زمين، گرانش، جو

زمين گهواره حيات

اگر از خورشيد که در مرکز منظومه‌ي شمسي قرار دارد، به سمت خارج منظومه حرکت کنيم، پس از عطارد و زهره، زمين سومين سيّاره منظومه‌ي شمسي است. زمين سياره‌ي ماست؛ سياره‌اي بسيار زيبا که به عقيده‌ي خيلي‌ها زيباترين سياره‌ي منظومه‌ي شمسي است. زمين ما در کنار اين زيبايي، ويژگي منحصر به فرد ديگري هم دارد. آيا شما اين ويژگي زمين را مي‌دانيد؟ کمي فکر کنيد؟ بله؛ درست حدس زديد. در کمال فروتني، بايد گفت مهمترين ويژگي زمين، خود ما هستيم؛ يعني در واقع مهمترين ويژگي زمين، وجود جانداران شامل حيوانات، گياهان و ما انسان‌ها بر روي آن است.

حتي اگر زمين را با ديگر سياره‌هاي منظومه مقايسه نکنيم، باز هم زمين سياره‌ي زيبايي است.

البته زمين ما در ويژگي‌هاي ديگري هم، دست كم در منظومه‌ي خورشيدي، بي‌نظير و يکتاست. براي نمونه اقيانوس‌هاي بزرگي از آب بر روي آن وجود دارد. يا اينکه جـوّ آن داراي گاز اکسيژن است. و ويژگي‌هاي ديگري که در ادامه به آنها مي‌پردازيم. به ياد داشته باشيد اگر اين ويژگي‌ها نبود هرگز حيات به گونه‌اي كه ما امروز آن را مي‌شناسيم، بر روي زمين شکل نمي‌گرفت و گياهان و جانوران و انسان‌ها وجود نداشتند.

ماه؛ قمر زمين

"قمر" سياره‌ي بسيار کوچکي است که به دور سياره‌ي ديگري مي‌چرخد. در منظومه‌ي شمسي، در ميان سيّاره‌‌هايي که تا اندازه‌اي شبيه به زمين هستند، زمين داراي يک قمر و مريخ داراي دو قمر واقعي هستند. نام قمر زمين، ماه است. شايد فکر کنيد ماه هيچ تأثيري بر زمين و زمينيان ندارد و تنها به کار شاعران مي‌آيد؛ اما بد نيست بدانيد که اين قمر زيبا يكي از مهمترين عوامل ادامه‌ي حيات در زمين است؛ حتماً مي‌پرسيد چطور؟ براي فهميدن اين موضوع بايد نکته‌اي را توضيح دهيم: همانطور که مي‌دانيد کج بودن محور دوران زمين به دور خودش، باعث به وجود آمدن فصل‌ها مي‌شود. ولي اگر اين کجي بيش از حد باشد، تابستان‌ها بسيار گرم و زمستان‌ها بسيار سرد مي‌شود به طوري که همه‌ي جانداران نابود مي‌شوند. در واقع اگر ماه وجود نداشت اين اتفاق مي‌افتاد؛ يعني تغييرات محور چرخش زمين به‌اندازه‌اي زياد مي‌شد كه زمستان‌ها و تابستان‌هاي زمين بسيار طولاني مي‌شد و پيامد آن، شرايط محيطي بسيار سخت و دشواري براي حيات بود. ماه نزديک به 384400 كيلومتر از مركز زمين فاصله دارد و هر 3/27 روز يك ‌بار زمين را دور مي‌زند. البته فاصله مدار ماه تا زمين، با سرعت كمي به ميزان 38 ميلي‌متر در هر سال، افزايش مي‌يابد. اما در حال حاضر ماه كامل در آسمانِ زمين، هم‌اندازه‌ي خورشيد ديده مي‌شود (چرا كه قطر خورشيد 400 برابر قطر ماه است و فاصله‌ي آن نيز تقريباً 400 برابر فاصله‌ي زمين تا ماه است) و به همين دليل بشر امروزي شاهد گرفت‌هاي زيباي خورشيد در آسمان است.

