Ch ơng Bức xạ Mặt Trời v Các mùa Trong ng y 5-9 tháng Giêng năm 1998, c dân phận rộng lớn miền đông n ớc Mỹ v Canađa đà gặp kiện m a ảnh h ởng lớn tới đời sống họ Không giống phần lớn trận m a khác, hạt m a rơi xuống bị đông cứng chạm tới bề mặt để tạo th nh lớp băng phẳng, trắng phủ d y liên tục Băng trở nên d y tới mức l m cho c nh bị gẫy, tuyến dây điện bị đứt sập v đ ờng xá lại đ ợc M a đóng băng trải rộng v hủy hoại khắp nơi, l m cho h ng triệu d©n ë New England, bang New York v tØnh Quebek Canađa điện - hai tuần số nơi Chỉ riêng Quebek, triệu ng ời - 40 % dân c - bị điện v ớc tính thiệt hại khoảng tỉ đô la Một ng ời cuộc, ông Andre Champagne Montreal, mô tả cảnh nh sau: Trời thật tối tăm, nh Hỏa vËy” B·o kÐo theo rÊt nhiỊu hËu qu¶ - tÊt l hậu xấu miền đông nam v bang thuộc Trung Đại Tây D ơng, m a gây nên lũ lụt lớn, phần l dòng chảy m a trực tiếp đổ v o sông N ớc m a thấm v o bồn tuyết nhanh chóng bị đông cứng c ng l m căng thẳng thêm vấn đề lũ lụt Bốn bang phải kêu gọi trợ giúp Cục Bảo vệ Quốc gia Đ n gia súc bất hạnh bị liên đới, điện l m cho nông dân cấp n ớc uống cho đ n bò v ng nh nông nghiệp thiệt hại triệu đô la Hơn 30 ng ời Mỹ v Canađa bị chết trận bÃo BÃo lạnh mùa đông tháng Giêng năm 1998 l trái ng ợc rõ rệt so với đợt bùng phát thời tiết cực đoan diễn miền bắc n ớc Mỹ v miền nam Canađa v o ng y 30-31 th¸ng 5, giã lèc, m a đá v sét giết hại 17 ng ời Những trận bÃo nh vậy, xảy thời gian n o năm, nh ng th êng phỉ biÕn nhÊt v o mïa xu©n Rồi sau l đợt sóng nhiệt mùa hè tháng năm 1999, reo rắc thống khổ từ miền đông Canađa vùng đồng phía nam v phần đông nam n ớc Mỹ Hơn 250 ng ời thiệt mạng khắp n ớc Mỹ thời kỳ hai tuần Nh thí dụ n y cho thấy, nhiều loại thời tiết cực đoan reo rắc t n phá, song loại nh xuất nhiều v o thời gian cụ thể n o năm Thậm chí ch a có thời tiết cực đoan đời sống đà bị ảnh h ởng nhiều chu trình mùa xảy năm Mặc dù thay đổi mùa quan trọng hoạt động h ng ng y, nhiều ng ời ch a thật hiểu gây nên mùa Trong nhiều tr ờng hợp, nghĩ sai lầm http://www.ebook.edu.vn 51 biết nguyên nhân Thí dụ, nhiều ng ời tin thay đổi khoảng cách Trái Đất v Mặt Trời chịu trách nhiệm thay đổi mùa, mùa hè diễn Trái Đất v Mặt Trời gần Nh ng Trái Đất v Mặt Trời gần v o khoảng ng y tháng Giêng - v o mùa đông Bắc bán cầu! Cũng nh vậy, Mặt Trời xa Trái Đất v o ng y tháng 7, thời gian m c dân Bắc bán cầu không liên quan với mùa đông, m với ng y d i v nãng lùc, víi cc d· ngo¹i víi thịt n ớng ngo i trời v pháo hoa Vậy rõ r ng l phải có cách giải thích khác Trong ch ơng n y, mô tả xác quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt Trời tạo mùa Chúng bắt đầu số điều Năng l ợng Năng l ợng theo truyền thống đ ợc định nghĩa l khả thực công Định nghĩa n y không ho n to n xác v lại l m nảy sinh câu hỏi (Công l gì?), song l m v i lời đ ợc Thay lang thang xa tìm định nghĩa xác, thừa nhận ng ời có ý niệm mang máng l ợng nh tác nhân có khả l m cho mét vËt chun ®éng, l m nãng mét ấm đun n ớc, hay nói cách khác, biểu kiện h ng ng y Đơn vị chuẩn l ợng Hệ Qc tÕ (SI) dïng c¸c øng dơng khoa häc l jun (ký hiệu J) Mặc dù sinh viên quen với calo nh l đơn vị l ợng, nh ng ngữ cảnh n y jun hay (1 J = 0,239 calo) Một thuật ngữ liên quan, công, l tốc độ m l ợng đ ợc giải phóng, truyền đi, hay đ ợc nhận Đơn vị công l wat (W), nã t ¬ng øng víi J giây Thậm chí hoạt động đơn giản đòi hỏi truyền l ợng Thật vậy, bạn đọc từ n y, truyền l ợng diễn l ợng hóa học từ thức ăn m bạn đà ăn, đ ợc chuyển hóa th nh động (năng l ợng chuyển động) cần thiết để di chuyển mắt bạn qua dòng chữ Nh ng thể bạn, giống nh máy khác, không ho n to n ho n h¶o, nã l m mÊt mét số l ợng nhiệt (nhiệt l ợng) l ợng hóa học đ ợc chuyển hóa th nh động Vậy mắt bạn l m mÊt nhiƯt chóng co v gi·n Kh¸i niƯm n y đ ợc áp dụng v o khí Khoảng phần tỉ l ợng Mặt Trời phát đ ợc truyền cho Trái Đất nh l xạ điện từ, phần số đ ợc hấp thụ trực tiếp khí v bề mặt Bức xạ cung cấp l ợng cho chuyển động khí quyển, lớn lên thực vật, bay n ớc v vô số hoạt động khác Các loại l ợng Năng l ợng biểu nhiều dạng Chúng ta hay nói l ợng xạ, l ợng điện, l ợng hạt nhân v l ợng hóa học; nh ng cách xác, tất dạng l ợng thuộc phạm trù chung động v Điều n y đ ợc minh họa hình 2.1 52 http://www.ebook.edu.vn Động xem nh l ợng đ ợc sử dụng v th ờng đ ợc mô tả nh l l ợng chuyển động Chuyển động tồn quy mô lớn nh chuyển động vật từ nơi n y đến nơi khác Những thí dụ xảy tự nhiên bao gồm hạt m a rơi (hình 2.2a), n ớc chảy qua kênh v hạt bụi mang gió Chuyển động động diễn quy mô nhỏ nh tr ờng hợp rung động xoay phân tử (đ ợc minh họa hình 2.2b) Một vật rắn t ởng nh đứng yên, nh ng phân tử thực số rung động Hình 2.1 Năng l ợng có số dạng khác nhau, song dạng lại thuộc v o loại động (năng l ợng chuyển động) Ng ợc lại, phân tử chất khí v chất lỏng không cố định không gian, m di chuyển qua lại cách