极夜 :二十四小时是黑夜的自然现象

更新时间:2023-08-14 16:30

极夜(polar night),是出现在极圈范围内的一种“太阳终日不升起”的现象,又称“永夜”。极夜只出现在地球南、北极圈以内地区。

极夜的形成,是由于地球在沿椭圆形轨道绕太阳公转时,还绕着自身的倾斜地轴旋转而造成的。昼夜交替出现的时间是随着纬度的升高而改变的,纬度越高,极昼和极夜的时间就越长。

一日之内,太阳都在地平线以下的现象,即夜长24小时。一年内连续6个月是白天(极昼),6个月是黑夜(极夜)。从极圈到极点这些地方,极昼和极夜的时间并不一样,最长6个月,最短仅有1天。极圈到极点之间,越靠近极点,极昼和极夜的时间长度越接近6个月;越靠近极圈,极昼和极夜的时间长度越接近24小时。

产生原理

昼夜交替出现的时间是随着纬度的升高而改变的,纬度越高,极昼和极夜的时间就越长。在南纬90°,即南极点上,昼夜交替的时间各为半年,也就是说,那里白天黑夜交替的时间是整整一年,一年中有半年是连续白天,半年是连续黑夜,那里的一天相当于其他大陆的一年。如果离开南极点,纬度越低,不再是半年白天或半年黑夜,极昼和极夜的时间会逐渐缩短。到了南纬80°,也有极昼和极夜以外的时候才出现1天24小时内的昼夜更替。如果处于极昼的末期,起初每天黑夜的时间很短暂,之后黑夜的时间越来越长,直至最后全是黑夜,极夜也就开始了。而在南极圈(南纬66°34’),一年当中仅有一个整天(24小时)全是白天和一个整天全是黑夜。极昼和极夜的这种自然现象在地球的另一极北极也同样出现,不过它出现的时间同南极正好相反,北极若处在极昼,则南极为极夜,反之亦然。

极昼与极夜的形成,是由于地球在沿椭圆形轨道绕太阳公转时,还绕着自身的倾斜地轴旋转而造成的。原来,地球在自转时,地轴与其垂线形成一个约23.5°的倾斜角,因而地球在公转时便出现有6个月时间两极之中总有一极朝着太阳,全是白天;另一个极背向太阳,全是黑夜。南、北极这种神奇的自然现象是其他大洲所没有的。

命名

所谓极昼,就是太阳永不落,天空总是亮的,这种现象也叫白夜;所谓极夜,就是与极昼相反,太阳总不出来,天空总是黑的,故而称为极夜。

变化规律

空间规律

太阳直射于北半球时,极昼出现在北极地区;而极夜则出现在南极地区。太阳直射在南半球时则反之。极昼的范围与太阳直射点纬度有关,极点与极圈的纬度差就是太阳直射点的纬度。

时间规律

春分过后,南极附近就会出现极夜,此后极夜范围越来越大;夏至日达到最大,边界到达南极圈;夏至日过后,南极附近极夜范围逐渐缩小,至秋分日缩至0;秋分过后,北极附近出现极夜,此后北极附近的极夜范围越来越大;冬至日达到最大,边界到达北极圈;冬至日过后,北极附近极夜范围逐渐缩小,至春分日缩至0。

如此周而复始,其周期为一个回归年。

极夜时间的计算

地球上昼夜长短主要是由太阳赤纬和地方纬度决定的。其中,D为昼长,δ0为太阳赤纬,ψ为地理纬度(北半球ψ取正值,南半球ψ取负值)。北极从春分日(3月21日)起,极昼开始;从秋分日(9月23日)起,极夜开始。可推算出北极全年极昼天数是186天,极夜天数是179天。除了太阳赤纬和地方纬度,昼夜长短还受太阳视半径、大气折射作用等的影响。前面的公式是将太阳看成质点来处理的,但太阳的视圆面很大,平均视半径约16′,计算昼夜长短应将它考虑在内。大气折射的影响主要是光线穿过地球大气时发生连续折射现象,当太阳地平线以下35′时,我们已经看到它在地平面以上了,因而延长了白昼时间。

故计算公式为:D=2/15arc cos(-tgδ0·tgψ-Sin51′/cosδ0·cosψ)。

极夜影响

由于存在着极昼和极夜,在漫长的白天,动物们必须积累足够的能量,从而不停地进食,并且还要高效率的养育后代,这样当永夜来临时,除部分迁徙到南方去的动物外,那些留下来的动物便可以度过最为艰难的时期。在南极洲,企鹅也必须忍受漫长的极夜。这种鸟类在面对南极冬天的严酷时表现得非常勇敢,令人敬佩。这一时期,雄性企鹅会花上超过100天时间孵卵。

极夜生态系统及其周围地区的环境条件虽然很极端,但也非常脆弱。北极变暖的速度比世界其他地方都快。这意味着未来北冰洋上的浮冰会更少,光线能在冬天到达更深的海水。研究指出,这可能会对海洋生物在黑暗中的活动带来负面影响。

对人类来说,打乱昼夜节律会影响我们的新陈代谢,随着时间推移还会增加患上癌症和心脏疾病的风险。

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