حركة الأرض حول الشمس

تدور الأرض حول الشمس في مدار بيضوي يسمى الإهليجي بسرعة عظيمة تبلغ $108000$ كم/ساعة أو $30$ كم/ثانية، مستغرقة سنة كاملة مدتها $365.25$ يوماً مع وجود ميل لمحور الأرض بمقدار $23.5$ درجة. ينشأ هذا المسار بفعل صراع مستمر وقوتين متعاكستين هما قوة جاذبية الشمس وقوة الطرد المركزي الناتجة عن دوران الأرض. وفي هذا المسار، تقترب الأرض من الشمس في نقطة رأس تسمى نقطة الرأس في $3$ يناير على مسافة $147500000$ كم، وتتباعد في نقطة ذيل تسمى نقطة الذيل في $4$ يوليو على مسافة $152500000$ كم. وتنتج عن هذه الحركة الكونية العظيمة نتائج كبرى أبرزها تعاقب الفصول الأربعة واختلاف طول الليل والنهار بسبب التوزيع الأولي لحرارة الشمس وضوئها على الكوكب.

الفكرة الأساسية

تدور الأرض حول الشمس في مدار بيضوي الشكل يسمى المدار الإهليجي، ويتحكم في هذا المسار صراع دائم بين قوتين هما جاذبية الشمس وقوة الطرد المركزي، وتنتج عن هذه الحركة المجدولة والفصول الأربعة واختلاف طول الليل والنهار.

الشرح

تدور الأرض حول محورها كل $24$ ساعة، وتدور في الوقت ذاته حول الشمس دورة كاملة تستغرق $365.25$ يوماً، في مدار بيضوي يسمى المدار الإهليجي، وميل محور ثابت قدره $23.5$ درجة. تفترض الفيزياء هنا صراعاً بين قوتين عظيمتين: قوة جاذبية الشمس التي تجذب الأجرام، وقوة الطرد المركزي الناشئة عن حركة الجسم الدوار نحو الخارج، وبهذا التوازن يبقى المسار ثابتاً. تبلغ سرعة الأرض في فلكها $108000$ كم/ساعة أو ما يعادل $30$ كم/ثانية، وتختلف هذه السرعة بحسب قرب الأرض أو بعدها من الشمس. نظراً لشكل المدار الإهليجي الذي له مركزان، تحتل الشمس أحدها، فتكون الأرض في أقرب نقطة لها من الشمس يوم $3$ يناير وتسمى نقطة الرأس وتبلغ المسافة $147500000$ كم. بينما تكون في أبعد نقطة لها يوم $4$ يوليو وتسمى نقطة الذيل وتبلغ المسافة $152500000$ كم. ولأن محور الأرض مائل بمقدار $23.5$ درجة ويحافظ على ميله واتجاهه الثابت، فإن ذلك يؤدي إلى نتائج رئيسية تشمل: توزيع حرارة الشمس وضولئها وتعاقب الفصول الأربعة، واختلاف طول الليل والنهار في جهات الأرض المختلفة.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كانت مسافة الأرض من الشمس في نقطة الرأس هي $147500000$ كم، وفي نقطة الذيل هي $152500000$ كم، فما مقدار الفرق في المسافة بين هاتين النقطتين؟ الخطوة الأولى: حدد قيمة المسافة في نقطة الذيل وهي $152500000$ كم. الخطوة الثانية: حدد قيمة المسافة في نقطة الرأس وهي $147500000$ كم. الخطوة الثالثة: اطرح المسافة الصغرى من المسافة الكبرى للحصول على الفرق: $152500000 - 147500000 = 5000000$ كم. إذن الفرق هو خمسة ملايين كيلومتر.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن مدار الأرض حول الشمس دائري تماماً، والصحيح أنه مدار بيضوي (قطع ناقص) له بؤرتان تحتل الشمس إحداهما. الاعتقاد بأن الفصول الأربعة تحدث بسبب تغير مسافة الأرض عن الشمس، والصحيح أنها تحدث بسبب ميل محور الأرض بمقدار $23.5$ درجة وتغير زاوية سقوط أشعة الشمس.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: متى تكون الأرض في أبعد نقطة عن الشمس (نقطة الذيل)، وما مقدار المسافة بينهما؟ الإجابة: تكون في $4$ يوليو من السنة الميلادية، وتبلغ المسافة $152500000$ كم. السؤال الثاني: ما القوتان المسؤولتان عن تحديد المسار الذي تتخذه الأرض في مسارها حول الشمس؟ الإجابة: قوة جاذبية الشمس وقوة الطرد المركزي.