Времена года на Земле и Марсе: орбиты и климат

Времена года на Земле и Марсе возникают из-за наклона оси вращения: в течение орбитального года разные полушария получают неодинаковое количество солнечного света. Но сезоны на двух планетах различаются по продолжительности и климатическим проявлениям, поскольку их орбиты и атмосферы не одинаковы.

На Земле смена сезонов привычна и сравнительно регулярна. На Марсе же вытянутая орбита усиливает различия между сезонами: планета получает разное количество тепла на разных участках пути вокруг Солнца. Сопоставление двух миров помогает понять, как движение планеты и свойства её атмосферы формируют климат.

• 23,4° наклон оси Земли
• 25,2° наклон оси Марса
• 687 земных суток примерная продолжительность марсианского года
• 0,093 эксцентриситет орбиты Марса
• около 40% насколько больше солнечной энергии Марс получает в перигелии, чем в афелии

Что определяет смену времён года на Земле и Марсе?

Смену времён года на Земле и Марсе определяет прежде всего наклон оси вращения: он меняет высоту Солнца над горизонтом и продолжительность дня по мере движения планеты по орбите. У Земли ось наклонена примерно на 23,4° к перпендикуляру плоскости орбиты, у Марса — примерно на 25,2°.

Наклон оси задаёт сезонный ритм освещения, а орбита определяет, как в течение года меняется расстояние до Солнца. Поэтому лето на обеих планетах наступает не просто тогда, когда планета существенно ближе к Солнцу, а прежде всего тогда, когда соответствующее полушарие наклонено к нему и получает более долгие солнечные дни.

Разная продолжительность марсианского года

Земля совершает один оборот вокруг Солнца примерно за 365,25 суток, а марсианский год длится около 687 земных суток. На Марсе сезоны возникают по тому же основному механизму — из-за наклона оси, — но проходят в более длинном году; при этом изменение расстояния до Солнца, заданное орбитой, тоже влияет на условия освещения.

Почему марсианские сезоны длятся неодинаково?

Перигелий и афелий

Марсианские сезоны длятся неодинаково потому, что заметно вытянутая орбита меняет скорость движения планеты: у Солнца Марс движется быстрее, а вдали от него — медленнее. Эксцентриситет орбиты Земли составляет около 0,017, а Марса — около 0,093.

Перигелий — ближайшую к Солнцу точку орбиты — Марс проходит примерно в начале северного лета; афелия, наиболее удалённой точки, достигает примерно в начале северной зимы. Из-за такого расположения орбитальных точек северная весна на Марсе длится около 194 солов, а северная осень — около 142; сол — это марсианские солнечные сутки.

• Северное лето на Марсе: около 178 солов.
• Южное лето на Марсе: около 154 солов.

Таким образом, северное лето продолжается дольше южного, а весна в северном полушарии — дольше осени. На Земле разница в эксцентриситете гораздо меньше: её орбита почти круговая, поэтому влияние расстояния до Солнца на длительность сезонов выражено слабее, чем на Марсе.

Чем отличаются сезоны в полушариях двух планет?

Сезоны в полушариях Земли и Марса противоположны одновременно: когда на севере лето, на юге зима, а северной весне соответствует южная осень. Разница между планетами — в длительности сезонов и выраженности сезонного контраста.

На Земле каждый сезон занимает примерно три месяца, поэтому четыре сезона близки по продолжительности. Точные даты их начала зависят от того, как определяют границы сезона, но смена на севере и юге синхронна: лету одного полушария соответствует зима другого.

На Марсе полушария тоже переживают противоположные сезоны одновременно, однако вытянутая орбита делает одни сезоны длиннее других. Марсианский год почти вдвое длиннее земного, поэтому каждый марсианский сезон длится существенно дольше земных трёх месяцев; при этом продолжительность сезонов на Марсе заметно различается.

Как орбита влияет на нагрев и климат Марса?

Солнечная энергия и полярные шапки

Вытянутая орбита Марса усиливает сезонные контрасты: в перигелии планета получает примерно на 40% больше солнечной энергии, чем в афелии. Южное лето приходится на быстрое прохождение Марса через ближайшую к Солнцу часть орбиты, поэтому южное полушарие в этот сезон нагревается сильнее.

Сезонный нагрев перемещает углекислый газ между атмосферой и полярными шапками. Зимой часть CO₂ замерзает на поверхности, а при потеплении возвращается в атмосферу; так меняется её количество в течение марсианского года.

Пыль меняет поступление света

Орбита не объясняет марсианскую погоду полностью: пылевые бури могут охватывать большие области и менять, сколько солнечного света достигает поверхности. Поэтому два фактора действуют одновременно — сезонное изменение освещения из-за положения Марса на орбите и перенос пыли в атмосфере.

Когда сравнение земных и марсианских сезонов вводит в заблуждение?

Сравнение земных и марсианских сезонов вводит в заблуждение, если переносить на Марс земные месяцы и даты: марсианский год длится около 687 земных суток, а сезоны отсчитывают по марсианскому календарю и в солах. Поэтому земное лето не совпадает с марсианским, а земные равноденствия и солнцестояния не служат календарём для другой планеты.

Наклон осей Земли и Марса близок, но это не делает их погоду одинаковой: атмосфера Марса гораздо разреженнее земной, а поверхностная вода не участвует в привычном земном круговороте. Сходство наклона объясняет сезонные изменения освещённости, но не гарантирует сходства температур, осадков или климата.

Почему расстояние до Солнца — не универсальное объяснение

Фраза «летом планета ближе к Солнцу» неверна как общее объяснение сезонов: на Земле сезонный цикл задаёт наклон оси, а не смена расстояния до Солнца. Для Марса вытянутая орбита дополнительно влияет на выраженность сезонов, поэтому при сравнении важно учитывать марсианский год и прохождение перигелия, а не привязывать марсианскую погоду к земным датам.

Ответы на частые вопросы

АвторАглая Ветлужская

Пишет о планетах и малых телах Солнечной системы: от геологии Марса и ледяных спутников до астероидов и комет. Сопоставляет данные миссий и наблюдений, объясняя, где заканчиваются подтверждённые факты и начинаются гипотезы.