أسئلةٌ شائعةٌ عن دوران الأرض

كتابة: ستين أودينوالد.
ترجمة: خالد العريني.
مراجعة: عبد الحميد شكري.

هذه المقالة عبارةٌ عن ترجمةٍ لثلاثة أسئلةٍ مع أجوبتها من مجموعة تسعة عشر سؤالٍ للأسئلة الأكثر شيوعاً لكل ما يتعلق بدوران الأرض، ولقد أجاب عليها رائد الفضاء السابق والمسؤل بوكالة ناسا الفضائية الدكتور ستين أودينوالد من صفحة اسأل علماء الفضاء.

السؤال الأول: كم كان سيبلغ وزننا على الأرض عندما كان اليوم الأرضي يساوي ١٨ ساعةً؟

الجواب:
على خط الاستواء من الجسم الدائر، ستعمل قوى الطرد المركزية ضد قوة الجاذبية لإنقاص وزنك. وفي مدة اليوم حالياً على الأرض والبالغ ٢٤ ساعةً ستنتج قوة الطرد المركزية هذه تسارعاً يبلغ حوالي 0.11 قدم/ثانية/ثانية (أو ٣,٥ سنتيمترات في ثانية لكل ثانية)، حيث يساوي التسارع قسمة مربع سرعة دوران الأرض على نصف قطر الأرض، وتساوي السرعة 1100ميلاً/الساعة (أو ١١٧٧٠ كم/س) ونصف القطر يساوي 4100 ميل (أو ٦٥٨٩ كم تقريباً). وتُنتج الجاذبية تسارعاً مقداره 32 قدماً/ثانية/ثانية (أو ٩,٨ متر/ثانية/ثانية)، وبذلك سيكون وزنك أقل بمقدار ٠,٠٠٣ على خط الاستواء (٣,٥ سم/٩,٨ سم = ٠.٠٠٣). مثلاً، لو أن شخصاً ما يزن 150 رطلاً (أو ٦٨ كج) فسيكون وزنه أقل بمقدار 0.55 رطلاً (أو ٠.٢٦ كج) عند خط الاستواء. ولو سرعت سرعة دوران الأرض الآن لتبلغ ١٨ ساعةً فسيتسبب هذا في زيادة قوة طردٍ مركزيةٍ بمقدار (24/18)^2 = 1.77 مرةً عن مستواها السابق، لذا سيكون معدل انخفاض الوزن ٠.٠٠٣×١.٧٧=٠.٠٠٥. بمعنى أنه سيكون وزن الشخص الذي يبلغ وزنه ٦٨ كج أقل بمقدار ٠.٣٤ كج تقريباً.

هناك تأثيرٌ آخر سيتسبب في تقليل الوزن أكثر قليلاً، حيث لن يعد شكل الأرض كروياً عندما تدور بشكلٍ أسرع، بل إنها ستنتفخ في منطقة خط الاستواء وستكون بذلك في موقعٍ أبعد قليلاً عن مركز الأرض مقارنةً بالسابق. سيخفض هذا من جاذبية السطح بمقدارٍ ضئيلٍ بالنسبة لهذه السرعات، ولكنه لن يكون تأثيراً كبيراً. فقبل ٩٠٠ مليون سنةٍ عندما كانت فترة الدوران الأسرع جاريةً لم يكن هذا الأمر مرصوداً من البكتيريا التي كانت تعيش على الأرض حينها.

السؤال الثاني: هل سبق لمحور الأرض أن كان ميلانه أكثر من 23.5 درجةً في الماضي؟

الجواب:
قد يكون هذا الأمر حدث فعلاً وفقاً لبعض البحوث الحديثة. فعلى الرغم من أن الآلية الدقيقة لما حدث غير مفهومةٍ، إلا أنه يبدو أن المنطقتان القطبيتان كانتا أكثر دفئاً مما هي عليه اليوم قبل ملايين السنين، لذلك لم تكن الرواسب والتجمعات الجليدية ممكنةً في ذلك الوقت. من الواضح أن هذا الأمر لا يمكن تفسيره كليّاً عبر الانجراف القاريّ، فلو كان ميلان محاور الأرض يُقدر بـ٥٤ درجةً بدلاً من 23.5 درجةٍ الحالية لكانت المناطق القطبية ذات الطبيعة المناخية الدافئة اللازمة لتفسير البيانات الأحفورية، مما يعني أن المناطق الاستوائية ستكون أبرد بكثير.

إن ميلان الأرض تحكمه توازنات قوىً معقدةٍ لنظام دوران الأرض، فحتى الكتل الهوائية الكبيرة المتحركة يمكنها أن تغير ميلان الأرض بمقدارٍ يمكن قياسه اليوم. ومن الممكن أن الصفائح الجليدية الكبرى وفقدان مياه المحيطات المصاحبة للعصور الجليدية الكبرى قد تسببت في تغيّر الكمية الحركية للقصور الذاتيّ للأرض لدرجة أن الميلان الكبير لمحاور الأرض كان أمراً شائعاً حينها. من المعتاد أن يظن شخصٌ ما أن القوى الخارجية هي فقط القادرة على تغيير دوران الكوكب وميلان محاوره، لكن التغييرات الداخلية الصغيرة والتي تحدث خلال ملايين السنين قد تكون مؤثرةً جداً كذلك.

السؤال الثالث: ما هو سبب تذبذب تشاندلر (انحرافٌ طفيفٌ لمحور دوران الأرض)؟

الجواب:
يُعتقد أن سبب هذا التذبذب كامنٌ في الأصداء الطبيعية في الجسم الدوّار للأرض بسبب التوزيع المفصّل لكتلة الأرض على سطحها، باطنها، محيطاتها، والغلاف الجويّ. لهذا النظام تواترٌ لمدة ١٤ شهر والذي يمكن استثارته من خلال نمطٍ معقدٍ من القوى والتأثيرات بسبب القمر، الشمس، وتحركات القشرة الأرضية المفاجئة (الزلازل). وهنالك الكثير من التأثيرات الدورية المختلفة بسبب القمر والشمس والتغيّر في بعدها عن الأرض وقوى المدّ والجزر، وتُنتج هذه الاختلافات دورياتٍ شهريّةٍ، سنويّةٍ، ومتعددة السنوات في التحرّك القطبيّ. ربما يكون تذبذب تشاندلر عبارةً عن صدىً طبيعيٍّ متواترٍ تحفّزه أيضاً التأثيرات المستمرة للقوى الشمسية والقمرية على تردد الصدى الطبيعيّ للأرض الصلبة.
المصادر:

Ask the Space Scientist
How much would we have weighed on Earth when its day was only 18 hours long?
Was the tilt of the Earth’s axis ever larger than 23 1/2 degrees in the past?
What is the cause of the Chandler Wobble?

المصطلحات:
ستين أودينوالد (Sten Odenwald)
قوى الطرد المركزية (centrifugal forces)
الانجراف القاريّ (continental drift)
البيانات الأحفورية (fossil data)
كمية حركة القصور الذاتيّ (moment of Inertia)
تذبذب تشاندلر (Chandler Wobble)
تردد الصدى (resonance frequency)

Article Tags

Comments are closed.