Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى CuriousKidsUS@theconversation.com.
ما هو الشيء الذي يوجد تحت الارض حيث أن الفضاء موجود في كل اتجاه؟ – بورفي، 17 سنة، الهند
إذا كنت قد شاهدت رسومًا توضيحية أو نماذج للنظام الشمسي، فربما لاحظت أن جميع الكواكب تدور حول الشمس في نفس المستوى تقريبًا، وتسافر في نفس الاتجاه.
ولكن ما هو فوق وتحت تلك الطائرة؟ ولماذا تتم محاذاة مدارات الكواكب بهذا الشكل، في فطيرة مسطحة، بدلاً من أن يتحرك كل واحد منها في مستوى مختلف تمامًا؟
أنا عالم كواكب أعمل مع المركبات الفضائية الآلية، مثل المركبات الفضائية والمدارات. عندما نرسلهم أنا وزملائي لاستكشاف نظامنا الشمسي، من المهم بالنسبة لنا أن نفهم الخريطة ثلاثية الأبعاد لجوارنا الفضائي.
ما هي الطريقة “للأسفل”؟
لجاذبية الأرض علاقة كبيرة بما يعتقده الناس في الأعلى وما هو في الأسفل. الأشياء تسقط نحو الأرض، لكن هذا الاتجاه يعتمد على مكان وجودك.
تخيل أنك تقف في مكان ما في أمريكا الشمالية وتشير إلى الأسفل. إذا قمت بتمديد خط من طرف إصبعك على طول الطريق عبر الأرض، فإن هذا الخط سيشير في اتجاه “لأعلى” لشخص ما على متن قارب في جنوب المحيط الهندي.
في الصورة الأكبر، يمكن تعريف “الأسفل” على أنه يقع تحت مستوى النظام الشمسي، والذي يعرف باسم مسير الشمس. تقليديًا، نقول إن فوق المستوى هو المكان الذي تُرى فيه الكواكب وهي تدور عكس اتجاه عقارب الساعة حول الشمس، ومن الأسفل تُرى وهي تدور في اتجاه عقارب الساعة.
المزيد من نكهات “الأسفل”
هل هناك أي شيء خاص بخصوص الاتجاه النزولي بالنسبة إلى مسير الشمس؟ للإجابة على ذلك، نحتاج إلى التصغير أكثر. يتمحور نظامنا الشمسي حول الشمس، وهي مجرد واحدة من حوالي 100 مليار نجم في مجرتنا، درب التبانة.
وكل من هذه النجوم والكواكب المرتبطة بها تدور جميعها حول مركز درب التبانة، تمامًا كما تدور الكواكب حول نجومها، ولكن على نطاق زمني أطول بكثير. وكما أن الكواكب في نظامنا الشمسي ليست في مدارات عشوائية، فإن النجوم في مجرة درب التبانة تدور حول مركز المجرة بالقرب من مستوى، وهو ما يسمى بالمستوى المجري.
هذا المستوى ليس موجهًا بنفس طريقة مسير الشمس في نظامنا الشمسي. في الواقع، الزاوية بين المستويين تبلغ حوالي 60 درجة.
وبالعودة خطوة أخرى إلى الوراء، فإن مجرة درب التبانة هي جزء من مجموعة من المجرات المعروفة بالمجموعة المحلية، و-يمكنك أن ترى إلى أين يتجه هذا- تقع هذه المجرات في الغالب ضمن مستوى آخر، يسمى المستوى المجري الفائق. يكون مستوى المجرة الفائقة متعامدًا تقريبًا مع مستوى المجرة، مع زاوية بين المستويين تبلغ حوالي 84.5 درجة.
إن الكيفية التي تنتهي بها هذه الأجسام إلى السير في مسارات قريبة من نفس المستوى لها علاقة بكيفية تشكلها في المقام الأول.
انهيار السديم الشمسي
بدأت المادة التي ستشكل الشمس وكواكب النظام الشمسي في نهاية المطاف كسحابة منتشرة وواسعة جدًا من الغاز والغبار تسمى السديم الشمسي. كان لكل جسيم داخل السديم الشمسي كمية صغيرة من الكتلة. ونظرًا لأن أي كتلة تمارس قوة الجاذبية، فإن هذه الجسيمات تنجذب إلى بعضها البعض، ولكن بشكل ضعيف جدًا.
بدأت الجسيمات الموجودة في السديم الشمسي تتحرك ببطء شديد. ولكن على مدى فترة طويلة، أدى الجذب المتبادل الذي شعرت به هذه الجسيمات بفضل الجاذبية إلى بدء السحابة في السحب إلى الداخل على نفسها، مما أدى إلى انكماشها.
كان من الممكن أن يكون هناك أيضًا بعض الدوران الكلي الطفيف جدًا للسديم الشمسي، ربما بفضل قوة الجاذبية لنجم عابر. عندما انهارت السحابة، زادت سرعة هذا الدوران، تمامًا مثل المتزلج الذي يدور بسرعة أكبر وأسرع عندما يسحب ذراعيه نحو جسمه.
ومع استمرار السحابة في الانكماش، أصبحت الجسيمات الفردية أقرب إلى بعضها البعض وكان لها المزيد والمزيد من التفاعلات التي تؤثر على حركتها، سواء بسبب الجاذبية أو الاصطدامات فيما بينها. تسببت هذه التفاعلات في وجود جزيئات فردية في مدارات مائلة بعيدًا عن اتجاه الدوران الكلي للسحابة لإعادة توجيه مداراتها.
على سبيل المثال، إذا اصطدم جسيم ينزل عبر المستوى المداري بجسيم قادم عبر ذلك المستوى، فإن التفاعل يميل إلى إلغاء تلك الحركة الرأسية وإعادة توجيه مداراتها نحو المستوى.
في نهاية المطاف، ما كان في السابق سحابة غير متبلورة من الجسيمات انهارت إلى شكل قرص. ثم بدأت الجسيمات الموجودة في مدارات مماثلة تتجمع معًا، لتشكل في النهاية الشمس وجميع الكواكب التي تدور حولها اليوم.
على نطاقات أكبر بكثير، ربما تكون أنواع مماثلة من التفاعلات هي التي أدت إلى حصر معظم النجوم التي تشكل درب التبانة في المستوى المجري، ومعظم المجرات التي تشكل المجموعة المحلية في المستوى المجري الفائق.
تعود اتجاهات مستويات مسير الشمس والمجرية والمجرية الفائقة إلى اتجاه الدوران العشوائي الأولي للسحب التي تشكلت منها.
إذن ماذا يوجد تحت الأرض؟
لذا، ليس هناك حقًا أي شيء مميز حول الاتجاه الذي نحدده على أنه “لأسفل” بالنسبة للأرض، بخلاف حقيقة أنه لا يوجد الكثير مما يدور حول الشمس في هذا الاتجاه.
إذا ذهبت بعيدًا بما فيه الكفاية في هذا الاتجاه، فستجد في النهاية نجومًا أخرى لها أنظمة كوكبية خاصة بها تدور في اتجاهات مختلفة تمامًا. وإذا ذهبت أبعد من ذلك، فقد تواجه مجرات أخرى ذات مستويات دوران خاصة بها.
يسلط هذا السؤال الضوء على أحد الجوانب المفضلة لدي في علم الفلك: فهو يضع كل شيء في نصابه الصحيح. إذا سألت مائة شخص في شارعك: “أي طريق للأسفل؟” كل واحد منهم سوف يشير في نفس الاتجاه. لكن تخيل أنك طرحت هذا السؤال على الناس في جميع أنحاء الأرض، أو على أشكال الحياة الذكية في أنظمة الكواكب الأخرى أو حتى المجرات الأخرى. كلهم سيشيرون في اتجاهات مختلفة.
مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.
وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: جيف مورش، جامعة تينيسي
اقرأ المزيد:
يتلقى جيف مورش تمويلًا من وكالة ناسا ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية.