В декабре москвичи идут на работу в темноте и возвращаются тоже в темноте. Световой день сжимается до семи часов, а солнце едва поднимается над крышами. Причина — не в орбите и не в облаках, а в одном числе: 23,44°.
Ощущение знакомо каждому: декабрь, будильник звонит в семь, за окном — ночь. Вы приходите в офис — за окном только начинает сереть. В три часа дня уже включаете свет, а в четыре — снова темно. Складывается впечатление, что солнце вышло на полставки.
По сути, так и есть: в Москве зимой оно проводит над горизонтом в два с половиной раза меньше времени, чем летом. И виноват в этом не какой-то сложный космический механизм, а простой геометрический факт — Земля наклонена.
При чём тут наклон
Земная ось — воображаемая линия, вокруг которой вращается планета, — не перпендикулярна плоскости орбиты. Она наклонена на 23,44° относительно вертикали. Этот наклон не меняется в течение года: ось всегда указывает примерно в одну и ту же точку на небе, в сторону Полярной звезды.
Но Земля за год делает полный оборот вокруг Солнца. И по мере движения по орбите то Северное, то Южное полушарие оказывается повёрнутым к Солнцу. В июне Северный полюс наклонён к Солнцу — и в нашем полушарии лето. В декабре — от Солнца, и у нас зима.
Сезоны меняются не потому, что Земля то приближается к Солнцу, то удаляется (разница в расстоянии — всего 3% и на погоду почти не влияет), а потому, что меняется угол, под которым солнечные лучи падают на поверхность.
Как наклон укорачивает день
Здесь работает чистая геометрия сферы. Когда Северное полушарие отклонено от Солнца, линия терминатора — граница света и тени на поверхности Земли — проходит так, что бо́льшая часть Северного полушария оказывается в тени.
Представьте глобус, на который сбоку светит фонарик. Если глобус стоит ровно, свет делит каждую параллель пополам: 12 часов на свету, 12 — в тени. Но стоит наклонить верхушку от фонарика, и картина меняется: северные параллели проводят на освещённой стороне меньше половины оборота, а южные — больше.
Чем дальше от экватора, тем сильнее эффект.
Именно поэтому экватор почти не замечает смены сезонов: там день круглый год длится около 12 часов. А Петербург, лежащий на 60-й параллели, получает разброс от 5 часов 53 минут в декабре до 18 часов 50 минут в июне — разница почти в 13 часов.
Цифры, от которых становится грустно
По данным астрономических расчётов и Московского планетария:
Москва (широта ~56°). Самый короткий день — 21 декабря (зимнее солнцестояние): солнце встаёт в 8:59, садится в 15:58. Световой день — 6 часов 59 минут. Самый длинный — 21 июня: 17 часов 33 минуты. Разница — больше десяти с половиной часов.
Санкт-Петербург (широта ~60°). Самый короткий день — 5 часов 53 минуты. Самый длинный — 18 часов 50 минут. Здесь контраст ещё жёстче — почти 13 часов разницы. Зато летом — белые ночи, когда солнце едва опускается за горизонт и настоящей темноты не наступает.
Салехард (Полярный круг, широта ~66,5°). Самый короткий день — 2 часа 11 минут. Солнце едва показывается над горизонтом и тут же уходит. А за Полярным кругом — уже полярная ночь: солнце вообще не восходит неделями.
Мурманск (широта ~69°). Полярная ночь длится примерно со 2 декабря по 10 января — около 40 дней без единого восхода.
Почему зимнее солнце не греет
Короткий день — только половина проблемы. Вторая — угол падения солнечных лучей.
В полдень 21 июня солнце в Москве поднимается примерно на 57° над горизонтом — лучи падают почти отвесно, прогревая землю эффективно. В полдень 21 декабря — всего на 11°. Солнце висит низко, как подвешенное над крышами, и его лучи скользят по поверхности, распределяясь по большой площади.
