מדוע מתחלפות העונות?
כדור הארץ מקיף את השמש בנטייה, וזה יוצר חורף, אביב, קיץ וסתיו
התנועה השנייה: הקפה סביב השמש
הטעות הנפוצה: לא המרחק יוצר עונות
הקיץ אינו חם יותר מהחורף מפני שכדור הארץ קרוב יותר לשמש. ההסבר המדעי לעונות השנה הוא נטיית ציר כדור הארץ, ויש שתי ראיות מרכזיות שמפריכות את הסבר המרחק.
הפרכה: המרחק לא יוצר עונות
ראיה 1: כשבחצי הכדור הצפוני (ישראל, אירופה, צפון אמריקה) שורר קיץ - באותו זמן בדיוק בחצי הכדור הדרומי (אוסטרליה, דרום אמריקה, דרום אפריקה) שורר חורף. אם הסיבה הייתה מרחק, כל כדור הארץ היה חם בו-זמנית. זה לא קורה.
ראיה 2: כדור הארץ דווקא קרוב מעט יותר לשמש בינואר (חורף בחצי הצפוני) ורחוק ממנה מעט יותר ביולי (קיץ בצפון). כלומר - דווקא ההפך ממה שהטעות מציעה.
נטיית הציר: המפתח לעונות
ציר הסיבוב של כדור הארץ אינו זקוף, אלא נטוי בכ-23.5 מעלות מהאנך. בגלל הנטייה, אותו חצי כדור פונה לעיתים יותר אל השמש ולעיתים פחות. כשחצי הכדור הצפוני פונה יותר אל השמש (יוני-ספטמבר) - הוא חווה קיץ. כשהוא פונה פחות אל השמש (דצמבר-מרץ) - הוא חווה חורף.
זווית הקרינה קובעת את עוצמת החום
מדוע אותה שמש מחממת לפעמים חזק ולפעמים חלש?
כשקרני השמש מגיעות בזווית ישרה (כמעט מאונכות), הן מתרכזות בשטח קטן ומחממות חזק. כשהן מגיעות בזווית נטויה, אותה כמות קרינה מתפרשת על שטח גדול יותר, ולכן מחממת פחות.
אפשר לדמות זאת לפנס: אם מכוונים פנס ישירות אל הקיר הוא יוצר כתם קטן ובהיר. אם מטים אותו, הכתם גדל ומתעמעם. אותה עוצמת אור, אותו שטח מואר - אבל ריכוז שונה.
נטיית הציר של כדור הארץ קובעת באיזו זווית מגיעה הקרינה לכל חצי כדור בכל עונה.
זו הסיבה שבקיץ חם (זווית ישרה, קרינה מרוכזת) ובחורף קר (זווית נטויה, קרינה מפוזרת).
←←←
שרשרת הסיבה והתוצאה: תנועת הקפה + נטיית ציר ← שינוי בזווית שבה חצי כדור פונה אל השמש ← שינוי בזווית הקרינה ← שינוי בעוצמת החימום ← עונות השנה.
כשבחצי הכדור הצפוני קיץ, בחצי הכדור הדרומי חורף, ולהפך. לכן בישראל (בחצי הצפוני) חם ביולי, ובאוסטרליה (בחצי הדרומי) באותו זמן קר. לכן בדצמבר, כאשר בישראל ובחצי הכדור הצפוני שורר חורף, באוסטרליה ובחצי הכדור הדרומי שורר קיץ. העונות הפוכות בין שני חצאי הכדור.
המחשה אינטראקטיבית: גורמי העונות
קווי הרוחב המיוחדים
נטיית הציר יוצרת על פני כדור הארץ כמה קווי רוחב מיוחדים שמסמנים גבולות בין אזורים שונים. הבנת הקווים הללו עוזרת להבין את חלוקת אזורי האקלים בעולם.
