四季的成因

6 分钟阅读

基本数据

许多人以为，夏天是因为地球离太阳更近。这听起来有道理，但其实是错的。地球的轨道几乎是正圆，最近点和最远点之间的差别只有约3%。

时间点就能揭穿这一说法。地球在1月初到达近日点，即离太阳最近的位置，而那时正是欧洲、北美和亚洲大部分地区的隆冬。如果距离决定季节，整个地球就会同时过夏天，但事实并非如此。

地球绕着一条叫作自转轴的假想直线旋转，这条轴相对于公转轨道平面偏离竖直方向约23.4°。一年四季中，这一倾斜在太空中几乎指向同一个方向，即北极星附近的一点。

地球绕太阳运行时，这个固定的倾斜意味着两个半球轮流朝向太阳。6月前后，北半球倾向太阳，迎来夏季。六个月后，在轨道的另一侧，轮到南半球过夏天。

两种效应共同起作用。第一，当你所在的半球倾向太阳时，正午的太阳在天空中更高。高角度的阳光更直接地照射地面，同样一束能量分布在更小的地面上。冬季低斜的阳光则是斜着照来，被摊得很薄，有点像斜照在桌面上的手电筒光束。

第二，白天更长。日照时间更多、黑夜更短，意味着地面和空气获得的热量多于散失的热量。海洋和陆地升温、降温都需要时间，所以最热的几周通常在6月至日之后一个月左右才到来，而不是在至日当天。

至日是太阳在天空中到达最北或最南位置的时刻。6月20日或21日的6月至日，给北半球带来一年中最长的白天，给南半球带来最短的白天。12月21日或22日的12月至日则正好相反。

分日是太阳穿过天赤道的时刻，天赤道是地球赤道在天空中的投影。这发生在3月20日前后以及9月22日或23日。在这些日子里，地球上任何地方的太阳都几乎从正东升起、在正西落下。

这些日期每年会前后变动一天左右，因为历法年无法恰好整除地球的公转周期。闰年会把日期拉回正轨。

离赤道越远，昼长的变化就越剧烈。在北纬约41°的伊斯坦布尔，6月至日的白天约15小时，12月至日约9小时15分。在赤道附近，全年白天都接近12小时，所以那里的季节更多由降雨而非温度来划分。

在纬度约66.6°的北极圈和南极圈以内，夏季太阳可以整整一天甚至更久不落，冬季则一直位于地平线以下。这就是极昼和极夜。

有个小意外：即使在分日，白天也比12小时长几分钟。地球大气会弯折阳光，所以我们在太阳真正升起前和真正落下后就能看到它，而且日出是从太阳的上边缘而不是中心算起的。

由于两个半球轮流倾向太阳，它们的季节总是相反的。土耳其是夏天时，澳大利亚、阿根廷和南非正值冬天。在悉尼，圣诞节是去海滩度假的日子。

这也让名称颠倒过来。6月至日常被称为夏至，但这只适用于北半球。天文学家更喜欢用月份来称呼至日和分日，这样对所有人都适用。

不用任何设备，你就能看到季节的变化。每月一次，以一棵树或一栋建筑为参照，记下太阳在地平线上落下的位置。一年中，日落点在6月前后摆向北方，在12月前后摆向南方，并在每个至日附近短暂停顿。

你也可以在当地正午测量一根木棍影子的长度。在北半球，影子在6月至日附近最短，在12月至日附近最长。这样做时绝不要直视太阳；看影子，不要看太阳。如果想观看太阳本身，只能使用符合ISO 12312-2标准的认证太阳滤光片。