атмосферы напрочь лишенная шанса когда-нибудь «согреться». Однако какая температура обычно наблюдается в марсианских условиях?
Средняя температура на Марсе составляет что-то около минус 60 градусов по Цельсию. Чтобы вы понимали насколько это холодно, то вот и пища к размышлению: на Земле средняя температура составляет +14,8 градусов, так что да, на Марсе весьма и весьма «прохладно». Зимой, в районе полюсов, температура на Марсе может опускаться до -125 градусов по Цельсию независимо от времени суток. Летним днем, вблизи экватора, на планете относительно тепло: до +20 градусов, однако ночью столбик термометра снова упадет до -73. Ничего не скажешь — условия просто экстремальные!
С падением температуры, частички двуокиси углерода в атмосфере Марса замерзают и выпадают в виде инея, покрывая поверхность и скалы планеты подобно снегу. Марсианский «снег» мало напоминает земной, ведь его снежинки по размерам не превышают размеров клеток-эритроцитов в человеческой крови. Скорее такой «снег» напоминает разряженный туман, оседающий на поверхность планеты по мере замерзания. Впрочем, как только настанет марсианское утро, и атмосфера планеты начнет прогреваться, углекислый газ вновь превратится в летучее соединение, и снова покроет всё вокруг белым туманом, пока не испарится полностью.
Ледяные шапки Марса в хороший телескоп видны даже с земли
Сезоны (времена года) на Марсе
Как и у нашей планеты, ось Марса несколько наклонена относительно плоскости, что в свою очередь означает, что также как на Земле, на Марсе есть и 4 сезона, или времени года. Однако из-за того, что орбита Марса вокруг Солнца напоминает не ровный круг, а несколько смещена в сторону относительно центра (солнца), длина марсианских времен года тоже неравномерна.
Так, в северном полушарии планеты, самым длинным сезоном является весна , которая длится на Марсе целых семь земных месяцев. Лето и осень примерно шесть месяцев, а вот марсианская зима — самое короткое время года, и длится только четыре месяца.
Во время марсианского лета, полярная ледяная шапка планеты, состоящая в основном диоксида углерода, значительно уменьшается в размерах и может совсем исчезнуть. Впрочем, даже короткой, но необычно холодной марсианской зимы достаточно, чтобы нарастить её снова. Если где-то на Марсе и есть вода, то скорее всего искать её нужно на полюсе, где она заключена в ловушке под слоем замерзшего углекислого газа.
Красная планета - второе название Марса, который достаточно близко расположен к Земле. Осуществлять наблюдение «соседки» на звёздном небе вполне возможно без телескопа.
Марс, относящийся к Земной группе, является четвёртой планетой от Солнца. Для сравнения: Земля занимает третью позицию в нашей Солнечной системе.
Красная планета - наша «соседка»
Название «красная» в первую очередь связано с её оттенком.
Из-за высокого содержания окислов железа цвет её поверхности слегка красноватый. Что касается относительно Земли, то почти в два раза. Диаметр планеты примерно вполовину меньше Земного.
Сколько длятся сутки на Марсе?
Период обращения Марса вокруг Солнца составляет 687 земных суток. То есть год на Марсе длится практически в два раза дольше, чем на Земле.
Это связано с тем, что дистанция к нему в 1.62 раза больше, чем от нас к Солнцу, и период обращения, естественно, занимает больше времени.
Сколько длятся сутки на Марсе? Продолжительность суток на Марсе достаточно близка к Земным показателям. Только у данной планеты нашей Солнечной системы этот период максимально близок к нам по сравнению с остальными.
Относительно длительности, то сутки на Марсе в часах, привычных для нашего понимания, составят 24 часа 37 минут.
Этот показатель незначительно превышает Земные сутки. Причиной того, сколько длятся сутки на Марсе, в первую очередь является скорость обращения Красной планеты вокруг своей оси.
Продолжительность суток на планетах нашей солнечной системы
То, какую имеют длительность сутки, напрямую зависит от дистанции к Солнцу и скорости вращения вокруг собственной оси каждой планеты. Различают сутки звёздные и солнечные.
Величина различия между ними зависит от сочетания двух факторов - это периоды обращения вокруг Солнца и обращения вокруг своей оси.
Рассмотрим длительность суток и года на других планетах и сравним с тем, сколько длятся сутки на Марсе и Земле.
Первая и самая - это Меркурий. Звёздные сутки на составляют 59 земных суток, а солнечные длятся порядка 176.
Что касается Венеры, то из-за её обращения в противоположную сторону звёздные сутки имеют продолжительность 223 земных суток, а солнечные составляют 117 суток.
