Trái đất chuyển động quanh mặt trời sinh ra hiện tượng ngày đêm dài ngắn như thế nào?

I. Chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời.
- Chuyển động không có thực của MT được gọi là chuyển động biểu kiến hằng năm của MT
- MT chuyển động biểu kiến giữa 2 chí tuyến Bắc và Nam.

- Hiện tượng MT lên thiên đỉnh lần lượt xuất hiện từ chí tuyến Nam (ngày 22/12) lên chí tuyến Bắc (ngày 22/6).
- Vào lúc 12giờ trưa khi mà Mặt Trời chiếu thẳng góc với tiếp tuyến ở bề mặt đất( mà nhân gian thường gọi là mặt trời ở đúng đỉnh đầu) thì được gọi là Mặt Trời lên thiên đỉnh. Thiên đỉnh ở đây chính là giao giữa thiên cầu với đường thẳng nối từ tâm Trái Đất qua đỉnh đầu người quan sát.

- Trên bề mặt Trái Đất hiện tượng này xảy ra ở những vị trí nào?
Đoa là vùng nội chí tuyến từ 23º27’N đến 23º27’B.

- Bạn có biết hiện tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh diễn ra theo trình tự như thế nào?
+ ngày 22/12 ở chí tuyến nam.
+ ngày 21/3 ở xích đạo.
+ ngày 22/6 ở chí tuyến bắc.
+ ngày 23/9 ở xích đạo.
+ ngày 22/12 lại về chí tyuến nam.
- Biểu hiện từ 23º27’N đến 0º và 23º27’B tương ứng với các kinh tuyến,các chí tuyến và xích đạo. Trục hoành biểu thị từ tháng 1 đến tháng 12. Qua hình 6.1 ta thấy:
+ Ngày 22/12 lúc 12giờ trưa tia nắng MT chiếu vuông góc với tiếp tuyến ở bề mặt đất ở vĩ độ 23º27’N. Vĩ tuyến 23º27’N được gọi là Chí tuyến Nam. Ngày 22/12 được gọi là ngày Đông Chí. Sau ngày Đông Chí MT trở về xích đạo.
+ Ngày 21/3 tia sang MT chiếu vuông góc với tiếp tuyến của bề mặt đất ở xích đạo vào lúc 12 giờ trưa. Ngày 21/3 được gọi là ngày Xuân phân. Sau ngày Xuân phân MT di chuyển dần lên phía Bắc.
+ Ngày 22/6 lúc 12 giờ trưa tia nắng MT chiếu vuông góc với tiếp tuyến bề mặt đất ở vĩ đô 23º27’B. Vĩ tuyến 23º27’B được gọi là chí tuyến Bắc. Ngày 22/6 được gọi là ngày hạ chí, sau đó MT di chuyển dần về xích đạo.
+ Ngày 23/9 tia nắng MT chiếu vuông góc với tiếp tuyến ở xích đạo lúc 12giờ trưa. Ngày 23/9 gọi là ngày Thu phân. Sau ngày này MT di chuyển dần xuống phía nam.
- Bạn hiểu thế nào là chuyển động biểu kiến của MT?
- Trong quá trình chuyển động của Trái Đất trên quĩ đạo quanh Mặt Trời, do trục Trái Đất luôn nghiêng nên từ ngày 21/3 đến 23/9 bán cầu bắc ngả về phía Mặt Trời, từ 23/9 đến 21/3 bán cầu nam lại ngả về phía Mặt Trời. cũng với độ nghiêng là một góc 23º27’ nên phạm vi tgiữa vĩ độ 23º27’B và 23º27’N là giới hạn xa nhất mà tia nắng Mặt Trời có thể tạo được một góc 90º với tiếp tuyến ở bề mặt đất lúc 12giờ trưa. Vì vậy mà khi đứng ở bề mặt đất ta thấy hằng năm dường như Mặt Trời chỉ di động giữa hai chí tuyến. Đó là sự vận động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời.
Chúng ta biết rằng vận động biểu kiến là vân động nhìn thấy bằng mắt thường nhưng không có thực. Mặt trời và rất nhiều các thiên thể đều cùng tham gia vào vận động này.

