6. Kế hoạch nghiên cứu
1.10.3. Vị trí của Mặt Trời trên thiên cầu Các mùa
Các kết quả quan sát cho thấy hƣớng của các thiên cực thay đổi rất chậm. Bởi vậy, trong suốt năm, trục quay của Trái Đất không đổi phƣơng trong không gian. Mặt phẳng hoàng đạo nghiêng với xích đạo Trái Đất một góc 23°27’. Do đó, hàng năm, độ xích vĩ δ của Mặt Trời biến thiên từ -23°27’ đến +23°27’. Trục quay của Trái Đất làm với mặt phẳng hoàng đạo một góc bằng 90° - 23°27’ = 66°
Hình I.21
Trên hình I.21, D1 và D2 là hai vị trí của Trái Đất nằm đối tâm với Mặt Trời vào ngày Hạ chí và Đông chí. Mặt phẳng OD1D2 là mặt phẳng hoàng đạo. Khi Trái Đất ở vị trí D1, Mặt Trời ở nửa thiên cầu bắc, nằm trên mặt phẳng xích đạo một góc 23°27’ (δ = +23°27’), khi Trái Đất ở vị trí D2, Mặt Trời nằm dƣới mặt phẳng xích đạo một góc 23°27’ (δ = - 23°27’).
Hình I.22
Hàng năm vào ngày 21 tháng 3 Mặt Trời đi qua điểm Xuân phân (α = 0), từ Nam thiên cầu lên Bắc thiên cầu. Ngày 22 tháng 6 Mặt Trời đi qua điểm Hạ chí (α = 6h). Ngày 23 tháng 9 đi từ Bắc thiên cầu xuống Nam thiên cầu qua điểm Thu phân (α = 12h). Ngày 22 tháng 12 Mặt Trời đi qua điểm Đông chí (α = 18h). Ngày 21 tháng 3 năm tiếp theo Mặt Trời lại trở về điểm Xuân phân γ (HìnhI.22).
Hàng năm Mặt Trời chuyển động biểu kiến trên Hoàng đạo, độ xích kinh α biến thiên từ 0 đến 24h.Độ xích vĩ δ biến thiên từ -23°27’ đến + 23°27’. Bởi vậy điểm mọc, điểm lặn của Mặt Trời cũng nhƣ thời gian ở trên chân trời và thời gian lặn dƣới chân trời hàng ngày của nó cũng thay đổi với chu kì 1 năm.
Vị trí của Mặt Trời và độ dài tƣơng đối của ngày và đêm ở Bắc bán cầu
Vị trí Ngày δ α Độ dài ngày so với đêm
Xuân phân 21-3 0 0 Ngày = Đêm
Hạ chí 22-6 +23°27’ 6h Ngày dài nhất trong năm
Thu phân 23-9 0 12h Ngày = Đêm
Đông chí 22-12 -23°27’ 18h Ngày ngắn nhất trong năm
Ta thấy rằng vào các ngày xuân phân và thu phân, Mặt Trời nằm trên xích đạo trời, ngày và đêm dài bằng nhau; thông lƣợng bức xạ của Mặt Trời truyền đến hai nửa địa cầu nhƣ nhau. Khi Mặt Trời ở nửa thiên cầu Bắc (δ > 0) ngày dài hơn đêm và thông lƣợng bức xạ truyền cho nửa địa cầu Bắc lớn hơn đối với nửa địa cầu Nam và cực đại vào ngày Hạ chí. Ngƣợc lại, khi Mặt Trời ở nửa thiên cầu Nam (δ < 0) thì thông lƣợng bức xạ xuống nửa địa cầu Bắc bé hơn so với nửa địa cầu Nam và cực tiểu vào ngày Đông chí. Chính vì vậy mà một năm có 4 mùa: xuân, hạ, thu, đông. Ở phƣơng Tây 4 ngày trong bảng trên là ngày bắt đầu của 4 mùa. Còn ở Á Đông thì 4 ngày ấy là 4 ngày ở chính giữa 4 mùa. Cụ thể là:
Mùa xuân: Từ 5/12 (lập xuân) đến 6/5 (lập hạ), giữa mùa xuân là ngày Xuân phân 21/3.
Mùa hạ: Từ 6/5 (lập hạ) đến 8/8 (lập thu), giữa mùa hạ là ngày Hạ chí 22/6.
Mùa thu: Từ 8/8 (lập thu) đến ngày 8/11 (lập đông), giữa mùa thu là ngày Thu phân 23/9.
Mùa đông: Từ 8/11 (lập đông) đến ngày 5/2 (lập xuân), giữa mùa đông là ngày Đông chí 22/12.
Chú ý rằng: ở Nam địa cầu thì 4 mùa diễn ra theo thứ tự ngƣợc lại, chẳng hạn khi ở Bắc bán cầu là mùa hạ thì Nam bán cầu là mùa đông.
Nhƣ vậy nguyên nhân có biến đổi mùa trên Trái Đất là do Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời và trục quay của nó không thẳng góc với mặt phẳng quỹ
đạo. Chu kì biến đổi mùa bằng chu kì chuyển động biểu kiến của Mặt Trời qua điểm xuân phân và thƣờng gọi là năm xuân phân, dài bằng 365,2422 ngày.