به دليل برابر بودن اندازه‌‌ي ظاهري ماه و خورشيد در آسمان زمين، بشر شاهد گرفت‌هاي زيباي خورشيد است. در طول يك گرفت كامل، جـوّ خورشيد كه به آن تاج مي‌گويند، آشكار مي‌شود و بسياري ديگر از ساير جزئيات كه در حالت عادي در درخشش قرص خورشيد پنهان مي‌مانند، به يكباره آشکار مي‌گردد و دانشمندان از اين فرصت‌هاي استثنائي براي بررسي نواحي دروني تاج، بيشترين استفاده را مي‌كنند (عكس از عليرضا وفا).

سپرهاي محافظتي مغناطيسي

زمين داراي سپرهاي محافظتي بسياري است. يكي از ويژگي‌هاي بسيار مهم زمين، ميدان مغناطيسي آن است. به دليل جريان‌هاي همرفتي هسته‌ي آهن- نيكل زمين، ميداني مغناطيسي، مشابه ميدان مغناطيسي يك آهنرباي دوقطبي، زمين را در برگرفته است. اين ميدان مغناطيسي نخستين سپر محافظتي در برابر ذرات پرانرژي كيهاني و بادها و فوران‌هاي خورشيدي است كه به سوي سياره‌ي ما از هر طرف هجوم مي‌آورند.

ميدان مغناطيسي زمين مانند يك آهنرباي دوقطبي است، جالب است بدانيد كه قطب شمال اين آهنربا در قطب جنوب زمين و قطب جنوب مغناطيسي آن در قطب شمال جغرافيايي قرار دارد.

ميدان مغناطيسي زمين، نخستين سپر محافظتي در برابر ذرات پر انرژي در فضا

جـوّ

وجود جـوّ از ويژگي‌هاي بسيار مهم زمين است. اَزُت يا نيتروژن مقدار زيادي از جـوّ زمين يعني نزديک به 80 درصد آن و اکسيژن نزديک به بيست درصد آن را تشکيل مي‌دهد. در كنار اين دو گاز، بخار آب، اندكي دي اكسيد كربن و اُزُن نيز از تركيب‌هاي مهم جـوّي هستند. همچنين مقدار بسيار کمي ازگازهايي مانند آرگون، كريپتون، نئون و زنون نيز در جـوّ زمين وجود دارد. اين گازها تأثير بسياري بر حيات در کره‌ي زمين دارند؛ زيرا پرتوهاي زيان‌‌آور فرابنفش را جذب مي‌کنند و در تنظيم دماي جـوّ اثرگذارند. در اهمّيّت دماي جـوّ همين بس كه اگر ميانگين دماي زمين تنها چند درجه‌ي سانتي‌گراد افزايش يابد، آب اقيانوس‌ها بخار مي‌شود؛ چرخه‌ي آب بر هم مي‌خورد؛ اثرات وحشتناكي در تركيبات جـوّي ايجاد مي‌گردد و سرانجام زمين زنده و شاداب ما به بياباني خشك و بي‌حاصل تبديل مي‌شود.

جـوّ زمين علاوه بر جلوگيري از عبور پرتوهاي فرابنفش، از ما در برابر سنگ‌هاي آسماني نيز محافظت مي‌کند. ذرات ريز و درشت فراواني در فضا با سرعتي بسيار بيش از گلوله‌ي تفنگ با جـوّ زمين برخورد مي‌كنند، اما در ارتفاع‌هاي بالاي جـوّ بر اثر دماي بالاي ناشي از فشرده شدن هواي جلوي آنها مي‌سوزند و از بين مي‌روند. در واقع سوختن و تصعيد همين اجرام در شب باعث ظهور شهاب در آسمان مي‌شود.

همانطور که گفته شد، جـوّ فوايد بسياري براي زمينيان دارد. عاملي كه باعث نگه داشتن جـوّ، بر گرد اين سياره‌ي زيبا مي‌شود و همچنين از مهمترين پارامترهاي تأثيرگذار بر رفتار آن است، نيروي گرانش زمين است كه همگي ما را بر سطح زمين نگه مي‌دارد و ماه و همه‌ي ماهواره‌هاي ساخته‌ي دست بشر را در مدارهايي بر گرد زمين به گردش در مي‌آورد. به دليل اهمّيّت و نقش به سزاي اين نيرو در شكل‌دهي جهان هستي و حركت اجرام سماوي از جمله ماهواره‌ها و فضاپيماها به معرفي بيشتر آن مي‌پردازيم.