- Khu vực nào trên TĐ mỗi năm có 1 lần lên thiên đỉnh? Khu vực nào có 2 lần MT lên thiên đỉnh?
+ 1 lần tại chí tuyến Bắc và chí tuyến Nam.
+ 2 lần ở khu vực giữa 2 chí tuyến.

- Như vậy, các địa điểm trong phạm vi giữa 2 chí tuyến sẽ có 2 lần MT lên thiên đỉnh trong 1năm. ở chính 2 chí tuyến sẽ có 1lần MT lên thiên đỉnh. ở ngoài 2 chí tuyến trở về cực quanh năm không bao giờ thấy MT lên thiên đỉnh, càng lên vĩ độ cao góc nhập xạ càng nhỏ.

- Đường biểu diễn chuyển động biểu kiến của MT có ý nghĩa gì?
- Đường biểu diễn chuyển động biểu kiến của MT phản ánh diễn biến của tia nắng MT chiếu thẳng góc xuống bề mặt đất khi TĐ chuyển động xung quanh MT.

- Nguyên nhân do đâu mà có hiện tượng trên MT lên thiên đỉnh?
+ Do TĐ chuyển động xung quanh MT
+ Trong khi chuyển đông , trục TĐ luôn nghiêng so cới mặt phẳng quĩ đạo một góc 66º33’ và không đổi phườn trong khi chuyển động.
+ Vì TĐ chuyển động xung quanh MT và trong quá trình chuyển động trục TĐ luôn nghiêng 66º33’ với mặt phẳng Hoàng đạo và không đổi phương, do đó trong một năm tia sáng MT sẽ lần lượt chiếu vuông góc từ chí tuyến Nam (22/12) rồi lên chí tuyến Bắc(22/6, sau đó lai xuống chí tuyến Nam. Như vậy trong một năm khu vực nội chí tuyến sẽ có 2 lần MT lên thiên đỉnh, còn tại 2 chí tuyến chỉ có 1 lần.
+ Khu vực ngoại chí tuyến không có hiện tượng trên vì trục TĐ nghiêng 66º33’ với mặt phẳng Hoàng đạo, để tạo một góc 90º thì góc phụ là 23º27’, khu vực ngoại chí tuyến có vĩ độ lớn hơn 23º27’ nên không thể có hiện tượng MT lên thiên đỉnh được.

Chuyển ý: ngoài chuyển động biểu kiến của MT thì vận động quay quanh MT của TĐ còn tạo nên các mùa khác nhau. Vậy mùa là gì? Trên TĐ người ta chia thành các mùa như thế nào. Đó là nội dung mà cô trò chúng ta sẽ cùng tìm hiểu ở phần II.

II. Các mùa trong năm.
1. Khái niệm.
- Khái niệm: mùa là một phần thời gian của năm, nhưng có những đặc điểm riêng về thời tiết và khí hậu
- Nguyên nhân là do trục TĐ nghiêng và không đôỉ phương trong quá trình chuyển động.

- Trên thế giới nhất là ở vùng ôn đới có sự phân chia thành 4 mùa xuân, hạ, thu, đông rất rõ rệt. Mỗi mùa có những đặc trưng rất khác nhau đuợc biểu hiện trong khoảng những thời gian nhất định. Mùa xuân ấm áp, mùa hạ nóng bức, mùa thu thì mát mẻ khí trời trong lành, mùa đông thì lạnh giá nhiệt độ thậm chí xuống dưới 0ºC.

