بسیاری از ما فکر می‌کنیم که فصل‌ها به واسطه تغییر در فاصله بین زمین و خورشید به وجود می‌آیند اما این فکر درست نیست. باید دانست که فصل‌ها به دلیل کج بودن محور زمین به وجود می‌آیند و در اين ميان تغییر در فاصله بین زمین و خورشید نقش خیلی کوچکی بازی می‌کند.
متاسفانه این اعتقاد به دلیل ظاهر منطقی‌اش مورد قبول اکثریت قرار می‌گیرد و اکثر مردم بر این باور هستند که در فصل زمستان فاصله زمین و خورشید زیاد است و این فاصله در فصل تابستان به حداقل خود می‌رسد. ولی این استدلال اشتباه است. بسیار خب، کاملاً هم اشتباه نیست. بدون شک فاصله زمین تا خورشید سبب تغییراتی در دما می‌شود، اما این تغییر آنقدر کم است که می‌توان با تقریب بسیار خوبی از آن صرفنظر کرد. برای روشن شدن موضوع بهتر است بررسی‌ای روی این موضوع داشته باشیم. مدار زمین به شکل بیضی است. در ماه ﮊانویه (دی) فاصله زمین تا خورشید به کمترین مقدار می‌رسد و در
6 ماه بعد (تیر) این فاصله بیشترین مقدار ممکن است. اگر فاصله تنها عامل به وجود آمدن فصل‌ها باشد ما باید در ماه ﮊانویه (دی ماه) تابستان داشته باشیم و در ماه ژوئن (تیر ماه) زمستان! که این اتفاق ممکن است برای دوستان ما در نیمکره جنوبی صادق باشد، اما در نیمکره شمالی این طور نیست. پس باید عامل دیگری در کار باشد.
حال به بررسی ریاضی این قضیه می‌پردازیم تا ببینیم چه عاملی باعث به وجود آمدن تغییرات دما روی کره زمین می‌شود. ابتدا محاسبه می‌کنیم که دمای یک سیاره به چه عواملی بستگی دارد. برای این کار باید فرض کنیم مقدار گرمایی که سیاره از خورشید می‌گیرد با مقدار گرمایی که سیاره از دست می‌دهد برابر است که اگر این طور نباشد 2 حالت ممکن است رخ دهد: اول اینکه اگر سياره گرما را بیش از حد منعکس می‌کرد سیاره منجمد می‌شد و دیگر اینکه اگر گرما را کمتر از حد تعادل منعکس می‌کرد سیاره به مرور گرم و گرم‌تر می‌شد.
یک ستاره فروزان گرما را در تمام سطح‌اش به بیرون می‌دهد. این گرما در فضا توسط خورشید در تمام جهات پخش می‌شود و به سمت سیارات می‌رود. یک سیاره مقداری از این گرما را از خورشید می‌گیرد که این مقدار برابر است با سطح دایره‌ای که شعاع آن دایره برابر با شعاع سیاره است. وقتی که سیاره به سرعت می‌چرخد آن را در سر تاسر سطح‌اش منعکس می‌کند.
اگر ضریب انعکاس یک سیاره برابر با یک باشد به این معنی است که این سیاره نور را کاملاً منعکس می‌کند، مانند یک آینه و وقتی که ضریب انعکاس برابر صفر باشد، منظور این است که سیاره هیچ نوری از خود منعکس نمی‌کند و کاملاً سیاه و تیره به نظر می‌رسد. ضریب انعکاس زمین 39/0 است. دمای یک سیاره به عکس ریشه دوم فاصله آن سیاره تا خورشید بستگی دارد. اگر با توجه به این داده‌ها دمای زمین را محاسبه کنید، خواهید دید که حدود 250 کلوین به دست می‌آید یعنی برابر 20- درجه سانتیگراد! چه اتفاقی افتاده است؟ آیا واقعاً زمین به این سردی است؟!
اتمسفر زمین عاملی است که باعث شده دمای زمین با آنچه که باید در واقع وجود داشته باشد، تفاوت کند. اگر زمین سیاره‌ای بدون اتمسفر بود، دمای آن حدود 20- درجه سانتیگراد می‌شد. ولی اتمسفر به نگهداری گرما در زمین کمک می‌کند و این کار را به وسیله جذب برخی تشعشعات گرمایی که از زمین منعکس می‌شود، انجام می‌دهد. بنابراین لازم است که یک ضریب برای اصلاح رابطه به آن اضافه کنیم. بدون وجود اتمسفر در اطراف زمین اقیانوس‌ها یخ می‌زدند و دمای سطحی زمین افت شدیدی پیدا می‌کرد. تأثیر اتمسفر در آب و هوای یک سیاره به «اثر گلخانه‌ای» مشهور است. برای مثال به بررسی دمای سیاره زهره می‌پردازیم. با گذاشتن مقادیر برای سیاره زهره دمای در حدود 20- درجه سانتیگراد به دست می‌آید، اما در واقع دمای آن بیش از 500 درجه سلسیوس است که دلیل این اختلاف فاحش دما وجود اثر گلخانه‌ای شدید حاصل از اتمسفر این سیاره است.
