|
اعتقاد غلط : فصلها به واسطه‌ی تغییر در فاصله‌ی بین زمین و خورشید به وجود می‌آیند.
اعتقاد درست : فصلها به دلیل کج بودن محور زمین به وجود می‌آیند. تغییر در فاصله‌ی 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 فاصله‌ی زمین و خورشید زیاد است و این فاصله در فصل تابستان به حداقل خود می‌رسد. ولی این استدلال اشتباه است. بسیار خوب، کاملاً هم اشتباه نیست! بدون شک فاصله‌ی زمین تا خورشید سبب تغییراتی در دما می‌شود، اما این تغییر آن قدر کم است که می‌توان با تقریب بسیار خوبی از آن صرف‌نظر کرد.
برای روشن شدن موضوع بهتر است که بررسی ای 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 مقدارممکن 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 نیمکرهی جنوبی صادق باشد، اما در نیمکرهی 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 بر روی کره‌ی زمین می‌شود. ابتدا محاسبه می‌کنیم که دمای یک سیاره به چه عواملی بستگی دارد.
برای این کار باید فرض کنیم که مقدار گرمایی که سیاره از خورشید می‌گیرد با مقدار گرمایی که سیاره از دست می‌دهد برابر است، که اگر این طور نباشد دو حالت ممکن است رخ دهد: اول اینکه اگر 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 ستاره‌ی فروزان گرما را در تمام سطحش به بیرون می‌دهد. این گرما در فضا به صورت یک کره به مرکز 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 تا سر سطحش منعکس میکند. برای روشن شدن قضیه به فرمول زیر نگاه کنید :
در رابطه‌ی بالا ? ثابت است،T دما است (دمای سیاره با TP و دمای خورشید با TS مشخص شده است)،d فاصله‌ی سیاره تا خورشید است،RS شعاع خورشید است، و b ضریب انعکاس نور است و برابر است با مقدار بازتاب‌پذیری یک سیاره.
اگر ضریب انعکاس یک سیاره برابر با 1 باشد به این معنی است که این سیاره نور را کاملاً منعکس میکند، مانند یک آیینه. 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. کره‌ی زمین دارای ضریب انعکاس 39/0 می‌باشد. با ساده کرده رابطه‌ی بالا، خواهیم داشت :
خب با رابطه‌ی بالا معلوم شد که دمای یک سیاره به عکس ریشه‌ی دوم فاصله آن سیاره تا خورشید بستگی دارد.
حال با گذاشتن اعداد مناسب در این رابطه، دمای کره‌ی زمین را به دست خواهیم آورد.
اگر این کار را بکنید، خواهید دید که دمای زمین حدود 250 کلوین به دست می‌آید. که یعنی برابر 20- درجه‌ی 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- درجه‌ی سانتی‌گراد می‌شد. ولی اتمسفر به نگهداری گرما در زمین کمک میکند.و این کار را به وسیله‌ی جذب برخی تشعشعات گرمایی که از زمین منعکس می‌شود، انجام می‌دهد. بنابر این 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 سیاره‌ی زهره می‌پردازیم. با گذاشتن مقادیر ، برای سیاره‌ی زهره دمای در حدود 20- درجه‌ی سانتی‌گراد به دست می‌آید، اما در واقع دمای آن بیش از 500 درجه‌ی سلسیوس است. که دلیل این اختلاف فاحش دما وجود اثر گلخانه‌ای شدید حاصل از اتمسفر این سیاره است.
خب برگردیم، به موضوع خودمان! همان طور که در بالا مشاهده شد، ارتباط دمای یک سیاره با تغییرات فاصله خیلی کم است. دما با عکس ریشه‌ی دوم فاصله‌ی سیاره تا خورشید متناسب است. به عبارت دیگر، اگر شما فاصله‌ی سیاره را از خورشید 2 برابر کنید، دما در حدود 4/1 کاهش پیدا میکند. دو برابر کردن فاصله‌ی زمین تا خورشید دمای متوسط زمین را در حدود 80 درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش می‌دهد.
به طور دقیق دمای متوسط زمین در حدود 280 کلوین است  ، پس دیدید که با 2 برابر کردن فاصله‌ی زمین تا خورشید 80 درجه افت دما خواهیم داشت.
در نزدیک‌ترین نقطه، فاصله‌ی زمین تا خورشید در حدود 147,000,000 کیلومتر است، و در دورترین فاصله در حدود 152000000 کیلومتر. بنابراین تغییرات در دما برابر خواهد بود با :
یعنی کمتر از 2 درصد. یعنی به خاطر تغییر فاصله‌ی 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 صفحه‌ی مدار دوران بیضی شکل زمین به دور خورشید است. برای اینکه تأثیر انحراف محور زمین را بهتر درک کنید، پیشنهاد می‌کنم که آزمایش زیر را انجام دهید :
یک چراغ‌قوه و یک تکه کاغذ را بردارید. نور را مستقیماً بر صفحه بتابانید، در این صورت شما یک دایره‌ی روشن می‌بینید. تمام نور چراغ‌قوه در این دایره است. حال به آرامی صفحه را کج کنید، در این صورت دایره تبدیل به یک بیضی می‌شود. باز هم تمام نور در آن بیضی است، اما این بیضی در فضای بیشتری گسترده شده است و چگالی نور کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، مقدار نور در هر سانتی‌مترمربع کاهش می‌یابد (مقدار کل نور همان مقدار اولیه باقی می‌ماند، چرا که نور چراغ‌قوه تغییر نکرده است ولی در مساحتی بیشتری پخش شده است.) همین موضوع در مورد زمین صادق است. هنگامی که خورشید در بالای سر ماست، نور مستقیماً به زمین می‌تابد، و بنابراین نور (و درنتیجه گرمای) بیشتری به هر سانتی‌مترمربع از زمین برخورد میکند. 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، و بنابراین روزها طولانی‌تر هستند. بنابر این 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 هوا است.
فاصله‌ی زمین تا خورشید، از این هم تأثیر کمتری دارد، ولی به هرحال تأثیر خود را می‌گذارد! بنابراین نیمکرهی جنوبی تابستان‌هایی کمی گرم‌تر و زمستان‌هایی کمی سردتر از نیمکرهی شمالی دارد. اما این اختلاف هم تنها 5 درجه است.حالا به نظر شما چه عاملی فصلها را ایجاد میکند؟
منبع : http://www.badastronomy.com |