קווי רוחב מיוחדים ומשמעותם
| קו | קו רוחב | מה הוא מסמן | דוגמה גיאוגרפית |
|---|---|---|---|
| קו המשווה | 0 מעלות | החגורה החמה ביותר; קרינה ישרה כמעט כל השנה | דרום מזרח אסיה, אמזונס |
| חוג הסרטן | 23.5 מעלות צפון | השמש בזנית בתחילת הקיץ הצפוני (כ-21 ביוני) | מצרים, מקסיקו, הודו |
| חוג הגדי | 23.5 מעלות דרום | השמש בזנית בתחילת הקיץ הדרומי (כ-22 בדצמבר) | ברזיל, אוסטרליה, דרום אפריקה |
| חוג הקוטב הצפוני | 66.5 מעלות צפון | שמש חצות בקיץ; לילה קוטבי בחורף | סקנדינביה, אלסקה, סיביר |
| חוג הקוטב הדרומי | 66.5 מעלות דרום | שמש חצות בקיץ הדרומי; לילה קוטבי בחורף | אנטארקטיקה |
* ישראל נמצאת בין קו המשווה לחוג הסרטן, כ-31-33 מעלות צפון. חוג הסרטן עובר דרך מצרים הסמוכה לנו.
ימי שוויון וימי היפוך
במהלך השנה ישנם ארבעה ימים שמסמנים מעברים עונתיים חשובים. שניים מהם נקראים ימי שוויון ושניים נקראים ימי היפוך. הבנת הימים הללו מחברת בין תנועת ההקפה, נטיית הציר ואורך היום.
ימי שוויון מול ימי היפוך
ימי שוויון
פעמיים בשנה - בכניסת האביב (כ-21 במרץ) ובכניסת הסתיו (כ-23 בספטמבר) - אורך היום שווה לאורך הלילה: 12 שעות אור ו-12 שעות חושך, בכל מקום בעולם. ביום זה ציר כדור הארץ אינו נטוי לכיוון השמש ואינו מתרחק ממנה.
ימי היפוך
פעמיים בשנה - תחילת הקיץ (כ-21 ביוני) ותחילת החורף (כ-22 בדצמבר) - מגיע היום הארוך ביותר (קיץ) או הקצר ביותר (חורף). ביום ההיפוך הקיצי הצפוני, השמש מגיעה לזנית מעל חוג הסרטן.
ארבעת הימים המיוחדים - פירוט
| יום | תאריך משוער | מה קורה | העונה בישראל |
|---|---|---|---|
| יום שוויון אביבי | 21 במרץ | 12 שעות יום + 12 שעות לילה; כניסת האביב | תחילת אביב |
| יום היפוך קיצי | 21 ביוני | היום הארוך ביותר בצפון; שמש בזנית על חוג הסרטן | תחילת קיץ |
| יום שוויון סתווי | 23 בספטמבר | 12 שעות יום + 12 שעות לילה; כניסת הסתיו | תחילת סתיו |
| יום היפוך חורפי | 22 בדצמבר | היום הקצר ביותר בצפון; שמש בזנית על חוג הגדי | תחילת חורף |
* בישראל, ביום ההיפוך הקיצי (21 ביוני) יש כ-14 שעות אור, ובאזורים כמו אוסלו כ-18 שעות אור.
שאלה לחשיבה
בשבדיה (קרוב לחוג הקוטב הצפוני), בחודש יוני השמש לא שוקעת בכלל. כיצד ניתן להסביר זאת על פי נטיית הציר?
בחודש יוני, חצי הכדור הצפוני פונה אל השמש. ב-66.5 מעלות צפון ומעלה (חוג הקוטב הצפוני), הנטייה כה גדולה עד שגם כשכדור הארץ מסתובב, אזורים אלה נשארים כל הזמן בצד המואר. לכן השמש לא שוקעת בכלל - זוהי תופעת שמש חצות. בחורף קורה ההפך: אותם אזורים נשארים כל הזמן בצד החשוך.
ככל שמרחיקים לכיוון הקטבים, ההבדלים העונתיים בין אורך היום ולילה קיצוניים יותר.
נטיית הציר יוצרת גם את אזורי האקלים
לא רק העונות - גם אזורי האקלים של כדור הארץ נוצרים בגלל נטיית הציר וצורת כדור הארץ. ליד קו המשווה הקרינה כמעט תמיד ישרה, ולכן חם כל השנה. ככל שמתרחקים אל הקטבים, הקרינה נטויה יותר ולכן קר יותר. כך נוצרות שלוש חגורות אקלים עיקריות: חמה, ממוזגת וקרה.
אזור הטרופי
בין חוג הסרטן לחוג הגדי. קרינה ישרה כמעט כל השנה. חם ולח. ליד קו המשווה - כ-27 מעלות בממוצע כל ימות השנה.
אזור הממוזג
בין חוגי הסרטן/הגדי לחוגי הקוטב. ארבע עונות ברורות. קרינה בזווית משתנה. כאן נמצאות ישראל, אירופה ורוב ארה"ב.
אזור הקוטבי
מעל חוגי הקוטב. קרינה נטויה מאוד, חורף ארוך קר. קיץ קצר. שמש חצות בקיץ, לילה קוטבי בחורף.
ספירת הזמן: לוחות שנה
תנועת ההקפה קובעת לא רק את העונות, אלא גם את אופן מדידת השנה. שנת השמש, הזמן שלוקח לכדור הארץ להקיף את השמש, מהווה בסיס ללוחות שנה שונים ברחבי העולם.
שנת שמש ולוחות שנה
| מושג | פירוש | יישום |
|---|---|---|
| שנת שמש | הזמן שלוקח לכדור הארץ להקיף את השמש - בערך 365 ימים, 5 שעות, 48 דקות | בסיס ללוח הגרגוריאני |
| לוח גרגוריאני | לוח השנה הנפוץ בעולם, מבוסס על שנת השמש | שנה = 365 ימים (366 בשנה מעוברת) |
| שנה מעוברת | שנה שמוסיפים לה יום (29 בפברואר) כדי לפצות על רבע היום העודף | קורה כל 4 שנים; שנים כ-2000, 2004, 2008, 2024 הן שנים מעוברות |
| לוח ירח | לוח שמבוסס על מחזורי הירח | הלוח העברי והאסלאמי מבוססים בעיקר על הירח |
* בגלל רבע היום העודף, בלי שנה מעוברת היה לוח השנה מתקדם בכ-24 ימים כל 100 שנה, וחגים קיציים היו הופכים בהדרגה לחגי חורף.
שאלה לחשיבה
מדוע נטיית הציר (ולא המרחק מהשמש) היא הגורם לעונות? הציגו שתי ראיות.
ראיה 1: כשבחצי הכדור הצפוני קיץ, בחצי הכדור הדרומי חורף בו-זמנית. אם הסיבה הייתה מרחק, כל כדור הארץ היה חם בו-זמנית. ראיה 2: כדור הארץ דווקא קרוב יותר לשמש בינואר (חורף בצפון) ורחוק יותר ביולי (קיץ בצפון) - ההפך ממה שהסבר המרחק היה מנבא.
שתי ראיות שמפריכות את הטעות: עונות הפוכות בין חצאי הכדור, ומרחק לא תואם לעונות.
שאלה לחשיבה
מהו ההבדל בין יום שוויון ליום היפוך?
ביום שוויון אורך היום שווה לאורך הלילה בכל העולם (12:12), וזה קורה פעמיים בשנה (מרץ וספטמבר). ביום היפוך מגיע היום הארוך ביותר (קיץ, כ-21 ביוני) או הקצר ביותר (חורף, כ-22 בדצמבר). ימי השוויון וההיפוך מסמנים את מעבר העונות.
מושגי מפתח: שרשרת הסיבה והתוצאה
חמישה שלבים להסבר מלא של יצירת העונות:
- כדור הארץ מקיף את השמש (שנה אחת)
- ציר כדור הארץ נטוי ב-23.5 מעלות מהאנך
- בגלל הנטייה, חצי הכדור פונה לעיתים יותר אל השמש ולעיתים פחות
- כשפונה יותר - קרינה ישרה ומרוכזת - קיץ. כשפונה פחות - קרינה נטויה ומפוזרת - חורף
- כשבצפון קיץ, בדרום חורף (ולהפך) - כי הנטייה אחראית, לא המרחק
אם ציר כדור הארץ היה זקוף לגמרי (0 מעלות נטייה), לא היו עונות כלל. קו המשווה היה תמיד חם, הקטבים תמיד קרים, וכל נקודה על כדור הארץ הייתה חווה את אותה כמות קרינה לאורך כל השנה. לא היה אביב, קיץ, סתיו וחורף, והאקלים בכל אזור היה אחיד ויציב יותר. יש המשערים שבמצב כזה חלק גדול יותר מכדור הארץ היה מכוסה קרח. הנטייה של 23.5 מעלות היא תוצאה של ההתנגשות הענקית שיצרה את הירח לפני מיליארדי שנים.