Gia sử trục Trái Đất nghiêng một góc 55 độ
|
Trong thiên văn học và cơ học thiên thể, độ nghiêng trục quay của các hành tinh, vệ tinh tự nhiên hay thiên thể nói chung là góc giữa phương tự quay của thiên thể với phương trực tuyến Bắc của mặt phẳng quỹ đạo hay một mặt phẳng tham chiếu nào đó. Phương tự quay của thiên thể nằm song song với trục tự quay của thiên thể và có thể quy ước phụ thuộc vào chiều quay của thiên thể theo quy tắc bàn tay phải. Trong hệ Mặt Trời, để thể hiện một hành tinh tự quay theo chiều ngược, độ nghiêng trục quay sẽ có giá trị từ 90 đến 180 độ; vận tốc góc và chu kỳ quay sẽ có dấu trừ.
Bảng sau cho biết độ nghiêng trục quay của một số thiên thể trong hệ Mặt Trời.
Độ nghiêng trục quay của các hành tinh thay đổi chậm theo thời gian, do tương tác hấp dẫn từ các thiên thể xung quanh lên hành tinh, vốn có hình dạng không phải là hình elipsoit đơn giản, tạo nên mô men lực làm thay đổi hướng và độ lớn mô men động lượng (do đó phương của trục quay) của hành tinh. Trục quay của Trái Đất đã được quan sát là thay đổi độ nghiêng một cách gần tuần hoàn với chu kỳ 41.000 năm trong khoảng thời gian gần đây, với độ nghiêng dao động từ 21,5 đến 24,5° (hiện tại đang giảm với các giá trị 24,049° năm 3300 TCN, 23,443° năm 1973 và 23,439° năm 2000). Hơn nữa, hướng nghiêng của trục Trái Đất xoay vòng với chu kỳ 25.800 năm (hiện tượng tiến động hay tuế sai của điểm phân). Độ nghiêng này cũng dao động với các chu kỳ nhỏ hơn như 18,6 năm (hiện tượng chương động). Khi xét đến độ chính xác cao, sự thay đổi theo thời gian của độ nghiêng trục Trái Đất chứa các yếu tố nhiễu loạn khó dự báo. Lý do là tổng mômen lực hấp dẫn tác động từ bên ngoài lên Trái Đất phụ thuộc vào hình dáng và mật độ khối lượng của từng điểm trên hành tinh này, do đó phụ thuộc vào chuyển động của thạch quyển (như động đất lớn), thủy quyển (các dòng hải lưu),... Ví dụ như cơn động đất Ấn Độ Dương 2004 là kết quả của một sự lún sụt mạnh của thạch quyển, thay đổi tương tác hấp dẫn với thiên thể bên ngoài và làm cực Bắc của Trái Đất lệch khoảng 2,5 cm về phía 145 độ kinh Đông[3]. Yếu tố nhiễu loạn còn đến từ quỹ đạo của các thiên thể xung quanh Trái Đất, và bản thân quỹ đạo (cùng mặt phẳng quỹ đạo) của Trái Đất. Hiện tượng tương tự xảy ra với mọi thiên thể khác trong hệ Mặt Trời. Giả thuyết về sự hình thành hệ Mặt Trời bằng một đĩa bụi tiền-Mặt Trời cho rằng, lúc mới hình thành, nói chung trục của các hành tinh và Mặt Trời đều nghiêng rất ít; đồng thời các hành tinh tự quay cùng chiều với chiều quay trên quỹ đạo quanh Mặt Trời (cũng như chiều tự quay của Mặt Trời). Theo thời gian, do các lực tương tác hấp dẫn mà trục của chúng nghiêng dần, có hành tinh bị lật ngang (Sao Thiên Vương), thậm chí bị lộn ngược (Sao Kim và Diêm Vương Tinh).
Đáp án Nếu trong quá trình chuyển động, trục của Trái Đất vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo thì hiện tượng xảy ra là: – Góc nhập xạ từ Mặt Trời đến Trái Đất luôn cố định không thay đổi ở từng vùng (từ Xích đạo đến cực). – Ngày và đêm ở mọi nơi trên Trái Đất dài bằng nhau. – Từng vùng: + Nhiệt đới: Khí hậu không có sự thay đổi gì so với hiện nay (nóng quanh năm). + Ôn đới: Quanh năm có khí hậu “như mùa xuân”. + Vùng cực: Quanh năm có ánh sáng và khí hậu bớt khắc nghiệt hơn. Câu 32. Nếu trục Trái Đất thẳng góc với mặt phẳng quỹ đạo thì có sự thay đổi mùa như hiện nay không? Giải thích.Đáp án Nếu trục Trái Đất thẳng góc với mặt phẳng quỹ đạo thì sẽ không có sự thay + Vành đai cực: khí hậu ít khắc nghiệt hơn, quanh năm có hiện tượng luân phiên ngày và đêm giống như các vùng khác. Câu 33. Nếu trục Trái Đất không nghiêng trên mặt phẳng quỹ đạo một góc bằng 66°33 mà đứng thẳng thành một góc vuông 90 hoặc trùng với mặt phẳng quỹ đạo thành một góc 0° thì khi Trái Đất tự quay quanh trục và quay quanh Mặt Trời như hiện nay, hiện tượng các mùa sẽ như thế nào?Đáp án * Nếu trục Trái Đất đứng thẳng thành một góc vuông 90 độ thì: – Khi Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời, ánh sáng Mặt Trời bao giờ cũng chiếu thẳng vào Xích đạo thành một góc vuông với mặt đất. Lúc đó hiện tượng mùa sẽ không có ở bất cứ nơi nào trên Trái Đất. – Nhiệt độ lúc nào cũng cao nhất ở Xích đạo và giảm dần về 2 cực trong suốt năm. * Nếu trục Trái Đất trùng với mặt phẳng quỹ đạo thành một góc u thì: – Khi Trái Đất chuyển động tịnh tiến xung quanh Mặt Trời trên bề mặt Trái Đất sẽ có hiện tượng mùa ở khắp mọi nơi nhưng sự thay đổi nhiệt độ giữa các mùa sẽ rất khốc liệt. – Trong một năm ánh sáng mặt trời sẽ lần lượt chiếu thẳng góc từ Xích đạo về cả 2 cực, lúc đó không có khái niệm đường chí tuyến, vùng nội chí tuyến và cả Xích đạo cũng có lúc góc nhập xạ bằng không. Câu 34. Nếu như trong quá trình chuyển động quanh Mặt Trời, trục Trái Đất nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo một góc 45° thì sẽ có những hệ quả địa lí nào?Đáp án Nếu trục Trái Đất nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo một góc 45° thì các hệ quả sẽ thay đổi như sau: – Các chí tuyến và vòng cực trùng nhau ở vĩ tuyến 45° Bắc và Nam (chí tuyến và vòng cực là một). – Ngày, đêm vẫn tồn tại nhưng chênh lệch ngày, đêm ở các vĩ độ cao rất lớn. – Mùa vẫn tồn tại, hai mùa vẫn trái ngược nhau ở Bắc và Nam bán cầu, sự trái ngược này lớn hơn hiện nay. Càng đi về hai cực, mùa hè càng dài, mùa đông càng ngắn. – Ở 45° vĩ trở về hai cực sẽ có 6 tháng ngày và 6 tháng đêm. Câu 35. Giải thích câu ca dao Việt Nam.“Đêm tháng năm chưa nằm đã sáng Ngày tháng mười chưa cười đã tới ” Ý nghĩa của câu nói trên, đúng với những nơi nào trên Trái Đất? Những nơi nào không đúng? Giải thích.Đáp án * Ý nghĩa: – Đêm tháng năm chưa nằm đã sáng: nghĩa là ngày dài đêm ngắn. – Ngày tháng mười chưa cười đã tối: nghĩa là ngày ngắn đêm dài. (Ông bà ta thường dùng âm lịch, nên tháng 5 âm lịch trùng với tháng 6, 7 và tháng 10 trùng với tháng 11, 12 dương lịch). – Nơi đúng: bán cầu Bắc. – Những nơi không đúng: + Xích đạo: luôn có ngày và đêm dài bằng nhau. + Bán cầu Nam: hiện tượng ngược lại. * Giải thích: – Do trục Trái Đất nghiêng và không đổi phương trong khi chuyển động quanh Mặt Trời nên tùy vị trí Trái Đất trên quỹ đạo mà ngày, đêm dài ngắn theo mùa. – Mùa hạ: ngày dài hơn đêm; mùa thu và mùa đông: ngày ngắn hơn đêm. – Tháng 6 rơi vào mùa hạ ở bán cầu Bắc và mùa đông ở bán cầu Nam. Tháng 12 rơi vào mùa đông ở bán cầu Bắc và mùa hạ ở bán cầu Nam. – Việt Nam nằm ở bán cầu Bắc trong vùng nội chí tuyến.Câu nói trên đúng ở Việt Nam và bán cầu Bắc, còn ở bán cầu Nam không đúng. Riêng Xích đạo ngày và đêm dài bằng nhau trong suốt năm. Câu 36. Tại sao ờ Việt Nam (có vĩ độ 8°30 B đến 23°23 B) vào mùa đông lúc giữa trưa Mặt Trời không bao giờ đứng bóng mà bị chếch về hướng nam? Khi nào có hiện tượng đứng bóng vào giữa trưa ở các nơi trên lãnh thổ Việt Nam và thời gian đó vào lúc nào?Đáp án – Hiện tượng Mặt Trời ở đúng đỉnh đầu lúc 12 giờ trưa (tia sáng mặt trời chiếu thẳng góc với tiếp tuyến ở bề mặt Trái Đất) được gọi là Mặt Trời lên thiên đỉnh. Hiện tượng này lần lượt chỉ xảy ra tại các địa điểm từ vĩ tuyến 23°27 N (ngày 22— 12) cho tới 23°27 B (ngày 22-6) rồi lại xuống vĩ tuyến 23°27 N. – Nước ta nằm ở vĩ độ 8°30 B đến 23°23 B, nên bất cứ nơi nào trên lãnh thổ đều có hiện tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh 2 lần trong năm. – Mặt Trời lên thiên đỉnh ở mọi nơi trên lãnh thổ Việt Nam trong khoảng thời gian từ ngày 23-24 tháng 4 đến ngày 20-21 tháng 8 (thời gian Mặt Trời lên thiên đỉnh phạm vi từ Xích đạo đến chí tuyến Bắc là ngày 21-3 đến ngày 23-9). Cụ thể: – Tại 8°30 B, Mặt Trời lên thiên đỉnh lần 1 vào ngày 25 tháng 4 và lần 2 vào ngày 20 tháng 8. – Tại 23°23 B, Mặt Trời lên thiên đỉnh lần 1 vào ngày 21 tháng 6 và lần 2 vào ngày 23 tháng 6. – Vào mùa đông ở nước ta tương ứng với thời điểm Trái Đất hướng Nam bán cầu về phía Mặt Trời (thời gian Mặt Trời lên thiên đỉnh phạm vi từ Xích đạo đến chí tuyến Nam: ngày 23-9 đến ngày 21-3) nên vào giữa trưa (mùa đông) Mặt Trời không nằm thẳng trên đỉnh đầu mà hơi chếch về phía nam. – Mặt Trời càng di động biểu kiến xuống gần chí tuyến Nam thì độ chếch càng lớn.  b) Hiện tượng được thể hiện trên hình vẽ và giải thích. c) Sự chênh lệch độ dài ngày đêm trong năm diễn ra như thế nào?Đáp án a) Hiện tượng chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời giữa hai chí tuyến. Đây là chuyển động thấy bằng mắt, nhưng không có thực. Trong một năm, những tia sáng mặt trời lần lượt chiếu thẳng góc với mặt đất tại các địa điểm trong khu vực giữa hai chí tuyến khiến người ta cảm thấy Mặt Trời như di chuyển giữa hai chí tuyến. Chuyển động này gọi là chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời. b) Trình bày hiện tượng – Ngày 21-3, Mặt Trời ở Xích đạo, tia sáng mặt trời chiếu vuông góc với tiếp tuyến bề mặt Trái Đất tại Xích đạo (hiện tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh). – Sau ngày 21-3, Mặt Trời di chuyển dần lên chí tuyến Bắc và lên thiên đỉnh ở chí tuyến Bắc vào ngày 22-6. – Sau ngày 22-6, Mặt Trời chuyển động dần về Xích đạo và lên thiên đỉnh ở Xích đạo vào ngày 23-9. – Sau ngày 23-9, Mặt Trời từ Xích đạo chuyển dần xuống chí tuyến Nam và lên thiên đỉnh ở chí tuyến Nam vào ngày 22-12. – Sau ngày 22-12, Mặt Trời lại chuyển động về Xích đạo, rồi lại lên chí tuyến Bắc,… Đó là hiện tượng chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời giữa hai chí tuyến. c) Sự chênh lệch độ dài ngày đêm trong năm – Từ ngày 21-3 đến ngày 23-9, bán cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời, nên bán cầu Bắc có góc chiếu sáng lớn, diện tích được chiếu sáng lớn hơn diện tích khuất trong bóng tối; đó là mùa xuân và mùa hạ của bán cầu Bắc, ngày dài hơn đêm. ở bán cầu Nam thì ngược lại, đó là mùa thu và mùa đông, đêm dài hơn ngày. – Từ 23-9 đến ngày 21-3, bán cầu Nam ngả về phía Mặt Trời, nên bán cầu này có góc chiếu sáng lớn, diện tích được chiếu sáng lớn hơn diện tích khuất trong bóng tối; đó là mùa xuân và mùa hạ của bán cầu Nam, ngày dài hơn đêm. ở bán cầu Bắc thì ngƯỢc lại, thời gian này là mùa thu và mùa đông, đêm dài hơn ngày. Câu 38. Vẽ sơ đồ thể hiện bốn vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo ứng với các mô’c phân chia các mùa ở bán cầu Bắc theo dương lịch. Em hãy giải thích hiện tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau theo vĩ độ và hiện tượng mùa ở hai bán cầu.Đáp án a) Vẽ sơ đồ Bốn vị trí phân chia các mùa ở bán cầu Bắc b) Giải thích hiện tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau theo vĩ độ Trong khi tự quay quanh trục, trục Trái Đất luôn nghiêng với mặt phẳng quỹ đạo chuyển động quanh Mặt Trời một góc 66°33 và không đổi phương trong không gian, vòng phân chia sáng – tối sẽ không đi qua cực Trái Đất (trừ các ngày 21-3 vàngày 23-9). Do vậy, tại bất kì điểm nào trên bề mặt Trái Đất (trừ Xích đạo) đều có độ dài ngày đêm chênh lệch nhau. c) Giải thích hiện tượng mùa ở hai bán cầu Trục Trái Đất luôn nghiêng và không đổi phương trong khi Trái Đất chuyển động xung quanh Mặt Trời, nên có thời kì bán cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời, có thời kì bán cầu Nam ngả về phía Mặt Trời. Điều đó làm cho thời gian chiếu sáng và sự thu nhận lượng bức xạ Mặt Trời ở mỗi bán cầu có sự thay đổi luân phiên trong năm, gây nên những đặc điểm riêng về thời tiết và khí hậu trong từng thời kì của năm, tạo nên các mùa. Câu 39. Giải thích tại sao nhiệt độ trung bình của bán cầu Bắc vào thời kì Trái Đất xa Mặt Trời cao hơn thời kì Trái Đất gần Mặt Trời.Đáp án – Thời kì Trái Đất ở xa Mặt Trời, bán cầu Bắc chúc về phía Mặt Trời. – Góc nhập xạ lớn. – Thời gian ban ngày dài hơn ban đêm. Câu 40. Vẽ hình và phân tích hiện tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau trong các ngày 22/6 và ngày 22/12. Một điểm A ở Bắc bán cầu, vĩ độ qua A 73°27. Góc nhập xạ lúc giữa trưa trong năm tại A lớn nhất là bao nhiêu? xảy ra vào lúc nào?Đáp án a) Vẽ hình và phân tích hiện tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau trong các ngày 22/6 và ngày 22/12 * Vẽ hình Vẽ như hình 6.5 trang 30 SGK Địa lí 10 NC * Phân tích Ngày 22/6 và ngày 22/12, sô” giờ chiếu sáng trên các vĩ tuyến và các vòng cực ở hai nửa cầu trái ngược nhau: – Ngày 22/6: + Ở chí tuyến Bắc, số giờ chiếu sáng trong ngày là 13,5 giờ, ngày dài hơn đêm. + Ở chí tuyến Nam, số giờ chiếu sáng trong ngày là 10,5 giờ, đêm dài hơn ngày. + Ở vòng cực Bắc, sô” giờ chiếu sáng trong ngày là 24 giờ, không có đêm. + Ở vòng cực Nam, sô” giờ chiếu sáng trong ngày là Oh (không có ngày), đêm dài 24 giờ. Nguyên nhân: Ngày 22/6, nửa cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời, diện tích được chiếu sáng lớn hơn diện tích khuất trong bóng tối, nên ngày dài hơn đêm. Nửa cầu Nam lúc này chếch xa phía Mặt Trời, diện tích chiếu sáng ít hơn diện tích khuất trong bóng tối, đêm dài hơn ngày. Vòng cực Bắc hoàn toàn nằm trước đường phân chia sáng – tối, nên có hiện tượng ngày dài suốt 24 giờ. Trong khi đó, vòng cực Nam hoàn toàn nằm sau đường phân chia sáng – tối nên có hiện tượng đêm dài 24 giờ. – Ngày 22/12, hiện tượng chênh lệch ngày và đêm diễn ra hoàn toàn ngược lại với ngày 22/6. b) Xác định điểm A Do A nằm ở khu vực ngoại chí tuyến bán cầu Bắc nên A có góc nhập xạ lớn nhất lúc giữa trưa trong năm khi Mặt Trời chuyển động biểu kiến lên vĩ độ cao nhất về phía bắc. Tức là lên thiên đỉnh tại chí tuyến Bắc. Lúc đó góc nhập xạ tại A là: 90°- (73°27’- 23°27) = 40°. Lúc đó là ngày 22/6. Xem thêm: Một số chuyên mục hay của Địa lý lớp 10: |
