2021年的6月21日這天，我們一起聊了聊夏至。眨眼間6個(gè)月過(guò)去了，冬至又到了。時(shí)間過(guò)得可真快啊。對(duì)于我們來(lái)講從夏至到冬至最直觀的感受就是從炎熱的夏天來(lái)到了寒冷的冬天。

冬至

那么地球呢？地球就像一個(gè)巨大的摩天輪載著我們圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)圈圈。地球這個(gè)“摩天輪”轉(zhuǎn)一圈就是一年。從夏至到冬至，地球剛好圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)了半圈。

這是多遠(yuǎn)的一段距離呢？我們可以來(lái)計(jì)算一下。地球到太陽(yáng)的平均距離為1.496億公里。我們把地球圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軌道看做是一個(gè)圓形，那么就很容易地得出地球公轉(zhuǎn)軌道的周長(zhǎng)，大約是9.4億公里。所以，從夏至日到冬至日地球載著我們?cè)谔?yáng)系中轉(zhuǎn)了大約4.7億公里。這么算下來(lái)，地球圍繞太陽(yáng)的平均公轉(zhuǎn)速度達(dá)到了每秒鐘29.8公里。

其實(shí)，地球圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軌道并不是一個(gè)完美的圓形，而是一個(gè)橢圓形。這意味著，地球有時(shí)候會(huì)靠近太陽(yáng)，有時(shí)候又會(huì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)。地球距離太陽(yáng)最近的位置叫作近日點(diǎn)；相反地球距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的位置叫作遠(yuǎn)日點(diǎn)。在近日點(diǎn)時(shí)，日地之間的距離為1.471億公里；在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，日地之間的距離為1.521公里。地球的近日點(diǎn)距離要比遠(yuǎn)日點(diǎn)距離近了500萬(wàn)公里呢！

那么地球什么時(shí)候會(huì)運(yùn)行到近日點(diǎn)，什么時(shí)候又會(huì)運(yùn)行到遠(yuǎn)日點(diǎn)上呢？地球會(huì)在每年的1月初來(lái)到近日點(diǎn)，而在每年的7月初會(huì)來(lái)到遠(yuǎn)日點(diǎn)上。例如2022年的1月4日前后，地球會(huì)抵達(dá)近日點(diǎn)。所以過(guò)了2021年12月21日的冬至這一天，地球還有14天就會(huì)到達(dá)近日點(diǎn)了。

地球遠(yuǎn)日點(diǎn)和近日點(diǎn)

這意味著冬至這一天，地球已經(jīng)很接近近日點(diǎn)了。那冬至?xí)r地球距離太陽(yáng)有多近呢？通過(guò)一些星空模擬軟件中提供的數(shù)據(jù)我們得知，今年冬至?xí)r地球距離太陽(yáng)有0.984天文單位，約1.472億公里。今年夏至（2021年6月21日）時(shí)，地球距離太陽(yáng)有1.016天文單位，約1.52億公里。由此我們得知，地球在冬至?xí)r要比它在夏至?xí)r靠近太陽(yáng)480萬(wàn)公里。

這一點(diǎn)很有趣，也讓我們感到很意外。原來(lái)冬至?xí)r的地球要比在夏至?xí)r更加靠近太陽(yáng)，那為什么我們會(huì)在冬至后迎來(lái)一年之中最寒冷的時(shí)候呢？難道地球的溫暖不是太陽(yáng)送來(lái)的嗎？

寒冷的冬天

太陽(yáng)的輻射熱量給地球帶來(lái)的溫暖，這點(diǎn)沒(méi)有錯(cuò)。480萬(wàn)公里也是一段非常大的距離。但是它對(duì)于地球上的冷熱變化影響是微乎其微的。我們說(shuō)，地球的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形的?？墒沁@個(gè)橢圓的扁率只有0.017。也就是說(shuō)，如果我們把地球的公轉(zhuǎn)軌道畫作是一個(gè)半長(zhǎng)軸為1米的橢圓，它的半長(zhǎng)軸和半短軸之間的差值僅有0.14毫米。所以我們完全可以把地球的公轉(zhuǎn)軌道看做是一個(gè)圓形。

這么看來(lái)，冬至意味著寒冷的冬天即將到來(lái)，就如同夏至意味著炎熱的夏季到來(lái)一樣，都是和地球是否靠近、遠(yuǎn)離太陽(yáng)沒(méi)有關(guān)系的。

那么是什么原因讓地球上夏天很熱，冬天很冷呢？主要有兩個(gè)方面的原因。

太陽(yáng)光的斜射和直射

一是太陽(yáng)的入射角的問(wèn)題。我們發(fā)現(xiàn)冬至這一天太陽(yáng)在天空中的高度非常的低。這樣太陽(yáng)光的照射到地面上的角度非常的小，陽(yáng)光是斜射的。陽(yáng)光斜射使得單位面積的地面獲得的熱量比陽(yáng)光直射時(shí)少很多。而夏至這天，太陽(yáng)在天空中的位置很高。陽(yáng)光幾乎是垂直照射地面的。因此處在陽(yáng)光斜射狀態(tài)的冬天就要比陽(yáng)光直射的夏天冷多了。

我國(guó)風(fēng)云4號(hào)衛(wèi)星拍攝的冬至?xí)r的地球

二是太陽(yáng)光照射時(shí)間長(zhǎng)短的問(wèn)題。我們發(fā)現(xiàn)冬至這天是一年當(dāng)中白天時(shí)間最短的一天。而且在北半球越往北白天的時(shí)間就越短。舉個(gè)例子吧！我所在的城市緯度位置為北緯37°。冬至這天的白天只有9小時(shí)40分，而我國(guó)最北端的漠河白天只有7小時(shí)35分，下午3點(diǎn)35分太陽(yáng)就落下去了。而北極圈以內(nèi)則出現(xiàn)了極夜現(xiàn)象。太陽(yáng)干脆不上班了。

本來(lái)冬天的時(shí)候，地面因?yàn)殛?yáng)光斜射的原因獲得的熱量就比較少，再加上白天陽(yáng)光照射的時(shí)間又很短。這就是冬天寒冷的原因了。而夏天的情況則剛好和冬天相反。

太陽(yáng)在一年中每天同一時(shí)間的軌跡

是什么原因造成了冬天陽(yáng)光斜射，日照時(shí)間變短呢？地球圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，而太陽(yáng)穩(wěn)坐在太陽(yáng)系的中心，并沒(méi)有向我們看到的那樣，夏天太陽(yáng)高高掛，冬天在地面打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。那只能說(shuō)明問(wèn)題出在地球上。原來(lái)地球的赤道面和地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的黃道面之間存在著一個(gè)夾角。這個(gè)夾角叫作黃赤交角。黃赤交角為23°26′。這個(gè)夾角造成了地球上的寒暑交替，四季變化。

黃赤交角

因?yàn)辄S赤交角的存在，地球在圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)的直射點(diǎn)會(huì)在南北回歸線之間來(lái)回移動(dòng)。冬至這一天，太陽(yáng)的直射點(diǎn)移動(dòng)到了南回歸線上，直射南半球。這樣北半球不但處于陽(yáng)光斜射狀態(tài)，而且還處于晝短夜長(zhǎng)的狀態(tài)下。

地球公轉(zhuǎn)和四季的形成

冬至這天，雖然地球比在夏至?xí)r靠近太陽(yáng)480萬(wàn)公里，但是陽(yáng)光更偏愛(ài)南半球，因此北半球就變冷了。

大家說(shuō)是這樣嗎？一起聊一聊吧！