خلاصه
- خیلیا فکر میکنن دوری و نزدیکی زمین به خورشید باعث فصل‌ها میشه، ولی این فکر کاملاً غلطه.
- جالبه که زمین تو ماه ژانویه (یعنی وسط زمستون ما) به خورشید نزدیکتره و تو ماه جولای (یعنی اوج تابستون ما) ازش دورتره.
- دلیل اصلی و واقعی به وجود اومدن فصل‌ها، کج بودن محور چرخش زمین به مقدار حدود ۲۳.۵ درجه است.
- این کج بودن باعث میشه که تو طول یک سال، نیمکره‌های شمالی و جنوبی به نوبت به سمت خورشید خم بشن و نور رو مستقیم‌تر یا مایل‌تر دریافت کنن.
- وقتی نور خورشید مستقیم‌تر میتابه (مثل تابستون)، انرژی متمرکزتره و روزها طولانی‌تر میشن و هوا گرم‌تره.
- وقتی نور خورشید مایل میتابه (مثل زمستون)، انرژیش پخش میشه، مسیر طولانی‌تری تو اتمسفر طی میکنه و روزها هم کوتاه‌تر میشن که منجر به سرما میشه.
- محور کج زمین همیشه تو فضا به یک سمت ثابت اشاره میکنه و همین عامل اصلی این تغییرات زاویه تابشه.
- نظریه غالب اینه که این کجی از برخورد یک سیاره بزرگ با زمین جوون تو میلیاردها سال پیش به وجود اومده که اتفاقاً ماه رو هم ساخته.
- نقاطی مثل انقلاب‌های تابستانی و زمستانی (Solstice) و اعتدال‌های بهاری و پاییزی (Equinox) اوج این تغییرات رو نشون میدن.
تا حالا چند بار از خودتون پرسیدید که چرا اصلا تابستون گرمه و زمستون سرده؟ بیشتر ما یک جواب دم دستی تو ذهنمون داریم که به نظر هم خیلی منطقی میاد: «حتما زمین تو تابستون به خورشید نزدیکتره و تو زمستون دورتر». منطقیه، نه؟ ولی خب، اگه بهتون بگم این ایده با اینکه خیلی عقلانی به نظر میرسه، کاملا اشتباهه، چی؟
بله، درسته. ما اینجا جمع شدیم تا بفهمیم داستان واقعی فصل‌ها چیه و این تصور غلط رایج از کجا اومده. آماده باشید که قراره یکم فیزیک و نجوم رو با زبون ساده با هم مرور کنیم و ببینیم سیاره ما چطوری این آب و هوای متنوع رو در طول سال تجربه میکنه.
چرا فاصله از خورشید دلیل فصل‌ها نیست؟
بذارید اول از همه این ایده که فاصله زمین تا خورشید باعث ایجاد فصل‌ها میشه رو کاملا بررسی کنیم. این فکر از اینجا میاد که ما میدونیم مدار گردش زمین به دور خورشید یک دایره کامل و بی‌نقص نیست. در واقع، مدار زمین یکم شبیه به یک بیضی کشیده شده است. این یعنی چی؟ یعنی اینکه زمین در طول سال، گاهی به خورشید نزدیک‌تر و گاهی از اون دورتره.
این دو نقطه مهم در مدار زمین اسم هم دارن:
- اوج خورشیدی (Aphelion): نقطه‌ای که زمین در دورترین فاصله از خورشید قرار داره.
- حضیض خورشیدی (Perihelion): نقطه‌ای که زمین در نزدیک‌ترین فاصله از خورشید قرار داره.
حالا بیاید به اعداد و ارقام نگاه کنیم تا ببینیم این فاصله چقدر تغییر میکنه:
- فاصله زمین تا خورشید در نقطه حضیض (نزدیک‌ترین حالت): حدود ۹۱٬۴۰۰٬۰۰۰ مایل
- فاصله زمین تا خورشید در نقطه اوج (دورترین حالت): حدود ۹۴٬۵۰۰٬۰۰۰ مایل
اختلاف این دو تا فاصله چیزی حدود ۳ میلیون مایله. شاید با خودتون بگید «واو، ۳ میلیون مایل خیلی زیاده!». درسته، این عدد به خودی خود بزرگه، اما وقتی اون رو با کل فاصله زمین تا خورشید مقایسه می‌کنیم، متوجه میشیم که این تغییر اونقدرها هم چشمگیر نیست که بتونه آب و هوای کل سیاره رو زیر و رو کنه.
