مراقبة ظواهر النهار والليل كل يوم والظواهر السماوية مثيرة للاهتمام

الليل و النهار: يوميا نلاحظ ظاهرة الليل و النهار التي تتمثل في تغير ضياء محيطنا بدور قدره 24 ساعة تقريبا. فنرى الشمس تشرق صباحا من المشرق و بهذا يبدأ النهار، لتغرب مساء في المغرب و يحل هكذا الليل.

هل يعني هذا أن الشمس تدور حول الأرض ؟

و النهار ناتجان، ليس عن حركة الشمس حول الأرض، الذي هو على كل حال خاطئ لأن الأرض هي التي تدور حول الشمس، و لكن الليل و النهار ناتجان عن حركة الأرض الدورانية حول نفسها ! فالأرض تدور حول نفسها من الغرب إلى الشرق في 24 ساعة. و بما أن محيط الأرض في خط الاستواء يبلغ طوله 40000 كم فإن سرعة دوران الأرض على مستوى خط الاستواء تزيد عن 1600 كم/سا.

كيف يمكننا إذن أن نشعر بالسكون فوق سطح الأرض ؟

في الحقيقة كل جسم يملك خاصية تلزمه الحفاظ على حركته ثابتة و تسمى هذه الخاصية بالعطالة (أو القصور الذاتي). و عندما يخضع الجسم إلى تسارع تنتج شبه قوة تسمى قوة العطالة تقاوم القوة التي أنتجت التسارع. و بالتي فنحن لا نشعر بأية قوة ما دامت سرعتنا ثابتة. فمثلا في سيارة تسير بسرعة 80 كم/سا نشعر بسكون تام، و لكن في حالة تباطؤ نشعر بجسمنا يميل نحو الأمام تحت قوة العطالة لأن المادة تحب أن تبقى سرعتها ثابتة (العكس يحدث عند التسارع، جسمنا يميل إلى الوراء). و هكذا مهما كانت سرعة الأرض فنحن نشعر بهدوء شامل !

في زمان ما، نلاحظ أن طولي الليل و النهار يتغيران من مكان إلى آخر من سطح الأرض. و في مكان ما، نلاحظ أن هذين الطولين غير ثابتين خلال السنة. و هذا ناتج، كما سنرى، عن أن محور دوران الأرض حول نفسها ليس عموديا على المستوي الذي يشمل الأرض و الشمس، بل هو مائل بحوالي 23.5 درجة عن الشاقول (الخط الرأسي أو العمودي ).

ففي فصل الصيف (في نصف الكرة الشمالي) تدور الأرض حول نفسها مقابلة بصفة دائمة الجزء الشمالي منها نحو الشمس، و هكذا تدور الشمس في السماء دون أن تغرب في أقصى المناطق الشمالية من الكرة الأرضية ! بينما يكون الجزء الجنوبي للكرة الأرضية محجوبا عن الشمس و تكون أقصى المناطق الجنوبية من الكرة الأرضية في ليل مستمر. في فصل الشتاء (في نصف الكرة الشمالي)، عندما تكون الأرض في الجهة المعاكسة تقريبا للمكان الذي تكون فيه في الصيف بالنسبة إلى الشمس، يحدث العكس: القطب الشمالي في ليل مستمر بينما القطب الجنوبي في نهار دائم.

إذا سافر شخص في فصل الصيف من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي يلاحظ أن طول النهار ينقص بالتدريج. ففي أقصى الشمال بكون النهار تاما، ثم تبدأ الشمس خلال سفره نحو الجنوب بالوصول إلى الأفق ثم تبدأ بالغياب بعض الساعات في اليوم إلى أن يتساوى طولي الليل و النهار عند خط الاستواء. بعد هذا يصبح طول النهار أقصر من طول الليل، و تصبح الشمس تشرق بعض الساعات في اليوم فقط، إلى أن يصبح الليل تاما في أقصى الجنوب. في فصلي الربيع و الخريف، يكون محور دوران الأرض عموديا على المحور الرابط بين الأرض و الشمس (لا يكون متجها نحو الشمس)، و هكذا يطول النهار و الليل 12 ساعة تماما في كل أنحاء الكرة الأرضية، و تتلقى كافة أنحاء الكرة الأرضية نفس الكمية من أشعة الشمس !

في مكان ما بين خط الاستواء و القطبين نلاحظ أن طولي الليل و النهار خلال السنة يتغيران. و في خط الاستواء يتساوى هذان الطولان على مدار السنة، بينما تحدث ظاهرة قصوى في القطبين: يمر الملاحظ من ليل دائم إلى نهار دائم طول كل واحد منهما 6 أشهر ! كما نلاحظ أن حركة الشمس الظاهرية في السماء تتغير على مدار السنة. فالشمس لا تشرق تماما في الشرق الجغرافي: هذا لا يحدث إلا في يومين في السنة في الربيع و الخريف. في ما عدا هذين اليومين، تشرق الشمس بين +23.5 درجة (أقصى انحراف لها نحو الشمال في الصيف) و -23.5 درجة (أقصى انحراف لها نحو الجنوب في الشتاء) بالنسبة للشرق الجغرافي.