Тот же эффект легко проверить фонариком: направьте луч на стол сверху — яркое маленькое пятно. Наклоните фонарик почти горизонтально — пятно растянется, и каждый квадратный сантиметр получит в разы меньше света. Именно поэтому зимнее солнце, даже когда оно есть, ощущается слабым и холодным.
В Петербурге ситуация ещё суровее: зимой солнце поднимается над горизонтом всего на 6–7°. По сути, это вечный закат на протяжении всего светового дня.
Почему день не начинает расти сразу после солнцестояния
Формально 21–22 декабря — поворотная точка: с этого дня светлое время начинает увеличиваться. Но первые дни прирост настолько мал, что заметить его невозможно. До 26 декабря продолжительность дня меняется буквально на секунды.
К Новому году в Москве набегает около 7–7,5 минуты прибавки — день длится уже около 7 часов 6 минут. В январе день растёт в среднем на 2,5–3 минуты в сутки: к 22 января он достигает 8 часов — на час больше, чем в день солнцестояния. А по-настоящему стремительный рост начинается в марте–апреле, когда прибавка достигает 4–5 минут каждый день.
Именно поэтому весной кажется, что свет «включили рубильником» — и это не субъективное ощущение: скорость прибавления действительно нелинейная, максимум приходится на дни равноденствий.
Почему не расстояние, а угол
Распространённое заблуждение: зимой холодно, потому что Земля дальше от Солнца. На самом деле всё наоборот — перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты) приходится на начало января.
В это время Земля ближе к Солнцу примерно на 5 миллионов километров, чем в июле.
Но разница в расстоянии даёт изменение потока излучения всего на 6–7% — это теряется на фоне эффекта наклона оси, который для средних широт меняет длительность дня и угол падения лучей в разы. Именно наклон определяет сезоны, а не орбитальное расстояние.
А если бы наклона не было?
Если бы ось Земли была строго перпендикулярна орбите, мир выглядел бы совсем иначе. День был бы равен ночи — ровно 12 часов — на любой широте, круглый год. Не было бы ни белых ночей, ни полярной ночи, а смена сезонов почти исчезла бы — остались бы лишь едва заметные колебания из-за небольшой вытянутости орбиты.
Климатические зоны определялись бы только широтой: на экваторе — всегда жарко, на полюсах — всегда ледниково, между ними — вечная осень или вечная весна. Никаких сезонных миграций птиц, никакого листопада, никакого «бабьего лета».
Кстати, наклон оси не вечен: он медленно колеблется от 22,1° до 24,5° с периодом около 41 000 лет (так называемые циклы Миланковича). Сейчас наклон составляет 23,44° и очень медленно уменьшается — примерно на 0,013° за столетие. Но до заметных изменений в длительности дня — тысячи лет.
Что это значит на практике
Зимний короткий день — не просто астрономический факт, а вещь, которая напрямую влияет на самочувствие. Организм реагирует на количество света: мелатонин (гормон сна) вырабатывается активнее в темноте, поэтому зимой постоянно хочется спать.
Серотонин, наоборот, зависит от солнечного света — и его дефицит объясняет знакомое зимнее ощущение «всё серое и ничего не хочется».
Несколько вещей, которые помогают пережить тёмное время:
- Ловите дневной свет. Если есть возможность, выходите на улицу в обеденное время — даже 20–30 минут на сером зимнем свету дают организму больше, чем весь вечер под лампой.
- Обращайте внимание на широту. Переехали из Краснодара в Петербург — разница в световом дне зимой составит почти три часа (около 8 часов 45 минут против 5 часов 53 минут), и организм это заметит.
- Ждите март. Именно в марте день начинает расти по 4–5 минут в сутки, и перелом ощущается буквально с каждым днём.
Зимний короткий день — следствие одного-единственного факта: Земля наклонена. Не «потому что далеко от Солнца», не «потому что облака» — а потому что ось, вокруг которой вращается планета, отклонена от вертикали на 23,44°.
Эти двадцать три с половиной градуса дали нам зиму, лето, белые ночи и полярную ночь. А ещё — ежегодное ожидание весны, когда день наконец перестаёт казаться коротким обеденным перерывом между двумя темнотами.
