行星上的季节变化

Credit:NASA

9月22日是北半球的秋分,同时也是南半球的春分,也就是说昨天是北半球入秋第一天,南半球入春第一天。

地球上有着明显的春夏秋冬,四季分明,但不是太阳系中每颗行星都有明显的四季变化。

行星上的季节变化

Credit:NASA

行星上的季节变化由两个因素引起,轴倾角(axial tilt)和轨道偏心率(orbital eccentricity)。轴倾角指的是行星的自转轴相对于轨道面的倾斜程度。星,金星木星的轴倾角很小,地球,火星土星海王星的轴倾角都是二十多度,而天王星最夸张,轴倾角82度,和其他行星兄弟相比,几乎是躺着。

轨道偏心率简单说指的是远日点近日点的变化比,太阳系所有的行星的轨道都是椭圆,轨道偏心率决定了椭圆轨道的扁平程度。

拿我们地球来说,轨道偏心率为0.02,环绕太阳的轨道几乎是圆形,所以这点对地球上的气候影响很小。地球的轴倾角为23.5°,我们星球上的季节变化主要由它决定,当北极偏向太阳时,北半球迎来了夏天,当北极偏离太阳时,北半球迎来了冬天。

水星,金星和木星上的轴倾角很小,这三颗行星上的季节变化很小。

水星,几乎没有季节变化。水星上的一天(一昼夜)相当于177个地球日,一年相当于88个地球日。另外由于没有大气层保护,水星昼夜温差极,面向太阳的一面,白天温度可答430摄氏度,背向太阳的一面,夜晚的温度低至零下180摄氏度。

金星有着浓厚的大气层,导致其表面温度高达470摄氏度。多提一句,大气层中的温度随着距离地面的高度而不同,在其距离地面约30英里的大气层中,温度和地球相当。

火星的轴倾角是 24°,略高于地球,但火星轨道偏心率是0.09,是地球的四倍多,火星环绕太阳的轨道在1.64 AU和1.36 AU之间,这两种情况的加持下,导致火星上的季节变化比我们地球大很多。

我们都知道,火星上的大气很稀薄,约为地球的1%。另外引起我们注意的是,火星上的大气压力随着季节发生变化,火星上冬季的全球大气压力比夏季低25%,之所以有这种情况发生,是因为火星的轨道偏心率,以及火星两极干冰冠和二氧化碳的交换。火星北半球在冬至比在夏至,距离太阳近约10%,火星北半球冬至时,北极冰冠吸收的二氧化碳,比南极在同期吸收的多。

天王星上一年相当于84个地球年,轨道偏心率为0.06,它环绕太阳的轨道几乎也是圆形,但天王星的轴倾角为82度,这就导致天王星上长达四分之一的时间里有着极端的季节变化,当太阳光直射天王星极区时,其他地区就陷入了漫长、黑暗、寒冷的冬天。

参考:

https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/interplanetaryseasons

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