گرانش

گرانش، نيروي اصلي در شکل‌گيري جهان مادّي و حرکت اجرام سماوي است. اين نيرو بر حرکت، تشکيل و تغييرات ساختارهاي گوناگون کيهان اثرگذار است. بايد گفت ويژگي‌هاي کيهان، به عنوان بزرگترين ساختار شناخته شده، به مقدار جرم موجود در جهان و برهمکنش گرانشي جرم وابسته است.

در طول اعصار و دوران‌هاي گوناگون، بشر درك مبهمي از اين نيرو كه به صورت جاذبه عمل مي‌كند داشته است. نخستين کسي كه به تشريح و فرمول‌بندي اين نيرو پرداخت، دانشمند و رياضي‌دان بزرگ آيزاک نيوتن بود. «قانون جهاني گرانش» نيوتن كه نخستين بيان رياضي گرانش بود در كتاب « اصول» وي در سال 1687 منتشر شد. البته با اين که قانون جهاني گرانش، نخستين بار به صراحت توسط آيزاک نيوتن بيان شد، پيش از او نيز دانشمندان ديگري پديده‌ي گرانش را بررسي کرده بودند.

مي‌گويند آيزاک نيوتن با دقّت درباره‌ي علّت و چگونگي سقوط سيب (به سرش!) به جاذبه‌ي گرانشي زمين پي برد.

براي نمونه بطلميوس (قرن دوم پس از ميلاد) درك مبهمي از نيرويي داشت كه به سوي مركز زمين گرايش دارد. به اعتقاد او اين نيرو نه تنها اجسام را در سطح زمين نگه مي‌دارد، بلكه به نحوي موجب نظم جهان نيز مي‌شود.

براهماگوپتا (قرن هفتم ميلادي) پيرو نظريه‌ي خورشيد مركزي در منظومه‌ي شمسي، معتقد بود كه اجسام به سوي زمين سقوط مي‌كنند؛ زيرا طبيعتِ كره‌ي زمين جذب اجسام است؛ همچنان كه طبيعت آب جاري شدن است.

يوهانس كپلر (اوايل قرن هفدهم ميلادي) اخترشناس دانمارکي، دريافت كه سيارات در مدارهاي خود تحت تأثير نيرويي حركت مي‌كنند كه خورشيد به آنها وارد مي‌كند، اما نظريه‌ي كپلر براي بيان دقيق ويژگي‌هاي اين نيرو به قدر كافي روشن و واضح نبود.

مهمترين کشف نيوتن اين بود كه او دريافت که همان نيرويي كه باعث مي‌شود تا سنگ پرتاب شده به آسمان، به سوي زمين بازگردد، سيارات را نيز در مدار خودشان بر گردِ خورشيد، و ماه را در مدار خود بر گرد زمين نگه مي‌دارد.

قانون جهاني گرانش نيوتن تا زمان ارائه نظريه نسبيت عام اينشتين در آغاز سده بيستم به عنوان نظريه‌ي استاندارد گرانش پا برجا بود. در نظريه‌ي نسبيت عام، گرانش نه به صورت يك نيرو، بلكه به صورت تغيير در انحناي فضا - زمان بيان مي‌شود. البته تغييرات در هندسه‌ي چهاربعدي فضا - زمان تنها در سرعت‌هاي بسيار زياد يا ميدان‌هاي گرانشي بسيار قوي پديد مي‌آيد. از اين رو به دليل اينكه اثرات نسبيتي در سرعت‌هاي بسيار كمتر از سرعت نور، آشکار نيست، نظريه‌ي جهاني گرانش نيوتن همچنان براي محاسبات مربوط به ميدان‌هاي گرانشي ضعيف همچون حركت آونگ‌ها، ماهواره‌ها، پرتابگرها و ... در پيرامون زمين و سيارات منظومه‌ي شمسي به قدر کافي دقيق است.

در نظريه‌ي نسبيت عام، گرانش نه به صورت يك نيرو، بلكه به صورت تغيير در انحناي فضا - زمان بيان مي‌شود. براي نمونه اگر فضا- زمان را 2 بعدي آنچنان كه در شكل بالا مشاهده مي‌كنيد فرض کنيم، اثر گرانشي زمين به صورت ايجاد انحناء در اين هندسه است.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: