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 زمين (دوران زمين) يا همان Earth rotation به چرخش زمين حول محور خوردش(که  اين محور از قطب شمال و جنوب مي گذرد) اطلاق مي گردد.يک چرخش زمين ۲۴ ساعت طول مي کشد. حاصل چرخش زمين به دور خودش ايجاد شب و روز است که زماني که خورشيد به کره زمين مي تابد نيمي از آن در تاريکي و نيمي ديگر در روشنايي قرار مي گيرد. به دايره اي که اين دو نيم کره را از يکديگر جدا مي کند ”  دايره روشنايي ” گويند.

به علت دوران زمين نقاط واقع در استوا با سرعت  ۱۶۷۰ کيلومتر بر ساعت  حرکت مي کند.
چرا؟ 
گفتيم که کره زمين هر ۲۴ ساعت يک دور کامل، دور خودش مي چرخد و محيط کره زمين در خط استوا  ۴۰۰۷۶  کيلومتر است.  اندازه اين سرعت از تقسيم محيط زمين در خط استوا بر تعداد ساعات شبانه روز ( ۲۴ ساعت) بدست مي آيد. ۴۰۰۷۶/۲۴=۱۶۷۰
از انجايي كه محيط زمين در قطبين به صفر نزديك مي شود، هنگامي كه به سمت يكي از دو قطب حركت مي كنيد اين سرعت تقريبا به صفر كاهش مي يابد.
اگر شما از فضا به قطب شمال زمين نگاه کنيد متوجه خواهيد شد که چرخش زمين در خلاف جهت عقربه هاي ساعت است.
هنگامي که از فضا به قطب جنوب بنگريم جهت چرخش زمين ساعتگرد است.

براي فهم کامل جهت دوران زمين يک محور فرضي از قطب جنوب به سمت قطب شمال در نظر بگيريد و نگشت شست دست راست خود را در جهت بالا(به طرف قطب شمال) قرار دهيد در اين صورت چهار انگشت ديگر جهت دوران را نشان مي دهد.
حال مي خواهيم کمي در مورد  حرکت زمين به دور  خورشيد صحبت کنيم.
زمين حرکت ديگري هم دارد که به حرکت انتقالي يا Earth Revolution  معروف است و همان چرخش زمين در مدار بيضي شکل به دور خورشيد است.

زمان يک دور کامل چرخيدن زمين به دور خورشيد ۳۶۵.۲۵ روز( ۳۶۵ روز و ۶ ساعت)  است که در تقويم ها به خاطر راحتي آنرا ۳۶۵ محاسبه مي کنند.  اگر ۶ ساعت ها را باهم جمع کنيم بعد از ۴ سال ۲۴ ساعت مي شود( برابر يک روز) بنابراين يک روز به سال چهارم اضافه مي شود و سال چهارم ۳۶۶ روز مي شود. سالي که تعداد روز هاي آن ۳۶۶ روز است را سال کبيسه مي نامند.

زمين روي يک مسير بيضي شکل حرکت مي کند که خورشيد يکي از کانون هاي اين بيضي است. مسير بيضي باعث وجود اختلاف  فاصله زمين در طي حرکتش از خورشيد مي شود اما اين تغغير فاصله هيچ تغييري در آب و هواي زمين و فصول ايجاد نمي کند بلکه اين تغيير فاصله از خورشيد تنها ۶ درصد تغيير انرژي تابشي در سطح زمين ايجاد مي کند. علت اين امر آن است که مدار حرکت زمين بيضي کشيده نيست بلکه بيضي اي است که تقريبا شبيه دايره  است و خروج از مرکز مدار بيضي شکل ۰.۰۱۷ است.

چند تعريف ساده :
در مکانيک آسماني، دورترين نقطه در مدار بيضوي يک شيء از گرانيگاه خود را اوجمي‌گويند.  به عبارت ديگر : نقطه اي که داراي بيشترين فاصله ميباشد
به نزديک‌ترين نقطه در مدار بيضوي نسبت به گرانيگاه، حضيض گفته مي‌شود. بعبارت ديگر : نقطه اي در مدار بيضوي که کمترین فاصله را  با جسم مرکزي دارد .

