3 iulie 2011

Pământul la afeliu

Pe 4 iulie, tocmai când americanii își sărbătoresc Ziua Națională, planeta Pământ află în punctul cel mai îndepărtat de Soare, punct pe care astronomii îl numesc "afeliu". Au vreo legătură anotimpurile cu depărtarea planetei noastre față de Soare?

Dar mai întâi vom spulbera un mit. Vă mai aduceți aminte de ilustrațiile manualului de geografie? Acolo Pământul era redat ca rotindu-se în jurul Soarelui pe o orbită vizibil eliptică. În realitate însă, orbita planetei noastre are puțin de-a face cu imaginea întipărita în memorie cu scop didactic, ca suprareacție pedagogică de condamnare a celor peste 1000 de ani de circularitate aristoteliană și geocentrism ptolemeic.

Orbita Pământului nu este elipsa clasică, alungită, ci ea se apropie în realitate mai mult de definiția unui cerc. O elipsă este caracterizată prin excentricitatea sa (sau gradul de "turtire"). Cercul e o elipsă de excentricitate zero. Cu cât turtim mai mult cercul, cu atât excentricitatea sa crește. Cercul nostru a devenit astfel o elipsă, iar centrul său s-a dedublat formând cele două focare. Excentricitatea orbitei Pământului este de 0,0167, deci foarte apropiată de cea a unui cerc. Reduse la scara unei pagini de carte, nimeni nu ar putea să o deosebească de un cerc. Dar nu vă grăbiți să ardeți manualul.

Astronomul știe că lucrurile mărunte iau semnificație capitală la scara cosmosului. Turtirea orbitei noastre, oricât de nesemnificativă, produce diferențe de peste 5 milioane de kilometri în ceea ce privește depărtarea față de Soare (aflat într-unul din focare) între punctele de depărtare minimă și maximă (periheliu, respectiv, afeliu).

Stând în jurul unui foc ne este cu atât mai cald cu cât suntem mai aproape de flacără. Și considerând Soarele un foc de proporții cosmice, experiența ar trebui să fie similară. De ce atunci anotimpul călduros al verii are loc la acum, în momentele depărtării maxime față de sursa de căldură?
Întrebarea trădează un oarecare egocentrism al locuitorului nordic. Să nu uităm că în emisfera sudică avem acum iarnă! O simplă coincidență face ca cele două momente -vara noastră și afeliul- să se suprapună! 5 milioane de kilometri pot părea mult, dar explicația anotimpurilor trebuie căutată în altă parte, și anume în poziția înclinată a Pământului cu 23,5 grade față de verticală (perpendiculara dusă la planul orbitei). Înclinația face ca Soarele să strălucească la altitudine maximă pe cerul de vară.

Pentru a ne clarifica situația, să examinăm mai atent două scenarii aplicate pentru Cluj-Napoca:
  • primul scenariu, în care vara și iarna se datorează exclusiv înclinației axei de rotație a Pamantului (consideram că avem o orbită perfect circulară și astfel păstrăm distanța față de Soare fixă);
  • al doilea scenariu, în care vara și iarna sunt produse exclusiv de distanța variabilă a Pământului față de Soare (considerăm că axa de rotație a Pământului nu e înclinată față de verticală); 
În primul caz, Soarele atinge înălțimea maximă deasupra orizontului (cel mai înalt punct de pe cer) vara în jurul amiezii. Similar, se va ridica până la o înălțime minimă iarna în jurul amiezii. Exact ce observăm și în realitate. La Cluj, Soarele atinge altitudinea maximă de 67 de grade vara, respectiv, aproape 20 de grade iarna. Cantitatea de energie radiată de Soare pe metru patrat este proporțională cu sinusul altitudinii sale. Deci raportul între energia solară primită vara și iarna la amiază de către Cluj pe un metru patrat (sau kilometru patrat, hectar, indiferent), în condițiile unei distanțe fixe față de Soare, este:
sin(67 grade)/sin(20 grade)=2,69  

Ceea ce înseamnă că, numai datorită înclinației axei Pământului, Clujul primește vara de aproape 3 ori mai multă energie solară decât iarna!

Să luăm și cel de-al doilea caz. Dacă axa Pământului nu ar fi înclinată, cantitatea de energie primită în cursul anului ar varia doar în funcție de cât de departe ne aflăm față de "focul cosmic", adică de Soare, fiind invers proporțională cu pătratul distanței. Înlocuind cu distanțele maxime și minime măsurate:

(152,6 milioane km/147,5 milioane km)^2=1,07

Ceea ce înseamnă că primim cu doar 7% mai multă energie la periheliu, când are loc depărtarea minimă de Soare, față de afeliu, când depărtarea este maximă. Dar periheliul coincide la noi cu mijlocul iernii! Depărtarea minimă are loc în ianuarie, statistic luna cea mai friguroasă din an. 

În concluzie, putem afirma că factorul hotărâtor în apariția anotimpurilor este înclinația axei terestre, și nu distanța față de Soare. Totodată observăm un lucru interesant: din punct de vedere astronomic, verile australe ar trebui să fie cu 7% mai fierbinți decât verile boreale, deoarece în emisfera nordă ele se suprapun peste momentul depărtării minime. Socoteala e însă încurcată puțin de faptul că emisfera sudică nu conține atâta suprafață uscată cât cea nordică, iar apa, după cum știe oricine își fierbe ceai, se încălzește mult mai greu decât un solid.

Niciun comentariu:

Trimiteți un comentariu

LinkWithin

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...