Земля же имеет 24 часа в солнечных сутках, звёздные сутки немного короче и составляют 23 часа 56 минут.
Продолжительность суток на Марсе звёздных и солнечных подобна длительности на Земле. И составляют соответственно 24 часа 37 минут и 24 часа и 40 минут. То есть день на Марсе длится 24 часа 40 минут.
Что касается планет-гигантов, то на Юпитере она равна почти десяти часам, на Сатурне - около 10 часов 34 минут. На Нептуне же - примерно 16 часов, и на Уране - 17 часов и 15 минут. Различие между солнечными и звёздными сутками на этих планетах незначительно. Это связано с продолжительным периодом обращения вокруг Солнца.
Как мы видим, из всех планет по длительности, в сравнении с Землёй, наиболее сходен Марс.
День на Марсе, так же как и на нашей планете, на четыре минуты длиннее, чем звёздные сутки.
На остальных планетах различие более значительно, столь большое сходство не наблюдается.
День на Марсе такой же, как и на Земле
В 2023 году планируется В этот раз, в отличие от обычных зондов, исследующих планету, на борту космического корабля полетят люди.
Эта достаточно сложная миссия сопряжена с тем, что условия для проживания людей намного труднее, чем на родной планете, и выход на прогулку в открытое пространство невозможен без средств защиты.
Одним из вопросов по адаптации новых марсианских жителей является реакция организма на то, сколько длятся сутки на Марсе, в отличие от Земных условий.
Будет ли при этом полноценная биологическая адаптация? По мнению физиологов, столь небольшое отличие в 37 минут будет достаточно легко воспринято поселенцами.
Ожидается много сложностей, но, возможно, несмотря на на Марсе, столь похожий на наш, будет напоминать астронавтам родной дом. Недаром Красную планету называют близнецом Земли. Её сходство велико, но пригодность для проживания минимальна.
На фоне высокого уровня радиации для защиты поселенцев планируется строительство жилых комплексов, специально разработанных для защиты от достаточно жёстких условий.
На Марсе практически нет атмосферы, повышенная разряжённость. В воздухе планеты присутствует в основном углекислый газ.
Что касается климата, то он достаточно суров. На экваторе в летнее время температура максимально поднимается до отметки +27 градусов Цельсия.
Благодаря этому смена времён года схожа с привычными здешними условиями. Но все же год на Марсе длиннее земного почти в два раза и составляет почти 687 дней.
Исходя из того, сколько длятся сутки на Марсе, и из общего числа дней в марсианском году, получим, что первые поселенцы увидят Солнце в течение марсианского года 668 раз.
Астронавты будущего
В связи с этим у организаторов и учёных миссии существует ещё одна проблема, которая технически почти решена. Она связана с синхронизацией нашего и Марсианского времени. Научным термином «Сол» называют день на Марсе или продолжительность суток.
Именно таким образом новые жители Марса станут именовать свой день и говорить, что прошло два или три сола. Что же, будем надеяться, что столь грандиозная миссия станет удачной и откроет новую межпланетную эпоху будущего.
Времена года на Марсе.
Из школьного курса географии и астрономии мы знаем, что смена времен года на Земле происходит не потому, что Земля подходит ближе к Солнцу или удаляется от него, а от того, что земной экватор наклонен к плоскости земной орбиты под углом 23,5 градуса. Из этого следует, что земная ось располагается не перпендикулярно, а наклонно.
При движении Земли вокруг Солнца направление земной оси не изменяется. Она все время направлена своим северным концом на Полярную звезду. Поэтому, двигаясь вокруг Солнца, Земля поворачивает к наблюдателю как северное, так и южное свое полушарие.
Аналогичная картина происходит и на Марсе (см. рис. 2). В разных полушариях его одновременно бывают противоположные времена года. Когда в северном полушарии лето, в южном – зима. Если в северном полушарии осень, то в южном – весна. И это потому, что наклон экватора Марса к плоскости его орбиты примерно такой же, как и у Земли, он равен 24°46’. Это и вызывает сезонные изменения на Марсе.
