mmeftahpour نوشته شده:باسلام
آیا سرعت دورانی زمین با گذشت زمان تغییر نمی کند؟
=================================================================
باسلام
بازهم بجای پاسخ دادن به سئوالات دیگران وارد مسائل حاشیه ای می شویم.
برای پاسخ دادن به سئوال به چند نکته باید توجه داشت :
1- آیا نیروهای خارجی بر زمین وارد می شود؟
2- آیا نیروهای خارجی بر حرکت وضعی زمین ( گردش به دور خود) تاثیر گذارند؟
3- و اگر تاثیر گذارند در چه حد؟
در مورد سئوال اول باید بگوییم که بله خیلی از نیروها به زمین وارد می شود از نظر علمی از هر جرمی در کیهان به زمین نیرو وارد می شود حتی از ذره کوچکی مانند شهاب سنگ ولی به ترتیب اهمیت اولی از خورشید و دومی از ماه و سومی از سیارات منظومه شمسی و ......
خوب برگردیم به سئوال دوم :
تا اونجایی که من می دونم حرکت دورانی بر نیروی دورانی تاثیر گذار است برای مثال حرکت چرخ دوچرخه از افتادن زاویه ای دوچرخه جلوگیری می کند ولی اگر اصطکاکی بین چرخ دوچرخه و زمین وجود نداشته باشد و نیروی افقی به دوچرخه وارد شود و یا اگر نیروی مستقیم گریز از مرکز به دوچرخه وارد شود باعث انحراف دوچرخه خواهد شد ولی این انحراف تاثیری بر گردش چرخ دوچرخه نخواهد داشت و همچنین بالعکس ( چرخش چرخ نیز بر این نیرو تاثیری ندارد)
حال اگراین نیروها تاثیری داشته باشند ایا واقعا از میزان حرکت وضعی زمین کم و یا زیاد می شود که باید بگوییم در واقعیت چنین است و حرکت زمین به دور خود به طور ناچیزی تغییر می یابد.
چگونگی تأثیر فعالیتهای خورشیدی بر طول شبانهروز
دیدگاه حرارتی
چرخههای خورشیدی تأثیر فراوانی بر آب و هوای فضایی دارد و این تأثیرات بر شرایط جوی و آب و هوای زمین بسیار محسوس است. کاهش فعالیت چرخهی خورشید منجر به سرد شدن زمین و بالعکس فعالیت بالا موجب گرمتر شدن زمین میشود که این عامل، عاملی موثر بر سرعت حرکت وضعی زمین است.
طوفانهای خورشیدی
این گونه فکر کنید که فرفرهای در حال چرخش است. اگر در این حال به آن بدمید، نتیجه تغییرات در حرکت را هم مشاهده میکنید. زمین هم همانند یک فرفره در چرخش به دور خود و خورشید با چنین مواردی مواجه میشود و فعالیتهای شدید خورشیدی باعث میشود این بادها تغییراتی هر چند جزئی در حرکت وضعی زمین ایجاد کنند.
پدیدههای فیزیکی مرتبط با آب و هوای فضایی بسیار متنوعاند. از آن میان طوفانهای زمین مغناطیس و زیر مجموعههایش کمربند وان آلن، اختلالات یونوسفری و درخششهای مربوط به آن و… را نام برد. پرتاب مواد از تاج و امواج ضربهای حاصل از آن، ازموارد مهم تأثیر گذار بر آب و هوای فضایی است.
حالت دوم یک آهنربا و یک قطبنما را در نظر بگیرید. اگر آهنربا را به قطبنما نزدیک کنیم هر دو به هم نیرو وارد میکنند قطبنما بر اثر اعمال نیرو از مغناطیس بزرگتر حرکت میکند. زمین و خورشید نیز اینگونهاند. زمانی که شاهد فعالیتهای خورشیدی و طوفانهای زمین مغناطیس هستیم، این نیرو به صورت شوک بر هستهی زمین اعمال میشود و با ارتباطی که بین لایههای هسته، پوسته و جبه وجود دارد، نیرویی جدید به پوسته اعمال میشود و باعث بروز زمین لرزه و آتشفشان خواهد شد که اینها خود باعث تغییر شکل زمین شده و در نهایت بر حرکت وضعی زمین هم اثر میگذارد.