ngẫu nhiên (hình 2.3) Trong chất rắn, chất lỏng chất khí, tốc độ rung động chuyển động ngẫu nhiên định nhiệt độ vật http://www.ebook.edu.vn 53 Nếu động l l ợng đ ợc sử dụng, l l ợng ch a đ ợc sử dụng Thế có nhiều dạng Thí dụ, cacbohyđrat thực vật đ ợc tiêu thụ động vật (hoặc thực vật) v sau đ ợc đồng hóa để thu l ợng cần thiết cho tất hoạt động sinh học Khi thể đồng hóa thức ăn l sử dụng đó, chuyển hóa th nh động v giải phóng nhiệt l ợng nh phụ phẩm Hình 2.2 Động xuất chuyển động liên quan với vật chuyển động, nh hạt m a rơi (a) rung v xoay cđa ph©n tư n íc (b) Tèc độ rung xoay c ng lớn nhiệt độ vật c ng cao Hình 2.3 Các phân tử khí không gắn bó với nh phân tử chất rắn v lỏng v di chuyển cách ngẫu nhiên Một dạng khác sinh từ vị trí vật Thí dụ, xét hạt mây chiếm vị trí n o bên bề mặt Trái Đất Giống nh tất vật khác, hạt mây chịu tác động trọng lực Khi rơi xuống phía mặt đất, đ ợc chuyển th nh động Rõ r ng, mực hạt m a c ng cao, khoảng cách rơi c ng lớn v c ng lớn Điều quan trọng l phải thấy hạt m a không lên đ ợc độ cao sức mạnh siêu nhiên, l ợng đà đ ợc sử dụng để nâng khối l ợng lên vị trí ban đầu Những chế truyền l ợng Truyền dẫn Năng l ợng đ ợc truyền từ nơi đến nơi khác ba trình: truyền dẫn, đối l u v phát xạ Truyền dẫn l di chuyển nhiệt l ợng qua vật di chuyển phân tử h ớng truyền nhiệt Một thí dụ đơn giản l kim loại với đầu đ ợc đặt bên lò lửa Phần 54 http://www.ebook.edu.vn kim loại bên lửa đ ợc nung nóng v phân tử nhận l ợng Một phần l ợng truyền cho phân tử láng giềng, phân tử n y phần lại truyền nhiệt l ợng cho phân tử bên cạnh (Cơ chế xác truyền phân tử tùy thuộc v o chất - kim loại chủ yếu đ ợc thực điện tử.) Quá trình n y diƠn ë kh¾p chiỊu d i cđa thanh, sau thời gian ngắn to n kim loại trở nên nóng Sự truyền nhiệt từ phần nóng tới phần lạnh l trun dÉn L u ý r»ng mỈc dï nhiƯt qua kim loại, nh ng phân tử kim loại không di chuyển Sự truyền dẫn hiệu vật liệu rắn, nh ng nh sÏ thÊy ë ch ¬ng 3, nã cịng l trình quan trọng lớp không khí mỏng gần bề mặt Trái Đất Đối l u Trun nhiƯt b»ng sù x¸o trén cđa chÊt láng gäi l đối l u Khác với truyền dẫn, đối l u đ ợc thực di dời (chuyển động) môi tr ờng Bạn quan sát trình n y cách nhìn bình n ớc sôi bếp lò N ớc đáy bình nằm gần nguồn l ợng nên bị nóng lªn nhanh nhÊt Khi nãng lªn n íc në ra, trở nên đậm đặc v lên bề mặt N ớc lên dĩ nhiên phải đ ợc thay thÕ bëi n íc tõ phÝa trªn, cho nªn n ớc ban đầu bề mặt chìm xuống đáy bình Những chuyển động lên v chìm xuống n y gây nên di chuyển nhanh không khối l ợng m l ợng nhiệt chứa n íc chu chun §èi l u khÝ không khác nhiều với đối l u bình n ớc sôi Trong thời gian ban ng y, nung nóng bề mặt Trái Đất l m nóng lớp không khí mỏng (độ d y cỡ mm) tiếp xúc với bề mặt Bên lớp phân tầng mỏng n y, không khí bị l m nãng tõ phÝa d íi në v lên phía nhờ độ vốn có kh«ng khÝ nãng (xu thÕ cđa mét vËt láng nhĐ (chất lỏng hay chất khí) lên bị bao quanh chất lỏng nặng hơn) Khác với n íc mét chiÕc b×nh, khÝ qun cã thĨ thực đối l u độ thông qua trình đ ợc gọi l đối l u c ỡng bức, xáo trộn thẳng đứng diễn gió thổi Những trình n y đ ợc thảo luận chi tiết ch ơng Bức xạ Trong số ba chế truyền l ợng xạ l chế phát triển không cần môi tr ờng truyền Nói cách khác, không giống với truyền dẫn v đối l u, truyền l ợng xạ xảy qua không gian rỗng Thực tế tất l ợng có Trái Đất bắt nguồn từ lân cận (theo ngôn từ thiên văn học) m gọi l Mặt Trời, th nh viên Ngân H (hình 2.4) Khí có nguồn l ợng khác: l ợng xạ nhỏ bé nhận đ ợc từ h ng tỉ khác vũ trụ v l ợng đạt tới bề mặt từ lòng Trái Đất Tuy nhiên, đóng góp nguồn vô nhỏ bé so với l ợng nhận đ ợc từ Mặt Trời Bây xem xét đặc điểm xạ v cách m định h ớng Trái Đất ảnh h ởng tới xạ nhận đ ợc Những biến thiên theo không gian v theo mùa trình thu nhận l ợng Mặt Trời không l trừu t ợng đơn thuần, m l lực điều khiển thực tế tất http://www.ebook.edu.vn 55 trình đ ợc xét phần lại sách n y Bức xạ Bức xạ đ ợc phát tất vật Vậy thứ - kể sao, Trái Đất, thân v sách n y - không ngừng phát l ợng ®iƯn tõ TÊt c¶ chóng ta ®Ịu quen thc víi l ợng điện từ d ới nhiều hình thức Chúng ta nhìn thấy môi tr ờng xung quanh nhờ kiểu xạ định m gọi l va chạm ánh sáng nhìn thấy lên mắt mình, sau gửi tín hiệu tới thần kinh để tạo ảnh thấy đ ợc Một kiểu l ợng điện từ khác đ ợc dùng l m nóng bữa ăn lò vi sóng; xạ kích thích rung phân tử thức ăn v l m tăng nhiệt độ Những kiểu xạ khác ích lợi hay chí cã h¹i, nh bøc x¹ cùc tÝm, nã cã thĨ dẫn tới bỏng da, loại bệnh v Mặc dù kiểu xạ khác có tác động khác nhau, tất giống chỗ chúng đ ợc truyền nh loạt sóng Hình 2.4 Hệ Mặt Trời l phận Ngân H , thiên h điển hình chứa 100 tỉ (a) Bức vẽ nghệ thuật (b) ảnh hồng ngoại góc rộng dải Ngân H HÃy so sánh với sóng đá ném v o bể n ớc tạo Sóng ® ỵc thĨ hiƯn b»ng mét dao ®éng ë bỊ mặt n ớc với đỉnh (các điểm cao mặt dậy sóng) v chân (các điểm thấp) Khi