Известно, что от высоты Солнца над горизонтом зависит количество тепла, падающего на данную поверхность. И чем выше поднимается Солнце над горизонтом, тем сильнее оно греет. Разной высотой Солнца над различными местами земного шара объясняется то, что на Земле имеются различные тепловые климатические пояса: жаркий (тропический), два умеренных и два холодных. Кроме того, в каждом году бывают холодные и теплые сезоны. То же самое имеет место и на Марсе. Так же, как и на Земле, происходит четкая смена времен марсианского года и сезонов. За холодной, суровой зимой следует прохладная весна, потом более теплое лето, которое сменяется прохладной осенью. После нее опять наступает холодная зима с ее короткими днями и длинными ночами. Результаты такой смены сезонов хорошо видны в телескоп по таянию полярных шапок. Однако существенная разница тут в том, что орбита Марса лежит от Солнца дальше, чем земная, а скорость движения его по орбите меньше, чем нашей планеты. Поэтому годовой путь у Марса длиннее. Это ведет к тому, что продолжительность оборота Марса вокруг Солнца почти вдвое больше, чем Земли: она составляет 687 земных суток. Своих же «марсианских» суток, которые намного длиннее земных, год Марса содержит 669. Таким образом, марсианский год почти в два раза (а точнее в 1,88) продолжительнее земного.
В летний для северного полушария Земли период (в июле) наша планета более всего удалена от Солнца (152 млн. км.), а в зимний (январь) – менее (147 млн. км.). Разница в 5 млн. км. – незначительная, а поэтому лето в северном и южном полушариях почти одинаково теплое. То же самое можно сказать и о зимних периодах. Но поскольку эксцетриситет Марса больше, то удаление его от Солнца в перигелии составляет 206,7 млн. км., а в афелии – 249, 1 млн. км. В следствие этого Марс в афелии получает солнечной энергии в полтора раза меньше, чем в перигелии. А поэтому климат в северном и южном полушариях весьма различен. Он резко континентальный. Даже на экваторе после жаркого дня, ночью, могут быть заморозки. Перигелийную половину орбиты Марс проходит быстрее афелийной. Поэтому лето в южном полушарии, приходящееся на перигелийный период, более короткое, чем в северном полушарии, и более теплое, а зима и суровее. Из-за значительного эксцентриситета орбиты Марса длительность сезонов в разных полушариях значительно различается (табл. 1).
Таблица 1
В зависимости от сезона меняется и продолжительность дня и ночи. В полярных широтах длинный день, продолжающийся почти целый земной год, сменяется столь же долгой ночью. В средних широтах короткие зимние дни увеличиваются с приближением весны и лета и вновь уменьшаются после летнего солнцестояния.
Времена года на Марсе хорошо прослеживаются по его полярным шапкам.
Полярные шапки.
Северный и южный полюсы Марса прикрывают яркие светлые образования, которые по аналогии с земными названы «полярными шапками».
Белый покров в северном полушарии к концу зимы распространяется до широт 50 – 60° и его диаметр достигает от 4000 – 6000 км., а летом сокращается со скоростью 10 – 12 (иногда до 100) км. за сутки до диаметра 700 – 1500 км. Южная шапка тает больше, и в некоторые годы исчезает полностью, что объясняется эксцентричностью орбиты Марса. Вокруг тающей шапки образуется темная кайма, прилегающие к ней детали приобретают ясные очертания, и эта волна улучшения видимости движется к экватору со средней скоростью до 35 км. в сутки, а концу лета заходит даже за экватор до 25° широты другого полушария. Все это очень похоже на то, что происходит на Земле. Наблюдая, например, длительное время Землю с Луны, можно увидеть аналогичную картину. И вполне естественно возникла гипотеза, что полярные шапки Марса состоят из снега или льда. Однако это предположение не единственно возможное. О природе полярных шапок было высказано несколько гипотез.
Некоторые ученые считали, что это облачный покров или туманы. Другие доказывали, что это соляной покров, и в качестве примера указывали на соль, которая на поверхности земных солончаков образует обширные светлые покровы. Большинство же ученых связывало эти шапки со слоем твердой углекислоты – вещества, всем известного под названием «сухой лед». Эта гипотеза получила сравнительно широкое распространение, поскольку она соответствовала данным спектральных исследований, с помощью которых было установлено наличие в атмосфере Марса углекислого газа.
Что изумило ученых, анализировавших фотографии в южной полярной шапки, так это видимая толщина белого покрова, достигающая 80 см. Они считают, что это почти наверняка замерзшая углекислота, поскольку в атмосфере Марса нет достаточного количества воды для столь обширных залежей снега или льда. В пользу такого предположения говорят и температурные измерения. Так, инфракрасный радиометр «Маринера - 7» зарегистрировал у южной полярной шапки минимальную температуру –160°С, а среднюю –118°С, что примерно соответствует температуре замерзания углекислоты при том атмосферное давление, которое существует у поверхности Марса.
Однако по многолетним наблюдениям с Земли установлено, что вещество полярных шапок полностью не исчезает даже при температурах, близких к нулю. Поэтому скорее всего полярные шапки включают в себя как затверденевшую углекислоту, так и небольшое количество замерзшей воды. Не исключено, что под полярными шапками (в слое вечной мерзлоты) имеется также лед.