2021年的6月21日這天，我們一起聊了聊夏至。眨眼間6個月過去了，冬至又到了。時間過得可真快啊。對于我們來講從夏至到冬至最直觀的感受就是從炎熱的夏天來到了寒冷的冬天。
冬至
那么地球呢？地球就像一個巨大的摩天輪載著我們圍繞著太陽轉圈圈。地球這個“摩天輪”轉一圈就是一年。從夏至到冬至，地球剛好圍繞著太陽轉了半圈。
這是多遠的一段距離呢？我們可以來計算一下。地球到太陽的平均距離為1.496億公里。我們把地球圍繞太陽的公轉軌道看做是一個圓形，那么就很容易地得出地球公轉軌道的周長，大約是9.4億公里。所以，從夏至日到冬至日地球載著我們在太陽系中轉了大約4.7億公里。這么算下來，地球圍繞太陽的平均公轉速度達到了每秒鐘29.8公里。
地球和太陽
其實，地球圍繞太陽的公轉軌道并不是一個完美的圓形，而是一個橢圓形。這意味著，地球有時候會靠近太陽，有時候又會遠離太陽。地球距離太陽最近的位置叫作近日點；相反地球距離太陽最遠的位置叫作遠日點。在近日點時，日地之間的距離為1.471億公里；在遠日點時，日地之間的距離為1.521公里。地球的近日點距離要比遠日點距離近了500萬公里呢！
那么地球什么時候會運行到近日點，什么時候又會運行到遠日點上呢？地球會在每年的1月初來到近日點，而在每年的7月初會來到遠日點上。例如2022年的1月4日前后，地球會抵達近日點。所以過了2021年12月21日的冬至這一天，地球還有14天就會到達近日點了。
地球遠日點和近日點
這意味著冬至這一天，地球已經很接近近日點了。那冬至時地球距離太陽有多近呢？通過一些星空模擬軟件中提供的數(shù)據(jù)我們得知，今年冬至時地球距離太陽有0.984天文單位，約1.472億公里。今年夏至（2021年6月21日）時，地球距離太陽有1.016天文單位，約1.52億公里。由此我們得知，地球在冬至時要比它在夏至時靠近太陽480萬公里。
這一點很有趣，也讓我們感到很意外。原來冬至時的地球要比在夏至時更加靠近太陽，那為什么我們會在冬至后迎來一年之中最寒冷的時候呢？難道地球的溫暖不是太陽送來的嗎？
寒冷的冬天
太陽的輻射熱量給地球帶來的溫暖，這點沒有錯。480萬公里也是一段非常大的距離。但是它對于地球上的冷熱變化影響是微乎其微的。我們說，地球的公轉軌道是橢圓形的?？墒沁@個橢圓的扁率只有0.017。也就是說，如果我們把地球的公轉軌道畫作是一個半長軸為1米的橢圓，它的半長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軌道看做是一個圓形。
這么看來，冬至意味著寒冷的冬天即將到來，就如同夏至意味著炎熱的夏季到來一樣，都是和地球是否靠近、遠離太陽沒有關系的。
那么是什么原因讓地球上夏天很熱，冬天很冷呢？主要有兩個方面的原因。
太陽光的斜射和直射
一是太陽的入射角的問題。我們發(fā)現(xiàn)冬至這一天太陽在天空中的高度非常的低。這樣太陽光的照射到地面上的角度非常的小，陽光是斜射的。陽光斜射使得單位面積的地面獲得的熱量比陽光直射時少很多。而夏至這天，太陽在天空中的位置很高。陽光幾乎是垂直照射地面的。因此處在陽光斜射狀態(tài)的冬天就要比陽光直射的夏天冷多了。
我國風云4號衛(wèi)星拍攝的冬至時的地球
二是太陽光照射時間長短的問題。我們發(fā)現(xiàn)冬至這天是一年當中白天時間最短的一天。而且在北半球越往北白天的時間就越短。舉個例子吧！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40分，而我國最北端的漠河白天只有7小時35分，下午3點35分太陽就落下去了。而北極圈以內則出現(xiàn)了極夜現(xiàn)象。太陽干脆不上班了。
本來冬天的時候，地面因為陽光斜射的原因獲得的熱量就比較少，再加上白天陽光照射的時間又很短。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。
太陽在一年中每天同一時間的軌跡
是什么原因造成了冬天陽光斜射，日照時間變短呢？地球圍繞著太陽轉，而太陽穩(wěn)坐在太陽系的中心，并沒有向我們看到的那樣，夏天太陽高高掛，冬天在地面打轉轉。那只能說明問題出在地球上。原來地球的赤道面和地球圍繞太陽公轉的黃道面之間存在著一個夾角。這個夾角叫作黃赤交角。黃赤交角為23°26′。這個夾角造成了地球上的寒暑交替，四季變化。
黃赤交角
因為黃赤交角的存在，地球在圍繞太陽公轉時，太陽的直射點會在南北回歸線之間來回移動。冬至這一天，太陽的直射點移動到了南回歸線上，直射南半球。這樣北半球不但處于陽光斜射狀態(tài)，而且還處于晝短夜長的狀態(tài)下。
地球公轉和四季的形成
冬至這天，雖然地球比在夏至時靠近太陽480萬公里，但是陽光更偏愛南半球，因此北半球就變冷了。
大家說是這樣嗎？一起聊一聊吧！