- Nguyên nhân nào đã tạo nên hiện tượng mùa trên TĐ?
- Do TĐ của chúng ta có hình khối cầu và trục TĐ lại nghiêng, trong quá trình chuyển động trục TĐ lại không đổi phương đã làm cho có sự khác nhau về lượng nhiệt bức xạ ở mọi nơi trên TĐ là khác nhau và có sự luân phiên nhau. Có thời kì bán cầu Bắc ngả về phía MT, có thời kì bán cầu Nam ngả về phía MT. Đó là nguyên nhân cơ bản dẫn đến sự hình thành các mùa trên TĐ.
- Trong một ngày chúng ta thấy rằng nhiệt độ cao nhất thường là vào khoảng giữa trưa và thấp nhất vào lúc gần sáng. Điều này nó có liên quan chặt chẽ với lượng bức xạ mà bề mặt TĐ chúng ta nhận được. Lượng bức xạ này càng lớn khi mà góc nhập xạ càng lớn ( góc nhập xạ ở đây chính là góc tạo bởi tia sáng đi tới của MT và bề mặt đất). Tương tự trong một năm nhiệt độ cũng thay đổi liên quan đến góc nhập xạ. Qua hình 6.1 chúng ta thấy được rằng góc nhập xạ lớn nhất là vào ngày hạ chí(22/6) khi mà toàn bộ bán cầu Bắc ngả về phía MT và thấp nhất vào ngày đông chí(22/12) khi mà bán cầu Nam hoàn toàn ngả về phía MT.

- Mùa ở bán cầu Bắc và bán cầu Nam diễn ra có trùng khớp nhau không?
Do thời điểm ngả về phía MT hoặc chếch xa MT của 2 bán cầu lệch nhau, do đó 2 mùa ở bán cầu là trái ngược nhau.

- Khi bán cầu Bắc ngả về phía MT thì ở bắc bán cầu là mùa hạ ( từ 21/3 đến 23/9) còn ở nam bán cầu là mùa đông và ngược lại.
- Dựa vào sự thay đổi nhiệt độ, thời tiết, khí hậu mà người ta chia một năm ra làm 4 mùa xuân, hạ, thu, đông. Ở các nước ôn đới 4 mùa được phân chia rất rõ rệt. Các ngày xuân phân, hạ chí, thu phân, đông chí là 4 ngày khởi đầu của 4 mùa.

- Các mùa theo dương lịch ở bán cầu Bắc được phân chia như thế nào?
+ Mùa xuân từ 21/3 đến 22/6 MT chuyển động biểu kiến từ xích đạo lên chí tuyến Bắc, lượng nhiệt bức xạ tăng dần lên, ngày dài ra. Song vì mặt đất vừa bị toả nhiệt rất mạnh trong suốt mùa đông, nay mới bắt đầu được tích luỹ, nên nhiệt độ chưa cao, tiết trời ấm dần lên.
+ Mùa hạ từ 22/6 đến 23/9 MT chuyển động biểu kiến từ chí tuyến Bắc về xích đạo. Mặt đất không những tích luỹ được một lượng nhiệt lớn trong mùa xuân, mà còn nhận được lượng bức xạ lớn. Nên nhiệt độ tăng cao thời tiết nóng nực.
+ Mùa thu từ 23/9 đến 22/12 MT chuyển động biểu kiến từ xích đạo về chí tuyến Nam. Lượng nhiệt giảm dần do góc nhập xạ ở bán cầu Bắc bị giảm đi, tuy nhhiên thời tiết vãn còn ấm áp.
+ Mùa đông từ 22/12 đến 21/3 MT chuyển động biểu kiến từ chí tuyến Nam lên xích đạo lượng nhiệt tuy có tăng dần nhưng mặt đất đã tiêu hao hết năng lượng dự trữ, làm cho không khí trở nên lạnh.

