Что подготовить и как расположить предметы
Возьмите глобус, настольную лампу с непрозрачным плафоном или небольшой яркий фонарь, лист бумаги и наклейку. Лампа будет обозначать Солнце, а глобус — Землю. Опыт проводите в слегка затемнённой комнате, но не смотрите на яркую лампу с близкого расстояния.
Поставьте лампу в центре свободного стола. Найдите на глобусе Северный полюс и наклейте рядом маленькую стрелку из бумаги. Наклоните ось глобуса: верхняя точка оси должна быть направлена в одну сторону комнаты. Если у вашей модели есть подставка с фиксированным наклоном, действуйте по инструкции к глобусу и не пытайтесь сгибать или снимать детали.
Четыре положения Земли
Поставьте глобус с одной стороны от лампы. Северная часть оси должна смотреть, например, на стену или выбранный предмет в комнате. Теперь переместите глобус по кругу вокруг лампы в другое положение. Не поворачивайте его так, чтобы северный конец оси каждый раз смотрел на лампу: стрелка должна оставаться направленной к той же стене.
В одном положении Северное полушарие наклонено к лампе. Оно получает свет более прямо, а освещённая часть в высоких северных широтах больше. Это модель лета в Северном полушарии и зимы в Южном. На противоположной стороне условной орбиты к лампе наклонено уже Южное полушарие. В двух промежуточных положениях оба полушария получают свет более сходным образом: это модель времени около равноденствий.
Почему наклон меняет нагрев
Световой пучок, падающий более прямо, распределяется по меньшей площади поверхности. Поэтому одинаковая энергия освещает участок сильнее. При косом падении тот же свет растягивается по большей площади, и нагрев слабее. В модели это видно по яркому пятну: ближе к центру освещённого полушария оно выглядит компактнее, а ближе к краю — вытянутее.
Есть и второй эффект. Когда полушарие наклонено к источнику света, в нём дольше продолжается освещённая часть суток; когда отклонено от него — короче. Лампа не воспроизводит все детали реального солнечного освещения, но она позволяет связать наклон, высоту источника над горизонтом и длину дня в одной понятной схеме.
Ошибка про расстояние до Солнца
Иногда времена года объясняют так: летом Земля якобы ближе к Солнцу, а зимой дальше. Такая версия не объясняет, почему в один и тот же период в Северном и Южном полушариях сезоны противоположны. Если бы причиной было только расстояние всей Земли до Солнца, оба полушария переживали бы лето одновременно.
Для проверки оставьте глобус на одинаковом расстоянии от лампы и перемещайте его вокруг лампы, сохраняя направление наклонённой оси относительно комнаты. Северное и Южное полушария всё равно будут освещаться по-разному. Реальная земная орбита не является идеальным кругом, и расстояние до Солнца немного меняется, но для обычной сезонной смены решающим остаётся наклон оси.
Короткая памятка
- Лампа стоит устойчиво и не перегревает предметы.
- Ось глобуса при обходе лампы смотрит в одну сторону комнаты.
- Вы сравнили противоположные полушария одновременно.
- Вы отделили наклон оси от расстояния до источника света.
Источники и дальнейшее чтение
Справочные материалы, использованные при подготовке. Для действий с конкретным прибором сверяйтесь с его инструкцией.