اما قسمت جالب ماجرا اینجا است. میدونستید ما که در نیمکره شمالی زندگی می‌کنیم، دقیقا کی به خورشید نزدیک‌تریم و کی دورتریم؟
- نزدیک‌ترین فاصله ما به خورشید (حضیض خورشیدی) در ماه ژانویه اتفاق میفته. بله، درست شنیدید، ژانویه! یعنی دقیقا وسط زمستون ما.
- دورترین فاصله ما از خورشید (اوج خورشیدی) در ماه ژوئیه رخ میده. یعنی دقیقا وسط تابستون داغ ما.
این موضوع برای ما که در نیمکره شمالی زندگی می‌کنیم، کاملا برعکس به نظر میرسه، مگه نه؟ اینکه ما تو اوج سرمای زمستون به خورشید نزدیک‌تریم و تو گرمای تابستون ازش دورتریم، بهترین دلیل برای اثبات اینه که فاصله زمین از خورشید دلیل اصلی به وجود اومدن فصل‌ها نیست. پس اگه دلیلش این نیست، پس چیه؟
قهرمان اصلی داستان: کج بودن محور زمین
خب، اگه فاصله نقشی نداره، پس مقصر اصلی کیه؟ جواب در یک کلمه خلاصه میشه: کج بودن. بله، زمین ما یکم کجه و همین کج بودن، دنیای ما رو به این شکلی که میشناسیم درآورده.
برای اینکه این موضوع رو بهتر بفهمیم، اول باید با یک مفهوم به اسم «محور زمین» آشنا بشیم. محور زمین یک خط فرضیه که درست از مرکز زمین، از قطب شمال تا قطب جنوب، رد میشه. سیاره ما هر روز یک دور کامل حول این محور میچرخه. همین چرخش روزانه است که باعث میشه ما شب و روز داشته باشیم و هر قسمت از سطح زمین در طول ۲۴ ساعت، هم روشنایی و هم تاریکی رو تجربه کنه.
حالا نکته کلیدی اینجاست: این محور فرضی، صاف و عمود نیست. یعنی اگه شما صفحه گردش زمین به دور خورشید رو یک میز در نظر بگیرید، زمین مثل یک فرفره صاف روی این میز نمیچرخه، بلکه یکم به یک طرف خم شده. زمین به طور متوسط ۲۳.۵ درجه روی محور خودش کج شده.
دانشمندان معتقدن که این کجی در واقع بین ۲۲ تا ۲۴.۵ درجه در طول زمان تغییر میکنه، و یک منبع دیگه این عدد رو به طور دقیق‌تر ۲۳.۴۵ درجه ذکر کرده. اما همون میانگین ۲۳.۵ درجه برای درک موضوع کافیه.
اما چرا زمین اصلا کج شده؟
این سوال ما رو به میلیاردها سال پیش، یعنی به دوران جوانی منظومه شمسی میبره. نظریه غالب اینه که خیلی خیلی وقت پیش، وقتی زمین هنوز یک سیاره جوون و در حال شکل‌گیری بود، یک جسم خیلی بزرگ به اندازه سیاره مریخ، با شدت بهش برخورد کرد. اسم این جسم بزرگ رو گذاشتن «تیا» (Theia).
این برخورد عظیم، دو تا کار خیلی مهم انجام داد:
- باعث شد زمین که تا اون موقع احتمالا محور صافی داشت، از حالت تعادل خارج بشه و به یک طرف کج بشه. پس این کج بودن معروف، یادگار اون تصادف بزرگه.
- این برخورد یک حفره عظیم روی سطح زمین ایجاد کرد و مقدار وحشتناکی گرد و غبار و سنگ و کلوخ رو به مدار اطراف زمین پرتاب کرد. بیشتر دانشمندها فکر میکنن که این توده عظیم از آوار، به مرور زمان و تحت تاثیر گرانش، به هم پیوست و تنها قمر ما، یعنی ماه، رو به وجود آورد.
پس اون کج بودن ۲۳.۵ درجه‌ای که کل آب و هوای ما رو تعیین میکنه، در واقع نتیجه یک تصادف کیهانی در میلیاردها سال پیشه.