اعتدالين : نام دو روز خاص در طول سال ست که طي آن ساعت شب و روز در  همه جاي دنيا با هم برابر است. يعني ۱۲ ساعت تاريکي  و ۱۲ ساعت روشنايي داريم.   اين روز ها اول فروردين ( اعتدال بهاري) و اول مهر( اعتدال پاييزي) يا حوالي اين دو روز است.

.

تعريف فصل : فصل يکي از تقسيمات سال بر اساس تغيير آب و هوا است. گردش زمين به دور خورشيد و مايل بودن محور زمين سبب تغيير طول روز و دما مي شود و فصل ها را بوجود مي آورد.
فصل ها حاصل حرکت انتقالي زمين بدور خورشيد و متمايل بودن محور چرخش زمين نسبت به صفحه حرکت انتقالي هستند. متمايل بودن زمين باعث تغيير شدت تابش نور خورشيد در طول سال و تغييرات آب و هوا در مناطق قطبي و معتدل مي شود.

آيا فصل ها به علت تغيير فاصله زمين از خورشيد بوجود مي آيند ؟ 
روز ۳ ژانويه  حدودا اوايل زمستان  در نيمکره شمالي است در حالي که زمين کمترين فاصله را از خورشيد دارد يعني به خورشيد نزديکتر است(۱۴۷۳۰۰۰۰۰ کيلومتر) . در روز ۴ جولاي حدودآ اوايل تابستان در نيمکره شمالي زمين از خورشيد دورتر است(۱۵۲۰۰۰۰۰۰ کيلومتر) . همين مطلب نشان دهنده اين است که فاصله زمين از خورشيد تاثيري روي فصل ها ندارد.

پس علت اصلي تفاوت فصل ها در چيست ؟

علت اصلي را بايد در انحراف محور زمين دوران زمين دانست. انحرافي به اندازه ۲۳.۵ درجه که باعث تفاوت ميزان تابش نور خورشيد بر نقاط مختلف زمين مي شود و نوع حرکت انتقالي زمين باعث  مختلف شدن اين زاويه براي نقاط مختلف مدار زمين دور خورشيد مي شود.
وقتي که  نور خورشيد به صورت عمود  به زمين مي تابد سطح کمتري از زمين را دربر ميگيرد . انرژي خورشيد  بر اين سطح کم متمرکر شده و گرماي بيشتري از خورشيد دريافت مي کند. ضمن اينکه در تابستان طول روز بيشتر است و زمين مدت بيشتري از نور خورشيد انرژي دريافت مي کند.

همين انحراف  است که فصل ها و مفاهيمي مانند انقلاب تابستاني و زمستاني و تعادل بهاري و پاييزي را به وجود مي آورد.
در مورد اين انحراف بايد گفت که زاويه ۲۳.۵ درجه اي محور زمين نسبت به ستاره شمالي يا صفحه دوران همواره ثابت باقي مي ماند. تغيير ارتفاع خورشيد در افق ديد ما در زمين در تابستان و زمستان ناشي از همين ثابت بودن زاويه انحرافي است.

خوب، همگام با حرکت انتقالی زمین جلو می رویم :

زمين پيوسته دور خورشيد مي چرخد. به صورت فرض ابتداي حرکت زمين را از اول فصل بهار شروع مي کنيم و جلو ميرويم.
و چون اکثر ساکنان کره زمين و ما در نيمکره شمالي زندگي مي کنيم ، فصل هاي  نيمکره شمالي را مورد بررسي قرار مي دهيم. فصل ها در نيمکره جنوبي دقيقا عکس  نيمکره شمالي است.

انحراف محور زمين در اول مهرماه و اول فروردين تاثيري بر چگونگي (تفاوت)  تابش نور خورشيد به نيمکره شمالي و جنوبي زمين ندارد و هر دو نيمکره به يک اندازه نور خورشيد را دريافت مي‌کنند. زيرا کجي ۲۳.۵ درجه زمين روبه خورشيد يا پشت به خورشيد نيست  در اين دو روز، در همه جاي زمين، طول روز و شب مساوي و برابر ۱۲ ساعت است.به اين دو روز اعتدال بهاري و اعتدال پاييزي مي‌گويند.زماني که در نيمکره شمالي اعتدال بهاري است، در نيمکره جنوبي اعتدال پاييزي است.