bạn quan sát nâng lên v hạ xuống đặn bề mặt lúc sóng qua, bạn biết l ợng đ ợc truyền Trong tr ờng hợp với xạ, sóng l dao động ®iƯn v tõ Cã nghÜa bøc x¹ bao gåm mét sóng điện v sóng từ Bằng thiết bị phù hợp, phát biến thiên điện v từ - từ m có thuật ngữ xạ điện từ Khi vật phát xạ, điện tr ờng v từ tr ờng đ ợc phát ngo i Tại điểm cố định không gian, c ờng độ hai tr ờng tăng v giảm cách nhịp nh ng, tạo th nh sóng điện v từ, sóng có hình dạng đỉnh tới chân riêng Các sóng điện v từ vuông góc với nhau, nh biểu diễn 56 http://www.ebook.edu.vn hình 2.5 Điều quan trọng l hợp phần điện v từ sóng đôi với hai tăng v giảm cách hòa hợp L ợng v chất xạ Để mô tả xạ điện từ cách đầy đủ, cần cung cấp số thông tin l ợng l ợng truyền (số l ợng) v kiểu, hay chất l ợng l ợng Điều n y t ơng tự nh mô tả trọng l ợng đó, nói số l ợng th nh cân v chất l ợng dùng từ nh nhẽo Trong tr ờng hợp xạ, l ợng liên quan với độ cao sóng, hay biên ®é cđa nã NÕu mäi thø kh¸c nh nhau, l ợng l ợng mang trực tiếp tỷ lệ với biên độ sóng Hình 2.5 Bức xạ điện từ gåm mét sãng ®iƯn (E) v mét sãng tõ (M) Khi xạ truyền đi, sóng di chuyển h ớng biểu diễn mũi tên d i (gạch nối) Các sóng (a) v (b) có biên độ nên c ờng độ xạ nh Tuy nhiên, (a) có b ớc sóng ngắn hơn, nên kh¸c vỊ chÊt so víi (b) Tïy thc v o b ớc sóng xác đ ợc xét, xạ (a) qua khí quyển, (b) bị hấp thụ L ợng hay kiểu xạ liên quan tới tính chất khác sóng khoảng cách đỉnh sóng Hình 2.5 biểu diễn sóng điện từ di chuyển cïng mét h íng TÊt c¶ cã cïng mét biên độ, nh ng khoảng cách đỉnh sóng riêng rẽ l nhỏ sóng đ ợc vẽ bên Do đó, sóng bên có b ớc sóng ngắn hơn, b ớc sóng l khoảng cách hai điểm t ơng ứng (đỉnh đến đỉnh, chân đến chân, v.v ) Vì b ớc sóng ngắn hơn, sóng hình 2.5a khác vỊ chÊt v cã thĨ t¹o mét sè hiƯu øng so víi sãng ë h×nh 2.5b ThÝ dơ, bøc xạ tia X có b ớc sóng cực ngắn v xuyên qua mô tế b o mềm Ng ợc lại, ánh sáng bình th ờng có b ớc sóng d i hơn, bị hấp thụ da So sánh với vật thể th ờng ng y, xạ m quan tâm có b ớc sóng nhỏ Vì vậy, tiện lợi, ng ời ta xác định b ớc sóng đơn vị đo nhỏ gọi l micrômét (hoặc micrôn) micrômét - ký hiƯu l m - b»ng mét phÇn triƯu mét hay phần nghìn mm Tất dạng xạ điện từ, bất chấp b ớc sóng, di chuyển không gian với tốc độ ánh sáng, khoảng 300 000 km/s Với tốc độ n y, cần phút để l ợng từ Mặt Trời đạt tới Trái Đất Năng l ợng nhận đ ợc từ khác, xa cách hơn, cần thời gian lâu để tới đ ợc Trái Đất Thí dụ, xạ http://www.ebook.edu.vn 57 từ gần tiếp theo, Proxima Centauri, phải du ngoạn không gian 4,3 năm tr ớc tới đ ợc với Mặc dù nh l quÃng thời gian d i, song cịng chØ l rÊt nhá bÐ so víi tỉ năm cần thiết để ánh sáng từ xa đến đ ợc với Trái Đất Năng l ợng điện từ có vô v n b íc sãng, nh ng chóng ta cã thĨ l m đơn giản hóa vấn đề cách phân loại b ớc sóng th nh số băng riêng rẽ nh hình 2.6 v bảng 2.1 Băng với b ớc sóng ngắn gồm tia Gama với b ớc sóng cực đại 0,0001 m Các băng b ớc sóng d i hơn, liền sau bao gåm c¸c tia X, tia cùc tÝm (UV), ¸nh sáng nhìn thấy, ánh sáng cận hồng ngoại (NR), hồng ngoại nhiệt (IR), vi sóng v sóng vô tuyến L u ý l độc đáo hay đặc biệt phần nhìn thấy phổ điện tõ n y ngo i mét thùc tÕ l m¾t v hệ thần kinh đà tiến hóa để cảm nhận đ ợc loại l ợng n y Ngoại trừ b ớc sóng mình, tia nhìn thấy giống nh dạng khác l ợng điện từ Hình 2.6 Năng l ợng điện từ phân loại theo b íc sãng C êng ®é v b íc sóng xạ Tất vật phát l ợng, không b ớc sóng đơn m khoảng rộng b ớc sóng khác Hình 2.7a vẽ c ờng độ xạ đ ợc phát tất b ớc sóng giây mét vuông bề mặt Mặt Trời (trên) v Trái Đất (d íi) Chóng ta cã thĨ dƠ d ng thÊy r»ng đơn vị 58 http://www.ebook.edu.vn diện tích Mặt Trời phát xạ lớn nhiều (khoảng 160 000 lần) so với diện tích Trái Đất (chú ý đ ờng cong biểu diễn phát xạ Trái Đất đà đ ợc phóng đại thực nhiỊu - nÕu nh vÏ víi tØ lƯ thùc, th× bé không nhìn thấy) Hình dáng đ ờng cong biểu diễn c ờng độ l ợng Trái Đất phát b ớc sóng khác (hình 2.7b) t ơng tự nh Mặt Trời, nh ng tổng l ợng đ ợc giải phóng nhỏ nhiều, đỉnh đ ờng cong t ¬ng øng víi mét b íc sãng d i Bảng 2.1 Các cấp b ớc sóng Kiểu l ợng Gama Tia X Cực tím Nhìn thấy Cận hồng ngoại Hồng ngoại nhiệt Vi sóng Vô tuyến B íc sãng ( μ m) 1 000 000 (1 m) Hình 2.7 Năng l ợng phát chất có dải b ớc sóng rộng Do nhiệt độ cao hơn, phát xạ từ đơn vị diện tích Mặt Trời (a) 160000 lần mạnh phát xạ diện tích Trái Đất (b) Bức xạ Mặt Trời cấu tạo từ b ớc sóng ngắn Trái Đất Dĩ nhiên, l ợng xạ phát v b ớc sóng l kết ngẫu nhiên đơn thuần; đặc tr ng tuân theo số định luật vật lý Nói cách xác, định luật áp dụng cho vật phát xạ lý http://www.ebook.edu.vn 59 t ởng, gọi l vật đen Các vật đen l vật túy giả thuyết - chúng không tồn tự nhiên - chúng phát xạ cực đại b ớc sóng Trái Đất v Mặt Trời gần giống vật đen v đó, gần tuân theo định luật đ ợc mô tả d ới Những vật liệu khác l vật đen xấp xỉ Cụ thể, khí quyển, cấu tạo từ khí, đặc biệt khác xa với vật đen, nên không xem nh vật đen sôi n ớc 2-1 Những nguyên lý vật lý: Ba thang nhiệt độ Tất quen thuộc với thang nhiệt độ Fahrenheit v Celsius (hay bách phân) Tuy có ích øng dơng h ng ng y, song c¶ hai thang n y có nh ợc điểm nghiêm trọng - chúng cho phép giá trị âm Các đơn vị đo khác không nh Thí dụ, tòa nh độ cao v trọng l ợng âm, xe không chạy với tốc độ âm v trẻ em tuổi âm Nh ng tồn nhiệt độ âm gây ấn t ợng chất có h m l ợng nhiệt âm - tình có ph ơng diện vật lý Để khắc phục vấn đề n y, c¸c nh khoa häc sư dơng mét thang kh¸c ®Ĩ ®o nhiƯt ®é, gäi l thang Kelvin Trong hƯ thèng n y, nhiƯt ®é K l nhiƯt ®é thÊp nhÊt cã thĨ, nã cã thĨ tån t¹i vị trơ (thËm chÝ ë Wisconsin!) (L u ý r»ng chóng ta bá ®i ký hiƯu ®é víi thang n y v trùc tiÕp ®äc sè kelvin, *K) Mét nhiƯt ®é K h m ý r»ng kh«ng kh«ng cã chuyển động rung phân tử v đó, có nhiệt độ d ới không tồn với thang n y Mặc dù thang Fahrenheit đà bị bỏ Canađa v hầu khắp n ớc khác thÕ giíi, nh ng ë Mü nã vÉn l thang ® ỵc dïng réng r·i Thang ®o nhiƯt ®é quen thuộc khác l thang Celssius, gọi theo tên ng ời sáng lập, Anders Celsius, v o năm 1742 Thang Celsius gán trị số 0o v 100o cho điểm đóng băng v điểm sôi n ớc, có 100 độ Celsius hai điểm Điều có nghĩa độ Celsius lớn độ Fahrenheit Thí dụ, thay đổi oC lớn thay đổi oF Tuy nhiên, điều nghĩa nói nhiệt độ biểu diễn oC cao so với nhiệt độ biểu diễn oF; cao thấp Để chuyển đổi từ oC sang oF, dùng công thøc sau: o F = / ( o C + 32 ) Để chuyển đổi từ oF sang oC, ta dïng o C = / ( o F − 32 ) Fahrenheit v Celsius Một thời gian, thang nhiệt độ đ ợc dùng to n giới l thang Fahrenheit Đ ợc Gabriel Fahrenheit phát minh v o đầu năm 1700, thang n y gán trị số 32o v 212o cho điểm đóng băng v điểm sôi n ớc Có 180 độ Fahrenheit đóng băng v 60 Hình Các thang nhiệt độ Kelvin, Celsius v Fahrenheit http://www.ebook.edu.vn Quỹ đạo không ho n to n tròn m giÃn th nh mét ® êng ellip, th nh thư khoảng cách Trái Đất v Mặt Trời thay đổi theo thời gian năm Trái Đất gần Mặt Trời - điểm gọi l cận điểm - v o gần ng y tháng 1, khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời khoảng 147 triệu km Trái Đất xa Mặt Trời - điểm gọi l viễn điểm - v o gần ng y tháng 7, khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời khoảng 152 triệu km Vậy cận điểm khoảng cách % nhỏ viễn điểm Nh ng c ờng độ xạ tới biến đổi tỉ lệ nghịch với bình ph ơng khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời (nhớ lại định luật bình ph ơng nghịch đảo), nên xạ gần nh % mạnh (Tuy nhiên, nh đà nhắc tới đầu ch ơng n y, biến thiên c ờng độ l thứ gây nên thay đổi mùa.) Ngo i quay, Trái Đất thực chuyển động xoay gọi l xoay Sù xoay diƠn 24 giê quanh mét ® ờng thẳng t ởng t ợng gọi l trục Trái Đất, nối cực Bắc v Nam Trục không vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt Trời, m nghiêng góc 23,5o Hơn nữa, bất chấp thời gian năm, trục nghiêng cïng mét h íng v lu«n h íng tíi mét xa gọi l Bắc Đẩu H ớng nghiêng không đổi có nghĩa l nửa năm Bắc bán cầu định h ớng phía Mặt Trời v nửa năm khác Bắc bán cầu định h ớng quay khỏi Mặt Trời Sự định h ớng thay đổi bán cầu so với Mặt Trời l nguyên nhân thực mùa - l khoảng cách thay đổi Trái Đất v Mặt Trời Dễ d ng nhận thấy độ nghiêng trục ảnh h ëng nh thÕ n o tíi c¸c mïa nÕu chóng ta xem xét tình giả t ởng trục nghiêng 23,5o m 90o, nh đà vẽ hình 2.11 Thực ra, l tr ờng hợp Thiên V ơng, nên m mô tả không ho n to n l giả t ởng HÃy xét tình Trái Đất vị trí #1 Bắc bán cầu định h ớng thẳng phía Mặt Trời nên đ ợc chiếu sáng đầy đủ suốt chu kỳ xoay 24 Trong Nam bán cầu chịu đựng 24 tối liên tục Tình n y l m cho Bắc bán cầu nóng Nam bán cầu Ngo i ra, ng ời đứng cực Bắc nhìn thấy Mặt Trời đỉnh đầu suốt ng y Nếu di chuyển từ cực Bắc phía xích đạo, thấy độ cao Mặt Trời đ ờng chân trời giảm, đến tới xích đạo Mặt Trời trở th nh đ ờng chân trời Về phía nam ® êng n y, MỈt Trêi n»m ë d íi đ ờng chân trời v thời gian ban đêm bao phủ Nam bán cầu Bây xét vị trí #3, xuất tháng sau vị trí #1 tình n y, Nam bán cầu ánh sáng Mặt Trời liên tục Bắc bán cầu chịu 24 đêm tối Hơn nữa, đứng cực Nam thấy Mặt Trời đỉnh đầu v vị trí biểu kiến Mặt Trời dịch phía đ ờng chân trời ng ời quan sát gần xích đạo Cuối cùng, hÃy quan sát vị trí trung gian #2 v #4 Trong hai tình n y, trục nghiêng 90o không phía m không xa khỏi Mặt Trời v nghiêng trở nên không liên quan tới thu nhận xạ Ngo i ra, vị trí #2 v #4, nơi Trái Đất có đ ợc 12 ánh sáng ban ng y v 12 đêm tối vĩ độ chịu mét nưa s¸ng v mét nưa tèi Ci cïng, h·y l u ý lóc gi÷a tr a (khi 70 http://www.ebook.edu.vn vĩ độ nơi đ ợc xét h ớng thẳng phía Mặt Trời), ng ời đứng xích đạo thấy Mặt Trời đỉnh đầu Vậy quay Trái Đất gây nên thay đổi mùa l ợng s ởi nóng bề mặt Khi Bắc bán cầu Nam bán cầu định h ớng phía Mặt Trời, bán cầu nhận l ợng xạ lớn v vậy, đ ợc s ởi nóng mạnh Bán cầu