الأرض ليست الكوكب الوحيد الذي له فصول، لكنها قد تبدو مختلفة تمامًا في العوالم الأخرى

الربيع والصيف والخريف والشتاء – تتغير الفصول على الأرض كل بضعة أشهر، في نفس الوقت تقريبًا من كل عام. من السهل أن نعتبر هذه الدورة أمرا مفروغا منه هنا على الأرض، ولكن ليس كل كوكب لديه تغير منتظم في الفصول. فلماذا تتمتع الأرض بمواسم منتظمة بينما لا تكون الكواكب الأخرى كذلك؟

أنا عالم فيزياء فلكية يدرس حركة الكواكب وأسباب الفصول. خلال بحثي، وجدت أن النمط المنتظم للمواسم على الأرض فريد من نوعه. إن محور الدوران الذي تدور عليه الأرض، على طول القطبين الشمالي والجنوبي، لا يتماشى تمامًا مع المحور الرأسي المتعامد مع مدار الأرض حول الشمس.

وهذا الميل الطفيف له آثار كبيرة على كل شيء، بدءًا من المواسم وحتى الدورات الجليدية. ويمكن لحجم هذا الميل أن يحدد ما إذا كان الكوكب صالحًا للحياة أم لا.

المواسم على الأرض

عندما يكون للكوكب محاذاة مثالية بين المحور الذي يدور حوله ومحور الدوران، فإن كمية ضوء الشمس التي يتلقاها تكون ثابتة أثناء دورانه حول الشمس – بافتراض أن شكله المداري هو دائرة. وبما أن الفصول تأتي من الاختلافات في مقدار ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الكوكب، فلن يكون للكوكب المتوافق تمامًا أي فصول. لكن الأرض ليست محاذية تمامًا على محورها.

هذا الاختلال الصغير، الذي يسمى بالميل، يبلغ حوالي 23 درجة من الوضع الرأسي للأرض. لذلك، يتعرض نصف الكرة الشمالي لأشعة الشمس بشكل أكثر كثافة خلال فصل الصيف، عندما تكون الشمس أكثر مباشرة فوق نصف الكرة الشمالي.

وبعد ذلك، مع استمرار الأرض في الدوران حول الشمس، تتناقص كمية ضوء الشمس التي يتلقاها نصف الكرة الشمالي تدريجيًا مع ميل نصف الكرة الشمالي بعيدًا عن الشمس. وهذا يسبب الشتاء.

تبدو الكواكب التي تدور حول محاورها وتدور حول الشمس وكأنها قمم دوارة نوعًا ما، فهي تدور وتتمايل بسبب سحب الجاذبية من الشمس. عندما تدور القمة، قد تلاحظ أنها لا تبقى مستقيمة وثابتة تمامًا. وبدلاً من ذلك، قد يبدأ في الميل أو التذبذب قليلاً. هذا الميل هو ما يسميه علماء الفيزياء الفلكية بمبادرة الدوران.

وبسبب هذه التذبذبات، فإن ميل الأرض ليس ثابتًا تمامًا. يمكن أن يكون لهذه الاختلافات الصغيرة في الميل تأثيرات كبيرة على مناخ الأرض عندما تقترن بتغييرات صغيرة في شكل مدار الأرض.

يمكن للميل المتذبذب وأي تغيرات طبيعية في شكل مدار الأرض أن تغير كمية وتوزيع ضوء الشمس الذي يصل إلى الأرض. تساهم هذه التغييرات الصغيرة في التحولات الأكبر في درجات حرارة الكوكب على مدى آلاف إلى مئات الآلاف من السنين. وهذا بدوره يمكن أن يؤدي إلى العصور الجليدية وفترات الدفء.

ترجمة الانحراف إلى مواسم

إذًا كيف تؤثر اختلافات الميل على الفصول على الكوكب؟ الميل المنخفض، مما يعني أن محور الدوران يتماشى مع اتجاه الكوكب أثناء دورانه حول الشمس، يؤدي إلى ضوء الشمس أقوى على خط الاستواء وانخفاض ضوء الشمس بالقرب من القطب، كما هو الحال على الأرض.

من ناحية أخرى، يؤدي الميل العالي – أي أن محور دوران الكوكب يشير نحو الشمس أو بعيدًا عنها – إلى أقطاب شديدة الحرارة أو البرودة. وفي الوقت نفسه، يصبح خط الاستواء باردا، حيث لا تشرق الشمس فوق خط الاستواء على مدار السنة. وهذا يؤدي إلى تباين الفصول بشكل كبير عند خطوط العرض العالية ودرجات الحرارة المنخفضة عند خط الاستواء.

عندما يكون ميل الكوكب أكثر من 54 درجة، يصبح خط استواء الكوكب جليديًا ويصبح القطب دافئًا. وهذا ما يسمى بالتقسيم العكسي، وهو عكس ما لدى الأرض.

في الأساس، إذا كان الميل يحتوي على اختلافات كبيرة وغير متوقعة، فإن التغيرات الموسمية على الكوكب تصبح جامحة ويصعب التنبؤ بها. يمكن لتغير كبير ومثير في الميل أن يحول الكوكب بأكمله إلى كرة ثلجية، حيث يتم تغطيته بالكامل بالجليد.

تدور الأصداء المدارية

معظم الكواكب ليست الكواكب الوحيدة في نظامها الشمسي. يمكن لأشقائهم الكواكب أن يزعجوا مدار بعضهم البعض، مما قد يؤدي إلى اختلافات في شكل مداراتهم وميلهم المداري.

لذا، تبدو الكواكب الموجودة في مدارها مثل قمم تدور على سطح سيارة تصطدم بالطريق، حيث تمثل السيارة المستوى المداري. عندما يتطابق المعدل – أو التردد كما يسميه العلماء – الذي تتقدم به القمم أو تدور، مع التردد الذي تصطدم به السيارة لأعلى ولأسفل، يحدث ما يسمى بالرنين المداري.

يمكن أن تسبب رنينات المدار الدوراني هذه الاختلافات في الميل، والتي تحدث عندما يتأرجح الكوكب حول محوره. فكر في دفع طفل على الأرجوحة. عندما تضغط في الوقت المناسب تمامًا – أو على تردد الرنين – فسوف تتأرجح أعلى فأعلى.

يتذبذب المريخ حول محوره أكثر من الأرض، على الرغم من أنهما يميلان بنفس المقدار تقريبًا، وهذا في الواقع يتعلق بدوران القمر حول الأرض. الأرض والمريخ لديهما تردد مبادر للدوران مماثل، والذي يتطابق مع التذبذب المداري – وهي مكونات الرنين المداري.

لكن الأرض لديها قمر ضخم، يسحب محور دوران الأرض ويدفعها إلى التحرك بشكل أسرع. هذه الحركة الأسرع قليلاً تمنعها من تجربة أصداء مدار الدوران. لذلك، يعمل القمر على تثبيت ميل الأرض، ولا تتمايل الأرض حول محورها بقدر ما يفعل المريخ.

مواسم الكواكب الخارجية

تم اكتشاف الآلاف من الكواكب الخارجية، أو الكواكب خارج نظامنا الشمسي، خلال العقود القليلة الماضية. أراد فريقي البحثي أن يفهم مدى صلاحية هذه الكواكب للسكن، وما إذا كانت هذه الكواكب الخارجية لديها أيضًا انحرافات شديدة، أو ما إذا كانت لديها أقمار تعمل على استقرارها مثل الأرض.

وللتحقق من هذا الأمر، قادت مجموعتي أول بحث حول اختلافات محور الدوران للكواكب الخارجية.

قمنا بدراسة كوكب Kepler-186f، وهو أول كوكب مكتشف بحجم الأرض في منطقة صالحة للسكن. المنطقة الصالحة للسكن هي منطقة حول نجم يمكن أن يتواجد فيها الماء السائل على سطح الكوكب وقد تتمكن الحياة من الظهور والازدهار.

وعلى عكس الأرض، يقع Kepler-186f بعيدًا عن الكواكب الأخرى في نظامه الشمسي. ونتيجة لذلك فإن هذه الكواكب الأخرى ليس لها سوى تأثير ضعيف على مدارها وحركتها. لذلك، يتمتع Kepler-186f بشكل عام بميل ثابت، مشابه للأرض. حتى بدون وجود قمر كبير، ليس لديه مواسم متغيرة أو غير متوقعة مثل المريخ.

وبالنظر إلى المستقبل، فإن إجراء المزيد من الأبحاث حول الكواكب الخارجية سيساعد العلماء على فهم كيف تبدو الفصول في جميع أنحاء التنوع الهائل للكواكب في الكون.

تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.

كتب بواسطة: غونغجي لي، معهد جورجيا للتكنولوجيا.

اقرأ أكثر:

يتلقى Gongjie Li تمويلًا من وكالة ناسا.