Ιζαμπέλα Σουμπάασι
Σε χώρες όπως η Αγγλία ή η Ολλανδία ο μέσος όρος θερμοκρασίας το καλοκαίρι είναι περίπου 17°C. Το χειμώνα δεν είναι πολύ πάνω από τον παγετό, είναι 1 ή 2°C. Ακούγεται σαν η θερμοκρασία του καλοκαιριού να είναι 10 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του χειμώνα. Είναι τόσο πολύ απομακρυσμένος ο ήλιος από τη Γη τον χειμώνα στο Βόρειο ημισφαίριο; Όχι, στην πραγματικότητα ο ήλιος τον Ιανουάριο είναι πλησιέστερα στη Γη από τον Ιούλιο. Στην πραγματικότητα, το ερώτημα είναι μάλλον παραπλανητικό. Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ καλοκαιριού και χειμώνα δεν είναι καθόλου μεγάλη: φαίνεται έτσι μόνο επειδή η κλίμακα θερμοκρασίας του Κελσίου έχει ένα κάπως αυθαίρετα επιλεγμένο σημείο μηδέν. Για μια πραγματική σύγκριση θα πρέπει να εξετάσουμε τις τιμές της θερμοκρασίας σε σχέση με το απόλυτο σημείο μηδέν, με άλλα λόγια να συγκρίνουμε τις θερμοκρασίες του καλοκαιριού και του χειμώνα σε kelvin και όχι σε βαθμούς C. Στη συνέχεια, η διαφορά είναι πολύ μικρότερη: περίπου 290 kelvin σε σύγκριση με 275 kelvin, δηλαδή η θερμοκρασία του καλοκαιριού είναι 290 / 275 = 1,05 φορές τη θερμοκρασία του χειμώνα, όχι 17°C / 2°C = 8,5 φορές. Όταν το δούμε με αυτή τη λογική, θα πρέπει να μας εκπλήσσει το γεγονός ότι η διαφορά είναι τόσο μικρή στην Αγγλία ή τις Κάτω Χώρες, για δύο λόγους:
Εικ. 1: Η διάρκεια της ημέρας του καλοκαιριού (ΑΒC αριστερά) είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του χειμώνα (ΑΒC d=δεξιά).
1. Οι χειμερινές μέρες είναι πολύ μικρότερες από αυτές του καλοκαιριού. Μεσοχείμωνα ο ήλιος βρίσκεται πάνω από τον ορίζοντα μόνο για το ήμισυ του χρόνου που βρίσκεται το καλοκαίρι (Εικ. 1)
2. Ο ήλιος είναι πολύ χαμηλότερα, κάτι αποτελεί ιδιαίτερα μεγάλη διαφορά. Στα μέσα του χειμώνα ο ήλιος ανατέλλει σχεδόν 15° πάνω από στον ορίζοντα. Έτσι, μια ηλιαχτίδα διατομής 1 m2 κατανέμεται σε 4 m2 στο έδαφος (Εικ. 2), ενώ το καλοκαίρι με τον ήλιο στο υψηλότερο σημείο του, η ηλιαχτίδα κατανέμεται σε μόλις 1,1 m2
Συμπέρασμα: η χειμερινή ηλιοφάνεια στο έδαφος είναι πολλές φορές «αραιότερη» από τον καλοκαιρινό ήλιο.
Εικ. 2: Όταν ο ήλιος είναι ψηλά, το ίδιο ποσό της ηλιακής ενέργειας διαδίδεται πάνω από μια σχετικά μικρή περιοχή και απλώνεται σε μεγαλύτερη έκταση το χειμώνα.
Αυτός ο συνδυασμός σημαίνει ότι, στη νότια Αγγλία ή στην Ολλανδία, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της συντομότερης χειμερινής ημέρας (γύρω στις 21 Δεκεμβρίου) μόνο το 1⁄7 περίπου της ηλιακής ενέργειας λαμβάνεται ανά μονάδα επιφάνειας σε σύγκριση με τη μεγαλύτερη καλοκαιρινή μέρα. Επιπλέον, σε πολύ χαμηλό υψόμετρο ο ήλιος αποδυναμώνεται επίσης από το πολύ παχύτερο στρώμα αέρα που πρέπει να διασχίσει, έτσι συνολικά μια μονάδα επιφάνειας στις 21 Δεκεμβρίου λαμβάνει μόλις το 1⁄10 της ηλιακής ενέργειας σε σύγκριση με αυτή που λαμβάνει στις 21 Ιουνίου.
Αυτό θέτει το ερώτημα: γιατί είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ καλοκαιριού και χειμώνα δεν είναι πολύ μεγαλύτερη; Μέρος της απάντησης στη δυτική Ευρώπη είναι τα εξισωτικά αποτελέσματα του θερμού Ρεύματος του Κόλπου (Gulf Stream), και των ατμοσφαιρικών ρευμάτων και ολόκληρης της «μηχανής του καιρού». Ωστόσο, ο πιο σημαντικός λόγος είναι ότι οι εποχές δεν είναι αρκετά μεγάλες για να φτάσει το έδαφος σε ισορροπία με το περιβάλλον του (ατμόσφαιρα και θάλασσα), και αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τη θαλάσσιες περιοχές. Η θάλασσα λειτουργεί ως αποθήκη θερμότητας: έχει τεράστια θερμοχωρητικότητα και αυτό μειώνει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Ως αποτέλεσμα, οι διαφορές μεταξύ καλοκαιριού και χειμώνα είναι πολύ μικρότερες σε μας από ότι, για παράδειγμα, στο κέντρο της Σιβηρίας (ή τη Μογγολία), που βρίσκονται στην πραγματικότητα στο ίδιο γεωγραφικό πλάτος. Το ξηρό έδαφος της Σιβηρίας θερμαίνεται και κρυώνει πολύ πιο γρήγορα απ ότι η θάλασσα. Επιπλέον, το νερό στη θάλασσα συνεχώς αναμιγνύεται, έτσι ώστε τα βαθύτερα στρώματα να συμβάλλουν στο αποθηκευτικό αποτέλεσμα, κάτι που δεν μπορεί να συμβεί στη στεριά. Η καθυστερημένη επίτευξη της ισορροπίας εμφανίζεται επίσης στην υστέρηση που εμφανίζουν οι εποχές. Οι πιο ζεστές εβδομάδες του καλοκαιριού κατά μέσο όρο δεν συμβαίνουν γύρω στο θερινό ηλιοστάσιο (περίπου 21 Ιουνίου στο βόρειο ημισφαίριο, 21 Δεκεμβρίου στο νότιο ημισφαίριο), όταν ο ήλιος φτάνει στο μέγιστο ύψος του, αλλά αργότερα με καθυστέρηση περισσότερο από ένα μήνα. Ομοίως, το χειμώνα η πιο κρύα εποχή δεν είναι το χειμερινό ηλιοστάσιο, αλλά λίγο αργότερα.
Τελικά, μπορούμε να χαιρόμαστε που η Γη περιφέρεται γύρω από τον ήλιο τόσο γρήγορα. Αν χρειαζόταν πέντε φορές περισσότερο, οι εποχές θα ήταν πέντε φορές μακρύτερες. Το έδαφος θα είχε χρόνο να κρυώσει πλήρως το χειμώνα πριν αρχίσει να ζεσταίνετε ξανά την άνοιξη, και θα είχαμε Εποχές Σιβηρίας ακόμη και στη δυτική Ευρώπη.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Everyday Physics: Unsual insights into familiar things, JO HERMANS, UIT cambridge
