هل الأرض تقترب من الشمس أم تبتعد؟
|
| رؤية الأرض والشمس من الفضاء. |
وهل سيؤثر هذا التغيير في المسافة على مناخ كوكبنا؟
تتحرك الشمس بطريقة يمكن التنبؤ بها عبر السماء بحيث لا تشك أبدًا في أن علاقتها بالأرض تتغير طوال الوقت. في الواقع ، متوسط المسافة بين الأرض والشمس ليس ثابتًا عامًا بعد عام. فهل نعرف ما إذا كانت الأرض تقترب من الشمس أم تبتعد عنها؟ وما هي القوى التي تعمل على كوكبنا ونجمنا لتحقيق ذلك؟
باختصار ، تبتعد الشمس عن الأرض بمرور الوقت. في المتوسط ، تبعد الأرض حوالي 93 مليون ميل (150 مليون كيلومتر) عن الشمس ، وفقًا لوكالة ناسا . ومع ذلك ، فإن مداره ليس دائريًا تمامًا ؛ إنها بيضاوية الشكل أو بيضاوية الشكل. هذا يعني أن المسافة بين الأرض والشمس يمكن أن تتراوح من حوالي 91.4 مليون إلى 94.5 مليون ميل (147.1 مليون إلى 152.1 مليون كيلومتر) ، ناسا يقول.
ومع ذلك ، في المتوسط ، فإن الامتداد بين الأرض والشمس يتزايد ببطء بمرور الوقت. هذه المسافة المتزايدة لها سببان رئيسيان. الأول هو أن الشمس تفقد كتلتها. الآخر ينطوي على نفس القوى التي تسبب المد والجزر على الأرض.
الشمس تتقلص
تقوم تفاعلات الاندماج النووي التي تعمل بالطاقة الشمسية بتحويل الكتلة إلى طاقة ، باتباع معادلة أينشتاين الشهيرة E = mc ^ 2 . نظرًا لأن الشمس تنتج الطاقة باستمرار ، فإنها تفقد كتلتها بشكل مطرد. على مدار العمر المتبقي للشمس - يقدر بنحو 5 مليارات سنة أخرى أو نحو ذلك ، وفقًا لوكالة ناسا - تتنبأ نماذج لكيفية تطور النجوم بمرور الوقت بأن الشمس ستفقد حوالي 0.1٪ من كتلتها الإجمالية قبل أن تبدأ في الموت ، كما قال برايان ديجيورجيو ، عالم الفلك في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز.
على الرغم من أن 0.1٪ قد لا تبدو كبيرة ، إلا أن ديجيورجيو قال: هذه كتلة كبيرة. إنها تقريبًا نفس كتلة كوكب المشتري . كوكب المشتري ، بدوره ، يبلغ حوالي 318 مرة كتلة الأرض ، وفقًا لـ Exploratorium في كاليفورنيا.
تتناسب قوة سحب الجاذبية مع مقدار كتلته. قال ديجيورجيو: لأن الشمس تفقد كتلتها ، فإن شدها على الأرض يضعف ، مما يؤدي بكوكبنا إلى الابتعاد عن نجمنا بنحو 2.36 بوصة (6 سنتيمترات) سنويًا. لكن لا ينبغي لنا أن نطلق على الشمس حفلة سعيدة حتى الآن.
قال ديجيورجيو: هذا لا يكاد يذكر ، خاصة بالمقارنة مع الاختلاف الطبيعي في المسافة المدارية للأرض الذي يحدث بسبب مدارها الإهليلجي قليلاً - حوالي 3٪.
آثار المد والجزر
مثلما ينتج عن جاذبية القمر المد والجزر على الأرض ، فإن جاذبية الأرض تجذب الشمس. هذا يمتد جانب الشمس الذي يواجه الأرض ، مما يؤدي إلى انتفاخ المد والجزر ، كما كتب بريت شارينجهاوزن ، الأستاذ المشارك في الفيزياء وعلم الفلك في كلية بيلويت في ويسكونسن ، لمجلة اسأل عالم فلك بجامعة كورنيل صفحة.
وفقًا لوكالة ناسا ، تدور الشمس حول محورها مرة واحدة كل 27 يومًا تقريبًا . نظرًا لأن هذا أسرع من 365 يومًا تقريبًا التي تستغرقها الأرض لإكمال مدار حول الشمس ، فإن الانتفاخ المد والجزر الذي تولده الأرض على الشمس يجلس أمام الأرض. وأشار شارينجهاوزن إلى أن كتلة الانتفاخ لها قوة جاذبية مرتبطة بها ، مما يدفع الأرض للأمام في مدارها ويقذفها بعيدًا عن الشمس. (هناك تأثير مماثل يقود قمر الأرض إلى الابتعاد ببطء عن كوكبنا.)
ومع ذلك ، فإن قوى المد والجزر هذه لها تأثير ضعيف جدًا على مدار الأرض: فهي تتسبب في تحرك الأرض حوالي 0.0001 بوصة (0.0003 سم) بعيدًا عن الشمس كل عام ، حسب حسب ديجيورجيو.
أي تغير كبير في المناخ؟
هل يمكن أن تؤثر المسافة المتزايدة بين الأرض والشمس على مناخ الأرض؟
قال ديجيورجيو: عندما تبتعد الأرض عن الشمس ، سيصبح ضوء الشمس باهتًا. وقال إنه بالنظر إلى أن المسافة بين الأرض والشمس قد تنمو بنسبة 0.2٪ على مدى الخمسة مليارات سنة القادمة ، فإن هذا التعتيم يتوافق مع انخفاض بنسبة 0.4٪ في الطاقة الشمسية التي تضرب سطح الأرض. هذا صغير نسبيًا مقارنة بالاختلافات الطبيعية في سطوع الشمس التي تحدث بسبب مدار الأرض الإهليلجي ، لذلك لا داعي للقلق كثيرًا.
الشيء الأكبر الذي يدعو للقلق هو أنه مع تطور الشمس على مدى الخمسة مليارات سنة القادمة ، تتنبأ نماذج التطور النجمي بأنها ستزيد في سطوعها بنحو 6٪ كل 1 مليار سنة ، مما يؤدي ببطء إلى زيادة درجات حرارة الأرض وغليان المحيطات ، قال ديجورجيو. هذا سيجعل الأرض غير صالحة للسكنى للبشر قبل فترة طويلة من احتمال أن تبتلعها الشمس.
التأثير المارق
تشير الأعمال الحديثة إلى أن مدارات كوكب المشتري والكواكب الأخرى في النظام الشمسي قد تغيرت بمرور الوقت. فهل يمكن أن تصبح مداراتها غير مستقرة بما يكفي لتؤثر يومًا ما على مدار الأرض ، مما يجعلها أقرب إلى الشمس أو بعيدًا عنها؟ أو قد يمر جسم مارق آخر قريبًا بدرجة كافية من النظام الشمسي ليكون له تأثير مماثل؟
قال ديجورجيو: المشكلة في محاولة التنبؤ بالتفاعلات الثقالية لأنظمة متعددة الأجسام مثل النظام الشمسي أو النجوم القريبة هي أنها فوضوية ، مما يعني أنه من المستحيل التنبؤ بأي قدر من اليقين. ليس لدينا أي فكرة عن مكان وجود الكواكب على نطاقات زمنية أطول من حوالي 100 مليون سنة لأن الأخطاء الصغيرة في القياس والاضطرابات الناجمة عن التفاعلات غير النموذجية تنمو بشكل كبير جدًا بمرور الوقت.
وقال ديجيورجيو مع ذلك ، يمكننا استخدام هذه الفوضى لصالحنا من خلال تشغيل العديد من عمليات المحاكاة لنفس النظام الفوضوي لمعرفة ما هو احتمال وقوع حدث. وأشار إلى أن هذا مشابه لكيفية عمل نماذج الطقس التنبؤية.
دراسة عام 2009 في مجلة Nature التي أجرت حوالي 2500 محاكاة للنظام الشمسي وجدت أنه في حوالي 1 ٪ منها ، أصبح مدار عطارد غير مستقر ، مما تسبب في اصطدامه إما بالشمس أو الزهرة . وقال ديجيورجيو لذلك من الممكن نظريًا أن يتحرك عطارد بالقرب من الأرض ويغير مداره بشكل كبير ، كما فعل مع المريخ في محاكاة واحدة. هذا غير مرجح للغاية ، على الرغم من أنه يتضح من ندرته في عمليات المحاكاة الخاصة بهم.
|
| رسم تخطيطي للكواكب في نظامنا الشمسي. |
وقال ديجيورجيو إنه من غير المرجح أيضًا أن يتسبب نجم عابر أو كوكب أو جسم آخر في اضطراب مدار الأرض. قال ديجورجيو: حساباتي الأخيرة تقول إننا يجب أن نتوقع فقط أن يقترب نجم من مدار بلوتو مرة واحدة كل تريليون سنة. أي مذنبات موجودة بالفعل في نظامنا الشمسي لن يكون لديها ما يكفي من الكتلة أو الطاقة للتأثير على مدارنا بشكل كبير أيضًا.
موت الشمس
في غضون حوالي 5 مليارات سنة ، بعد أن تستنفد الشمس وقودها الهيدروجين ، ستبدأ في الانتفاخ ، لتصبح نجمًا عملاقًا أحمر. إذا افترضنا أن الأرض تستمر في مسارها دون انقطاع ، فهل نمت بعيدًا بما يكفي عن الشمس المحتضرة لتنجو من آلام موت نجمنا؟
قال ديجيورجيو إن هناك حاليًا بعض الخلاف حول مقدار انتفاخ الشمس خلال مرحلة العملاق الأحمر. هناك احتمال ألا ينتفخ بدرجة كافية للوصول إلى الأرض ، مما يعني أن كوكبنا قد يعيش ويستمر في الدوران. ومع ذلك ، تشير معظم التقديرات إلى أن الشمس ستنمو بدرجة تكفي لابتلاع الأرض ، مما يؤدي بكوكب الأرض إلى الدوران نحو الداخل نحو النسيان ، على حد قول ديجيورجيو.
وقال ديجيورجيو: مع ذلك ، حتى لو نجت الأرض ، فليس هناك فرصة لتمكن البشر من البقاء على قيد الحياة معها. لن تؤدي الحرارة والإشعاع المنبعث من زحف الشمس إلى غليان المحيطات والغلاف الجوي فحسب ، بل من المحتمل أن تؤدي إلى غليان الأرض نفسها. وسيتعين على البشر مغادرة كرة الحمم المشتعلة قبل فترة طويلة من ابتلاعها.
إذا كان البشر لا يزالون على بعد حوالي 5 مليارات سنة من الآن وأرادوا أن تظل الأرض صالحة للسكن أثناء توسع الشمس ، فسيتعين علينا تحريك الكوكب ببطء نحو الخارج حول مدار زحل ، مع الحفاظ على اعتدال كافي للحياة كما نعرفها باسم الشمس. واصلت إنتاج المزيد والمزيد من الطاقة.
قال ديجيورجيو: هذا غير عملي إلى حد ما. الحل الأسهل سيكون مجرد التخلي عن الأرض والعثور على كوكب آخر أو نظام شمسي آخر للعيش فيه.
تعليقات
إرسال تعليق