Доказательство обращения Земли вокруг Солнца

Земля движется вокруг Солнца по орбите, которая по форме мало отличается от окружности. Определение скоростей звезд, находящихся вблизи эклиптики, по их спектрам (см. § 13) показывает, что в любой момент мы приближаемся к одним звездам и удаляемся от противоположных им на небе звезд со скоростью 30 км/с. Указанная скорость является скоростью движения Земли по ее орбите. Направление движения Земли непрерывно меняется с периодом в 1 год. Это есть прямое доказательство годичного обращения Земли вокруг Солнца. С другим доказательством годичного обращения Земли вы ознакомитесь позднее, в § 22, 2. Смена времен года является следствием того, что при обращении Земли вокруг Солнца ось ее суточного вращения сохраняет неизменное положение в пространстве и наклонена к плоскости орбиты. Этот наклон составляет 66,5°.

Вследствие небольшой эллиптичности орбиты Земля в январе немного ближе к Солнцу, чем в июле. Различие в расстояниях Земли от Солнца в афелии и в перигелии мало и поэтому оказывает малозаметное влияние на получаемую от Солнца энергию.

Вопросы

1. Зная угловое расстояние Солнца от небесного экватора в дни летнего и зимнего солнцестояния, определите угол падения солнечных лучей на поверхность Земли в эти дни в полдень в местностях с широтами 53,5° и 23,5°.

2. В физике доказывается, что если α есть угол падения лучей на плоскость, то освещенность поверхности Е = Е₀cos α, где Е₀ — освещенность поверхности при отвесном падении лучей (α = 0). Используя условия задачи 1, найдите отношения освещенностей местности летом и зимой в обоих пунктах и сравните их.

3. Как качественно изменилась бы смена времен года, если бы земная ось была перпендикулярна к плоскости ее орбиты, как у Юпитера?