Почему четыре сезона разной длины?
Пока и так ясно: Земная орбита делится на четыре четверти - астрономические времена года весна, лето, осень и зима. Но почему каждый из них не длиной в четверть?
Мой вопрос касается распределения четырех астрономически значимых дней в году, двух солнцестояний и двух равноденствий. На самом деле можно было бы предположить, что они распределены в течение года совершенно равномерно. Однако, если посчитать, вырисовывается совсем другая картина. Вот пример из 2018/2019:
20. С марта по 21 июня: 93 дня
21. С июня по 23 сентября: 94 дня
23. С сентября по 21 декабря: 89 дней
21. С декабря по 20 марта: 89 дней.
Так что не так?
(Тило Сигл)
Различия обусловлены эксцентриситетом земной орбиты. Четыре положения солнца, определяющие начало времен года, идеально равномерно распределены на небе под углом 90 градусов вдоль видимого годового пути солнца (см. верхнюю диаграмму). Если смотреть со стороны Солнца, они также отстоят друг от друга на 90 градусов вдоль земной орбиты (см. рисунок ниже). Это основа широко распространенного предположения, что четыре сезона имеют одинаковую продолжительность. Однако Земле требуется разная продолжительность времени для каждого из упомянутых 90 градусов, потому что она находится на разных расстояниях от Солнца по своей эллиптической орбите. Таким образом, даже если бы скорость Земли была постоянной вдоль ее орбиты, для более далеких 90-градусных дуг потребовалось бы больше времени просто потому, что путь длиннее. Что еще хуже, согласно второму закону Кеплера Земля движется по этим дугам еще медленнее.
Зима, таким образом, является самым коротким из четырех сезонов, потому что на эту часть года приходится ближайшая к солнцу точка на орбите Земли (на техническом жаргоне называемая перигелием; 4 января). Осень лишь немного длиннее, потому что перигелий наступает сразу после окончания этого сезона. Соответственно, самым продолжительным сезоном является лето, поскольку оно охватывает самую удаленную от Солнца точку земной орбиты - афелий 4 июля.
Кстати, относительная продолжительность сезонов не постоянна. В конечном итоге каждый из них в какой-то момент будет содержать перигелий, то есть станет самым коротким из четырех. Это связано с медленной прецессией оси вращения Земли вокруг полюса эклиптики и (независимым) постепенным вращением направления перигелия в плоскости эклиптики.