الثلاثاء، 25 أكتوبر، 2016

المنظومة الشمسية ومركباتها

المنظومة الشمسية ومركباتها
خلفية علمية
المنظومة الشمسية
الشمس الموجودة في مركز منظومتنا الشمسية تكوّنت مثل غيرها من النجوم في السديم الكوني، من موادّ مصدرها نجوم انتهت حياتها. فضلات الغبار والغاز اللذان لم يُدمجا في النجم الذي في طريقه إلى التكوّن بقيا كقرص من المادة يحوم حول هذا النجم. ورويدًا رويدًا بدأت كُتل المواد هذه تدور حول الشمس بسبب قوة جاذبيتها. الأجرام السماوية التي تدور حول الشمس في مسارات ثابتة تشمل كواكب (من بينها الكوكب الأرض)، وكذلك كواكب صغيرة جدًّا، كُوَيْكبات ومُذنّبات. قمر واحد أو أكثر وكذلك حلقات من شظايا الصخور تدور حول قسم من الكواكب. معظم مسارات دوران الكواكب موجودة بالقرب من مستوى دوران الكرة الأرضية حول الشمس، والمعروف بـ "مستوى الدوران".

الجاذبية
إحدى القوى الأساسية جدًّا في الطبيعة، القوة التي تحدد التجاذب بين جسمين هي قوة الجاذبية. قوة الجاذبية متعلقة بالبعد بين الأجسام وبكتلة كل منها. الكتلة هي كمية المادة الموجودة في جسم ما. كلما كان البعد بين الجسمين كبيرًا – تكون الجاذبية أضعف (وبالعكس – كلما كان البعد بين جسمين صغيرًا أكثر تكون الجاذبية أقوى). أما بالنسبة للكتلة: فكلما كانت كتلة الجسمين كبيرة تكون الجاذبية بينهما أقوى (وبالعكس – كلما كانت كتلة الجسمين صغيرة أكثر تكون الجاذبية بينهما أضعف). 
الجاذبية هي التي تمنح كتلة الأجسام المختلفة الثقل، والوزن. كتلة الأجسام (أي كمية المادة الموجودة فيها) لا تتغيّر حتى عندما تتواجد هذه الأجسام على جسم ذي جاذبية مختلفة عن جاذبية الكرة الأرضية، أما وزن هذه الأجسام فيتغيّر. على سبيل المثال: كمية المادة (الكتلة) في أجسام رجال الفضاء الذين صعدوا إلى القمر لم تتغيّر ولكن وزنهم قلّ وتغيّر لأنّ جاذبية القمر أضعف من جاذبية الكرة الأرضية.

النجم "الشمس"
الشمس هي نجم، وخلال تكونها من الغاز والغبار في السديم بدأت تدور وتُضغط، وفي مرحلة معينة بدأت تحدث فيها عمليات انصهار نووي فبدأت تنتج طاقة وتصدر إشعاعات وتحولت إلى نجم متوسط الحجم. على سطح الشمس تسود حرارة معدّلها حوالي C6,000، ويخمنون أنه في مركز باطنها تصل درجة الحرارة إلى -C 15,000,000! المادة التي تتكوّن منها الشمس تحتوي على 71% هيدروجين وَ 26% هليوم، بالإضافة إلى كميات صغيرة لا تكاد تذكر من عناصر ثقيلة أكثر.
لقد تكوّنت الشمس قبل حوالي 5 مليارات سنة ويعتقد العلماء أنها ستبقى حيّة على الأقل 5 مليارات سنة أخرى. في حينه، عندما ينفد مخزون الشمس من هيدروجينها، "الوقود" لعملية الاندماج النووي، فهي ستتحول إلى "عملاق أحمر" – ستنتفخ الشمس، وستبلع كوكب- عطارد (أقرب الكواكب إليها)، وعلى ما يبدو كوكب الزهرة؛ وجميع الكواكب الأخرى، بما فيها الأرض ستغيّر شكلها وتركيبها. وبعد بضع عشرات أو مئات من ملايين السنين يبدأ مركز العملاق الأحمر بالانضغاط ليتحوّل إلى كوكب صغير قزمي أبيض – كوكب صغير ملتهب كثافة مادته عالية جدًّا بينما غلافه فينتشر في الفضاء. في نهاية الأمر كل ما سيبقى من الشمس هو مادة سديمية – غبار وغاز ينتشر في المدى اللانهائي للفضاء في حين ينطفئ القزم الأبيض ويتحوّل إلى كوكب بارد مظلم ومضغوط.
الشمس هي مصدر الضوء والحرارة اللذان يمكنان الحياة للإنسان والحيوان والنبات على وجه الأرض. سرعة انتشار الضوء في الكون هي حوالي 300,000 كلم في الثانية. هذه هي السرعة القصوى الممكنة التي يمكن لأي مادة التحرّك بها بحسب القوانين العلمية التي نعرفها. متوسط بُعد الكرة الأرضية عن الشمس هو 150 مليون كلم وبناء عليه يحتاج الشعاع الخارج من الشمس إلى 8 دقائق لكي يصل إلى الكرة الأرضية.
على سطح الشمس تجري ثلاث ظواهر تحصل نتيجة لانبعاث طاقتها ونتيجة للنشاط النووي على سطحها وبالقرب منه:
البقع الشمسية (كُلَف الشمس) – وهي بقع غامقة اللون على سطح الشمس تتكوّن نتيجة للنشاط المغناطيسي للشمس وهي باردة قليلا بالنسبة لمحيطها ولذلك تبدو غامقة اللون أكثر. تظهر كلف الشمس عادة بشكل دوري مرة كل 11 سنة ولكن هذه الفترة تتغيّر بين الحين والآخر. في ذروة الدورة تزيد كمية كلف (بقع) الشمس 10 أضعاف أو أكثر عن كميتها العادية.
الرياح الشمسية – تيار من الجزيئات المشحونة كهربائيًّا تنفلت من الشمس بسرعات فائقة. الحقل المغناطيسي للكرة الأرضية يحميها من الرياح الشمسية.
انفجارات شمسية – هائلة تحدث على سطح الشمس تؤدي إلى أن تتطاير كميات كبيرة جدًّا من المادة والإشعاع يصل ارتفاعهما إلى عشرات وحتى مئات آلاف الكيلومترات فوق سطح الشمس.
هذه الظواهر من المحتمل أن تؤثّر على الأجهزة الموجودة على الكرة الأرضية – البث الإذاعي (الراديو) وشبكات الكهرباء كما من المحتمل أن تُلحق أضرارًا بالأقمار الاصطناعية التي تسبح في الفضاء فوق الكرة الأرضية. لولا وجود الحقل المغناطيسي للكرة الأرضية الذي يحمينا، لتدمّرت الحياة على الكرة الأرضية بسبب إشعاع الشمس والجزيئات التي تنبعث منها.
الأجسام في المنظومة الشمسية
الكواكب
لكل كوكب يوجد نوعان أساسيان من الحركة – كل واحد منها يدور حول نفسه وفي الوقت نفسه يدور أيضًا حول الشمس. دورة واحدة للكوكب حول نفسه (محوره) ينتج عنها يوم (نهار + ليل) ودورة الكوكب الواحدة حول الشمس ينتج عنها سنة. لكل كوكب من الكواكب التي تدور حول الشمس طول يوم (نهار + ليل) مختلف وطول سنة مختلف. 
الكواكب تتحرك طوال الوقت في نفس المسارات وذلك بسبب التوازن القائم بين قوّتين: قوة جاذبية الشمس التي تجذب الكواكب إلى الشمس (" إلى الداخل") وقوة دفع دوران الكواكب التي تشدّها بعيدا عن الشمس (إلى الخارج"). قوة جاذبية الكواكب نفسها هي التي تجعل أقمارها التابعة لها – أقمار وحلقات – تدور حولها في مسارات دورانها.
جميع الأجرام السماوية التي تدور حول الشمس – الكواكب، الأقمار التوابع، الكويكبات والمذنبات – لا تنبعث منها الضوء – إنما تعكس أشعة الشمس التي تقع عليها وتسمى نورًا.
