חדשות ומאמרים

הלוח העברי, עונות השנה, חגים ומועדים

תנועת כדור הארץ סביב השמש

מאת: ד"ר יגאל פת-אל

עונות השנה

צורת המסלול של כדור הארץ  סביב השמש במסלול אינה מעגל, כי אם אליפסה, שהשמש מצויה באחת ממוקדיה . צורת האליפסה שמתווה מסלול כדור הארץ בחלל היא כמעט עיגול מושלם, אך לצורך הבנת עונות השנה, נפריז מעט בפחיסותה של האליפסה באיורים.

נטיית כדור הארץ

הואיל  וישנו קושי מסוים עבור קוראי הספר להתבונן בכדור הארץ הנע במסלולו סביב השמש, מן החלל, נאלץ להסתפק בהתבוננות בגלובוס מסחרי המייצג את כדור הארץ.  מבט מהיר מלמד כי הגלובוס נטוי על צירו.  כיוון שנטייה כזו מצויה בכל גלובוס מצוי, נוציא מכלל אפשרות התרשלות של היצרן ונאלץ להסביר מדוע כדור הארץ נטוי.

באיור  המתאר את מסלולו של כדור הארץ סביב השמש ממבט צד, רואים כי נטיית כדור הארץ היא ביחס למישור המילקה. אם נמשיך את הקו המחבר את שני הקטבים של כדור הארץ, נגיע אל כוכב: כוכב-הצפון. עוד לומדים מהאיור, כי גם כשכדור הארץ מצוי בצידו השני של מסלולו סביב השמש, הנטייה אינה משתנה והוא מצביע על אותו כוכב (זהו אותו כוכב הצפון שלדידנו מצוי ב'אינסוף', מפאת מרחקו הרב).  הזווית בין האנך למישור המילקה לבין ציר הסיבוב של כדור הארץ היא   23° 26’ (עשרים ושלוש מעלות ועשרים ושש דקות קשת).

עקב הנטייה של סיבוב כדור הארץ סביב צירו,  נוסף לתנועת השמש, על כיפת השמים, רכיב תנועה שמאונך יחסית  לאופק. שתי סיבות אלה תורמות לכך,  שאורך היממה השמשית משתנה לאורך השנה,  כפי שהראנו בדיון על אורך היממה. 

עונות השנה

נתבונן  שוב באיור,  ונשים לב לחצאי הכדור הצפוני והדרומי, ונבחין בתופעה נוספת, הנובעת מנטיית כדור הארץ יחסית למישור המילקה: כאשר כדור הארץ מצוי בצד אחד של מסלולו סביב השמש (נקודה 1  באיור), קרני השמש נוחתות על חצי הכדור הצפוני, בזווית קהה יותר מכפי שהן נוחתות על חצי הכדור הדרומי (ראה איור  9-2).  בצידו השני של מישור המילקה (נקודה 2), קרני השמש  תטפחנה  בזווית קהה על ראשיהם של אלה החיים להם בצידו הדרומי של כדור הארץ,  ואילו אלה המתגוררים להם בחצי הכדור הצפוני, יסבלו מקרני שמש, שיפלו בזווית חדה יותר  על ראשיהם.

שינויי הזווית, בה פוגעים קרני השמש בכדור הארץ, הם הסיבה לעונות השנה: כאשר כדור הארץ מצוי בנקודה 1, אזי בחצי הכדור הצפוני חורף, בשל הזווית הקהה, בה פוגעות קרני השמש בחצי כדור זה. ואילו בחצי הכדור הדרומי, שקרני השמש פוגעות בו במישרין - קיץ. בצידו השני של מישור המילקה המצב הפוך  (נקודה 2):  קיץ בחצי הכדור הצפוני וחורף בחצי הכדור הדרומי.

הזווית המשתנה בה פוגעות קרני השמש בכדור הארץ בקיץ ובחורף היא תוצאה של  מיקום  השמש מעל האופק בעונות השנה -  בקיץ, מצויה השמש גבוה יותר    מעל האופק   מאשר בחורף.   כלומר, היא חוצה את קו המצהר בנקודה גבוהה יותר. מכאן, שאורך הקשת שהשמש מתווה על פני כיפת השמים ארוכה יותר בקיץ מאשר בחורף, עת היא מצויה נמוך מעל האופק.  מסיבה זו, פרק הזמן בו השמש מצויה מעל האופק בקיץ,  ארוך יותר מאשר בחורף  (מכיוון שעליה לעבור קשת ארוכה יותר),  וזו בדיוק הסיבה שבקיץ הימים ארוכים יותר מאשר בחורף. באביב ובסתיו, אורך היום משתווה לאורך הלילה.