در اين روز خورشيد بر تمام نقاط واقع روي خط استوا به صورت عمود مي تابد.
بعد از روز اعتدال حرکت و کجي محور زمين به گونه اي است  که نيم کره  شمالي  کم کم به سمت خورشيد  متمايل  مي شود. وقتي نيم کره شمالي زمين به تدريج رو به خورشيد قرار مي گيرد، نور خورشيد قسمت هاي بيشتري از نيم کره شمالي را روش مي کند. در نتيجه طول روز به تدريج بلند و طول شب کوتاه مي شود. اين وضعيت تا انقلاب تابستاني ادامه دارد.

معني انقلاب : (مثلا انقلاب تابستاني) اين است که در يک لحظه ناگهان طول روز  به جاي بلند شدن رو به کوتاه شدن مي کند.
دايره روشنايي: نور خورشيد همواره دقيقا نيمي از زمين را روشن مي کند و نيم ديگر زمين  در تاريکي قرار دارد. مانند اينکه مرز روشنايي روي زمين را با يک دايره نمايش دهيم .

روز اول تير ماه قطب شمال بيش از هر زمان ديگري(۲۳.۵ درجه) به سوي خورشيد متمايل است. اين روز طولاني ترين روز در نيمکره شمالي است. و به آن انقلاب تابستاني گويند.

در انقلاب تابستاني ساکنان کره زمين که در مدار راس سرطان زندگي مي کنند خورشيد را دقيقا در بالاي سر خود  و در سوسو مي بينند.چرا؟

 مي دانيم که نقاط روي عرض جغرافيايي ۲۳.۵ درجه شمالي را مدار راس سرطان گويند. در اعتدالين که کجي محور زمين عمود بر اشعه تابشي خورشد است، نور خورشيد بر عرض جغرافيايي ۰ درجه(استوا) عمود مي تابد. در انقلاب تابستاني(شروع فصل تابستان) نيکمره شمالي ۲۳.۵ درجه به سمت خورشيد کج مي شود(نيمکره جنوبي ۲۳.۵ درجه از خورشيد دور مي شود)  در نتيجه  اکنون خورشيد بر سرزمين هاي واقع در راس سرطان عمود مي تابد.
در تابستان طول روز در نيمکره شمالي بيشتر از طول شب است.
دايره روشنايي  بيش از نصف  نيمکره شمالي را روشن مي کند. بنابراين هنگام چرخش زمين شخص بيش از ۱۲ ساعت  در محدوده دايره روشنايي قرار مي گيرد
و هر چه از استوا به سمت قطب شمال پيش رويم اختلاف طول شب و روز بيشتر مي شود. به صورتيکه در بالاي مدار قطب شمال روشنايي ۲۴ ساعته داريم. در نيم کره جنوبي وضعيت دقيقا عکس است و با انقلاب تابستاني در نيمکره شمالي و آغاز تابستان ، ساکنان نيمکره جنوبي آغاز فصل زمستان( شب يلدا) را تجربه مي کنند.

بعد  از روز انقلاب تابستاني  نيمکره شمالي کم کم از خورشيد روي برميگرداند. ( نيمکره جنوبي کم کم به سمت خورشيد متمايل مي شود) واين وضعيت ادامه دارد تا اعتدال پاييزي که در آن دو نيمکره به يک اندازه رو به خورشيد قرار مي گيرند.
پاييز: در اول مهر ماه يا همان اعتدال پاييزي دو نيمکره به يک اندازه رو به خورشيد قرار دارند. طول روز و شب در اين روز در تمام نقاط کره زمين برابر است. ( همانند اعتدال بهاري)


انقلاب زمستاني: در ادامه کم شدن تمايل نيمکره شمالي به سمت خورشيد و با عبور از وضعيت اعتدال پاييزي ، نيم کره شمالي هر روز بيش از پيش از خورشيد روي بر ميگرداند. اين وضعيت تا روز انقلاب زمستاني که در اين روز نيمکره شمالي بيشترين  رويگرداني را نسبت به خورشيد دارد. ( در اين روز نيمکره جنوبي بيشترين تمايل را به سمت خورشيد دارد.)
طول شب در نيم کره شمالي در زمستان بيشتر از طول روز است و مناطق بالاي مدار قطب شمال در شب هاي ۲۴ ساعته  دارند.
دقيقا در نقطه قطب شمال و قطب جنوب ۶ ماه شب و ۶ ماه روز داريم.
در انقلاب زمستاني نيمکره شمالي طولاني ترين شب يعني شب يلدا را تجربه مي کند. نيمکره جنوبي 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