تفاوت سن در سیارات منظومه شمسی

سیاره زمین همواره در جهات مختلف در حرکت است.اما دو نوع از حرکات آن دارای اهمیت ویژه ای می باشند.این دو حرکت عبارتند از : ۱. چرخش زمین به دور محور فرضی خود(حرکت وضعی). ۲. گردش سالانه زمین به دور خورشید (حرکت انتقالی).

 

چرخش زمین به دور محور فرضی خود

چرخش زمین به دور محور خود روز را پدید می آورد به بیان دیگر ما روز را چنین تعریف می نماییم:یک روز مدت زمانی است که طول می کشد تا زمین یک دور کامل (از یک نیم روز تا نیم روز بعدی) به دور خود بگردد.از مدت ها پیش برای هر شبانه روز از لحاظ زمانی واحد هایی دقیق تری نیز در نظر گرفته شده است.برای نمونه یک روز ۲۴ ساعت است و هر ساعت ۶۰ دقیقه و هر دقیقه ۶۰ ثانیه.

برای هیچ سیاره ای به صورت واحد، قانون خاصی برای مدت زمان و همچنین سرعت چرخش به دور محور وجود ندارد و سرعت چرخش آن بسته به اسپین(تنیدگی) موجود در مواد اولیه تشکیل دهنده سیاره می باشد.برای نمونه سیاره عظیم مشتری به دلیل فراوانی اسپین هر ۱۰ ساعت یک بار به دور محور خود می گردد، این در حالی است که سیاره نسبتا کوچکی مانند زهره برای هر یک بار چرخش به دور محور خود ۲۴۳ روز زمینی ،زمان نیاز دارد.

 

مدت زمانی که زمین صرف گردش کامل به دور خورشید می نماید، یک سال زمینی را پدید می آورد.

همه ما در دوران تحصیل یاد گرفته ایم که سیارات با سرعت های مختلفی به دور خورشید می گردند، در حالی که زمان چرخش زمین در مدار خود به دور خورشید در حدود ۳۶۵ روز ( سال زمینی) می باشد، نزدیک ترین سیاره به خورشید،عطارد هر ۸۸ روز زمینی یک بار به دور خورشید می گردد.سال پلوتن هم به عنوان یک سیاره کوتوله برابر با ۲۴۸ سال زمینی است.

 

در جدول زیر مدت زمان گردش وضعی(حرکت به دور محور= روز) و گردش انتقالی(حرکت به دور خورشید= سال)با توجه به معیار روز و سال زمینی ارائه شده است.

 

سیاره	مدت زمان گردش وضعی	مدت زمان گردش انتقالی
عطارد	۵۸.۶ روز	۸۷.۹۷ روز
زهره	۲۴۳ روز	۲۲۴.۷ روز
زمین	۰.۹۹ روز	۳۶۵.۲۶ روز
مریخ	۱.۰۳ روز	۱.۸۸ سال
مشتری	۰.۴۱ روز	۱۱.۸۶ سال
زحل	۰.۴۵ روز	۲۹.۴۶ سال
اورانوس	۰.۷۲ روز	۸۴.۰۱  سال
نپتون	۰.۶۷ روز	۱۶۴.۷۹ سال

 

 

با کمی دقت به آسانی در می یابیم که هر چه به خورشید نزدیک تر شویم سرعت گردش سیارات افزایش می یابد و در نتیجه سال کوتاه تری دارند و بالعکس.

 

دلیل این تفاوت ها چیست؟حال از دید دقیق تری این موضوع را بررسی می کنیم.

برای یافتن پاسخ این پرسش باید به گذشته سفر کنیم به زمان گالیله.البته قصد نداریم زندگی و یا فعالیت های او را بررسی کنیم،بلکه می خواهیم با یکی از دانشمندان هم دوره او یعنی یو هانس کپلر (۱۶۳۰-۱۵۷۱) آشنا شویم. کپلر برای مدت کوتاهی با اختر شناس برجسته، تیکو براهه همکار بود. براهه یک منجم بسیار دقیق بود ولی متاسفانه در آن زمان توانایی آنالیز ریاضی داده های خود را نداشت.پس از مرگ وی در سال ۱۶۰۱ میلادی ، کپلر دوباره مشاهدات و داده هایی که براهه جمع آوری کرده بود را مورد بررسی قرار داد.مشاهدات تیکو براهه پیرامون حرکت سیارات تا پیش از اختراع تلسکوپ از دقیق ترین داده های زمان خود بود.

 

 

 

پس از مدتی کپلر دریافت که سیارات بر مدار های دایره ای به دور خورشید نمی گردند،بلکه مدار های بیضی گون را می پیمایند.هر بیضی دارای دو کانون می باشد و خورشید در یکی از این کانون ها قرار دارد. او همچنین کشف کرد زمانی که سیارات در حضیض خورشیدی به سر می برند سرعت حرکت آن ها نسبت به اوج خورشیدی افزایش می یابد. توجه داشته باشید که با افزایش فاصله سیاره از خورشید از سرعت سیاره کاسته شده و مدت زمان گردش افزایش می یابد.سرانجام پس از گذشت سال ها کپلر دریافت که رابطه ای بین دوره تناوب سیاره و فاصله متوسط آن از خورشید وجود دارد. همان طور که پیش از این نیز اشاره شد، دوره تناوب سیاره مدت زمانی است که طول می کشد تا سیاره یک دور کامل به دور خورشید بگردد.قانون سوم کپلر از اهمیت ویژه ای برخوردار است.به بیان دیگر مربع دوره های تناوب هر دو سیاره متناسب است با مکعب فواصل آنها از خورشید.

 

 

از این سه قانون به عنوان قوانین حرکت مداری کپلر یاد می شود که نماینگر نبوغ این دانشمند بزرگ می باشد. امروزه از قوانین کپلر برای پیش بینی حرکت سیارات،سیارک ها،ستارگان دنباله دار ، ستارگان، کهکشان ها و فضاپیما ها نیز استفاده می شود.

اگرچه کپلر توانست این قوانین را بیان کند ولی موفق به یافتن دلیلی قطعی و قانع کننده برای آنها نشد.به عقیده او تاثیرات خورشید بر سیارات باعث بروز چنین رفتار هایی می شود.

پنجاه سال بعد دانشمند انگلیسی اسحاق نیوتن با بهره گیری از قانون عام گرانش توانست این گونه رفتار ها را توجیه نماید.بر طبق این قوانین هر جرم دارای جاذبه می باشد و هرچه که میزان جرم بیشتر باشد جاذبه نیز افزایش می یابد.به عبارت دیگر هر ذره ای در عالم ذره دیگر را با نیرویی جذب می نماید، که این نیرو با حاصلضرب جرم ها متناسب است و با مجذور فاصله آن ها نسبت عکس دارد.

 

در رابطه بالا M بزرگ جرم خورشید و m کوچک جرم سیاره است. r فاصله بین آنها می باشد که به توان ۲ رسیده و F  نیروی گرانش است. در این جا فاصله بین دو جرم در مخرج کسر واقع شده است زیرا با افزایش فاصله میزان جاذبه کاهش می یابد،نیروی گرانش هیچ گاه صفر نمی شود ،حتی اگر دو جرم در دور ترین فاصله ممکن وجود داشته باشند. این فرمول برای اجرام دیگر نیز قابل استفاده است.