Почему угол, под которым солнечные лучи падают на поверхность Земли, уменьшается в направлении от экватора к полюсам?

Если говорить по-простому: угол падения солнечных лучей уменьшается к полюсам из-за шарообразной формы Земли.

Представь себе несколько шагов.

1. Солнце светит почти параллельными лучами

Земля далеко от Солнца, поэтому лучи, которые доходят до нас, можно считать параллельными. То есть не так, что каждый континент освещается под своим особым направлением, а всё освещается примерно одинаковым «пучком», летящим в одном направлении.

2. Земля — шар, а мы стоим на касательной к этому шару

В каждой точке поверхности Земли можно мысленно провести касательную плоскость — это как «локальный пол» под ногами.
Нормаль к этой плоскости (перпендикуляр) — это направление «вверх» для наблюдателя.

Теперь важный момент:

• На экваторе эта касательная плоскость ориентирована так, что солнечные лучи в полдень (в дни равноденствий) почти перпендикулярны поверхности. Угол между лучами и поверхностью близок к 90°.

• Чем ближе к полюсам, тем сильнее поверхность «заворачивается вбок» относительно направления лучей. Для наблюдателя Солнце оказывается ниже над горизонтом, а значит, угол между лучами и поверхностью становится всё более острым.

То есть не лучи меняют направление, а местная ориентация поверхности Земли меняется с широтой.

3. Мысленный опыт с фонариком и мячом

Очень наглядная модель: мяч (глобус) и фонарик.

1. Направь фонарик ровно на середину мяча (аналог экватора). Пятно света будет небольшим и ярким — лучи падают почти вертикально.

2. Теперь, не меняя направления фонарика, посмотри, что происходит ближе к «полюсу» мяча. Там лучи скользят по поверхности под меньшим углом, пятно растягивается, свет распределяется по большей площади — аналог низкого солнца на высоких широтах.

То есть одна и та же «порция» света на экваторе концентрируется на меньшей площади, а к полюсам — размазывается по большей площади. Геометрическая причина — кривизна сферы.

4. Углы и широта (немного формул, но по-человечески)

Есть простое соотношение (для полудня и без учёта наклона оси, т.е. для равноденствия):

Высота Солнца над горизонтом = 90° − широта

Высота Солнца — это фактически угол между лучами и горизонтом.

• На экваторе (широта 0°):
  высота ≈ 90°, Солнце почти в зените, лучи падают почти перпендикулярно.

• На широте 60°:
  высота ≈ 30°, Солнце низко над горизонтом, лучи почти «подскальзываются» вдоль поверхности.

• У полюса (широта 90°):
  высота ≈ 0°, Солнце на горизонте — лучи идут почти вдоль поверхности.

Чем больше широта, тем меньше высота Солнца, тем меньше угол падения лучей к поверхности.

5. Как сюда вписывается наклон оси

Наклон земной оси (около 23,5°) объясняет смену времён года и почему Солнце бывает выше или ниже в разные месяцы. Но основной ответ на твой вопрос («почему от экватора к полюсам уменьшается угол?») даёт именно шарообразность Земли и различная ориентация местной поверхности с ростом широты.

Наклон оси только «смещает» картину по сезонам:

• летом для данного полушария Солнце поднимается выше,

• зимой — ниже,
  но всё равно: в пределах одного и того же сезона при движении от экватора к полюсу угол падения лучей будет уменьшаться.

Итог

Угол, под которым солнечные лучи падают на Землю, уменьшается от экватора к полюсам потому, что:

1. Земля — шар, а не плоская пластина.

2. В разных широтах поверхность повернута к направлению солнечных лучей под разными углами.

3. На экваторе поверхность почти перпендикулярна лучам, к полюсам — всё более наклонена, так что лучи падают более «скользяще».

Отсюда и разница в нагреве: ближе к экватору — лучи почти вертикальны, у полюсов — сильно наклонные.