Kuna Maa saab oma soojusenergia Päikeselt, siis võiks oletada, et Maa on Päiksele suvel lähemal kui talvel.  Tegelikult on vastupidi – suvel on Päike meist kaugemal. Teisel pool maakera on jälle vastupidi – seal on suvel Päike lähemal. Miks siis on suvel soojem?

Valgusõpetusest ja igapäevakogemusest me teame, et mida kaugemal on vaatleja punktvalgusallikas, seda nõrgemaks jääb vaatleja jaoks sellest valgusallikast silma jõudev valgus. Maa-Päike kauguse muutumise tõttu langebki lõunapoolkera atmosfääri ülapiirile suvel kuni 7% intensiivsem päiksekiirgus kui põhjapoolkera suvel. See aga ei ole aastaaegade vaheldumise põhjus.

Aastaaegade vaheldumine on tingitud sellest, et Maa pöörlemistelg on Maa orbiidi tasapinna (ehk tiirlemistasapinna ehk ekliptika) suhtes kaldu. Seetõttu ei tõuse Päike talvel nii kõrgele horisondi kohale kui suvel. Eesti laiuskraadil on päike suvisel keskpäeval ligikaudu 55 kraadi kõrgusel horisondi kohal, talvel aga vaid ligikaudu 8 kraadi kõrgusel. Miks see oluline on?

Kui päikese kõrgus vähene, langeb igale Maa pindalaühikule vähem päikeseenergiat. Selle mõistmiseks valime Maale langevast päikesekiirgusest välja 1 m² ristlõikega kimbu, mis langeb keskpäeval Tartu laiuskraadile (58,38 kraadi). Suvel katab selline kimp maapinnal 1,2 m², talvel aga tervelt 7 m². Soojusenergiat on ühes sellises kimbus ikka sama palju, seega langeb talvel ühele ruutmeetrile 7/1,2 = 6 korda vähem soojuskiirgust. See on palju suurem erinevus, kui 7%, mis on põhjustatud Maa ja Päikese omavahelise kauguse muutusest.

Aseta kolme pilu süsteemiga tekitatud paralleelse kiirtekimbu ette ekraan. Keera nüüd ekraani kiirte suunaga võrreldes erinevate nurkade alla. Mida märkad?