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12月21日,冬月初二,2025年的冬至如約而至。此時,我國正處天寒地凍的時節。但事實上,這個時候是地球幾乎離太陽最近的時候,比夏至時距離太陽甚至更近500萬公里,為什么此時反而會更冷呢?還有今年的冬至趕上了“甲子日”,多顆行星排列的天象,這究竟怎么回事呢?
首先要明確一點,在冬至時,北半球處于冬天,但南半球正處于炎熱的夏天。同樣的時間,南北半球的氣溫完全不同。由此可見,地球與太陽的距離變化并非影響地球上氣溫的關鍵因素,甚至可以說幾乎沒有影響。
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地球繞太陽公轉的軌道是一個橢圓形,平均距離大約是1.496億公里,最近的距離是1.471億公里,最遠的距離則是1.521億公里,最近和最遠距離相差了0.05億公里,即500萬公里。
對于人類而言,500萬公里是一個十分遙遠的距離。要知道,地球赤道周長才4萬公里,而月球距離地球也就38萬公里。以客機每小時900公里的巡航速度進行飛行,飛完這個距離需要連續飛行231天。
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但對于地球公轉來說,這個距離變化其實是微不足道的,最遠或最近的日地距離與平均距離都只相差了1.67%,軌道離心率僅0.0167。也就是說,地球的軌道形狀其實非常接近正圓。
事實上,真正能主宰地球上氣溫變化的關鍵是太陽高度角。在同一個地方的同一天,太陽剛升起來時,高度角較低,而到了正午附近,高度角相對較高。太陽高度角越高,太陽光穿過的地球大氣層厚度越小,能量損失越少,就有更多更集中的太陽能量照射地表,所以氣溫就會更高。
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同樣地,在同一個地方的一年不同時間里,正午太陽的高度角也是不同的,在高度角越高的時間里,太陽輻射強度越大,所以那段時間氣溫也會相對越高,反之則會更冷。那么,又是什么原因引起太陽高度角在一年里的變化呢?
這其實與地球的自轉軸傾斜了大約23.5度有關。地球的赤道平面與繞太陽公轉的軌道平面(黃道面)是不重疊的,地軸相對于黃道面有傾斜。
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至于地軸傾斜的原因,目前的主流觀點認為在45億年前,地球剛誕生之初,有一顆名為忒伊亞的原始行星(差不多火星大小)猛烈撞擊原始地球,由此向太空中拋射了大量的物質,它們最終聚集形成了月球,而地球的自轉軸也被撞傾斜了。
由于地軸傾斜,當地球在公轉軌道上運動時,被太陽直射的地球區域就會發生變化,這樣太陽輻射強度會隨之改變,地球上的季節也就會出現更替。因為地軸傾斜的角度是23.5度,所以太陽的直射范圍只能位于地球北緯23.5度到南緯23.5度的范圍內。
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當太陽直射南緯23.5度,也就是南回歸線之時,北半球就來到了冬至,太陽高度角達到一年之中最低的時候,這一天北半球的日照時間最短,黑夜最長。在北半球緯度越高的地方,黑夜越長。而到了北緯66.5度以北的北極圈,這一天都會出現極夜現象,太陽的高度角太低,使得太陽始終低于地平線,太陽一整天都不會升起來。
按照測算,地球將在2026年1月4日運行到近日點。根據牛頓運動定律,在近日點附近時,地球的公轉速度相對于遠日點更快,所以北半球的冬季會比南半球的冬季更短一些,相差一周左右。
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在中國的傳統天干地支紀時文化中,今年冬至這一天正好是“甲子日”,這是以60天為一周期的干支紀日的伊始,所以也是一個巧合。這一天之后,北半球的黑夜越來越短,白晝越來越長。
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而在最近這段時間,天空中也出現了行星排列的現象。根據行星運行軌道測算,最近正是木星、水星、金星、火星等幾大行星在天空中大致排成一列的時候。
可以說,這個冬至是一個特別的冬至。最后,祝福大家冬至安康!四季順遂!
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