مقالات
در حال خواندن
فصل های سال چگونه شکل میگیرند؟
0

فصل های سال چگونه شکل میگیرند؟

توسط رضا قهرمانی۱۵ اسفند, ۱۳۹۵

بسیاری بر این باورند که زمین در تابستان به خورشید نزدیک تر است و به همین دلیل هوا در این فصل گرم تر است. همچنین فکر می کنند در زمستان زمین از خورشید دورتر است و بنابراین این فصل سردتر است.
اما این استدلال درستی نیست.

پس با مکاسیس همراه باشید تا دلایل تشکیل فصل هارا بدانیم.

به زبانی ساده این دلایل دلیل به وجود آمدن فصلها هستند.

این درست است که مدار زمین یک دایره کامل نیست. درنتیجه زمین در بخش هایی از سال نسبت به مواقع دیگر سال به خورشید نزدیک تر است. اما چنان که گفتیم این دلیل گرم تر یا سردتر شدن هوا نیست. چراکه در نیمکره شمالی وقتی زمین در نزدیک ترین فاصله اش از خورشید قرار دارد، زمستان است و در همین منطقه وقتی زمین در دورترین فاصله اش از خورشید قرار دارد تابستان است. بنابراین تغییر فاصله زمین با خورشید در طول سال، تفاوتی در آب و هوا ایجاد نمی کند.
یعنی دلیل دیگری برای به وجود آمدن فصل ها وجود دارد.

این دلیل محور زمین است. محور زمین خطی فرضی است که از وسط زمین می گذرد و از بالا به پایین کشیده شده. زمین حول این محور می چرخد و هر روز هم یک دور کامل به دور آن می چرخد. به همین دلیل است که ما شب و روز داریم و همه بخش های زمین نیز هر روز هم در تاریکی و هم در روشنایی فرو می روند.

اما محور زمین راست و مستقیم نیست و به همین دلیل است که فصل وجود دارد. تصور بر این است که در زمان های خیلی قدیم، زمانی که زمین هنوز جوان بود، شیئی بزرگ به شدت به زمین ضربه زده و محور آن را کج کرده است. بنابراین محور زمین دیگر راست و مستقیم از بالا به پایین کشیده نشده و کمی بیش از یک ذره کج شده.

آن شیء بزرگی که به زمین برخورد کرده تیا (Theia) نامیده می شود. تیا سوراخ بزرگی را نیز در سطح زمین به جا گذاشته. این ضربه سخت، مقدار عظیمی گرد و غبار و نیز سنگی را به داخل مدار پرتاب کرده. بیشتر دانشمندان فکر می کنند که سنگ جدا و پرتاب شده از زمین، ماه ما باشد.

همین طور که زمین به دور خورشید می گردد، درواقع نوک پیکان محور کج شده خود را همیشه در همان جهت دارد. بنابراین در طول سال، بخش های مختلف زمین اشعه مستقیم خورشید را دریافت می کنند. اگر در زمستان به آمریکای جنوبی بروید می توانید شنا کنید نه اسکی. گاهی اوقات این قطب شمال است که به جانب خورشید کج می شود (حدود تیر ماه) و گاهی اوقات این قطب جنوب است که به سوی خورشید می گردد (حدود دی ماه). در ماه تیر در نیمکره شمالی تابستان است، زیرا اشعه خورشید مستقیم تر از هر زمان دیگر سال به زمین می رسد. در دی ماه هم در نیمکره شمالی زمستان است چراکه این موقع زمانی است که قطب جنوب به سوی خورشید کج شده است.

اما با روش هندسه نیز میتوان دلیل بوجود آمدن فصل هارا بیان کرد.

فصل ها چگونه بوجود می آیند ؟ 

عبارت چرخش زمین (دوران زمین) یا همان Earth rotation به چرخش زمین حول محور خوردش(که  این محور از قطب شمال و جنوب می گذرد) اطلاق می گردد.یک چرخش زمین ۲۴ ساعت طول می کشد. حاصل چرخش زمین به دور خودش ایجاد شب و روز است که زمانی که خورشید به کره زمین می تابد نیمی از آن در تاریکی و نیمی دیگر در روشنایی قرار می گیرد. به دایره ای که این دو نیم کره را از یکدیگر جدا می کند ”  دایره روشنایی ” گویند.