האם ניתן  לראות את השמש בזניט מכל מקום בכדור הארץ? התשובה היא לא. מאחר שציר כדור הארץ  נטוי בזווית של   23° 26’  יחסית למישור המילקה, אזי השמש  תיראה בזניט רק עבור צופים הנמצאים בין קו רוחב צפוני 23° 26’ , לבין קו רוחב דרומי של  23° 26’. אזור זה מכונה האזור הטרופי. גבולו הצפוני של האזור הטרופי  נקרא:  חוג הסרטן, ובו תיראה השמש בזניט ביום הארוך ביותר בשנה (עבור תושב חצי הכדור הצפוני). הגבול הדרומי של האזור הטרופי, בו תיראה הזניט ביום הקצר ביותר בשנה עבור תושבי חצי הכדור הצפוני (עבור תושבי החצי הדרומי, יהיה זה היום הארוך ביותר בשנה) , ייקרא חוג הגדי.  (חוג הגדי וחוג הסרטן נקראים על שם שני המזלות, השייכים לחודשים בהם השמש מצויה בזניט בקווי רוחב אלה). 

זאת ועוד. מעבר לקווי רוחב צפוניים ודרומיים מסוימים, ישנם ימים בהם השמש אינה זורחת (ולהיפך -  ימים בהם היא אינה שוקעת). קווי רוחב אלה מצויים במרחק של 23° 26’ מהקטבים והם נקראים:  החוגים  הארקטיים. הסיבה שהשמש אינה שוקעת, או אינה זורחת, בימים מסוימים באזורים אלה, נעוצה במיקומה על כיפת השמים:

כאשר השמש מצויה דרומית לקו המשווה, היא לא תוכל להיראות לעיניו של צופה הנמצא על הקוטב הצפוני (ראה בפרק הדן בכיפת השמים). הנטייה הדרומית ביותר אליה עשויה השמש להגיע במשך השנה היא  -   23° 26’ דרומית לקו  המשווה. לפיכך, עבור צופה המצוי בקו רוחב  66°34’  (שזה בדיוק  90° - 23° 26’), השמש לא תזרח ביום הקצר ביותר (כיוון שאז תהיה בנטייה הדרומית ביותר של מסלולה על פני כיפת השמים) וביתר הימים היא תעלה מעל האופק. ככל שמיקומו של הצופה יהיה צפונית לקו רוחב זה, פרק הזמן, בו השמש לא תעלה מעל האופק יגדל, עד לחצי שנה, עבור צופה המצוי בקוטב הצפוני.

נשאל עצמנו שאלה נוספת: קודם לכן, נאמר כי כדור הארץ סובב סביב השמש במסלול אליפטי. כמו כן ראינו כי קימות נקודות הפריהליון והאפהליון. על פי ההגיון שלנו, של אלה המתגוררים בחצי הכדור הצפוני, מצוי כדור הארץ  בנקודת הפריהליון של מסלולו בתקופת הקיץ. אך רק רגע... גם ההגיון של הברנשים החיים להם בחצי הכדור הדרומי אומר להם את אותו הדבר: בעת שאצלם קיץ,  כדור הארץ מצוי בפריהליון. הואיל  ופריהליון יש רק אחד, הצדק מצוי רק עם אחד הצדדים!  והנה, הברנשים בחצי הכדור הדרומי צודקים -  כדור הארץ מצוי בפריהליון של מסלולו, דווקא בעת שבחצי הכדור הדרומי שורר קיץ. זו בדיוק הסיבה שהקיץ בחצי הכדור הדרומי חם יותר מאשר הקיץ בחצי הכדור הצפוני. 

יתרה מזו, בעת שחצי הכדור הדרומי שרוי בעונת החורף - אז כדור הארץ מצוי בקצה השני של מסלולו - דהיינו,  באפהליון שלו. מסיבה זו, החורפים בחצי הכדור הדרומי קרים יותר מאשר בחצי הכדור הצפוני.  לא, זו אינה טעות. מקובל לחשוב כי ארצות הצפון הן הקרות (ובצדק) מהסיבה הפשוטה, שסמוך לקוטב הדרומי, אין ארצות מיושבות, בניגוד לצפון, שבו האדם התיישב עד סמוך לקוטב. גם  יבשת אנטרקטיקה הקפואה, גדולה יותר מאשר הקוטב הצפוני.

אנימציה של מסלול כדור הארץ סביב השמש ועונות השנה

שימו לב, שהאליפסה מעוותת. במציאות היא קרוב יותר למעגל. כדור הארץ מצוי בנקודה הקרובה ביותר לשמש דווקא בתחילת ינואר ובנקודה הרחוקה ביותר דווקא ביולי. אולם, בהתאם לאיור, הסיבה העיקרית לעונות השנה היא הזווית בה פוגעות קרני השמש בכדור הארץ.