دیگر عوامل
عوامل دیگری به غیر از خورشید هم بر تغییر طول شبانهروز تأثیر گذار است که در اینجا بدون در نظر گرفتن روابط پیچیدهی ریاضی، با بیانی ساده آنها را بررسی خواهیم کرد.
اندازهی حرکت زاویهای
اندازهی حرکت زاویهای تأثیر گذار بر سرعت حرکت وضعی زمین به دو بخش کلی تقسیم میشود: اول اندازهی حرکت زاویهای اتمسفری و دوم اندازهی حرکت زاویهای اقیانوسی. در مورد اول هرگاه ضخامت جو زمین کم شود، اندازه حرکت زاویهای زمین هم کم شده و سرعت حرکت وضعی آن افزایش پیدا میکند و بدین ترتیب طول شبانهروز کاهش مییابد. در مورد دوم هرگاه سطح آب اقیانوسها بالا بیاید اندازه حرکت زاویهای زمین زیاد شده و به واسطهی آن سرعت حرکت وضعی زمین کم شده و طول شبانهروز افزایش مییابد
جاذبهی اجرام سماوی
زمین به تنهایی در فضا حرکت نمیکند. ماه تنها قمر زمین به دور آن میچرخد و زمین هم به دور خورشید. این سه جرم مذکور را میتوانیم یک سیستم سهتایی در نظر بگیریم. بررسی نیروی جاذبه ماه و خورشید بر زمین مسالهی بسیار مهمی است. اگر بخواهیم بصورت ساده تأثیرات این دو جرم را بر زمین بررسی کنیم باید مستقیماً به سراغ جزر و مد برویم. بالا و پایین رفتن سطح آب اقیانوسها و دریاها و جابجا شدن آنها باعث ایجاد یک اصطکاک حاصل از جابجایی میشود که همانند یک ترمز سرعت حرکت وضعی زمین را کند میکند.
بارگذاری سطح زمین
اگر سطح زمین را بدون آب و اتمسفر در نظر بگیریم، جسم جامدی شبیه گردو خواهیم داشت. حال اگر این آبها را به سطح زمین اضافه نماییم، مسلماً آب به قسمتهایی خواهد رفت عمق بیشتری دارند. بخشی از آنها بصورت یخچالهایی ذخیره میشوند که باعث تغییر در دما و چگالی نواحی مختلف میشود که یکی از عوامل مهم و تأثیر گذار بر حرکت زمین است.
عوامل ژئوفیزیکی
هرگونه تغییر در سطح زمین میتواند موجب تغییر در طول شبانهروز شود. زمانی که بر اثر فعالیتهای خورشید شاهد طوفانهای زمین مغناطیس هستیم نیرویی متفاوت نسبت به زمان قبل از طوفان بر مغناطیس زمین اعمال میشود. با ارتباطی که بین لایههای هسته وجود دارد نیروی جدید اعمال شده به این لایهها اعمال میشود و میتواند باعث آزاد شدن انرژی ذخیره شده در اطراف گسلها و بروز زمینلرزه و آتشفشان شود که به نوبهی خود باعث تغییر شکل ظاهری زمین میشود.
با این حساب و بر اساس مطالبی که اشاره شد، تغییر طول شبانهروز به عوامل متعددی وابسته است و این تغییرات در یک بازهی زمانی کوتاه یا بلند باعث بروز خطا و عدم قطعیت در برخی محاسبات نجومی میشود و از این رو دقت در این مسئله برای محاسبات نجومی بسیار حائز اهمیت است.
و
اما بجای این سئوال کم تاثیر بر حرکت زمین بهتر نیست این سئوال را بکنیم که آیا با وجود کاهش جرم خورشید و کاهش جرم زمین چه تغییراتی در انتظارمان است و در ذیل به پاسخ کوتاهی اکتفا می کنم :
سالیانه 40 هزار تن زباله فضایی وارد سیاره ما می شود. با این وجود، زمین در طول همین مدت 50,000 تن سبک تر می شود. چرا زمین همه ساله وزن خود را از دست می دهد؟ آیا زمین رژیم سرسختی برای کاهش وزن خود گرفته و یا باز هم خرابکاری انسان بر روی زمین، موجب کاهش وزن آن شده است؟ در ادامه دلایل سبک شدن سالیانه زمین را بررسی می کنیم.
با یک حساب سرانگشتی می توانیم دلایل کاهش وزن زمین را محاسبه کنیم. توجه کنید که در این محاسبه، میزان رشد جمعیت و ارسال موشک ها و ماهواره ها به فضا، در وزن کلی زمین تاثیر ندارد. چراکه انسان ها خود بخشی از وزن زمین محسوب می شوند. از طرفی موشک و ماهواره هایی که از زمین به فضا پرتاپ می شوند، مجددا به زمین باز می گردند و در محاسبه وزن کلی زمین تاثیر چندانی ندارد.
در ادامه ابتدا دلایل افزایش وزن و سپس کاهش وزن زمین را مشاهده خواهید کرد.
اضافه شدن وزن زمینزمین سالیانه 40,000 تن زباله فض
تا اینجای کار همه ساله 40160 تن به وزن زمین اضافه می شود.
ایی را به دلیل جاذبه ای که دارد به خود جذب می کند. این زباله ها مواد سطح زمین را تشکیل می دهند.
ناسا اعلام کرده وزن زمین همه ساله به دلیل گرم شدن دما، 160 تن زیاد می شود. در واقع زمین با گرم شدن، انرژی بیشتری جذب می کند. توجه کنید که اگر انرژی به سیستمی اضافه شود، جرم ماده در آن سیستم بالا می رود.
تا اینجای کار 40,000 تن وزن زباله فضایی و 160 تن نیز به دلیل گرم شدن زمین که در مجموع سالیانه 40,160 تن به وزن زمین اضافه می شود.
کاهش وزن زمینهسته زمین دائما در حال از دست دادن انرژی است. در واقع هسته زمین مشابه یک رآکتور هسته ای عظیم است که از سوخت های مختلف استفاده می کند. از دست دادن انرژی به معنی از دست دادن جرم زمین است. 16 تن جرم زمین همه ساله از دست می رود که در مقایسه با جرم هایی که زمین همه ساله به دست می آورد ناچیز است.
همه ساله 95,000 تن هیدرژن و 1,600 تن هلیوم از سطح زمین خارج می شوند. این دو ماده بسیار سبک هستند و به همین دلیل جاذبه زمین نمی تواند آنها را برای خود نگه دارد. پس این مواد به فضا پرواز می کنند. بنابراین زمین همه ساله 96600 تن از وزن خود را از دست می دهد.
با یک حساب سرانگشتی مشاهده می کنید که زمین سالیانه 40 هزار تن وزن بدست می آورد و در مقابل 96 هزار تن از دست می دهد. بنابراین سالیانه حدود 50 هزار تن از وزن خود را از دست می دهد. در واقع وزن زمین همه ساله 0.000000000000001% نسبت به سال قبل خود، کاهش می یابد.
آیا انسان ها باید نگران کاهش وزن زمین باشند؟میزان هیدروژن در سطح زمین آنقدر زیاد است که تریلیون ها سال طول می کشد تا هیدروژن زمین تخلیه گردد. بنابراین نیازی به نگران بودن برای هیدروژن نیست.
ولی میزان هلیوم در کره زمین به اندازه هیدروژن نیست. این ماده تنها 0.00052% از حجم زمین را تشکیل داده است و در واقع درحال نایاب شدن است.
هلیوم که طی یک فرایند طبیعی به نام تقطیر جز به جز حاصل می شود، در صنعت پزشکی خصوصا در دستگاه های MRI استفاده می شود. از این گاز همچنین برای سرد کردن مگنت ها و رشد سیلیکون و پرورش کریستال های ژرمانیتوم برای تولید تیتانیون و زیرکونیوم استفاده می شود.