برگردیم به موضوع خودمان! همان طور که دیدید، ارتباط دمای یک سیاره با تغییرات فاصله خیلی کم است. دما با عکس ریشه دوم فاصله سیاره تا خورشید متناسب است. به عبارت دیگر، اگر شما فاصله سیاره را از خورشید 2 برابر کنید، دما در حدود 4/1 کاهش پیدا می‌کند. 2 برابر کردن فاصله زمین تا خورشید دمای متوسط زمین را در حدود 80 درجه سانتیگراد کاهش می‌دهد. به طور دقیق دمای متوسط زمین در حدود 280 کلوین است. پس دیدید که با 2 برابر کردن فاصله زمین تا خورشید 80 درجه افت دما خواهیم داشت.
در نزدیک‌ترین نقطه، فاصله زمین تا خورشید در حدود 147 ميليون کیلومتر است و در دورترین فاصله در حدود 152 ميليون کیلومتر، بنابراین تغییرات در دما برابر خواهد بود با 017/1 یعنی کمتر از 2 درصد. یعنی به خاطر تغییر فاصله زمین و خورشید تنها شاهد تغییر دمایی برابر 5 درجه هستیم که خیلی کمتر از تغییر دمایی است که در تابستان و زمستان می‌بینیم. پس همان طور که مشخص شد باید عامل دیگری نیز در کار باشد.
مهم‌ترین عامل مؤثر در تغییر فصل‌ها انحراف یا شیب محور دوران زمین به دور خودش نسبت به صفحه مدار دوران بیضی شکل زمین به دور خورشید است. برای اینکه تأثیر انحراف محور زمین را بهتر درک کنید، می‌توانید آزمایشی را که در ادامه می‌آید انجام دهید. یک چراغ‌قوه و یک تکه کاغذ را بردارید. نور را مستقیماً بر صفحه بتابانید، در این صورت شما یک دایره روشن می‌بینید. تمام انرژی نورانی چراغ‌قوه در سطح این دایره پخش می‌شود. حال به آرامی صفحه را کج کنید، در این صورت دایره تبدیل به یک بیضی می‌شود. باز هم تمام انرژی نورانی در آن بیضی پخش می‌شود اما این بیضی در فضای بیشتری گسترده شده است و چگالی انرژی نورانی بر سطح کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، مقدار انرژی نورانی که به هر سانتیمترمربع سطح می‌رسد، کاهش می‌یابد (مقدار کل انرژی نورانی همان مقدار اولیه باقی می‌ماند، چرا که نور چراغ‌قوه تغییر نکرده است ولی در مساحتی بیشتری پخش شده است.) همین موضوع درباره زمین صادق است. هنگامی که خورشید بالای سر ما است، نور مستقیماً به زمین می‌تابد بنابراین انرژی نورانی و گرمایی بیشتری به هر سانتیمترمربع از زمین می‌رسد. هنگامی که خورشید در پایین سر ما و در اطراف افق قرار دارد، نور گستردگی بیشتری در سطح زمین پیدا می‌کند و گرمای کمتری (در سانتیمترمربع!) جذب می‌شود.
عواملی دیگری نیز در تغییر آب و هوا موثر هستند. در تابستان خورشید بالاتر است بنابراين روزها طولانی‌تر هستند و خورشید زمان بیشتری دارد که زمین را گرم کند، ولی در زمستان روزها کوتاه‌تر است و خورشید زمان کمی برای گرم کردن زمین دارد. این یک تأثیر ثانویه در تغییر آب و هواست. فاصله زمین تا خورشید از این هم تأثیر کمتری دارد ولی به هرحال تأثیر خود را می‌گذارد! بنابراین نیمکره جنوبی تابستان‌هایی کمی گرم‌تر و زمستان‌هایی کمی سردتر از نیمکره شمالی دارد، اما این اختلاف هم تنها 5 درجه است. فکر می‌کنم حالا دیگر روشن شده باشد که فصل‌های سال به چه دلیل به وجود می‌آیند.
منبع: http://www.badastronomy.com
چه عاملی فصل‌ها را ایجاد می‌کند؟
بسیاری از ما فکر می‌کنیم که فصل‌ها به واسطه تغییر در فاصله بین زمین و خورشید به وجود می‌آیند اما این فکر درست نیست. باید دانست که فصل‌ها به دلیل کج بودن محور زمین به وجود می‌آیند و در اين ميان تغییر در فاصله بین زمین و خورشید نقش خیلی کوچکی بازی می‌کند.
متاسفانه این اعتقاد به دلیل ظاهر منطقی‌اش مورد قبول اکثریت قرار می‌گیرد و اکثر مردم بر این باور هستند که در فصل زمستان فاصله زمین و خورشید زیاد است و این فاصله در فصل تابستان به حداقل خود می‌رسد. ولی این استدلال اشتباه است. بسیار خب، کاملاً هم اشتباه نیست. بدون شک فاصله زمین تا خورشید سبب تغییراتی در دما می‌شود، اما این تغییر آنقدر کم است که می‌توان با تقریب بسیار خوبی از آن صرفنظر کرد. برای روشن شدن موضوع بهتر است بررسی‌ای روی این موضوع داشته باشیم. مدار زمین به شکل بیضی است. در ماه ﮊانویه (دی) فاصله زمین تا خورشید به کمترین مقدار می‌رسد و در
6 ماه بعد (تیر) این فاصله بیشترین مقدار ممکن است. اگر فاصله تنها عامل به وجود آمدن فصل‌ها باشد ما باید در ماه ﮊانویه (دی ماه) تابستان داشته باشیم و در ماه ژوئن (تیر ماه) زمستان! که این اتفاق ممکن است برای دوستان ما در نیمکره جنوبی صادق باشد، اما در نیمکره شمالی این طور نیست. پس باید عامل دیگری در کار باشد.
حال به بررسی ریاضی این قضیه می‌پردازیم تا ببینیم چه عاملی باعث به وجود آمدن تغییرات دما روی کره زمین می‌شود. ابتدا محاسبه می‌کنیم که دمای یک سیاره به چه عواملی بستگی دارد. برای این کار باید فرض کنیم مقدار گرمایی که سیاره از خورشید می‌گیرد با مقدار گرمایی که سیاره از دست می‌دهد برابر است که اگر این طور نباشد 2 حالت ممکن است رخ دهد: اول اینکه اگر سياره گرما را بیش از حد منعکس می‌کرد سیاره منجمد می‌شد و دیگر اینکه اگر گرما را کمتر از حد تعادل منعکس می‌کرد سیاره به مرور گرم و گرم‌تر می‌شد.
یک ستاره فروزان گرما را در تمام سطح‌اش به بیرون می‌دهد. این گرما در فضا توسط خورشید در تمام جهات پخش می‌شود و به سمت سیارات می‌رود. یک سیاره مقداری از این گرما را از خورشید می‌گیرد که این مقدار برابر است با سطح دایره‌ای که شعاع آن دایره برابر با شعاع سیاره است. وقتی که سیاره به سرعت می‌چرخد آن را در سر تاسر سطح‌اش منعکس می‌کند.
اگر ضریب انعکاس یک سیاره برابر با یک باشد به این معنی است که این سیاره نور را کاملاً منعکس می‌کند، مانند یک آینه و وقتی که ضریب انعکاس برابر صفر باشد، منظور این است که سیاره هیچ نوری از خود منعکس نمی‌کند و کاملاً سیاه و تیره به نظر می‌رسد. ضریب انعکاس زمین 39/0 است. دمای یک سیاره به عکس ریشه دوم فاصله آن سیاره تا خورشید بستگی دارد. اگر با توجه به این داده‌ها دمای زمین را محاسبه کنید، خواهید دید که حدود 250 کلوین به دست می‌آید یعنی برابر 20- درجه سانتیگراد! چه اتفاقی افتاده است؟ آیا واقعاً زمین به این سردی است؟!
اتمسفر زمین عاملی است که باعث شده دمای زمین با آنچه که باید در واقع وجود داشته باشد، تفاوت کند. اگر زمین سیاره‌ای بدون اتمسفر بود، دمای آن حدود 20- درجه سانتیگراد می‌شد. ولی اتمسفر به نگهداری گرما در زمین کمک می‌کند و این کار را به وسیله جذب برخی تشعشعات گرمایی که از زمین منعکس می‌شود، انجام می‌دهد. بنابراین لازم است که یک ضریب برای اصلاح رابطه به آن اضافه کنیم. بدون وجود اتمسفر در اطراف زمین اقیانوس‌ها یخ می‌زدند و دمای سطحی زمین افت شدیدی پیدا می‌کرد. تأثیر اتمسفر در آب و هوای یک سیاره به «اثر گلخانه‌ای» مشهور است. برای مثال به بررسی دمای سیاره زهره می‌پردازیم. با گذاشتن مقادیر برای سیاره زهره دمای در حدود 20- درجه سانتیگراد به دست می‌آید، اما در واقع دمای آن بیش از 500 درجه سلسیوس است که دلیل این اختلاف فاحش دما وجود اثر گلخانه‌ای شدید حاصل از اتمسفر این سیاره است.
برگردیم به موضوع خودمان! همان طور که دیدید، ارتباط دمای یک سیاره با تغییرات فاصله خیلی کم است. دما با عکس ریشه دوم فاصله سیاره تا خورشید متناسب است. به عبارت دیگر، اگر شما فاصله سیاره را از خورشید 2 برابر کنید، دما در حدود 4/1 کاهش پیدا می‌کند. 2 برابر کردن فاصله زمین تا خورشید دمای متوسط زمین را در حدود 80 درجه سانتیگراد کاهش می‌دهد. به طور دقیق دمای متوسط زمین در حدود 280 کلوین است. پس دیدید که با 2 برابر کردن فاصله زمین تا خورشید 80 درجه افت دما خواهیم داشت.
در نزدیک‌ترین نقطه، فاصله زمین تا خورشید در حدود 147 ميليون کیلومتر است و در دورترین فاصله در حدود 152 ميليون کیلومتر، بنابراین تغییرات در دما برابر خواهد بود با 017/1 یعنی کمتر از 2 درصد. یعنی به خاطر تغییر فاصله زمین و خورشید تنها شاهد تغییر دمایی برابر 5 درجه هستیم که خیلی کمتر از تغییر دمایی است که در تابستان و زمستان می‌بینیم. پس همان طور که مشخص شد باید عامل دیگری نیز در کار باشد.
مهم‌ترین عامل مؤثر در تغییر فصل‌ها انحراف یا شیب محور دوران زمین به دور خودش نسبت به صفحه مدار دوران بیضی شکل زمین به دور خورشید است. برای اینکه تأثیر انحراف محور زمین را بهتر درک کنید، می‌توانید آزمایشی را که در ادامه می‌آید انجام دهید. یک چراغ‌قوه و یک تکه کاغذ را بردارید. نور را مستقیماً بر صفحه بتابانید، در این صورت شما یک دایره روشن می‌بینید. تمام انرژی نورانی چراغ‌قوه در سطح این دایره پخش می‌شود. حال به آرامی صفحه را کج کنید، در این صورت دایره تبدیل به یک بیضی می‌شود. باز هم تمام انرژی نورانی در آن بیضی پخش می‌شود اما این بیضی در فضای بیشتری گسترده شده است و چگالی انرژی نورانی بر سطح کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، مقدار انرژی نورانی که به هر سانتیمترمربع سطح می‌رسد، کاهش می‌یابد (مقدار کل انرژی نورانی همان مقدار اولیه باقی می‌ماند، چرا که نور چراغ‌قوه تغییر نکرده است ولی در مساحتی بیشتری پخش شده است.) همین موضوع درباره زمین صادق است. هنگامی که خورشید بالای سر ما است، نور مستقیماً به زمین می‌تابد بنابراین انرژی نورانی و گرمایی بیشتری به هر سانتیمترمربع از زمین می‌رسد. هنگامی که خورشید در پایین سر ما و در اطراف افق قرار دارد، نور گستردگی بیشتری در سطح زمین پیدا می‌کند و گرمای کمتری (در سانتیمترمربع!) جذب می‌شود.
عواملی دیگری نیز در تغییر آب و هوا موثر هستند. در تابستان خورشید بالاتر است بنابراين روزها طولانی‌تر هستند و خورشید زمان بیشتری دارد که زمین را گرم کند، ولی در زمستان روزها کوتاه‌تر است و خورشید زمان کمی برای گرم کردن زمین دارد. این یک تأثیر ثانویه در تغییر آب و هواست. فاصله زمین تا خورشید از این هم تأثیر کمتری دارد ولی به هرحال تأثیر خود را می‌گذارد! بنابراین نیمکره جنوبی تابستان‌هایی کمی گرم‌تر و زمستان‌هایی کمی سردتر از نیمکره شمالی دارد، اما این اختلاف هم تنها 5 درجه است. فکر می‌کنم حالا دیگر روشن شده باشد که فصل‌های سال به چه دلیل به وجود می‌آیند.
منبع: http://www.badastronomy.com
ارسال نظر
پربیننده