n o định h ớng quay xa Mặt Trời nhận xạ Hình 2.11 Một tình giả t ởng trục Trái Đất h ớng dọc theo mặt phẳng ho ng đạo vị trí #1 Bắc bán cầu nhận l ợng từ Mặt Trời nhiều hơn, Nam bán cầu liên tục tối Tình hình ng ợc lại sau tháng (vị trí #3) Tại vị trí #2 v #4 hai bán cầu nhận l ợng l ợng Mặt Trời Các kỳ nhật chí v nhật phân Hình 2.12 biểu diễn thay đổi theo mùa thực tế định h ớng Trái Đất so với Mặt Trời dựa góc nghiêng thực 23,5o trục Mặc dù trục nghiêng 23,5o, 90o, nguyên lý vừa mô tả áp dụng đ ợc Trong tháng năm, Bắc bán cầu nhận nhiều ánh sáng Mặt Trời Nam bán cầu; tháng khác, Nam bán cầu nhận đ ợc l ợng xạ lớn Bốn vị trí thể biểu đồ đại diện cho bốn ng y có ý nghĩa đặc biệt vị trí trái hình 2.12, Bắc bán cầu có độ nghiêng cực đại phía Mặt Trời Điều n y xảy v o gần ng y 21 th¸ng 6, chóng ta gäi l kú nhËt chÝ th¸ng (còn gọi l hạ chí theo mùa t ơng ứng Bắc bán cầu) Mặc dù http://www.ebook.edu.vn 71 định nghĩa nh ng y mùa hè, thực đại diện cho ng y m Bắc bán cầu có xạ tới lớn Sáu tháng sau (đúng gần ng y 21 tháng 12), Bắc bán cầu có xạ tới cực tiểu v o kỳ nhật chí tháng 12 (đông chí Bắc bán cầu), l ng y mùa đông Bắc bán cầu v l ng y mùa hè Nam bán cầu Giữa hai kỳ nhật chí l kỳ nhật phân tháng ba (th ờng gọi l xuân phân Bắc bán cầu) xảy v o gần 21 tháng 3, v kỳ nhật phân tháng (gọi l thu phân Bắc bán cầu) xảy v o gần 21 tháng Trong kỳ nhật phân, nơi Trái Đất có 12 ng y v đêm v hai bán cầu nhận đ ợc l ợng l ợng Hình 2.12 Trái Đất quay quanh Mặt Trời Đ ơng nhiên, chuyển tiếp bốn vị trí đ ợc thể hình 2.12 không xảy d ới dạng lặp lại đột ngột, m từ vị trí n y tới vị trí Nh đ ợc thể hình 2.13, độ nghiêng 23,5o Bắc bán cầu phía Mặt Trời v o kỳ hạ chí gây nên điểm d ới Mặt Trời (một điểm Trái Đất nơi tia Mặt Trời gặp bề mặt với góc vuông v nơi Mặt Trời đ ợc nhìn thấy đỉnh đầu) vị trí 23,5oN Đây l vĩ độ nằm cao phía bắc điểm d ới Mặt Trời Thực tế l Mặt trời không xuất đỉnh đầu phía bắc 23,5oN l m cho vĩ ®é n y cã mét ý nghÜa ®Ỉc biƯt v chóng ta gäi nã l chÝ tun B¾c (Tropic of Cancer) 72 http://www.ebook.edu.vn Một cách t ơng tự, v o kỳ đông chí, Mặt Trời đỉnh đầu t¹i 23,5oS, tøc chÝ tuyÕn Nam (Tropic of Capricorn) V o hai kỳ xuân phân v thu phân, điểm d ới Mặt Trời nằm xích đạo Vậy điểm d ới Mặt Trời di chuyển 47o (tức 23,5oN v 23,5oS) chu kú th¸ng, v v o mét ng y cụ thể n o nằm chí tuyến Bắc v chí tuyến Nam Sự di chuyển n y điểm d ới Mặt Trời t ơng tự nh l thay quay quanh Mặt Trời trục Trái Đất từ từ lắc lùi v tiÕn vỊ phÝa MỈt Trêi v xa khái MỈt Trời Hình 2.13 Vì trục Trái Đất nghiêng 23,5o, nên ®iĨm d íi MỈt Trêi n»m ë 23,5oN v o kỳ hạ chí Vị trí vĩ độ điểm d íi MỈt Trêi l xÝch vÜ MỈt Trêi, nã cã thể đ ợc nhận biết nh vĩ độ m Mặt Trời tr a xuất đỉnh đầu Hình 2.14 vẽ xích vĩ Mặt Trời số ng y năm, mũi tên ng y h ớng di chuyển xích vĩ thời gian năm Bây đà thấy thay đổi định h ớng Trái Đất so với Mặt Trời trực tiếp ảnh h ëng tíi sù thu nhËn bøc x¹ tíi nh thÕ n o thông qua ba chế: (1) độ d i thời gian ban ng y chu kỳ 24 giờ, (2) góc m ánh sáng Mặt Trời gặp mặt đất v (3) l ợng khí m xạ tới phải xuyên qua tr ớc đạt tới bề mặt Trái Đất Độ d i ban ng y Một cách m độ nghiêng Trái Đất ảnh h ởng tới thu nhận l ợng Trái Đất l thông qua độ d i ng y v đêm Chúng ta đà thấy rằng, nh trục nghiêng 90o tới mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất, có ng y m to n Bắc bán cầu trải qua 24 cã ¸nh s¸ng ban ng y v mét chu kú tháng t ơng đ ơng sau đêm d i liên tục Nh ng trục nghiêng http://www.ebook.edu.vn 73 23,5o tới mặt phẳng quỹ đạo, nên vĩ độ từ 66,5o (tức 90o trừ 23,5o) tới phÝa cùc míi tr¶i nghiƯm mét thêi gian 24 giê liên tục l ban ng y ban đêm Những ® êng øng víi vÜ ®é ®ã l vßng cùc Bắc (ở Bắc bán cầu) v vòng cực Nam (ở Nam bán cầu) Điều n y đ ợc thể hình 2.15 V o kỳ hạ chí, địa điểm phía bắc vòng cực Bắc có 24 ban ng y Tại khoảng cách ngắn phía nam vòng cực Bắc có gần nh (nh ng kh«ng ho n to n) 24 giê ban ng y Khi di chuyển phía xích đạo, thời gian ban ng y giảm đạt tới xích đạo, ng y v đêm ®Ịu d i 12 giê Khi di chun xng Nam bán cầu, độ d i ng y giảm 66,5oS, đêm d i 24 Đ ơng nhiên, tranh ng ợc lại cho kỳ đông chí Hình 2.14 Xích vĩ Mặt Trời từ từ di chuyển lên bắc v xuống nam năm V o kỳ hạ chí (21/6) điểm d ới Mặt Trời cao phía bắc - 23,5oN Xích vĩ Mặt Trời l 23,5oS v o kỳ đông chí (23/12) Độ cao Mặt Trời HÃy nhớ lại lần cuèi cïng b¹n cã v i giê th gi·n d ới ánh nắng Mặt Trời Nếu bạn khỏi nh v o buổi sớm, Mặt Trời thấp gần chân trời, bạn không cảm thấy nhiều sức nóng từ tia sáng Nh ng Mặt Trời lên cao dần bầu trời, bạn thấy thể đ ợc s ởi ấm Sự thay đổi chủ yếu l giảm độ lan tỏa chùm tia sáng Độ lan tỏa chùm tia l l ợng tăng diện tích bề mặt m xạ đ ợc phân bố để phù hợp với l ợng giảm độ cao Mặt Trời nh hình 2.16 Độ lan tỏa c ng lớn c ờng độ xạ c ng nhỏ phần (a) hình, ánh sáng tới với mét gãc 90o, nªn nã tËp trung v o mét diện tích nhỏ v khả l m nóng bề mặt tăng lên phần (b), tia chiếu tới bề mặt xiên v l ợng đ ợc phân bố 74 http://www.ebook.edu.vn diện tích lớn hơn, dẫn tới độ chiếu sáng yếu (năng l ợng bé diện tích đơn vị) Nh vËy, mét chïm ¸nh s¸ng sÏ chiÕu s¸ng hay l m nóng bề mặt nhiều có độ cao chiếu tới lớn Hình 2.15 V o ng y hạ chí (a) điểm phía bắc 66,5oN cã 24 giê ban ng y v mäi ®iĨm phÝa nam 66,5oS có đêm liên tục Trong ng y đông chí (b) tình hình ng ợc lại Những vĩ độ đ ợc gọi l vòng cực Bắc v Nam Độ cao Mặt Trời tr a ®èi víi mét vÜ ®é cho tr íc dễ d ng xác định đ ợc biết xích vĩ Mặt Trời Muốn vậy, bạn cần trừ 90o cho vĩ độ địa điểm xét v sau cộng thêm với xích vĩ Mặt Trời Do đó, v o kỳ nhật http://www.ebook.edu.vn 75 phân (xích vĩ Mặt Trời = 0) Toronto, Ontario (vĩ độ 40oN) có độ cao Mặt Trời tr a b»ng 90 − 44 = 46 Trong thêi kú hạ chí, độ cao Mặt Trời tr a 90 − 44 + 23,5 = 69,5 S¸u th¸ng sau, xích vĩ Mặt Trời = 23,5 với dấu âm Mặt Trời bên Nam bán cầu V o thời gian n y, độ cao Mặt Trêi gi÷a tr a = 90 − 44 − 23,5 = 22,5 Biến thiên độ cao Mặt Trời tr a thời gian năm gây nên phân hóa đáng kể c ờng độ ánh sáng chiếu tới bề mặt độ lan táa chïm tia thay ®ỉi ThÝ dơ, ®é lan tỏa chùm tia Mặt Trời tr a Toronto v o kỳ đông chí gần nh 2,5 lần lớn so với v o kỳ hạ chí Vì vậy, tác động khác, c ờng độ Mặt Trời tr a mùa đông nhỏ nửa so với mùa hè Những phân hóa giá trị độ lan tỏa chùm tia có vai trò quan trọng tạo mùa Trong thời gian tháng kỳ xuân phân v kỳ thu phân, vĩ độ Bắc bán cầu có góc tới thẳng so với góc tới Nam bán cầu Do đó, xạ tới Bắc bán cầu liên quan với độ lan tỏa tia nhỏ hơn, tạo thuận lợi l m nóng bề mặt nhiều Trong thời gian tháng tiếp theo, tình hình đảo ng ợc lại v Nam bán cầu nói chung có độ cao Mặt Trời lớn Hình 2.17 cho thấy ảnh h ởng tổng cộng độ cao Mặt Trời tr a v độ d i thời gian ban ng y kỳ nhật chí v nhật phân V o kỳ hạ chí, hai nhân tố tác động để tăng c ờng l m nóng Bắc bán cầu; v o kỳ đông chí, chúng kết hợp để l m giảm hiệu cấp nhiệt Hình 2.16 C ờng độ xạ tới bề mặt bị ảnh h ởng bëi gãc tíi Sù chiÕu s¸ng c ng trùc tiÕp l ợng nhiệt c ng mạnh Suy giảm chùm tia khí Cách thứ ba m độ nghiêng trục Trái Đất ảnh h ởng tới cấp nhiệt l định l ợng khí m ánh sáng Mặt Trời phải xuyên qua tr ớc tới đ ợc bề mặt Nh bạn thấy hình 2.18a, xạ đạt tới bề mặt với góc 90o v ợt qua khí theo cách ngắn HÃy so sánh hình n y với hình 2.18b, ánh sáng tới bề mặt với độ cao nhỏ (nh gần bình minh v ho ng hôn) Trong tình n y, chùm ánh sáng phải qua l ợng khí lớn Mặc dù khí hầu nh suốt ánh sáng tới, l ợng xạ bị hấp thụ v chí l ợng lớn bị phản xạ ng ợc trở lại v o không gian Độ d y qua c ng lớn chùm tia bị suy yếu c ng nhiều Vì độ cao Mặt Trời l nhỏ Bắc bán cầu gần kỳ đông chí, nên thời gian n y l ợng bị mát ¶nh h ëng khÝ qun nhiỊu h¬n so víi bÊt kỳ thời gian n o khác năm 76 http://www.ebook.edu.vn Hình 2.17 Độ d i ng y (trái) v độ cao Mặt Trời tr a (phải) kỳ nhật phân (a), hạ chí (b) v đông chí (c) http://www.ebook.edu.vn 77 Hình 2.18 Độ cao Mặt Trời lớn (a) cho phép ánh sáng qua khí với quÃng đ ờng t ơng đối ngắn Các độ cao Mặt Trời nhỏ nh tr ờng hợp gần bình minh v ho ng hôn (b) đòi hỏi l ợng phải ®i qua líp khÝ qun d y h¬n l m cho l ợng bị suy yếu nhiều so với tr ờng hợp (a) ảnh h ởng tổng cộng thời gian ban ng y, độ cao Mặt Trời v suy giảm chùm tia Bây tóm tắt số điểm quan trọng điều khiển trình l ợng đạt tới bề mặt Chúng ta phải nhấn mạnh phân hóa độ suốt khí hay l ợng mây nói chung ch a đ ợc xem xét; ta ngầm định giả thiết tính chất quang học đồng Nói cách khác, tranh đ ợc mô tả d ới đ ợc rút túy từ lập luận hình học: Hạ chí: a Xích vĩ Mặt Trời 23,5 N b Mỗi vĩ độ Bắc bán cầu nhận nhiều l ợng vĩ độ t ơng ứng Nam bán cầu 78 http://www.ebook.edu.vn c Mỗi vị trí phía bắc vòng cực Bắc nhận đ ợc 24 ánh sáng ban ng y v vị trí phía nam vòng cực Nam có 24 ban đêm d Xích đạo nhận đ ợc 12 ánh sáng ban ng y e Với Bắc bán cầu nói chung ánh sáng Mặt Trời qua khí mỏng so với ánh sáng phải qua Nam bán cầu Đông chí: a Xích vĩ Mặt Trời = 23,5 S b Mỗi vĩ độ Nam bán cầu nhận nhiều l ợng vĩ độ t ơng ứng Nam bán cầu c Mỗi vị trí phía nam vòng cực Nam nhận đ ợc 24 ánh sáng ban ng y v vị trí phíabắc vòng cực Bắc có 24 ban đêm d Xích đạo nhận đ ợc 12 ánh sáng ban ng y e Với Nam bán cầu nói chung ánh sáng Mặt Trời qua khí mỏng so với ánh sáng phải Bắc bán cầu Các kỳ nhật phân: a Xích vĩ Mặt Trời 0o b Mỗi vị trí Trái Đất có 12 ban ng y c Cả hai bán cầu nhận đ ợc l ợng xạ tới nh Những biến thiên nhận l ợng theo vĩ ®é Chóng ta ®· thÊy r»ng nh÷ng biÕn ®éng mïa định h ớng Trái Đất so với Mặt Trời định xạ Mặt Trời khả to n cầu Rõ r ng, nguồn cung l ợng lớn tạo thuận lợi l m tăng nhiệt độ không khí thiếu l ợng dẫn tới điều kiện lạnh giá Nh ng ảnh h ởng xạ khả không dừng lại nhiệt độ Nh thấy ch ơng sau, l ợng nhận ảnh h ởng tới phân bố áp suất, phía tác động tới gió, l ợng mây, giáng thủy v ph ơng diện khác thời tiết v khí hậu Sau xem xét ảnh h ởng vĩ độ v thời gian năm cách riêng rẽ, lóc n y chóng ta cã thĨ xem c¸c t¸c động kết hợp chúng tạo nên phân hóa xạ tới từ vĩ độ n y đến vĩ độ khác Bảng 2.2 biểu diễn giá trị độ cao Mặt Trời tr a v ®é d i ng y ®èi víi Winnipeg, Manitoba, Cana®a (50oN) v Austin, Texas (30oN) v o kỳ đông chí v hạ chí (HÃy nhớ lại giá trị bảng biểu diễn l ợng l ợng khả đỉnh khí Những điều kiện khí - đặc biệt l ợng v dạng thảm mây - l m suy giảm l ợng xạ thực đạt tới bề mặt Những trình ảnh h ởng tới việc nhận l ợng bề mặt đ ợc mô tả ch ơng 3) Trong mùa đông, Winnipeg nhận đ ợc 62 % l ợng xạ Mặt Trời khả m Austin nhận, nơi có độ cao Mặt Trời không lớn v thời gian ban ng y ngắn Tuy nhiên, kỳ hạ chí, Winnipeg có l ợng xạ lớn nã cã thêi gian ban ng y lín h¬n http://www.ebook.edu.vn 79 để bù lại cho độ cao Mặt Trời tr a thấp Do đó, mùa đông hai nhân tố dẫn tới giảm giá trị xạ tới theo vĩ độ Ng ợc lại, mùa hè độ d i ng y tăng lên vĩ ®é cao ®· bï l¹i cho hiƯu øng ®é cao Mặt Trời thấp Hệ l građien theo vĩ độ mùa hè nhỏ, mùa đông phân hóa bắc - nam mạnh Nh thấy ch ơng tới, điều n y có tác động sâu sắc đến phân bố nhiệt độ mùa v biến động động lực chuyển động khí quy mô lớn Bảng 2.2 Biến thiên độ cao Mặt Trời v độ d i ng y Độ cao Mặt Trời tr a Độ d i ng y Tỉng bøc x¹ mét ng y (Mega Jun/m2) 21 th¸ng 12 Winnipeg 16,5o g 50 ph 7,44 Austin 36,5o 10 g 04 ph 12,18 63,5o 16 g 10 ph 37,15 o 13 g 56 ph 35,97 21 th¸ng Winnipeg Austin 83,5 Tóm tắt Hầu nh tất l ợng dùng cho trình vật lý v sinh học bắt nguồn từ Mặt Trời v chu du không gian d ới dạng xạ điện từ Năng l ợng đ ợc lan truyền nh chuỗi sóng có b ớc sóng đặc tr ng Tất vật thể phát xạ l ợng điện từ dải liên tục b ớc sóng khác nhau, nh ng tất chất hay vật thể phát xạ l ợng l ợng, v chúng không phát xạ b ớc sóng áp đảo Định lt Stefan-Boltzmann nãi r»ng c¸c vËt thĨ nãng ph¸t bøc xạ mạnh so với vật thể lạnh v định luật Wien vật nóng phát xạ b ớc sóng ngắn Cùng với nhau, định luật n y cho thấy Mặt Trời phát l ợng h ng trăm nghìn lần lớn so với Trái Đất phát, l ợng từ Mặt Trời đ ợc phát b ớc sóng ngắn v không che lặp với b ớc sóng Trái Đất Mặc dù thực tế l khoảng cách Trái Đất v Mặt Trời thay đổi suốt năm, khác biệt có tác động nhá tíi c êng ®é s ëi nãng mïa cđa h nh tinh Cái quan trọng phân bố xạ khả l định h ớng t ơng đối Trái Đất với Mặt Trời, đặc biệt thông qua hiệu ứng độ cao Mặt Trêi, ®é d i ng y v ®é d i quÃng đ ờng m chùm tia xạ phải ®i qua khÝ qun tr íc ®¹t tíi bề mặt Những tình đà mô tả ch ơng n y đề cập tới xạ khả tr ớc khí tác động tới xạ tới Trong 80 http://www.ebook.edu.vn ch ơng tới, mô tả trình khí l m suy yếu c ờng độ xạ tới v chế vận chuyển để l ợng đ ợc trao đổi khí v bề mặt Những trình trực tiếp ảnh h ởng tới biến động nhiệt độ v áp suất to n cầu - biến động l nguyên nhân t ợng thời tiết Câu hỏi ôn tập HÃy mô tả cách khác m động v tồn Trái Đất Sự truyền dẫn v đối l u giống chỗ hai truyền nhiệt l ợng phạm vi chất Vậy khác biệt chúng l gì? Chúng ta đà xem xét ánh sáng Mặt Trời, tia X nh l xạ điện từ HÃy mô tả xạ nh l t ợng sóng v giải thích điện từ nghĩa l gì? V× b íc sãng quan träng trun bøc xạ? Tức l , xem xét xạ l không đủ nêu l ợng hay tốc độ truyền l ợng? HÃy xếp băng b ớc sóng sau theo thứ tự đúng: nhìn thấy, tia X, cực tím, vi sóng, hồng ngoại Có nhiệt độ n o có giá trị theo hai thang Fahrenheit v Celsius không? Nếu có, hÃy tìm nhiệt độ (Gợi ý: Vẽ đồ thị nhiệt độ oC v oF) HÃy chuyển đổi nhiệt độ Fahrenheit sau sang Celsius: -22 oF, 50 oF, 113 oF H·y chuyÓn đổi nhiệt độ Celsius sau sang Fahrenheit: -20 oC, 10 oC, 40 oC V× thang Kelvin u điểm Fahrenheit v Celsius nhiều ứng dụng khoa học? 10 HÃy mô tả b ớc sóng v tổng l ợng phát thay đổi nh nhiệt độ vật tăng lên n o 11 Hằng số Mặt Trời khoảng 1367 W/m2 Nếu khoảng cách Trái Đất v Mặt Trời tăng gấp đôi giá trị bao nhiêu? 12 Cái l nhân tố quan trọng chịu trách nhiệm mùa Trái Đất? 13 HÃy mô tả biến trình năm xích vĩ Mặt Trời 14 ý nghĩa vòng cực Bắc v Nam l gì? 15 Nếu nh xích vĩ Mặt Trời l 10o, vòng cực Bắc v Nam nằm đâu? Điều gây nên thay đổi ng y kỳ nhật chí, nhật phân, cận điểm v viễn điểm không? 