الكواكب التي تدور حول الشمس تنقسم إلى ثلاث مجموعات:
الكواكب الصخرية (الأرضية): كوكب عطارد وكوكب الزهرة وكوكب الأرض وكوكب المريخ.
هذه الكواكب الأربعة هي الأقرب إلى الشمس – أبعدها عن الشمس هو المرّيخ الواقع على بعد 220 مليون كلم عن الشمس. الصفات المشتركة بين هذه الكواكب الأربعة هي: تركيبها صخريّ (شبيه بتركيب الكرة الأرضية)، وهي صغيرة نسبيا بالمقارنة مع الكواكب الغازية البعيدة عن الشمس، ولها القليل من الأقمار التابعة أو أنه لا يوجد لها أقمار تابعة كما لا توجد لها إطلاقًا حلقات من شظايا الصخور التي تدور حولها. لسطح هذه الكواكب تضاريس مؤلّفة من صخور من أنواع مختلفة، حولها يوجد غلاف غازي – وهو طبقة مكوّنة من غازات مختلفة تتطوّر فيها أحوال جوية مختلفة. لجميع هذه الكواكب توجد كتلة صغيرة نسبيًّا وبناء عليها قوة جاذبية ضعيفة.
عُطارد– (يرمز اسمه الى سرعته الكبيرة خلال دورانه حول الشمس)، وهو أصغر الكواكب وأقربها إلى الشمس، تظهر على سطحه الصخري الوهدات، والصخور ذات الرؤوس الحادّة وهاويات سحيقة (عميقة جدًّا). بسبب قوة جاذبية الشمس الكبيرة سرعة دورانه حول نفسه بطيئة، واليوم (نهار + ليل) عليه طويل جدًّا وهو يعادل 59 يومًا من أيام الكرة الأرضية تقريبًا. أما دورانه حول الشمس فهو سريع جدًّا حيث أنه يُتم دورة كاملة خلال 88 يومًا تقريبًا هي طول السنة عليه. بسبب سرعته هذه يسمونه في اللغات الأجنبية ميركوري على اسم رسول الآلهة. خلال النهار (وهو طويل جدًّا) تسود الكوكب حرارة عالية جدًّا وخلال الليل (الطويل جدًّا أيضًا) تهبط درجة الحرارة عليه لتصل إلى حوالي C200 تحت الصفر. كتلة عطارد صغيرة وجاذبيته قليلة لدرجة انه لم تبق حوله غازات ولم يتكون غلاف غازي. هذا هو سبب عدم وجود ظواهر الأحوال الجوية وسماؤه سوداء دائمًا.
الزهرة – (سمي بالزهرة لأنه يبدو من الكرة الأرضية ساطعًا بسبب انعكاس كمية كبيرة من ضوء الشمس) وهو الكوكب الثاني في بعده عن الشمس. محاط بغلاف غازي كثيف وثقيل يتكون في غالبيته العظمى من ثاني أكسيد الكربون كما يحتوي على أحماض سامّة. نتيجة لقربه من الشمس درجة الحرارة على سطحه عالية جدًّا وتؤدي الى تبخر جميع الغازات على سطحه وصعودها الى الغلاف الغازي المحيط به لذلك لم تتشكل على سطحه بحار أو محيطات. يعمل الغلاف الغازي لكوكب الزهرة مثل الدفيئة ويحول دون انخفاض درجة حرارة الكوكب لذلك فإنّ سطح الزهرة حارّ مثل أتون ملتهب معدّل درجة حرارة سطحه هي حوالي C460 !! يمكننا من الكرة الأرضية مشاهدة كوكب الزهرة في ساعات الصباح الباكر وقبل غروب الشمس أو في المساء بعد الغروب بقليل.
الأرض – هي الكوكب الثالث في بعده عن الشمس ولن نتوسع في الحديث عنها الآن.
المرّيخ – سمي هذا الكوكب بهذا الاسم نسبة الى لونه المائل الى الحُمرة وذلك بسبب نسبة الحديد العالية فيه. وهو الكوكب الأكثر شبَهًا بالأرض – صحيح أن حجم المريخ هو نصف حجم الكرة الأرضية ولكنه صخري مثلها، وطول اليوم (نهار + ليل) عليه شبيه بطول اليوم على الكرة الأرضية أما سنته فهي أطول قليلا. كما أن مبنى المريخ ومركباته شبيهان بمبنى ومركبات الكرة الأرضية – النواة غنية جدًّا بالحديد والوشاح/الدِّثار (غلاف اللبّ الأرضي) والقشرة مكونتان من الصخور والمعادن. قوة جاذبية المريخ تعادل 40% من قوة الجاذبية على سطح الكرة الأرضية ولذلك فإنّ غلافه الغازي غير كثيف. وهو يحتوي على كميات قليلة من الغازات – ثاني أكسيد الكربون، والقليل من النتروجين والأرچون (غاز نادر). لكن الغلاف الغازي للمريخ خالٍ من الأكسجين. بسبب قرب المريخ من الكرة الأرضية وبسبب الشبه بينهما فإنّ الكوكب– المريخ – اعتبر في الماضي وما زال يعتبر حاليًّا هدفًا رئيسيًّا لأبحاث الفضاء – منذ سنة 1964 عندما أرسلت سفينة الفضاء مارينر 1 لأول مرة لتصوير سطح المريخ وحتى يومنا هذا، أرسلت إليه سفن فضاء متطورة هبطت على سطحه كما أرسلت مركبات نزلت وسارت على سطحه وصوّرت وأجرت قياسات وأخذت عيّنات من تربته وأثْرت بذلك معلوماتنا عن المريخ. يعتقد غالبية علماء الفضاء بأنّه تحت سطح أرض المريخ توجد مياه متجمّدة.
الكواكب الغازية: المشتري، زحل أورانوس، ونبتون، (أما بلوتو فقد أُخرج مؤخّرًا من قائمة الكواكب وهو مًُصنّف اليوم ككوكب قزم). 
هذه الكواكب الأربعة بعيدة عن الشمس نسبيًّا إذا ما قورنت بالكواكب الصخرية. أقرب هذه الكواكب إلى الشمس هو المشتري وهو يقع على بعد 780 مليون كلم عنها. الصفات المشتركة بين الكواكب الغازية هي: تركيبها في الأساس غازيّ، وهي كبيرة جدًّا، وتحيط بها أقمار تابعة كثيرة بالإضافة إلى حلقات شظايا الصخور (حول زحل، أورانوس ونبتون). بما أن هذه الكواكب مكونة من غاز فلا توجد على سطحها تضاريس أو صخور. في أجزائها الداخلية يكون الغاز مضغوطا أكثر وسائلا أكثر فأكثر. الغلاف الغازي لهذه الكواكب الغازية سميك جدًّا وكتلتها عظيمة وقوة جاذبيتها عالية جدًّا جدًّا.
المشتري– سمي بهذا الاسم نسبة الى سرعته الكبيرة في الدوران حول نفسه ولمعانه الشديد. وهو أكبر الكواكب في المنظومة الشمسية (لو أردنا أن نملأ المشتري بكرات مثل الكرة الأرضية لاحتجنا إلى 1,400 كرة أرضية لملئه!!) المشتري مكوّن في الأساس من الغاز – حوالي 75% هيدروجين وحوالي 25% هليوم، أي أنّه يشبه الشمس في تركيبه. الطبقة العليا هي غلاف غازي مكون من الهيدروجين والهليوم وتحتها غلاف خارجي مكون هو الآخر من الهيدروجين والهليوم في حالة السيولة. وكلما تعمقنا في باطن المشتري يزداد الضغط ودرجة الحرارة وفي الغلاف الداخلي يتحول الهيدروجين إلى سائل. من المحتمل انه توجد في مركز المشتري نواة صخرية صلبة صغيرة في حجمها تحتوي على ما يبدو على الحديد والنيكل. الغلاف الغازي للمشتري عاصف وفي جميع الصور التي التقطت للمشتري تظهر خطوط وأحزمة وبقع ملونة. هذه هي الغيوم المكوَّنة من كتل جليدية وقطرات من مركبات مختلفة بألوان حمراء – صفراء. في الغلاف الغازي للمشتري تهبّ رياح قوية كما تحدث طوال الوقت ودون توقف دوّامات وعواصف برقية.