کج بودن چطور فصل‌ها رو میسازه؟
خب، حالا که میدونیم زمین کجه، بیاید ببینیم این کج بودن چطور باعث به وجود اومدن تابستون و زمستون میشه. نکته فوق‌العاده مهم اینه که محور کج زمین، در حین گردش به دور خورشید، همیشه به یک جهت ثابت در فضا اشاره میکنه. یعنی زمین مثل یک فرفره کج دور خورشید میچرخه، اما اون کجی همیشه به سمت یک ستاره دوردست ثابته (در حال حاضر به سمت ستاره قطبی).
همین موضوع باعث میشه که در طول یک سال، قسمت‌های مختلف زمین نور خورشید رو به شکل‌های متفاوتی دریافت کنن.
بیاید سفر سالانه زمین رو با هم مرور کنیم و ببینیم در هر مرحله چه اتفاقی برای ما در نیمکره شمالی میفته:
حدود ماه ژوئن (خرداد و تیر)
در این موقع از سال، قطب شمال به سمت خورشید متمایل شده. این یعنی نیمکره شمالی بیشتر به سمت خورشید «خم» شده. در نتیجه، پرتوهای خورشید خیلی مستقیم‌تر به نیمکره شمالی میتابن.
حالا «پرتو مستقیم» یعنی چی؟ دو تا معنی مهم داره:
- انرژی متمرکزتر: وقتی نور خورشید مستقیم میتابه، انرژیش در یک مساحت کوچیک‌تر پخش میشه و در نتیجه اون نقطه رو بیشتر گرم میکنه. مثل این میمونه که نور چراغ قوه رو مستقیم روی یک نقطه بندازید.
- عبور از اتمسفر کمتر: پرتوهای مستقیم، مسیر کوتاه‌تری رو در اتمسفر زمین طی میکنن تا به سطح برسن. این یعنی مقدار کمتری از انرژیشون توسط جو زمین پراکنده یا جذب میشه و انرژی بیشتری به ما میرسه.
علاوه بر اینها، به خاطر همین تمایل به سمت خورشید، روزها خیلی طولانی‌تر و شب‌ها کوتاه‌تر میشن. ترکیب روزهای طولانی و تابش مستقیم و متمرکز خورشید، باعث میشه که در نیمکره شمالی تابستان رو تجربه کنیم.
در همین زمان، در نیمکره جنوبی اوضاع کاملا برعکسه. قطب جنوب از خورشید دوره و نیمکره جنوبی پرتوهای خورشید رو به صورت مایل دریافت میکنه. این یعنی انرژی خورشید در مساحت بزرگ‌تری پخش میشه و ضعیف‌تره، و در نتیجه اونجا زمستان هست.
حدود ماه دسامبر (آذر و دی)
حالا زمین نصف مدارش رو طی کرده و به اون طرف خورشید رسیده. چون محور زمین هنوز به همون جهت قبلی اشاره میکنه، این بار نوبت قطب جنوبه که به سمت خورشید متمایل بشه و قطب شمال از خورشید دور بشه.
در این حالت، پرتوهای خورشید به صورت خیلی مایل و با یک زاویه شدید به نیمکره شمالی میتابن. پرتوهای مایل هم دقیقا برعکس پرتوهای مستقیم عمل میکنن:
- انرژی پخش شده: انرژی خورشید روی یک مساحت خیلی بزرگ‌تر پخش میشه و اثر گرمایشی کمتری داره. مثل اینه که نور چراغ قوه رو با زاویه به دیوار بتابونید و یک لکه نور بزرگ و کم‌رنگ داشته باشید.
- عبور از اتمسفر بیشتر: پرتوهای مایل باید از لایه ضخیم‌تری از اتمسفر عبور کنن تا به ما برسن. این باعث میشه بخش زیادی از انرژیشون در جو پراکنده بشه و گرمای کمتری به زمین برسه.
در کنار اینها، روزها خیلی کوتاه و شب‌ها خیلی طولانی میشن. ترکیب روزهای کوتاه و تابش مایل و ضعیف خورشید، باعث میشه که ما در نیمکره شمالی زمستان رو تجربه کنیم.
و البته، در همین زمان در نیمکره جنوبی که به سمت خورشید متمایل شده، تابش مستقیم و روزهای طولانی حاکمه و اونها در اوج تابستان هستن.
نقاط عطف سال: انقلاب‌ها و اعتدال‌ها
این تغییر تدریجی زاویه تابش خورشید، چهار نقطه کلیدی در طول سال ایجاد میکنه که بهشون میگیم انقلاب (Solstice) و اعتدال (Equinox). اینها مثل ایستگاه‌های اصلی در سفر یک ساله زمین هستن.
انقلاب‌ها (Solstices)
انقلاب‌ها روزهایی هستن که خورشید به بیشترین فاصله شمالی یا جنوبی خودش از خط استوای سماوی میرسه. در واقع، این روزها اوج تابستان و اوج زمستان رو نشون میدن.
- انقلاب تابستانی (Summer Solstice): این اتفاق حدود ۲۱ ژوئن (۳۱ خرداد یا ۱ تیر) رخ میده. در این روز، خورشید دقیقا بالای مدار راس‌السرطان (Tropic of Cancer) در عرض جغرافیایی ۲۳.۵ درجه شمالی قرار میگیره. این روز در نیمکره شمالی طولانی‌ترین روز سال و شروع رسمی تابستان به حساب میاد.
- انقلاب زمستانی (Winter Solstice): این اتفاق حدود ۲۱ یا ۲۲ دسامبر (۳۰ آذر یا ۱ دی) رخ میده. در این روز، خورشید دقیقا بالای مدار راس‌الجدی (Tropic of Capricorn) در عرض جغرافیایی ۲۳.۵ درجه جنوبی قرار میگیره. این روز در نیمکره شمالی کوتاه‌ترین روز سال و شروع رسمی زمستان هست.
اعتدال‌ها (Equinoxes)
کلمه Equinox به معنی «شب برابر» هست و به روزهایی اشاره داره که طول روز و شب تقریبا در همه جای دنیا با هم برابره. در این دو روز، خورشید دقیقا بالای خط استوای زمین قرار میگیره و انرژی خورشید به طور مساوی بین نیمکره شمالی و جنوبی تقسیم میشه.
- اعتدال بهاری (Vernal Equinox): این اتفاق در اواخر ماه مارس (حدود ۱ فروردین) رخ میده. این روز شروع رسمی بهار در نیمکره شمالی و شروع پاییز در نیمکره جنوبی است.
- اعتدال پاییزی (Autumnal Equinox): این اتفاق در اواخر ماه سپتامبر (حدود ۱ مهر) رخ میده. در این روز، پاییز در نیمکره شمالی شروع میشه و نیمکره جنوبی به استقبال بهار میره.
تاثیر کج بودن زمین بر طول روز
همونطور که اشاره کردیم، کج بودن محور زمین نه تنها دما، بلکه طول روز (فاصله زمانی بین طلوع تا غروب خورشید) رو هم به شدت تحت تاثیر قرار میده. اما این تاثیر در همه جای دنیا یکسان نیست و به عرض جغرافیایی شما بستگی داره.
- در خط استوا: اگه شما روی خط استوا زندگی کنید، تغییر فصل‌ها رو خیلی حس نمیکنید. طول روز در تمام طول سال تقریبا ثابت و حدود ۱۲ ساعت هست و فقط چند دقیقه بالا و پایین میشه.
- در عرض‌های جغرافیایی میانی (مثل ایران): اینجا جاییه که تفاوت‌ها کاملا محسوس میشه. در این مناطق، طول روز در نزدیکی انقلاب تابستانی به حدود ۱۵ ساعت میرسه و در نزدیکی انقلاب زمستانی به حدود ۹ ساعت کاهش پیدا میکنه.
- در دایره قطب شمال (Arctic Circle): در عرض جغرافیایی ۶۶.۵ درجه شمالی، اوضاع خیلی عجیب و غریب میشه. در اینجا، از اوایل ژوئن تا اوایل ژوئیه، خورشید اصلا غروب نمیکنه و پدیده «خورشید نیمه‌شب» رخ میده. اما در زمستان، اوضاع برعکسه و در حوالی انقلاب زمستانی، طول روز فقط کمی بیشتر از دو ساعت هست.
- شمال دایره قطب شمال (مثال: شهر بارو در آلاسکا): اگه باز هم بالاتر بریم، تاثیرات شدیدتر میشه. شهر «بارو» در آلاسکا، که در عرض جغرافیایی کمی بیشتر از ۷۱ درجه شمالی (حدود ۳۰۰ مایل دریایی شمال دایره قطب) قرار داره، شرایط خیلی خاصی رو تجربه میکنه. ساکنان این شهر حدود دو ماه تاریکی مطلق در زمستان دارن، یعنی خورشید برای یک ماه قبل و یک ماه بعد از انقلاب زمستانی اصلا طلوع نمیکنه. در عوض، از اواسط ماه می تا اوایل ماه اوت، اونها نور مطلق دارن و خورشید ۲۴ ساعته در آسمونه.