16 Lấy ng y mùa đông Bắc bán cầu HÃy mô tả biến thiên độ d i ng y v vị trí Mặt Trời m bạn trải nghiệm từ cực Bắc tới cực http://www.ebook.edu.vn 81 Nam L m t ơng tự ng y mùa hè Bắc bán cầu 17 Giải thích xích đạo luôn có 12 ánh sáng ban ng y 18 Giải thích thay đổi vị trí Mặt Trời ảnh h ởng nh n o tới c ờng độ xạ bề mặt nằm ngang 19 Nếu bạn từ xích đạo tới cực Bắc, v o ng y n o biến thiên xạ Mặt Trời bé nhất? Vì sao? HÃy giải thích độ d i ng y v độ cao Mặt Trời thay đổi nh thÕ n o b¹n di chun vỊ phÝa cùc 20 Burlington, Vermont nằm 44,5oN Độ cao Mặt Trời tr a l v o kỳ nhËt chÝ v nhËt ph©n? NhËn xÐt suy luËn Lông ngỗng cấu tạo từ nhiều sợi tơ mảnh ngăn cách không khí bên áo ấm túi ngủ th nh nhiều ngăn để khó l u thông Vì đặc điểm n y l m cho l«ng trë th nh mét vËt liƯu cách nhiệt tốt nh vậy? Một số tòa nh cũ đ ợc s ởi ấm gi n phát nhiệt Đây có phải l lời mô tả thật cách m phòng tòa nh đ ợc l m ấm thực không? Vì l không ho n to n mô tả l ợng tới từ Mặt Trời nh l xạ nhìn thấy? Nếu nh tốc độ xoay Trái Đất khác với tốc ®é nh nã ®ang cã, th× nãi chung cã sù biến đổi t ơng ứng l ợng l ợng m h nh tinh nhận đ ợc không? V o tr a độ cao Mặt Trời Tucson, Arizona luôn lớn Laramie, Wyoming Điều có không chiều? Các địa ph ơng gần xích đạo điển hình có biến động mùa yếu so với địa ph ơng xa chí tuyến Giải thích lại nh Vì độ cao Mặt Trời đ ợc xem l ảnh h ởng tới l ợng xạ đạt tới bề mặt Trái Đất? Tình hình có khác không Mặt Trăng? Sự biến đổi nhiệt độ thêi gian mét ng y cã thĨ kh¸c nh thÕ n o ë c¸c s ên dèc h ớng đông so với s ờn dốc h ớng tây? V o tr a vĩ độ 45oN, độ cao Mặt Trời l 45o bên đ êng ch©n trêi phÝa nam Gãc tíi ë mét s ên dèc 45o h íng vỊ b¾c sÏ b»ng bao nhiêu? Độ dốc bề mặt có ảnh h ởng tíi ®é lan táa chïm tia v ®é d i quÃng đ ờng khí không? 10 HÃy mô tả quÃng đ ờng biểu kiến Mặt Trời đến ng ời đứng cực Bắc v o ng y 22 tháng 11 V o kỳ nhật phân, ng ời xích đạo thấy Mặt Trời mọc xác phía đông, qua thẳng góc đầu v o tr a v lặn phía tây - tất 82 http://www.ebook.edu.vn diễn thêi gian 12 giê §iỊu n y sÏ thay ®ỉi nh thÕ n o v o c¸c kú nhËt chí? B i tập luyện Một thiết bị đo đ ợc xạ phát từ bề mặt đại d ơng 365 W/m2 Bạn sử dụng định luật n o để xác định nhiệt độ mặt đại d ơng? (Câu hỏi nâng cao hơn: nhiệt độ mặt đại d ơng thực l gì? Gợi ý: bạn phải xếp lại câu hỏi cho ch ¬ng n y) ChÊp nhËn mét vËt có suất phát xạ 0,9 v nhiệt độ 300 K Cái có ảnh h ởng lớn tới c ờng độ xạ phát: giảm 50 % suất phát xạ hay giảm % nhiệt độ tuyệt đối? Sao Thổ cách Mặt Trời khoảng 1,42 ì 1012 m, hay cách Mặt Trời khoảng 9,5 lần Trái Đất cách Mặt Trời Tính số Mặt Trời Thổ Bạn có cho phân bố b ớc sóng ánh sáng nhận đ ợc khoảng cách khác với phân bố b ớc sóng ánh sáng tới Trái Đất? Một nhân tố ảnh h ởng tới l ợng xạ tới khả l thay đổi khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời Sử dụng khoảng cách cận điểm v viễn điểm l 1,47 × 1011 m v 1,52 × 1011 m, h·y xác định c ờng độ xạ Mặt Trời đỉnh khí Trái Đất v o hai ng y Khác độ cao Mặt Trời tr a hai kỳ nhật chí vĩ độ 10oN l gì? Nếu so sánh với độ cao Mặt Trời tr a 30oN sao? Bạn biết hệ quan trọng xảy khác đó? H·y v o trang Web: hhhp://aa.usno.navy.mil/data/ KiÓm tra tïy chän thø nhÊt hai tïy chän hypertext options môc chän “Positions of the Sun and Moon” Trang n y cho phép bạn xác định độ cao Mặt Trời suốt trình ng y bạn chọn Vẽ đồ thị độ cao Mặt Trời suốt thời gian ban ng y cho c¸c kú nhËt chÝ v nhật phân v nhận xét tranh thay đổi năm Sau đó, kỳ nhật chí v nhật phân, vẽ đồ thị v so sánh độ cao Mặt Trời khác trình mét ng y cho East Lansing, Michigan; Knoxville, Tennessee; v Gainesville, Florida Bạn rút quy tắc gì? Các b i toán định l ợng Ch ơng n y đà giới thiệu số định luật v khái niệm quan trọng mô tả loại v l ợng xạ Trái Đất nhận đ ợc Bạn nâng cao nhận thức bạn định luật n y việc giải số b i toán định l ợng đà cho trang Web ®ång h nh cđa cn s¸ch n y, http://www.prenhall.com/aguado/ Sau v o trang n y, h·y tíi phÝa cuèi trang v chọn Ch ơng Sau tô sáng ô Quantitative Examples bảng điều khiển bên trái Những b i toán ngắn gọn củng cố nhận thức bạn định luật Stefan-Boltzmann v Wien v http://www.ebook.edu.vn 83 thang nhiệt độ đà xem xét ch ơng n y Các trang Web hữu ích http:/aa.usno.navy.mil/data/docs/AltAz.html Một số liệu thiên văn hữu ích, đặc biệt liên quan tới quan hệ Trái Đất - Mặt Trời Định dạng t ơng tác cho phép bạn yêu cầu liệu cho vị trí cụ thể tọa độ vĩ-kinh Gồm liệu bình minh, ho ng hôn xác nh liệu độ cao Mặt Trời http:/aa.usno.navy.mil/data/docs/EarthSeasons.html Ng y xác cận điểm, viễn điểm, kỳ nhật phân v nhật chí http:/www.srrb.noaa.gov/highlights/sunrise/ sunrise.html Trang t ơng tác đầy đủ cho phép bạn lấy đ ợc thời gian bình minh, ho ng hôn cho loạt th nh phố giới tọa độ kinh-vĩ xác Trang cung cấp xích vĩ Mặt Trời số mục thông tin khác vị trí Trái Đất - Mặt Trời, kết hợp với từ điển để giải thích ý nghÜa 84 http://www.ebook.edu.vn ... d i ng y Tổng xạ mét ng y (Mega Jun/m2) 21 th¸ng 12 Winnipeg 16 ,5o g 50 ph 7,44 Austin 36,5o 10 g 04 ph 12 ,18 63,5o 16 g 10 ph 37 ,15 o 13 g 56 ph 35,97 21 th¸ng Winnipeg Austin 83,5 Tóm tắt Hầu... Vi sãng V« tun B íc sãng ( μ m) 1 000 000 (1 m) H×nh 2. 7 Năng l ợng phát chất có dải b ớc sóng... khả l thay đổi khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời Sử dụng khoảng cách cận điểm v viễn điểm l 1, 47 ì 10 11 m v 1, 52 ì 10 11 m, hÃy xác định c ờng độ xạ Mặt Trời đỉnh khí Trái Đất v o hai ng y Khác độ