تحيط بالمشتري أقمار تابعة كثيرة – حوالي 63 قمرًا تمّ اكتشافها حتى اليوم. من بين الأقمار الأربعة الكبيرة التي تدور حول المشتري وأكثرها إثارة للاهتمام القمر أوروبا وذلك لأنه تحت الطبقة الجليدية السميكة التي تغطي سطحه يوجد على ما يبدو محيط يميل لونه إلى الحُمرة والمكون على ما يبدو من ماء سائل مخلوط بالوحل.
زُحَل – سمي بهذا الاسم لبعده عن الشمس. يتكون كوكب زحل من الهيدروجين والهليوم وفي مركزه توجد على ما يبدو نواة صخرية غنية بالحديد. توجد حول النواة طبقة من الهيدروجين المضغوط وبعد هذه الطبقة تأتي طبقة غلاف غازي وجهها الخارجي لونه برتقاليّ تظهر عليها قطاعات من الغيوم. زحل مُفلطح الشكل أي انه بيضوي أكثر منه دائري. تحيط بزحل منظومة من آلاف من الحلقات الدقيقة التي تحتوي على كتل جليدية صغيرة وربما احتوت أيضًا على حجارة. سمك كل حلقة لا يزيد عن كيلومتر واحد. يخمّن العلماء بأنّ مصدر جزيئات الحلقات هو من أحد الأقمار أو الكويكبات الذي اقترب كثيرًا من زحل وتفتّت إلى شظايا بسبب قوة جاذبية الكوكب. لزحل توجد عشرات الأقمار المكونة من الصخور والجليد. أكثر هذه الأقمار إثارة للاهتمام هو القمر طيطان الذي تغطي وجهه طبقة من الغبار البرتقالي المكوّن من مركبات عضوية – محيط عملاق مكون من هيدروكربونات مختلفة (مركبات من الهيدروجين والكربون)، غلافه الغازي يحتوي على نتروجين بالإضافة إلى القليل من غازات أخرى. يعتقد بعض الباحثين (علماء الفضاء) بأنّه بسبب احتواء الغلاف الجوي للقمر طيطان على كربون ونتروجين وهيدروجين فإنه من المحتمل أنه تتوفر على سطحه ظروف ملائمة لوجود أنواع بسيطة من الحياة التي تعتمد على المواد في حالة السيولة مثل غاز الميثان (غاز الميثان مكون من كربون وهيدروجين).
أورانوس – على اسم اله السماء عند الرومان. لون سطح كوكب أورانوس أزرق سماوي حوله توجد حلقات سوداء وحوالي 15 قمرًا. وهو كذلك مكون في الأساس من جليد وغازات متجمدة وفي مركزه توجد على ما يبدو نواة صخرية. الغلاف الجوي لأورانوس سميك جدًّا – سمكها – 8،000 كلم وهو يحتوي في الأساس على هيدروجين والقليل من الهليوم والميثان الذي يكسب أورانوس لونه ازرق السماوي.
نبتون – على اسم اله البحر عند الرومان وهو أصغر كوكب في مجموعة الكواكب الغازية وهو كذلك أبعدها عن الشمس، وهو محاط بـ 4 حلقات وبـ 8 أقمار وبـ 5 أقمار أخرى صغيرة وبعيدة. تركيبة نبتون شبيهة بتركيبة أورانوس ولوجهه لون سماوي (أزرق فاتح) نتيجة لوجود غاز الميثان في غلافه الغازي. سطح الكوكب نبتون بارد جدًّا وتهبّ عليه رياح شديدة. الغيوم في الغلاف الجوي لنبتون مرتبة في خطوط وقد اكتشفت فيها بقع كبيرة للدوامات التي تحدث نتيجة للعواصف التي تهب في الغلاف الغازي.