- در قطب شمال (۹۰ درجه شمالی): در نهایت، در خود قطب شمال، ما به نهایت این پدیده میرسیم. خورشید در حوالی اعتدال بهاری طلوع میکنه و برای شش ماه کامل غروب نمیکنه! و بعد از اون، در حوالی اعتدال پاییزی غروب میکنه و قطب شمال در شش ماه تاریکی مطلق فرو میره.
پس دفعه بعدی که از گرمای تابستون یا سرمای زمستون لذت بردید یا ازش شاکی بودید، یادتون باشه که همه اینها به خاطر اون کج بودن ۲۳.۵ درجه‌ای سیاره ماست؛ یک یادگاری از یک برخورد عظیم کیهانی در میلیاردها سال پیش.
پرسش و پاسخ سریع
اینجا چند تا سوال متداول رو با هم مرور می‌کنیم تا مطمئن بشیم همه چیز رو خوب یاد گرفتیم.
سوال ۱: پس یعنی زمین تو تابستون به خورشید نزدیک‌تر نیست؟
نه، دقیقا برعکسه! حداقل برای ما در نیمکره شمالی. زمین در ماه ژانویه (وسط زمستون ما) در نزدیک‌ترین فاصله به خورشید و در ماه ژوئیه (وسط تابستون ما) در دورترین فاصله از خورشید قرار داره. این خودش بهترین دلیله که نشون میده فاصله، عامل اصلی فصل‌ها نیست.
سوال ۲: پس دلیل واقعی فصل‌ها چیه؟
دلیل اصلی، کج بودن محور چرخش زمین به مقدار متوسط ۲۳.۵ درجه است. این کج بودن باعث میشه در طول سال، نیمکره‌های شمالی و جنوبی به نوبت به سمت خورشید متمایل بشن و نور خورشید رو به صورت مستقیم‌تری دریافت کنن که باعث گرما (تابستان) میشه. وقتی هم که از خورشید دور میشن، نور رو به صورت مایل دریافت میکنن که باعث سرما (زمستان) میشه.
سوال ۳: داستان انقلاب و اعتدال چیه؟
اینها نقاط کلیدی در مدار سالانه زمین هستن. انقلاب‌ها (Solstices) روزهایی هستن که یکی از قطب‌ها بیشترین تمایل رو به سمت خورشید داره (شروع تابستان و زمستان). این روزها طولانی‌ترین و کوتاه‌ترین روزهای سال هستن. اعتدال‌ها (Equinoxes) روزهایی هستن که محور زمین نه به سمت خورشید و نه در خلاف جهت اون تمایل داره و طول روز و شب تقریبا برابره (شروع بهار و پاییز).
سوال ۴: چرا روزها تو تابستون طولانی‌تره؟
چون در تابستان، نیمکره‌ای که شما در اون زندگی میکنید به سمت خورشید متمایل شده. این تمایل باعث میشه که بخش بزرگ‌تری از اون نیمکره در طول چرخش روزانه زمین، در معرض نور خورشید قرار بگیره و در نتیجه، خورشید برای مدت زمان بیشتری در آسمان باقی بمونه.
سوال ۵: آیا همه مردم روی زمین فصل‌ها رو یکسان تجربه میکنن؟
اصلا. هرچقدر از خط استوا دورتر بشید، تفاوت بین فصل‌ها شدیدتر میشه. در مناطق استوایی، تغییرات دما و طول روز در طول سال خیلی کمه. اما هرچقدر به سمت قطب‌ها حرکت کنیم، تفاوت بین تابستان و زمستان، هم از نظر دما و هم از نظر طول روز، بسیار شدید و چشمگیر میشه.
سوال ۶: این کج بودن محور زمین از کجا اومده؟
نظریه اصلی اینه که میلیاردها سال پیش، در اوایل شکل‌گیری منظومه شمسی، یک سیاره اولیه به اسم «تیا» (Theia) به شدت با زمین برخورد کرد. این برخورد باعث کج شدن محور زمین شد و بقایای حاصل از اون هم در نهایت قمر زمین، یعنی ماه، رو تشکیل داد.
دیدگاهتان را بنویسید