- Tại sao các nước theo dương lịch vùng ôn đới người lấy các ngày xuân phân, hạ chí, thu phân, đông chí là 4 ngày khởi đầu các mùa?
+ Ngày xuân phân(21/3) và thu phân(23/9) không có bán cầu nào ngả về phía MT. Độ dài ngày bằng đêm ở khắp nơi trên TĐ.
+ Ngày hạ chí(22/6) tia sáng MT vuông góc tại chí tuyến Bắc lúc 12 giờ trưa. Mọi địa điểm ở bán cầu Bắc có ngày dài nhất trong năm, đêm ngắn nhất trong năm ( bán cầu Nam thì ngược lại).

+ Ngày đông chí (22/12) tia nắng MT vuông góc tại chí tuyến Nam lúc 12 giờ trưa. Mọi địa điểm ở bán cầu Nam có ngày dài nhất trong năm, đêm ngắn nhất trong năm ( bán cầu Bắc thì ngược lại).

- Ở nước ta và một số nước Châu Á quen dùng âm – dương lịch thì thời gian các mùa được tính như thế nào?
- Thời gian bắt đầu các mùa được tính sớm hơn khoảng 45 ngày.
+ Mùa xuân từ 4 hoặc 5/2 (lập xuân) đến 5 hoặc 6/5 (lập hạ).
+ Mùa hạ từ 5 hoặc 6/5(lập hạ) đến 7 hoặc 8/8 (lập thu)
+ Mùa thu từ 7 hoặc 8/8 (lập thu) đến 7 hoặc 8/11 (lập đông)
+ Mùa đông từ đến 7 hoặc 8/11 (lập đông) đến 4 hoặc 5/2 (lập xuân).

- Theo cách chia âm dương lịch như ở nước ta thì thời điểm bắt đầu các mùa sớm hơn so với kiểu chia theo dương lịch. Cụ thể:
+ Mùa xuân và mùa đông sớm hơn 45 ngày.
+ Mùa hạ sớm hơn 48 ngày.
+ Mùa thu sớm hơn 47 ngày.

Ở nước ta do vị trí lãnh thổ nằm hoàn toàn trong vùng nội chí tuyến nên hàng năng lượng bức xạ MT nhận được rất lớn. Khí hậu lại có sự phân hoá sâu sắc theo vĩ độ ở miền Nam khí hậu mang sắc thái khí hậu nhiệt đới ẩm cận xích đạo nên sự phân chia mùa ở đây chỉ có 2 mùa mưa và khô. Còn ở miền Băc khí hậu mang tính chất nhiệt đới ẩm gió mùa có tính cận nhiệt nên đã có sự phân chia mùa thành 4 mùa xuân, hạ, thu, đông nhưng không rõ nét.

* Trong kho tàng văn học dân gian Việt Nam, ông cha ta đã đúc kết được nhiều kinh nghiệm quí báu về cuộc sống. Trong số những câu ca dao, tục ngữ đó có những câu nói về trí lí cuộc sống, cũng như kinh nghiệm sản xuất và cả về lĩnh vực thời tiết khí hậu như:


“Đêm tháng năm, chưa nằm đã sáng
Ngày tháng mười, chưa cười đã tối” .


- Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu nguyên nhân tạo nên hiện tượng ngày, đêm dài ngắn theo mùa và theo vĩ độ.

- Chúng ta biết rằng trong khi TĐ chuyển động xung quanh MT, đã sinh ra hệ quả là ngày, đêm dài ngắn theo mùa và theo vĩ độ. Quan sát hình 6.3 ta thấy hình vẽ biểu diễn 2 vị trí đặc biệt của TĐ trên quĩ đạo chuyển động xung quanh MT đó là 2 ngày 22/6 và 22/12. quan sát hình ta thấy bề mặt TĐ được biểu diễn bằng một hình tròn. Phần màu trắng biểu biễn cho phần được MT chiếu sáng (ban ngày), phần không được MT chiếu sáng là màu đen (ban đêm). Khoảng thời gian ban ngày và ban đêm tại một thời điểm bất kì trên bề mặt TĐ được thể hiện bằng những đoạn thẳng vẽ từ điểm đó và song song với đường xích đạo thuộc phần màu trắng hoặc màu đen. Đường phân chia sáng tối kí hiệu là ST là một đường thẳng chia bề mặt TĐ một nửa là ngày một nửa là đêm. Trục của TĐ kí hiệu là BN là một đường thẳng không đổi phương trong quá trình chuyển động.

- Mô tả sự chiếu sáng của MT trên TĐ vào các ngày 22/6 và 22/12
+ Ngày 22/6 bán cầu Bắc ngả về phía MT nên ở xích đạo có ngày dài bằng đêm, ở chí tuyến Bắc có ngày dài hơn đêm, ở vòng cực Bắc có ngày dài 24 giờ. Còn ở chí tuyến Nam có ngày ngắn hơn đêm, ở vòng cực Nam hoàn toàn là ban đêm.
+ Ngày 22/12 bán cầu Nam ngả về phía MT nên ở xích đạo có ngày dài bằng đêm, ở chí tuyên Bắc có ngày dài hơn đêm, ở vòng cực Bắc hoàn toàn là đêm. Còn ở chí tuyến Nam có ngày dài hơn đêm, ở vòng cực Nam có ngày dài 24 tiếng.

- Chuẩn kiến thức và kết luận:
Qua hình vẽ ta thấy trục TĐ nghiêng với mặt phẳng quĩ đạo một góc 66º33’, đường phân chia sáng tối lại vuông góc với mặt phẳng quĩ đạo. Do vậy 2 mặt phẳng chứa đương phân chia sáng tối và trục TĐ đi qua tâm TĐ hợp với nhau thành một góc 23º27’ nên dã tạo ra sự chênh lệch độ dài ngày đêm giữa 2 bán cầu.
Như vậy mùa theo dương lịch và độ dài ngày, đêm ở hai bán cầu trái ngược nhau. Dưói đây chúng ta chỉ xét ở bán cầu Bắc.

- Vậy sự chênh lệch ngày, đêm theo mùa và theo vĩ độ diễn ra như thế nào?
Trên TĐ hiện tượng ngày, đêm luân phiên nhau một cách nhịp nhàng, song độ dài của ngày và đêm lại thay đổi theo mùa. Vì TĐ hình cầu nên ánh sáng MT luôn phân chia diện tích bề mặt TĐ làm 2 phần bằng nhau. Nhưng do trục TĐ nghiêng trên mặt phảng quĩ đạo trong khi chuyển động định tiến xung quanh MT nên vòng phân chia sáng – tối thường xuyên thay đổi..

+ Từ ngày 21/3 đến 23/9, trong thời gian này bán cầu Bắc ngả về phía MT. Vòng phân chia sáng tối đi qua say cực Bắc và trước cực Nam. Mặt trời ở trên mặt phẳng xích đạo, do đó ở bán cầu Bắc, diện tích được MT chiếu sáng nhiều hơn phần bị che khuất. Vì thế ngày dài hơn đêm ( riêng ở xích đạo, quanh năm ngày dài bằng đêm). Thời gian này là mùa xuân và mùa hạ của bán cầu Bắc. Đặc biệt vào ngày hạ chí (22/6) MT lên thiên đỉnh lúc 12 giờ trưa tại chí tuyến Bắc. Trong ngày này, tất cả các dịa điểm ở bán cầu Bắc đều có ngày dài nhất trong năm.
Ngược lại với hiện tượng ở bán cầu Bắc thì ở bán cầu Nam tại mọi địa điểm đều có đêm dài hơn ngày.

+ Từ 23/9 đến 21/3 năm sau lúc này bán cầu Nam ngả về phía MT , vòng phân chia sáng tối đi qua trước cực Bắc và sau cực Nam của TĐ. MT ở dưới mặt phẳng xích đạo, do vậy ở bán cầu Nam diện tích được chiếu sáng nhiều hơn diện tích bị che khuất. Bán cầu Bắc chếch xa MT diện tích được chiếu sáng ít hơn diện tích bị che khuất do đó mà đêm dài hơn ngày. Lúc này là khoảng thời giam mùa thu và đông của bán cầu Bắc.
Riêng ngày 22/12 MT lên thiên đỉnh tại chí tuyến Nam nên ở bán cầu Nam có ngày dài nhất và đêm ngắn nhất. Còn ở bán cầu Bắc sẽ có ngày ngắn nhất và đêm dài nhất

Ví dụ ở Việt Nam do nằm hoà toàn ở bán cầu Bắc nên về mùa hè thời gian ban ngày kéo dài khoảng 12 tiếng 50 phút nhưng về muà đông chỉ còn là từ 10 tiếng đến 11 tiếng..

+ Trong năm chỉ có 2 ngày 21/3 và 23/9 trục TĐ không quay đầu nào vào phía MT, ánh sáng MT chiếu thẳng xuống xích đạo lúc 12 giờ trưa. Vòng phân chia sáng tối đi qua chính 2 cực Bắc và Nam của TĐ, do đó trong 2 ngày này mọi địa điểm trên TĐ đều có ngày dài bằng đêm

+ Ta thấy rằng hiện tượng ngày đêm, dài ngắn theo vì độ có sự thay đổi rất rõ rệt. Tại xích đạo vào bất cứ thời gian nào luôn có ngày dài bằng đêm, càng xa xích đạo thì sự chênh lệch ngày đêm càng lớn .

Ví dụ như ở xích đạo vào ngày hạ chí 22/6 thì số giờ ban ngày là 12h7’, trong khi đó ở Hà Nội (21ºB)ngày dài 13h25’, ở Pari (49ºB) ngày dài 16h19’, Ở Xanh Pê-Tec-Pua (60B) ngày dài 18h53’, ở 66º33’B ngày dài 24h.

+ Chúng ta thấy rằng từ 2 vòng cực trở lên có hiện tượng ngày hoặc đêm dài 24h

Vào thời gian 22/6 ở bán cầu Bắc tại vĩ độ 66º33’B số giờ ban ngày là 24h hoàn toàn không có đêm. Vĩ tuyến 66º33’B được gọi là vòng cực Bắc. Ngày có số giờ ban ngày dài 24h được gọi là ngày địa cực. Tại cực Bắc ngày địa cực kéo dài 186 ngày đêm. Ngược lại ở bán cầu Nam tại vĩ tuyến 66º33’N lại có hiện tưọng đêm địa cực( đêm dài 24h không có ngày). ở cực Nam đêm địa cực kéo dà 179 ngày đêm.

Vào thời gian 22/12 thì ở bán cầu Bức lại có hiện tưọng đêm địa cưc còn ở bán cầu Nam lại có hiện tượng ngày địa cực.

Tuy nhiên thì hiện tượng ngày và đêm dài 24 giờ là chỉ theo lí thuyết vì trên thực tế các tia sáng bị khúc xạ bởi khí quyển, nên đêm địa cực ở vòng cực không tối mịt mùng suốt 24h mà vào thời điểm kết thúc ngày cũ để sang ngày mới ta vẫn thấy ánh hoàng hôn và bình minh kế tiếp nhau trong chốc lát.

Ngoài hiện tượng ngày, đêm dài ngắn theo mùa và theo vĩ độ, vận đông xung quanh MT của TĐ còn gây nên sự khác nhau về độ dài cử thời kì nóng và lạnh ở 2 bán cầu. Từ 21/3 đến 23/9 là thời kì nóng của bán cầu Bắc kéo dài 186 ngày đêm ( ở bán cầu Nam là thời kì mùa lạnh). Từ 23/9 đến 21/3 năm sau lại là thời kì nóng của bán cầu Nam kéo dài 179 ngày đêm.