الكواكب القزميّة (الصغيرة): أجرام سماوية صغيرة من مجموعة الكواكب التي تدور حول الشمس، شكلها كرويّ تقريبًا وهي ليست أقمار أو حلقات شظايا صخرية تابعة لكواكب. جزء من الكواكب القزميّة  موجودة في حزام الكويكبات مثل الكوكب القزميّ كاريس وقسم آخر بعيد أكثر مثل بلوتو (الذي اعتبر منذ تم اكتشافه كوكبًا ولكن مكانته تغيّرت بسبب التعريفات الجديدة للكواكب القزميّة). 

الكواكب – معطيات
اسم الكوكب     معدل بعده عن الشمس (بملايين الكلم) غلاف غازي    متوسط درجة حرارته   طول دورته حول نفسه (طول اليوم)   طول دورته حول الشمس (طول السنة)          نوع المادة التي يتكوّن منها الكوكب السيار
عطارد  58
تقريبًا   لا يوجد          117 درجة مئوية       59 يومًا أرضيًّا          88 يومًا أرضيًّا          صخريّ
الزُّهرة  108 تقريبًا    في الأساس ثاني أكسيد الكربون 460 درجة مئوية       117 يومًا أرضيًّا        225 يومًا أرضيًّا         صخريّ
الأرض          149.5 نتروجين، أكسجين، ثاني أكسيد الكربون         حوالي 15 درجة مئوية          24 ساعة         365.25 يومًا صخريّ
المريخ 227.93        غير كثيف، في الأساس ثاني أكسيد الكربون خالٍ من الأكسجين          55 – درجة مئوية      24 ساعة وَ 37 دقيقة        687 يومًا أرضيًّا        صخريّ
المشتري        778   في الأساس هيدروجين وهيليوم 150 - درجة مئوية     9 ساعات وَ 50 دقيقة   11.8 سنة أرضيّة         غازيّ
زُحَل    1,429 في الأساس ماء وأمونيا (مركب من النتروجين والهيدروجين)   180 – درجة  مئوية   10 ساعات وَ 40 دقيقة    29.424 سنة أرضيّة   غازيّ
أورانوس        2,875 يحتوي في الأساس على هيدروجين وهليوم      215 – درجة  مئوية   17 ساعة وَ 14 دقيقة         83.75 سنة أرضيّة     جليد وماء وغازات متجمّدة
نبتون   4,504.45     يحتوي في الأساس على هيدروجين وهليوم      213 – درجة مئوية    16 ساعة وَ 7 دقائق         163.72 سنة أرضيّة   جليد وماء وغازات متجمّدة

اسم الكوكب     القطر عند خط الاستواء أقمار   حلقات  قوة الجاذبية     ماء     للتوسع في الانترنت

عطارد  4,878         لا
توجد    لا توجد 3/8 جاذبية الكرة الأرضية              
عطارد – مقال
الزُّهرة 12,100        لا توجد لا توجد 9/10 جاذبية الكرة الأرضية            
الزهرة – مقال
الأرض          12,756        1       لا توجد 9.8 م / ثانية2 موجود
المريخ  6,794         2       لا توجد حوالي ثلث جاذبية الكرة الأرضية       من المحتمل وجود مياه متجمدة بكميات قليلة تحت السطح   
المريخ – مقال
المشتري        142,984      حوالي 60 قمرا          موجودة 2.54 أضعاف جاذبية الكرة الأرضية   الجليد المتجمّد هو المركّب الأساسي لغالبية الأقمار مع احتمال وجود ماء في حالة السيولة في القمر أوروبا.        
المشتري – مقال
زُحَل    120,536      حوالي 60 قمرا          موجودة أكبر بعُشر من جاذبية الكرة الأرضية   في القمر طيطان ميثان سائل وجليد الماء هو المركب الأساسي في غالبية الأقمار الصغيرة   
زحل – مقال
أورانوس        51,000        27     موجودة 9/10 جاذبية الكرة الأرضية    جليد الماء هو المركب الأساسي في غالبية الأقمار الصغيرة        
أورانوس – مقال
نبتون   49,528        13     موجودة 1.2 أضعاف جاذبية الكرة الأرضية    جليد الماء هو المركب الأساسي في غالبية الأقمار الصغيرة        
نبتون – مقال

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق