Relación Sol - Tierra.

Las variaciones en la distancia de la Tierra al Sol no son la causa de las variaciones de temperatura a lo largo del año. La cantidad de energía solar que llega a un lugar dado de la Tierra determina la estación del año, y a largo plazo ejerce influencia en el clima. Las distintas zonas latitudinales de la Tierra, desplazándonos desde el ecuador hacia los polos, reciban diferente cantidad de energía solar. La traslación de la Tierra y la inclinación del eje terrestre varía la zona del globo que se inclina hacia el Sol, haciendo que la cantidad de energía solar sea diferente en todo el planeta, originándose las estaciones. El gradual pero significativo cambio en la duración del día, es una de las diferencias que se observan entre el verano y el invierno. También la altura del Sol al mediodía cambia notablemente: en verano el Sol a las 12 horas se ve más alto sobre el horizonte y lo vemos inclinarse cada vez mas a medida que llega el invierno. Además la salida del Sol es más temprano, y la puesta del Sol más tarde en verano que en invierno, por lo tanto los días más largos, es decir se recibe mayor cantidad de energía solar en verano que en invierno. La variación estacional en la altura del Sol sobre el horizonte, afecta la cantidad de energía recibida en la superficie de la Tierra en dos formas:
a) Cuando el Sol está directamente en la vertical, el rayo solar es más concentrado sobre la superficie. Para un ángulo menor el rayo está más disperso y la radiación solar es menos intensa en la superficie incidente. Por lo tanto llega mayor cantidad de radiación solar a las zonas tropicales, donde los rayos solares caen más perpendiculares y disminuye hacia las zonas polares, donde los rayos caen mas inclinados sobre la superficie terrestre. Esta situación se ilustra en la figura 2.3 para un día determinado en diferentes zonas sobre la Tierra, u representa la energía solar sobre una unidad de área (en forma similar se puede ver cuando se enfoca con una linterna sobre el piso). El mismo esquema se produce con las variaciones diarias y estaciónales de la posición del Sol en un lugar dado.
b) El ángulo de los rayos del Sol sobre el horizonte determina el espesor de atmósfera que el rayo puede penetrar, como se ve en la figura 2.4. Cuando el Sol de mediodía está justo en la vertical cruza un espesor de una atmósfera. Pero si el rayo solar llega al tope de la atmósfera inclinado en un ángulo de 30º respecto a la tangente a la atmósfera, cruza un espesor de dos atmósferas, y si llega a 5º, cruza un espesor de aproximadamente once atmósferas. Si la trayectoria del rayo solar es más larga, mayor es el cambio por absorción, reflexión y dispersión de la atmósfera, lo que reduce la intensidad de la radiación. La forma esférica de la tierra hace que sólo en días dados y lugares determinados el Sol se encuentre al mediodía en la vertical, recibiendo la mayor cantidad de energía solar.
Las variaciones en el ángulo de incidencia de los rayos del Sol y en la longitud del día, se deben a que la orientación del eje terrestre respecto al Sol cambia continuamente en el transcurso de un año. El eje de rotación terrestre no es perpendicular al plano de su órbita en torno al Sol, sino que está inclinado en 23.5º respecto al plano, como se indica en la figura 2.4. Si el eje no estuviera inclinado, no habría cambios estaciónales durante el año. El eje terrestre apunta siempre en la misma dirección en la actualidad hacia la Estrella del Norte, por lo que la orientación del eje de la Tierra en su traslación en torno al Sol, siempre está cambiando respecto a los rayos solares (figura 2.4).