چرا زمین میلیاردها سال است که بیوقفه به دور خود و خورشید میچرخد و هرگز متوقف نمیشود؟ از منشأ کیهانی سحابی اولیه تا نیروی گرانش، فیزیکِ این پدیده شگفتانگیز را در واضح بخوانید.
به گزارش واضح ، حرکت پیوسته و منظم سیاره زمین به دور محور خود و همچنین در مداری مشخص به دور خورشید، شالوده شکلگیری شبانهروز، تغییر فصول و بقای حیات را رقم زده است. این رقص کیهانی که برای ساکنان زمین کاملاً عادی به نظر میرسد، حاصل قوانین بنیادین فیزیک، پدیدههای اخترفیزیکی شگفتانگیز و بازماندهای از فرآیند شکلگیری منظومه شمسی در حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش است. بسیاری همواره این پرسش را مطرح میکنند که محرک اولیه این چرخشها چه بوده و چه عاملی مانع از توقف آنها در پهنه فضا میشود.
پیدایش منظومه شمسی؛ نقطه آغاز چرخش وضعی زمین
برای یافتن پاسخ این پرسش که چرا زمین به دور خود میچرخد، باید به زمان تولد منظومه شمسی بازگردیم. دانشمندان و اخترفیزیکدانان ریشه چرخش وضعی زمین را در نظریه «سحابی خورشیدی» توضیح میدهند:
تراکم ابرهای مولکولی عظیم: حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش، منظومه شمسی ما تودهای غولپیکر و آشفته از غبار و گازهای کیهانی (عمدتاً هیدروژن و هلیوم) بود. تحت تأثیر یک موج ضربهای (مانند انفجار یک ابرنواختر مجاور)، این ابر گازی شروع به فروپاشی و متراکم شدن تحت گرانش خود کرد.
پایستگی تکانه زاویهای (قانون فیزیک): همانطور که گازها و غبارها به سمت مرکز متراکم میشدند، هر ذره دارای حرکت و تکانه تصادفی بود. با کاهش اندازه و فشرده شدن این توده، پدیدهای مشابه با حرکت یک اسکیتباز روی یخ رخ داد؛ همانگونه که اسکیتباز با جمع کردن دستان خود به دور بدن سریعتر میچرخد، سحابی متراکم شونده نیز سرعت چرخش خود را افزایش داد.
تجمع مواد و تشکیل زمین: در میانه این دیسک چرخان، خورشید متولد شد و در نواحی بیرونی، ذرات گردوغبار به یکدیگر پیوستند، صخرهها را تشکیل دادند و با برخورد و ادغام مکرر، پیشسیارهها را به وجود آوردند. به دلیل جهت کلی چرخش ابر اولیه، سیارات تازه متولد شده از جمله زمین نیز همان حرکت دورانی را در ساختار خود جذب کردند و چرخش به دور محور خود را آغاز نمودند.
چرا چرخش زمین به دور خود متوقف نمیشود؟
اگر جسمی را روی زمین بچرخانید، پس از مدت کوتاهی به دلیل اصطکاک هوا یا سطح متوقف میشود. با این حال، زمین میلیاردها سال است که با سرعتی در حدود ۱۶۷۰ کیلومتر بر ساعت (در استوا) به دور خود میچرخد.
دلیل این تداوم در قانون اول نیوتن (اصل اینرسی یا لَختی) نهفته است:
جسمی که در حال حرکت است، به حرکت خود در همان راستا و سرعت ادامه میدهد مگر آنکه نیرویی خارجی بر آن وارد شود.
از آنجا که فضا خلأ تقریباً کاملی است و هیچ اصطکاک یا مقاومت هوایی وجود ندارد، ترمزی برای توقف این دوران عظیم وجود ندارد. البته اثرات جزر و مدی ناشی از کشش گرانشی ماه، به مرور زمان و با روندی فوقالعاده نامحسوس، چند میلیثانیه در هر قرن از سرعت این دوران میکاهد، اما نیروی کافی برای متوقف کردن آن در بازه حیات کیهان وجود ندارد.
چرخش انتقالی؛ چرا زمین به دور خورشید میگردد؟
چرخش زمین به دور خورشید (حرکت انتقالی) که ۳۶۵ روز و ۶ ساعت طول میکشد و عامل اصلی پیدایش سال و فصول است، ماهیتی متفاوت از چرخش وضعی دارد و مستقیماً ناشی از کشمکش میان دو عامل فیزیکی است:
۱. جاذبه قدرتمند خورشید
خورشید بیش از ۹۹.۸ درصد از کل جرم منظومه شمسی را در خود جای داده است. این جرم سهمگین، میدان گرانشی عظیمی ایجاد میکند که طبق نظریه نسبیت عام اینشتین، ساختار فضا-زمان پیرامون خود را خمیده میسازد. زمین همواره به سمت این چاه گرانشی خورشید کشیده میشود.
۲. سرعت مماسی و فرار از سقوط
اگر زمین ساکن بود، جاذبه خورشید بلافاصله آن را به درون ستاره سوزان فرو میکشید و میبلعید. اما زمین از دوران پیدایش خود دارای سرعت خطی و مماسی بالایی (حدود ۳۰ کیلومتر بر ثانیه یا ۱۰۸ هزار کیلومتر بر ساعت) است. این سرعت به زمین تمایل میدهد که در یک خط مستقیم به درون فضا فرار کند.
۳. تعادل مداری شگفتانگیز
تعادل بینقص میان تمایل گریز به دلیل سرعت اولیه و نیروی کشش مداوم گرانش خورشید، باعث میشود زمین دائماً در حال سقوط به سمت خورشید باشد، اما به دلیل سرعت پیشروی خود، پیوسته از رسیدن به مرکز آن بازبماند. نتیجه این تعادل پایدار، مسیری بیضیشکل و بیپایان به نام مدار گردش زمین به دور خورشید است.
تفاوتها و پیامدهای دو چرخش اصلی زمین
نوع چرخش منشأ اصلی حرکت مدت زمان یک دور کامل پیامد محیطی بر سیاره زمین
حرکت وضعی (به دور خود) تکانه زاویهای بازمانده از سحابی خورشیدی اولیه ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه پیدایش شب و روز و ایجاد میدان مغناطیسی زمین
حرکت انتقالی (به دور خورشید) تقابل نیروی گرانش خورشید با سرعت مماسی زمین ۳۶۵ روز و ۶ ساعت و ۹ دقیقه شکلگیری سال شمسی و توالی فصول مختلف
زاویه انحراف محور؛ هدیه ارزشمند چرخش زمین
در بررسی چرخش زمین نباید از زاویه انحراف ۲۳.۵ درجهای محور آن غافل شد. دانشمندان بر این باورند که در اوایل شکلگیری منظومه شمسی، برخورد جسمی غولپیکر به ابعاد مریخ (معروف به تیا) با زمین جوان، موجب انحراف محور سیاره و تشکیل ماه شد.
این شیب زاویهای باعث شده است که در طول سفر یکساله زمین به دور خورشید، تابش نور خورشید به نیمکرههای شمالی و جنوبی به صورت متقارن نباشد؛ عاملی که تنوع آبوهوایی، چرخههای زیستی، رویش گیاهان و بقای اکوسیستمها را در سطح کره خاکی تضمین میکند.
به طور خلاصه، چرخش زمین نه یک فرآیند اتفاقی معاصر، بلکه یادگاری شگفتانگیز از نظم و تداوم قوانین بنیادین فیزیک، گرانش و بقای انرژی از نخستین روزهای آفرینش کیهان است.