عرف العلماء أربع دوائر متميزة على الكرة الأرضية و هي: مدار السرطان (خط عرض +23.5 درجة)، مدار الجدي (خط عرض -23.5 درجة)، الدائرة القطبية الشمالية (خط عرض +66.5 درجة) و الدائرة القطبية الجنوبية (خط عرض -66.5 درجة). و تتميز المناطق بين مدار السرطان شمالا و مدار الجدي جنوبا بوجود يوم من السنة على الأقل تمر الشمس فيه من سمت الرأس (أعلى نقطة في السماء). و تتميز المناطق بين القطب الشمالي و الدائرة القطبية الشمالية جنوبا و المناطق بين القطب الجنوبي و الدائرة القطبية الجنوبية شمالا بوجود يوم من السنة على الأقل يطول نهاره 24 ساعة و يوم آخر من السنة على الأقل يطول ليله 24 ساعة. و سنرى في الفقرة المقبلة سبب تغير الفصول .

الفصول:

تدور الأرض حول الشمس في سنة شمسية واحدة. و في الحقيقة يبلغ زمن دوران الأرض حول الشمس 365.25 يوما (365 يوما و 6 ساعات)، و هي المدة التي تفصل بين مرورين متتاليين للأرض من نفس الموقع في مدارها. و بما أن نصف قطر مدار الأرض حول الشمس يبلغ طوله 150 مليون كم، فإن سرعة الأرض في دورانها حول الشمس تبلغ حوالي 108000 كم/سا !

و ظاهرة الفصول ناتجة عن تغير وضع محور دوران الأرض حول نفسها بالنسبة إلى المحور الرابط بين الأرض و الشمس خلال السنة و تغير كمية الحرارة التي يتلقاها الجزءان الشمالي و الجنوبي من الكرة الأرضية. ففي حوالي 21 مارس-آذار، يكون محور دوران الأرض عموديا بالنسبة إلى المحور أرض- شمس، و هذا ما يسمى بالاعتدال الربيعي. و يتساوى خلاله طولي النهار و الليل في كافة أنحاء الكرة الأرضية، و كذلك كمية الحرارة التي تصل الأرض.

و في حوالي 21 يونيو-حزيران يكون محور الأرض في ذروة ميله بالنسبة إلى المحور أرض- شمس (+23.5 درجة) و يكون متجها نحو الشمس، و يكون قطب الأرض الشمالي مقابلا للشمس. و هذا ما يسمى بالانقلاب الصيفي. و بينما يشهد نصف الكرة الأرضية الشمالي فصل الصيف و أطول أيام السنة، يكون نصف الكرة الأرضية الجنوبي في الشتاء ! و في حوالي 21 سبتمبر-أيلول، يكون محور دوران الأرض عموديا بالنسبة إلى المحور أرض-شمس، و هذا ما يسمى بالاعتدال الخريفي. و يتساوى خلاله طولي النهار و الليل في كافة أنحاء الكرة الأرضية كما هو الحال حين الاعتدال الربيعي. و في حوالي 21 ديسمبر- كانون الأول يكون محور الأرض في ذروة ميله بالنسبة إلى المحور أرض- شمس (-23.5 درجة) و يكون معاكسا للشمس، و يكون قطب الأرض الجنوبي مقابلا للشمس. و هذا ما يسمى بالانقلاب الشتوي. و بينما يشهد نصف الكرة الأرضية الشمالي فصل الشتاء و أقصر أيام السنة، يكون نصف الكرة الأرضية الجنوبي في الصيف !

و هنا نقول أن مدار الأرض ليس دائريا تماما، بل هو إهليليجي (قطع ناقص) تشغل الشمس إحدى بؤرتيه. و تكون الأرض في أقرب أوضاعها إلى الشمس (أي في حضيضها) بجوار الانقلاب الشتوي (147 مليون كم)، و تكون أبعد ما تكون من الشمس (أي في أوجها) بجوار الانقلاب الصيفي (151 مليون كم). و هكذا فإن الإهليليجية “الضعيفة” لمدار الأرض ليست هي سبب تغير الفصول.

و في الحقيقة لا تتميز الفصول الأربعة إلا في المناطق المتواجدة بين مدار السرطان و بين الدائرة القطبية الشمالية و المناطق المتواجدة بين مدار الجدي و بين الدائرة القطبية الجنوبية. فالمناطق المتواجدة بين مدار السرطان و مدار الجدي تشهد فصلي الربيع والخريف فقط. بينما المناطق المتواجدة بين الدائرة القطبية الشمالية و القطب الشمالي و المناطق المتواجدة بين الدائرة القطبية الجنوبية و القطب الجنوبي تشهد فصلي الشتاء و الصيف فقط.