به علت دوران زمین نقاط واقع در استوا با سرعت  ۱۶۷۰ کیلومتر بر ساعت  حرکت می کند.
چرا؟ 
گفتیم که کره زمین هر ۲۴ ساعت یک دور کامل، دور خودش می چرخد و محیط کره زمین در خط استوا  ۴۰۰۷۶  کیلومتر است.  اندازه این سرعت از تقسیم محیط زمین در خط استوا بر تعداد ساعات شبانه روز ( ۲۴ ساعت) بدست می آید. ۴۰۰۷۶/۲۴=۱۶۷۰
از انجایی که محیط زمین در قطبین به صفر نزدیک می شود، هنگامی که به سمت یکی از دو قطب حرکت می کنید این سرعت تقریبا به صفر کاهش می یابد.
اگر شما از فضا به قطب شمال زمین نگاه کنید متوجه خواهید شد که چرخش زمین در خلاف جهت عقربه های ساعت است.
هنگامی که از فضا به قطب جنوب بنگریم جهت چرخش زمین ساعتگرد است.

برای فهم کامل جهت دوران زمین یک محور فرضی از قطب جنوب به سمت قطب شمال در نظر بگیرید و نگشت شست دست راست خود را در جهت بالا(به طرف قطب شمال) قرار دهید در این صورت چهار انگشت دیگر جهت دوران را نشان می دهد.
حال می خواهیم کمی در مورد  حرکت زمین به دور  خورشید صحبت کنیم.
زمین حرکت دیگری هم دارد که به حرکت انتقالی یا Earth Revolution  معروف است و همان چرخش زمین در مدار بیضی شکل به دور خورشید است.

زمان یک دور کامل چرخیدن زمین به دور خورشید ۳۶۵.۲۵ روز( ۳۶۵ روز و ۶ ساعت)  است که در تقویم ها به خاطر راحتی آنرا ۳۶۵ محاسبه می کنند.  اگر ۶ ساعت ها را باهم جمع کنیم بعد از ۴ سال ۲۴ ساعت می شود( برابر یک روز) بنابراین یک روز به سال چهارم اضافه می شود و سال چهارم ۳۶۶ روز می شود. سالی که تعداد روز های آن ۳۶۶ روز است را سال کبیسه می نامند.

زمین روی یک مسیر بیضی شکل حرکت می کند که خورشید یکی از کانون های این بیضی است. مسیر بیضی باعث وجود اختلاف  فاصله زمین در طی حرکتش از خورشید می شود اما این تغغیر فاصله هیچ تغییری در آب و هوای زمین و فصول ایجاد نمی کند بلکه این تغییر فاصله از خورشید تنها ۶ درصد تغییر انرژی تابشی در سطح زمین ایجاد می کند. علت این امر آن است که مدار حرکت زمین بیضی کشیده نیست بلکه بیضی ای است که تقریبا شبیه دایره  است و خروج از مرکز مدار بیضی شکل ۰.۰۱۷ است.

چند تعریف ساده :
در مکانیک آسمانی، دورترین نقطه در مدار بیضوی یک شیء از گرانیگاه خود را اوجمی‌گویند.  به عبارت دیگر : نقطه ای که دارای بیشترین فاصله میباشد
به نزدیک‌ترین نقطه در مدار بیضوی نسبت به گرانیگاه، حضیض گفته می‌شود. بعبارت دیگر : نقطه ای در مدار بیضوی که کمترین فاصله را  با جسم مرکزی دارد .

اعتدالین : نام دو روز خاص در طول سال ست که طی آن ساعت شب و روز در  همه جای دنیا با هم برابر است. یعنی ۱۲ ساعت تاریکی  و ۱۲ ساعت روشنایی داریم.   این روز ها اول فروردین ( اعتدال بهاری) و اول مهر( اعتدال پاییزی) یا حوالی این دو روز است.

.

تعریف فصل : فصل یکی از تقسیمات سال بر اساس تغییر آب و هوا است. گردش زمین به دور خورشید و مایل بودن محور زمین سبب تغییر طول روز و دما می شود و فصل ها را بوجود می آورد.
فصل ها حاصل حرکت انتقالی زمین بدور خورشید و متمایل بودن محور چرخش زمین نسبت به صفحه حرکت انتقالی هستند. متمایل بودن زمین باعث تغییر شدت تابش نور خورشید در طول سال و تغییرات آب و هوا در مناطق قطبی و معتدل می شود.

آیا فصل ها به علت تغییر فاصله زمین از خورشید بوجود می آیند ؟ 
روز ۳ ژانویه  حدودا اوایل زمستان  در نیمکره شمالی است در حالی که زمین کمترین فاصله را از خورشید دارد یعنی به خورشید نزدیکتر است(۱۴۷۳۰۰۰۰۰ کیلومتر) . در روز ۴ جولای حدودآ اوایل تابستان در نیمکره شمالی زمین از خورشید دورتر است(۱۵۲۰۰۰۰۰۰ کیلومتر) . همین مطلب نشان دهنده این است که فاصله زمین از خورشید تاثیری روی فصل ها ندارد.

پس علت اصلی تفاوت فصل ها در چیست ؟

علت اصلی را باید در انحراف محور زمین دوران زمین دانست. انحرافی به اندازه ۲۳.۵ درجه که باعث تفاوت میزان تابش نور خورشید بر نقاط مختلف زمین می شود و نوع حرکت انتقالی زمین باعث  مختلف شدن این زاویه برای نقاط مختلف مدار زمین دور خورشید می شود.
وقتی که  نور خورشید به صورت عمود  به زمین می تابد سطح کمتری از زمین را دربر میگیرد . انرژی خورشید  بر این سطح کم متمرکر شده و گرمای بیشتری از خورشید دریافت می کند. ضمن اینکه در تابستان طول روز بیشتر است و زمین مدت بیشتری از نور خورشید انرژی دریافت می کند.

همین انحراف  است که فصل ها و مفاهیمی مانند انقلاب تابستانی و زمستانی و تعادل بهاری و پاییزی را به وجود می آورد.
در مورد این انحراف باید گفت که زاویه ۲۳.۵ درجه ای محور زمین نسبت به ستاره شمالی یا صفحه دوران همواره ثابت باقی می ماند. تغییر ارتفاع خورشید در افق دید ما در زمین در تابستان و زمستان ناشی از همین ثابت بودن زاویه انحرافی است.

خوب، همگام با حرکت انتقالی زمین جلو می رویم :

زمین پیوسته دور خورشید می چرخد. به صورت فرض ابتدای حرکت زمین را از اول فصل بهار شروع می کنیم و جلو میرویم.
و چون اکثر ساکنان کره زمین و ما در نیمکره شمالی زندگی می کنیم ، فصل های  نیمکره شمالی را مورد بررسی قرار می دهیم. فصل ها در نیمکره جنوبی دقیقا عکس  نیمکره شمالی است.

انحراف محور زمین در اول مهرماه و اول فروردین تاثیری بر چگونگی (تفاوت)  تابش نور خورشید به نیمکره شمالی و جنوبی زمین ندارد و هر دو نیمکره به یک اندازه نور خورشید را دریافت می‌کنند. زیرا کجی ۲۳.۵ درجه زمین روبه خورشید یا پشت به خورشید نیست  در این دو روز، در همه جای زمین، طول روز و شب مساوی و برابر ۱۲ ساعت است.به این دو روز اعتدال بهاری و اعتدال پاییزی می‌گویند.زمانی که در نیمکره شمالی اعتدال بهاری است، در نیمکره جنوبی اعتدال پاییزی است.

در این روز خورشید بر تمام نقاط واقع روی خط استوا به صورت عمود می تابد.
بعد از روز اعتدال حرکت و کجی محور زمین به گونه ای است  که نیم کره  شمالی  کم کم به سمت خورشید  متمایل  می شود. وقتی نیم کره شمالی زمین به تدریج رو به خورشید قرار می گیرد، نور خورشید قسمت های بیشتری از نیم کره شمالی را روش می کند. در نتیجه طول روز به تدریج بلند و طول شب کوتاه می شود. این وضعیت تا انقلاب تابستانی ادامه دارد.

معنی انقلاب : (مثلا انقلاب تابستانی) این است که در یک لحظه ناگهان طول روز  به جای بلند شدن رو به کوتاه شدن می کند.
دایره روشنایی: نور خورشید همواره دقیقا نیمی از زمین را روشن می کند و نیم دیگر زمین  در تاریکی قرار دارد. مانند اینکه مرز روشنایی روی زمین را با یک دایره نمایش دهیم .

روز اول تیر ماه قطب شمال بیش از هر زمان دیگری(۲۳.۵ درجه) به سوی خورشید متمایل است. این روز طولانی ترین روز در نیمکره شمالی است. و به آن انقلاب تابستانی گویند.

در انقلاب تابستانی ساکنان کره زمین که در مدار راس سرطان زندگی می کنند خورشید را دقیقا در بالای سر خود  و در سوسو می بینند.چرا؟

 می دانیم که نقاط روی عرض جغرافیایی ۲۳.۵ درجه شمالی را مدار راس سرطان گویند. در اعتدالین که کجی محور زمین عمود بر اشعه تابشی خورشد است، نور خورشید بر عرض جغرافیایی ۰ درجه(استوا) عمود می تابد. در انقلاب تابستانی(شروع فصل تابستان) نیکمره شمالی ۲۳.۵ درجه به سمت خورشید کج می شود(نیمکره جنوبی ۲۳.۵ درجه از خورشید دور می شود)  در نتیجه  اکنون خورشید بر سرزمین های واقع در راس سرطان عمود می تابد.
در تابستان طول روز در نیمکره شمالی بیشتر از طول شب است.
دایره روشنایی  بیش از نصف  نیمکره شمالی را روشن می کند. بنابراین هنگام چرخش زمین شخص بیش از ۱۲ ساعت  در محدوده دایره روشنایی قرار می گیرد
و هر چه از استوا به سمت قطب شمال پیش رویم اختلاف طول شب و روز بیشتر می شود. به صورتیکه در بالای مدار قطب شمال روشنایی ۲۴ ساعته داریم. در نیم کره جنوبی وضعیت دقیقا عکس است و با انقلاب تابستانی در نیمکره شمالی و آغاز تابستان ، ساکنان نیمکره جنوبی آغاز فصل زمستان( شب یلدا) را تجربه می کنند.

بعد  از روز انقلاب تابستانی  نیمکره شمالی کم کم از خورشید روی برمیگرداند. ( نیمکره جنوبی کم کم به سمت خورشید متمایل می شود) واین وضعیت ادامه دارد تا اعتدال پاییزی که در آن دو نیمکره به یک اندازه رو به خورشید قرار می گیرند.
پاییز: در اول مهر ماه یا همان اعتدال پاییزی دو نیمکره به یک اندازه رو به خورشید قرار دارند. طول روز و شب در این روز در تمام نقاط کره زمین برابر است. ( همانند اعتدال بهاری)


انقلاب زمستانی: در ادامه کم شدن تمایل نیمکره شمالی به سمت خورشید و با عبور از وضعیت اعتدال پاییزی ، نیم کره شمالی هر روز بیش از پیش از خورشید روی بر میگرداند. این وضعیت تا روز انقلاب زمستانی که در این روز نیمکره شمالی بیشترین  رویگردانی را نسبت به خورشید دارد. ( در این روز نیمکره جنوبی بیشترین تمایل را به سمت خورشید دارد.)
طول شب در نیم کره شمالی در زمستان بیشتر از طول روز است و مناطق بالای مدار قطب شمال در شب های ۲۴ ساعته  دارند.
دقیقا در نقطه قطب شمال و قطب جنوب ۶ ماه شب و ۶ ماه روز داریم.
در انقلاب زمستانی نیمکره شمالی طولانی ترین شب یعنی شب یلدا را تجربه می کند. نیمکره جنوبی در حال گذراندن تابستان است.

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
رضا قهرمانی

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید