ويحدد الموقع الفلكي لأية نقطة على سطح الأرض على النحو التالي:
٣٠ ١٢ ٣١ شمالاً، ١٥ ٢٠ ٤٠ شرقاً
وتقرأ هذه الدرجات على النحو التالي:
إحدى وثلاثون درجة واثنتا عشر دقيقة وثلاثون ثانية شمالا، وأربعون درجة وعشرون دقيقة وخمس عشرة ثانية شرقا.
ويعزى نظام تقسيم سطح الأرض بخطوط الطول ودوائر العرض إلي بطليموس وإن كان هيباركوس هو أول من ابتكر هذا النظام.
وتقسم كل من درجة الطول أو العرض إلي ٦٠دقيقة والدقيقة إلي ٦٠ثانية. وأول من ابتكر النظام الستيني وهو تقسم الدائرة إلي ثلاثمائة وستين درجة والدرجة إلي ستين دقيقة والدقيقة إلي ستين ثانية هم البابليون (سكان العراق القدماء) . وقد تبني بطليموس هذا النظام بالنسبة لخطوط الطول ودوائر العرض.
وقد اشتقت كلمة دقائق الانجليزية Minutes من التعبير اللاتيني Minutiae Primae ومعناها الأجزاء الصغيرة الأولي، وكلمة ثانية Second من التعبير اللاتينين Minutiaie Secundae ومعناه الأجزاء الصغيرة الثانية.
стр. 142
٣- دوائر العرض وسرعة دوران الأرض:
لما كانت الكرة الأرضية تتم دورتها كل ٢٤ ساعة، ولما كانت دوائر العرض تختلف من حيث الطول، فإن سرعة دوران الأرض تختلف من دائرة عرض إلى أخرى على النحو التالى:
стр. 143
اختلاف سرعة دوران الأرض تبعًا لدرجات العرض
стр. 144
خطوط الطول وحساب الزمن
مدخل
...
٤- خطوط الطول وحساب الزمن:
لكي نفهم علاقة خطوط الطول بالزمن، علينا أن نستفيد من اعتقاد بطليموس الخاطئ بأن الشمس تدور حول الأرض كل ٢٤ ساعة، ولما كان مجموع درجات الطول ٣٦٠ درجة، فإن معنى ذلك أن المدة التي تستغرقها الشمس بين كل درجة طولية وأخرى هي:
٢٤ساعة×٦٠ "للتحويل إلى دقائق"
...
= ٤ دقائق
٣٦٠ "درجات الطول"
إذًا: الفرق بين كل درجة طول وأخرى ٤ دقائق، تضاف إذا اتجهنا شرقًا، وتطرح إذا اتجهنا غربًا على النحو التالي:
стр. 145
بعد هذه الفكرة البسيطة التي استندنا فيها إلى اعتقاد بطليموس بدوران الشمس وهو ما يلاحظ ظاهريًّا، نعود ونصحح ذلك فنقول: إن الأرض تدور حول نفسها من الغرب إلى الشرق بسرعة منتظمة وتتم هذه الدورة في ٢٤ ساعة، وعلى ذلك فإن المدة التي تستغرقها درجة الطول أمام الشمس هي:
٢٤ × ٦٠
...
= ٤ دقائق
٣٦٠
أي أن الأرض تقطع في الساعة ١٥ درجة طولية، ولما كانت الأرض تدور من الغرب إلى الشرق، فإن الشمس تشرق "تظهر" على خطوط الطول الشرقية قبل خطوط الطول الغربية بمقدار ٤ دقائق عن كل خط.
стр. 146
كيف نعين الزمن في مكان ما ؟
لتعيين الزمن في مكان ما نجري الآتي:
أولًا: نحسب درجات الطول بين هذا المكان وخط طول المكان الذي نعرف وقته.
ثانيًا: نحول هذه الدرجات إلى ساعات ودقائق بمقدار ٤ دقائق عن كل درجة طولية.
ثالثًا: إذا كان المكان الذي يراد تعيين وقته يقع إلى الشرق من المكان الذي نعرف وقته، فإننا نضيف الفرق في الزمن إلى الوقت المعروف في ذلك المكان آنذاك، وإن كان يقع إلى الغرب فإننا ننقص هذا الفرق.
مثال توضيحي:
إذا كانت الساعة في مدينة الرياض الخامسة مساء فكم تكون الساعة في مدينة القاهرة التي يتبع توقيتها خط ٣٠ درجة شرقًا علمًا بأن وقت الرياض يحسب على أساس خط طول ٤٥ درجة شرقًا.
١- فرق درجات الطول بين المكانين = ٤٥ ْش- ٣٠ ْش = ١٥ ْ
٢- الفرق في الزمن بين المكانين = ١٥ ْ× ٤ ْ= ٦٠ دقيقة= ساعة
٣- بما أن القاهرة تقع غرب الرياض فتكون الساعة في القاهرة = ٥-١= ٤ مساء.
стр. 147
٥- الزمن المحلي
يعتمد الزمن المحلي على خط الطول الذي يمر بالمكان ويحسب عن طريق إيجاد درجات الطول بين هذا الخط وخط آخر يعرف وقته، ويمكن ضبط
стр. 148
الساعات المحلية على الساعة ١٢ ظهرًا، وذلك حينما تتعامد الشمس ظهرًا على هذا المكان وتختفي ظلال الأشياء أو تصل إلى أقصر الطول ظل ممكن "وقت الزوال".
ويتحدد الزمن في جميع الأماكن على خط الطول الواحد، فيكون وقت الزوال أو الظهر في جميعها واحدًا.
وتقسم الدول الواسعة المساحة رقعتها إلى مناطق زمنية يبلغ اتساع كل منها ١٥ درجة يوحد الزمن في كل منها، ومن أمثلة هذه الدول الولايات المتحدة "عدا ولايتي ألاسكا وجزر هاواي" التي تقسم إلى أربع مناطق زمنية من الشرق إلى الغرب، أي أن المسافر من الساحل الشرقي إلى الساحل الغربي للولايات المتحدة يغير الوقت ليضبط ساعته أربع مرات.
ولقد كان الوقت المحلي حتى منتصف القرن ١٩ متبعًا ولم يسبب أية مشكلات، وعندما تطورت وسائل المواصلات، وزادت سرعتها وبدئ في استخدام التلغراف سنة ١٨٤٥م، ظهرت الاختلافات بين المدن في الأوقات المحلية، فبدأت شركات السكك الحديدية في اتباع توحيد زمني يحسب على أساس خط طول معين حتى تتجنب مشكلات اختلافات الأوقات المحلية للمدن؛ إذ إن السكك الحديدية في الولايات المتحدة كانت تستخدم ٥٣ توقيتًا مختلفًا قبل سنة ١٨٨٣م.
ولقد اتبع في تحديد الزمن اتخاذ كل ١٥ درجة طولية على أساس أنها تمثل منطقة زمنية واحدة "لأن كل ١٥ درجة طولية تمثل ساعة زمنية".
ومن الدول الأولى التي اتبعت تحديد الزمن والمناطق الزمنية الولايات المتحدة كما سبقت الإشارة، التي تبنت هذا النظام سنة ١٨٨٣، حيث
стр. 149
قسمت إلى أربع مناطق زمنية تتبع خطوط الطول ٧٥ ْغربًا، ٩٠ ْغربًا، ١٠٥ ْغربًا، ١٢٠ ْغربًا.
стр. 150
٦- المناطق الزمنية العالمية:
عقد مؤتمر دولي في واشنطن سنة ١٨٨٤م لتبني تقسيم العالم إلى مناطق زمنية على أساس أن كل ١٥ درجة طولية غربًا أو شرقًا تمثل منطقة زمنية، وذلك على اعتبار أن خط غرينتش هو خط الطول الأساسي "شكل ١٩".
ويعتبر الاتحاد السوفيتي سابقًا أكثر الدول عددًا في المناطق الزمنية، إذ إن رقعة الاتحاد السوفيتي كانت تشمل إحدى عشرة منطقة زمنية، وتشمل كندا ست مناطق زمنية، وإذا أضفنا ألاسكا وهاواي إلى الولايات المتحدة الأمريكية فإنها تضم أكثر من ست مناطق زمنية.
ولتلافي الاضطرابات التي تحدث نتيجة لتقسيم اليوم إلى ١٢ ساعة صباح و١٢ ساعة مساء أو ما يعبر عنها لاتينيًّا "Ante Meridian" A.M قبل الظهر، و"Post Meridian" أي بعد الظهر، وذلك في المجالات العسكرية والملاحة البحرية والجوية؛ اتبع نظام ابتداء اليوم من الساعة صفر حتى الساعة ٢٤ وتضاف الدقائق ليحدد بأربعة أرقام، فمثلًا الساعة ١٤٠٩ تعني الساعة "٢" و٩ دقائق بعد الظهر، والساعة ٢٣٠٠ تعني الساعة ١١ مساء.
стр. 151
شكل ١٩: المناطق الزمنية
стр. 152
٧- خط التاريخ الدولي:
لما كان حساب الوقت يتطلب إضافة ٤ دقائق كلما قطعنا درجة طول في اتجاهنا نحو الشرق أو إنقاص ٤ دقائق إذا اتجهنا غربًا، فإننا سنضيف ١٢ ساعة عند خط طول ١٨٠ ْإذا اتجهنا من الشرق، أو ننقص ١٢ ساعة إذا اتجهنا من الغرب ووصلنا إلى نفس المكان عند خط طول ١٨٠ درجة، فأيهما الصحيح أن نضيف ١٢ ساعة أم ننقص ١٢ ساعة؟؟ .. الإجابة عن ذلك واضحة إذ إن الفرق ٢٤ ساعة أو يوم كامل بين الجانب الأسيوي لخط ١٨٠ درجة والجانب الأمريكي، فمثلًا إذا كانت التقاويم تشير إلى يوم الثلاثاء في الجانب الأسيوي، فإن التقويم في الجانب الأمريكي يكون متأخرًا يومًا ويشير إلى يوم الاثنين "شكل ٢٠".
وحينما يعبر مسافر المحيط الهادي في سفينة، فمن الضروري أن يلاحظ تغيير اليوم حينما يعبر خط طول ١٨٠ درجة. ومن الطريف أن نشير إلى أن بحارة ماجلان الذين وصلوا إلى أسبانيا اكتشفوا أن تقويم أسبانيا يشير إلى اليوم الثامن من سبتمبر ١٥٢٢م، بينما كان حسابهم للتقويم يشير إلى اليوم السابع فقط من سبتمبر، وذلك لأنهم لم يفطنوا لإضافة يوم نتيجة عبور خط ١٨٠ درجة بعد أن قطعوا المحيط الهادي قادمين من الغرب.
стр. 153
وبسبب أهمية خط طول ١٨٠ ْفقد اتفق على تسميته خط التاريخ الدولي في مؤتمر عقد في واشنطن سنة ١٨٨٤م. ولحسن الحظ فإن خط التاريخ الدولي يمر وسط المحيط الهادي حيث لا توجد إلا جزر صغيرة. وينكسر هذا الخط ليتحاشى المشكلات التي تنشأ نتيجة اختلاف التقويم على جانبيه فينكسر اتجاه هذا الخط نحو الغرب لتقع جزر اليوشن Aleutian على الجانب الأمريكي. وعند درجة عرض ٥ درجة جنوبًا يتجه الخط نحو الشرق لتصير مجموعة جزر فيجي Fiji على الجانب الأسيوي.
شكل "٢٠" خط التاريخ الدولي
стр. 154
٨- ظاهرة اختلاف طول الليل والنهار وعلاقتها بدوائر العرض:
من الملاحظ أن الليل والنهار يتساويان مرتين في كل عام وذلك في ٢١ مارس، و٢٢ سبتمبر، والسبب في ذلك يرجع إلى تعامد أشعة الشمس على خط الاستواء في هذين اليومين. وعند تحرك الشمس حركتها الظاهرية شمالًا فإنه يلاحظ ابتداء زيادة في طول النهار حتى يبلغ أقصى طول له يوم تعامد الشمس على مدار السرطان، وفي هذه الحالة يكون طول النهار في القطب الشمالي عبارة عن ستة أشهر. وفي الوقت نفسه يكون القطب الجنوبي معزولًا تمامًا عن أشعة الشمس، ويصل طول الليل فيه إلى ستة أشهر.
وعندما تبدأ الشمس رحلة العودة الظاهرية ناحية خط الاستواء يبدأ طول النهار في القصر في النصف الشمالي من الكرة الأرضية بينما يصاحب ذلك طول في النهار في النصف الجنوبي وتستمر هذه الحالة إلى أن تتعامد الشمس على خط الاستواء يوم ٢٢ سبتمبر، وعندها يتساوي طول الليل والنهار في نصف الكرة الشمالي والجنوبي. وباستمرار الشمس في رحلتها الظاهرية جنوبًا يصاحب ذلك طول النهار تدريجيًّا في النصف الجنوبي إلى أن يبلغ أقصى طول له عندما تتعامد أشعة الشمس عند مدار الجدي وذلك يوم ٢١ ديسمبر وعنده يكون طول النهار ٦ أشهر في القطب الجنوبي. ويصل طول الليل في القطب الشمالي إلى ٦ أشهر أيضًا.
وهكذا يتدرج مقدار الفرق بين طول الليل وطول النهار حسب دوائر العرض، فنلاحظ أنه كلما بعدنا عن دائرة العرض التي تتعامد عليها الشمس يزداد الفارق بين طول الليل وطول النهار، فيبلغ الفارق أقل
стр. 155
مقدار له قرب دائرة تعامد الشمس على الأرض بينما يبلغ أقصاه على الدوائر البعيدة عن دوائر تعامد الشمس على الأرض كذلك. ولهذا نجد مما سبق ذكره أنه في الصيف الشمالي يبلغ طول النهار ٦ أشهر في القطب الشمالي والعكس صحيح، ولاختلاف طول الليل والنهار فوائد عظيمة للإنسان يمكن أن نذكرها فيما يلي:
١- تنوع الإنتاج الحيواني والنباتي على سطح الكرة الأرضية.
٢- شجع هذا التباين في الإنتاج على ضرورة اتصال المجتمعات بعضها ببعض بقصد تبادل الإنتاج.
٣- توفير فترة من الراحة اليومية تعطي الإنسان القدرة على العمل والإنتاج، ففي الليل يخلد إلى الراحة وفي النهار يزاول نشاطاته المختلفة. قال الله تعالى في كتابة العزيز: ﴿وَجَعَلْنَا اللَّيْلَ لِبَاسًا، وَجَعَلْنَا النَّهَارَ مَعَاشًا﴾ . [سورة النبأ:١١،١٢] .
٤- ساعد الإنسان على أن يقدر الزمن والوقت.
٥- أوجد أنماطًا معيشية مختلفة على سطح الكرة الأرضية.
٦- ساعد على عدم سير حياة الإنسان على وتيرة واحدة تبعث على الملل.
стр. 156
٩- مقارنة عامة بين خطوط الطول ودوائر العرض:
стр. 157
دوران الأرض والفصول الأربعة
مدخل
...
ثانيًا: دوران الأرض والفصول الأربعة:
اعتقد العالم اليوناني فيثاغورس وأتباعه في القرن السادس ق. م أن الأرض تدور حول الشمس ولكنه لم يقدم الأدلة العلمية التي تؤيد ذلك وتفسر كلامه، وقد اعتبر فيثاغورس وأتباعه أن الشمس تمثل مركز الوجود The Helio Centric Theory. ١
стр. 158
أما بطليموس فقد رأى أن الأرض مركز الكون The Geocentric Theory١ ونادى بهذا الرأى في منتصف القرن الثاني بعد الميلاد وفي القرن الخامس عشر أحيا الفلكي البولندى كوبرنيكوس Copernicus نظرية مركزية الشمس التي استطاع غاليلو بمنظاره الفلكي في القرن السابع عشر "١٥٦٤-١٤٦٢م" من تأييدها، كما أن غاليلو نجح في اكتشاف أقمار تدور حول المشتري، واكتشف كذلك أن الزهرة تدور حول الشمس.
ومدار الأرض حول الشمس بيضي الشكل ويصل طوله إلى حوالي ٦٠٠ ميلون ميل. وتقترب الأرض من الشمس في ٣ يناير، فيقال إن الشمس في نقطة الرأس Perihelion وحينما تبتعد الأرض عن الشمس في ٤ يوليو فيقال إن الشمس في نقطة الذنب Aphelion وتقطع الأرض مدراها حول الشمس بسرعة ١٨ ميل في الثانية أو نحو ٦٤٨٠٠ ميل في الساعة "حوالي ١٠٤ ألف كم".
وتدور الأرض حول نفسها مرة كل ٢٤ ساعة تقريبًا بسرعة ١٠٤١ ميلًا في الساعة عند خط الاستواء "١٦٦٦كم"، وبسرعة ٥٢٢ ميلًا "٨٣٥ كم" عند درجة عرض ٦٠ ْتقريبًا. وأما سرعة دوران الأرض عند القطبين فهي صفر.
وينشأ عن دوران الأرض حول نفسها ظاهرتان طبيعيتان بسبب قلة السرعة كلما بعدنا عن خط الاستواء. الظاهرة الأولى قوة الطرد المركزية Centrifugal force التي تدفع بالأشياء بعيدًا عن مركز الأرض، وبسبب أن قوة الجاذبية تزيد بمقدار ٢٨٩ مثلًا عن قوة الطرد المركزية عند خط الاستواء، فإن الأشياء لا تطير بعيدًا عن سطح الأرض، ولكن آثار زيادة سرعة الأرض تتمثل في انخفاض وزن الأشياء قليلًا عند خط الاستواء عنه عند
стр. 159
القطبين. ولتفسير ذلك فإن ٢٨٩ كيلو غرامًا تقل كيلو غرامًا واحدًا عند وزنها عند خط الاستواء بسبب قوة الطرد المركزية، والأمر الثاني الذي ينشأ عن اختلاف سرعة دوران الأرض هو انحراف الأشياء المتحركة إلى يمين اتجاهها في نصف الكرة الشمالي وإلى يسار اتجاهها في نصف الكرة الجنوبي، ويؤكد العلماء١ أن طول اليوم يزيد بمقدار ٠.٠٠١٦ من الثانية كل قرن بسبب تأثير موجات المد والجزر على سرعة الأرض.
إن دوران الأرض حقيقة يقينية لا يجرؤ الشك أن يحوم حولها، وفي القرآن الكريم ما يشير إلى تلك الحقيقة، قال تعالى: ﴿وَتَرَى الْجِبَالَ تَحْسَبُهَا جَامِدَةً وَهِيَ تَمُرُّ مَرَّ السَّحَابِ صُنْعَ اللَّهِ الَّذِي أَتْقَنَ كُلَّ شَيْءٍ إِنَّهُ خَبِيرٌ بِمَا تَفْعَلُونَ﴾ [سورة النمل: ٨٨] .
فسر السابقون هذه الآية بيوم القيامة، وليس هناك ما يمنع القول بأنها تشير إلى حقيقة دوران الأرض.
تقول الآية الكريمة: ﴿تَحْسَبُهَا﴾ وهذا الفعل لا يوحي بحال الإنسان يوم القيامة، يوم الهول الأعظم يوم تذهل كل مرضعة عما أرضعت. وتقول الآية الكريمة: ﴿مَرَّ السَّحَابِ﴾ والسحاب يمر في كل لحظة، ثم ختمت الآية الكريمة بما يدل على قدرة الله وإتقان صنعه وكمال إعجازه، واختتام هذه الآية بهذه الصورة يرجح أنها تشير إلى دوران الأرض.
والمفسرون الذين فسروا الآية السابقة بأنها تشير إلى يوم القيامة يستندون في ذلك إلى أن هناك آيات كثيرة تشير إلى تسيير الجبال يوم القيامة مثل قوله تعالى في سورة النبأ: ﴿وَسُيِّرَتْ الْجِبَالُ فَكَانَتْ سَرَابًا﴾ ،
стр. 160
وقوله في سورة الطور: ﴿وَتَسِيرُ الْجِبَالُ سَيْرًا﴾ ، ولكننا لو تتبعنا هذه الآيات لما وجدنا فعل "تمر" لأن لهذا الفعل وقعًا آخر، ومر السحاب أي باستمرار؛ لأن مرور السحاب لا ينقطع، ولقد أشار الله إلى الجبال؛ لأن مرورها أبعد ما يتصوره الإنسان بسبب ضخامتها، وكأن الله يقول لنا: أيها الإنسان إن هذه الجبال الضخمة التي تحسبها جامدة تمر في سهولة كما يمر السحاب باستمرار، وهذا من إبداع الله الذي أتقن كل شيء.
وجدير بالذكر أن هناك بعضًا من الناس ينكرون دوران الأرض، وتراءى لهم أن بعض آيات القرآن الكريم تدل على ذلك منها قوله تعالى: ﴿وَهُوَ الَّذِي مَدَّ الأَرْضَ وَجَعَلَ فِيهَا رَوَاسِيَ وَأَنْهَارًا﴾ [الرعد: ٣] ، ﴿وَالأَرْضَ مَدَدْنَاهَا وَأَلْقَيْنَا فِيهَا رَوَاسِيَ﴾ [الحجر: ١٩] ، ﴿وَجَعَلَ فِيهَا رَوَاسِيَ مِنْ فَوْقِهَا وَبَارَكَ فِيهَا﴾ [فصلت: ١٠] .
وحينما نتبع هذه الآيات نجد أن الله لم يقل إن الأرض راسية، بل قال: ﴿وَأَلْقَى فِي الْأَرْضِ رَوَاسِي﴾ ، وفي آيات أخرى قال: ﴿رَوَاسِيَ مِنْ فَوْقِهَا﴾ . ويمكن تشبيه ذلك بالطائرة مثلًا، فإذا قلنا: إن في الطائرة مقاعد ثابتة أو راسية فهل يعني ذلك أن الطائرة لا تتحرك!
ومن الأدلة الأخرى في القرآن الكريم التي تشير إلى دوران الأرض مثل الشمس والقمر تمامًا، ما جاء في قوله تعالى: ﴿لا الشَّمْسُ يَنْبَغِي لَهَا أَنْ تُدْرِكَ الْقَمَرَ وَلا اللَّيْلُ سَابِقُ النَّهَارِ وَكُلٌّ فِي فَلَكٍ يَسْبَحُونَ﴾ [يس: ٤٠] . وكذلك ما جاء في قوله تعالى: ﴿وَهُوَ الَّذِي خَلَقَ اللَّيْلَ وَالنَّهَارَ وَالشَّمْسَ وَالْقَمَرَ كُلٌّ فِي فَلَكٍ يَسْبَحُونَ﴾ [الأنبياء: ٣٣] .
стр. 161
إن كلمة "كل" تشير إلى الشمس والقمر والليل والنهار، ومعروف أن الليل والنهار يمثلان الأرض؛ لأن الأرض في أي وقت يكون نصفها المواجه للشمس نهارًا، والنصف الآخر ليلًا، فالآية الكريمة توضح لنا أن الشمس والقمر والأرض -وهي التي يمثلها الليل والنهار- كل هذه الأجرام تسبح في الفضاء.
стр. 162
١- البراهين على دوران الأرض:
هناك براهين كثيرة لكننا سنكتفي بإيراد تجربة فوكول Foucault وهو عالم طبيعي فرنسي علق سنة ١٨٥١م ثقلاً معدنيًّا في قبة قصر البانثيون Pantheon في باريس وربطه بسلك طوله ٢٠٠ قدم وثبت دبوسًا في أسفل الثقل الكروي بحيث يلامس هذا الطرف المدبب الأرض التي غطى سطحها بطبقة من الرمل ثم حرك فوكول "البندول" السلك المثبت به الكرة بعد أن اتخذ كل الاحتياطات اللازمة حتى لا ينحرف البندول أو الرقاص عن الجهة الأصلية أو المستوى الرأسي الذي كان فيه التذبذب الأول، ومع ذلك رأى فوكول أن التذبذبات كانت تنحرف شيئًا فشيئًا بطريقة منتظمة وكأن مستوى التذبذب دائرة في اتجاه اليمين أي في اتجاه دوران عقرب الساعة حول محوره مارًّا بالنقطة التي علق فيها السلك أو البندول، وكان مقدار هذا الانحراف في باريس ١١ ْفي الساعة، وعرف فوكول أن سبب ذلك الانحراف هو دوران الأرض حول محورها من الغرب إلى الشرق.
стр. 163
٢- انحراف محور الأرض Inclination of earth's axis
يميل المحور القطبي الذي تدور حوله الأرض عن الوضع العمودي بمقدار ٢٣.٥ ْبالتقريب، وبذلك فإن محور الأرض يصنع زاوية مقدارها ٦٦.٥ ْعلى سطح دائرة البروج "شكل ٢١".
ويحافظ محور الأرض على ثبات ميله واتجاهه في أثناء دوران الأرض حول الشمس، ويتجه أحد قطبي الأرض نحو الشمس بينما يتجه الآخر بعيدًا عنها. عندما يكون القطب الشمالي متجهًا نحو الشمس يتعرض الجزء الأكبر من نصف الكرة الشمالي لضوء الشمس كل يوم في حين أن ما تبقى يغطيه الظلام. وينتج عن ذلك أن الأماكن الواقعة شمالي خط الاستواء تقطع جزءًا كبيرًا من دورتها في منطقة الضوء فيطول النهار بحسب ما يقع من طول دورة الأرض في المنطقة المعرضة للضوء، والجزء الباقي الصغير من الدورة يقع في الظلام.
وعلى هذا يكون النهار أطول من الليل في نصف الكرة الشمالي، ويأخذ النهار في الازدياد كلما بعدنا عن خط الاستواء الذي يتساوي عنده طول الليل والنهار، ١٢ ساعة لكل منهما، وعند درجة عرض ٧٠ ْشمالًا يصل طول النهار إلى شهرين، وعند الدائرة القطبية الشمالية ينعدم الليل كلية "شكل ٢٢".
стр. 164
شكل "٢١": ميل محور الأرض
لاحظ أن الشمس تتعامد على مدار الجدي، وبالتالي يقع القطب الجنوبي في دائرة الضوء والقطب الشمالي في منطقة الظلام
وفي نصف الكرة الجنوبي حيث يتجه القطب الجنوبي في اتجاهه بعيدًا عن الشمس يطول الليل ويقصر النهار.
ويتساوى طول الليل والنهار حينما لا يتجه أحد القطبين نحو الشمس فيصل الضوء إلى كل منهما، وبذلك تقطع جميع الأماكن على سطح الأرض نصف دورتها في نطاق ضوء الشمس والنصف الآخر في الظلام بعيدًا عن ضوء الشمس، ويحدث ذلك في الاعتدالين الربيعي والخريفي.
стр. 165
شكل "٢٢": اختلاف طول الليل والنهار تبعًا لفصول السنة
وإلى جانب دوران الأرض حول نفسها وحول الشمس، فإنها تتذبذب في دورانها كالنحلة الخشبية Top بسبب تأثير جاذبية القمر على المنطقة الاستوائية المنبعجة، وتأخذ كل اهتزازة نحو ٢٦ ألف سنة١ تقريبًا. وعلى هذا فإن القطب الشمالي يتم دورة يتجه في أثنائها نحو مجموعات نجمية مختلفة. وعلى سبيل المثال فإن نجم Alpha Draconis كان النجم القطبي منذ ٣٠٠٠ سنة، وفي سنة ١٤٠٠٠ م سيكون نجم "النسر الواقع Vega" هو النجم القطبي.
стр. 166
٣- دوران الأرض:
تدور الكرة الأرضية حول محورها القطبي مرة واحدة كل يوم، وينشأ من ذلك الليل والنهار، بينما تدور الكرة الأرضية نفسها حول الشمس مرة كل عام، بمعني آخر أن الأرض تدور حول نفسها ٣٦٥ مرة كل عام مقابل دورة واحدة تدورها حول الشمس. وتعرف حركة الأرض حول نفسها باسم دوران حول المحور Revolution، ونظرًا لأن محور دوران الأرض حول نفسها، وهو عبارة عن المحور القطبي للأرض ذاتها، لا يكون عموديًّا على سطح الدوران، فإن عمودية أشعة الشمس الساقطة على سطح الأرض لا تنحصر في مكان ثابت على سطح الأرض.
وفي الحقيقة لو أننا فرضنا جدلًا أن المحور القطبي عمودي على سطح الدوران فإن زاوية سقوط أشعة الشمس على سطح الكرة الأرضية تكون عمودية عند خط الاستواء ثم تقل تدريجيًّا شمالًا وجنوبًا إلى أن تصبح مماسة للقطبين. وهذا يعني أن درجة الحرارة ستبلغ أقصاها في المناطق الاستوائية وتقل كلما اتجهنا شمالًا أو جنوبًا، بالإضافة إلى ذلك فإن حالة المناخ ستبقى ثابتة في كل مكان على سطح الأرض، وبالتالي تنعدم فكرة الفصول، وبذلك تصبح كل منطقة من سطح الأرض متخصصة في إنتاج نوع معين أو أكثر من المنتجات الزراعية، كما أن طيور وحيوانات كل منطقة ستكون موزعة على سطح الأرض تبعًا لما يلائمها من المناخ، وهذا يعني أن عملية الهجرات بين الطيور والحيوانات تتوقف، وبما أن الإنسان من شأنه حب التغيير في كثير من الأمور فإن حياته ستصبح رتيبة؛ لأنه سيعيش في منطقته دون أن يكون عنده أي تغير يذكر في مناخه الذي يعيش فيه ويتأثر به وفي نوعية إنتاجه الزراعي.
стр. 167
٤- حزام تعامد أشعة الشمس:
نظرًا لميل المحور القطبي للأرض أو عدم تعامده على سطح دائرة البروج plane of ecliptic من جهة، ودوران الأرض حول نفسها ودورانها حول الشمس من جهة أخرى، فإن الأماكن التي تتعامد عليها أشعة الشمس لا تبقى ثابتة، ويكون هذا التعامد تدريجيًّا ومنتظمًا خلال العام، متواصل التنقل من الجنوب إلى الشمال ومن الشمال إلى الجنوب في منطقة أو حزام طرفه الشمالي هو مدار السرطان، وأما حده الجنوبي فهو مدار الجدي، ويقسم خط الاستواء هذا الحزام إلى قسمين متساويين، ومن المعروف أن تعامد أشعة الشمس لا يمكن أن يحدث في أي مكان من سطح الأرض خارج هذا الحزام، ومن أجل تبسيط أمر الإشارة إلى هذه المنطقة المحصورة بين المدارين فإننا قد رأينا أن نطلق عليها اسم "حزام تعامد أشعة الشمس".
стр. 168
الفصول الأربعة
مدخل
...
٥- الفصول الأربعة:
يختلف طول الليل والنهار تبعًا للفصول الأربعة، ومن الملاحظ وجود علاقة بين المناخ وطول الليل والنهار، ويكون الجو معتدلًا عادة عندما يكون طول الليل مساويًا لطول النهار أو يكون الفرق بين طوليهما صغيرًا، ولكن عندما يطول النهار وتتعرض المنطقة التي نعيش فيها إلى مدة أطول من أشعة الشمس، فإن درجة الحرارة ترتفع كثيرًا عندنا. وأما إذا اختلف الوضع وقصر النهار وطال الليل فإن الوضع يختلف تمامًا وتنخفض درجة الحرارة إلى أقل مستوى لها.
стр. 169
شكل "٢٣": الفصول الأربعة
ومن الجدير بالذكر أن الليل والنهار يتساويان من حيث الطول عندما تتعامد أشعة الشمس على خط الاستواء. وهذا يتم مرتين في العام كما ذكرنا سابقًا حيث يحدث الاعتدالان الربيعي والخريفي "شكل ٢٣". وعندما يصل طول النهار أقصى مدى له في نصف الكرة الشمالي يعرف ذلك باسم الانقلاب الصيفي. في حين أنه عندما يقصر النهار إلى أدنى معدل له في النصف الشمالي أيضًا من الكرة الأرضية، فإن ذلك يعرف باسم الانقلاب الشتوي.
стр. 170
أ- الاعتدال الربيعي Vernal Equinox
دعنا نتصور أن أشعة الشمس عمودية الآن على خط الاستواء، وأن رحلة الشمس الظاهرية في هذه الفترة هي من الجنوب إلى الشمال، في هذه الحالة تكون دائرة الإضاءة Circle of Illumination مارة بالقطبين الشمالي والجنوبي. ونظرًا لكروية سطح الأرض فإن هذا يعني أن زاوية سقوط أشعة الشمس تقل تدريجيًّا شمال وجنوب خط الاستواء إلى أن
стр. 171
تصبح هذه الأشعة مماسة لكل من القطبين، بمعنى آخر أننا لو افترضنا وجود شخص واقف فوق نقطة القطب الشمالي وآخر فوق نقطة القطب الجنوبي فإن كلًّا منهما يرى الشمس في مستوى الأفق.
وهذا الوضع يحدث تمامًا في الحادي والعشرين من شهر مارس كل عام. ويتساوى فيه الليل والنهار لمدة يوم واحد فقط. وهنا يبدأ الربيع. ويعرف هذا الوقت بالاعتدال الربيعي في نصف الكرة الشمالي. وبعد ذلك تبدأ الشمس في رحلتها الظاهرية نحو الشمال. ومما تجدر الإشارة إليه هنا أن المحور القطبي للأرض يكون موازيًا للشمس. كما أن رأس زاوية ميل هذا المحور على سطح دائرة البروج لا يكون في اتجاه أو في عكس اتجاه الشمس.
стр. 172
ب- الانقلاب الصيفي Summer Solistice
تستمر الأرض في دورانها حول نفسها وحول الشمس، ويبدأ محورها القطبي في الاتجاه تدريجيًّا نحو الشمس، وهذا يعني أن الشمس تستمر في رحلتها الظاهرية نحو الشمال. ويبدأ النهار في الطول ويأخذ الليل في القصر في النصف الشمالي من الكرة الأرضية كما أن القطب الشمالي يأخذ في التعرض لأشعة الشمس طوال الأربع والعشرين ساعة من كل يوم، وهنا يبدأ صباح نهار يمتد لمدة ستة أشهر في القطب الشمالي في حين أن أشعة الشمس تبدأ في الانقطاع عن زيارة القطب الجنوبي حيث يبدأ ليل يمتد إلى ستة أشهر أيضًا.
يتجه تعامد أشعة الشمس تدريجيًّا كل يوم نحو الشمال إلى أن يصل مدار السرطان بعد ثلاثة أشهر من تعامدها على خط الاستواء, ويعرف ذلك بالانقلاب الصيفي ويكون في ٢١ يونيو من كل عام، ويكون هذا اليوم هو أطول أيام السنة بالنسبة لنصف الكرة الشمالي. وفي هذا اليوم
стр. 173
بالذات يكون المحور الوصل بين القطب الجنوبي والشمالي متجهًا نحو الشمس
стр. 174
ج- الاعتدال الخريفي Autumnal Equinox
تواصل الكرة الأرضية حركتها حول نفسها وحول الشمس إلى أن تتعامد أشعة الشمس على خط الاستواء، ويتساوى الليل والنهار مرة ثانية ويكون ذلك في ٢٢ سبتمبر من كل عام. في حين تصبح هذه الأشعة في الوقت نفسه مماسة لكل من القطبين.
وهنا ينتهي نهار القطب الشمالي الذي استمر لمدة ستة أشهر ويبدأ ليله على حين أن القطب الجنوبي ينعم ببزوغ صبح نهار يستمر لمدة ستة أشهر ويسود فصل الربيع نصف الكرة الجنوبي، بينما يسود الخريف نصف الكرة الشمالي.
стр. 175
د- الانقلاب الشتوي Winter Solistice
وبعد مرور ثلاثة أشهر على تعامد الشمس على خط الاستواء تتعامد أشعة الشمس على مدار الجدي، ويتحول خريف نصف الكرة الشمالي إلى شتاء ليكون ذلك في ٢١ ديسمبر ويعرف ذلك بالانقلاب الشتوي.
مما سبق يمكن ملاحظة أننا ننسب الاعتدالين والانقلابين على ما يجري حقيقة في نصف الكرة الشمالي، أي أن الاعتدال الربيعي يعني وجود فصل الربيع في نصف الكرة الشمالي كما أن تعبير الانقلاب الصيفي يعني صيف نصف الكرة الشمالي أيضًا، وهكذا بالنسبة للفصول الأخرى.
بالإضافة إلى ذلك فإن أشعة الشمس تتعامد مرة واحدة خلال العام الواحد على كل من مدار السرطان ومدار الجدي. في حين أنها تتعامد مرتين كل عام على خط الاستواء.
стр. 176
ثالثا: المجال المغناطيسي للأرض وأغلفة الأرض
١- المجال المغناطيسي:
لقد أشرنا أثناء كلامنا عن الفصول الأربعة إلى القطبين الجغرافيين للكرة الأرضية، ولكن يجب أن نعلم أن هناك قطبين مغناطيسيين للكرة الأرضية أيضًا، ومن أجل تصور ذلك دعونا نأخذ قضيبًا ممغنطًا من الحديد ونعلقه في خيط مع ضمان حرية الحركة له، تجد أن أحد طرفي القضيب يشير إلى القطب الشمالي المغناطيسي بينما يشير الآخر إلى القطب الجنوبي المغناطيسي.
ويمكن اعتبار القطبين المغناطيسيين للأرض طرفي قضيب مغناطيسي يمر بمركز الأرض، وتتولد مغناطيسية الأرض نتيجة لوجود النواة المعدنية في جوف الكرة الأرضية. وينحرف محور الأرض المغناطيسي بضع درجات عن محور الأرض الجغرافي، وعلى هذا فإن القطبين المغناطيسي والجغرافي للأرض لا ينطبقان على بعضهما بل هناك مسافة تفصل بينهما "شكل ٢٤". حيث يقع القطب المغناطيسي شمالي درجة عرض ٧٠ ْشمالًا ودرجة طول ١٠٠ ْغربًا بالقرب من شبه جزيرة بوثيا Boothia في كندا. ويقع القطب المغناطيسي الجنوبي في أنتاركتكا عند درجة عرض ٦٨ ْجنوبًا ودرجة طول ١٤٣ ْشرقًا. وموضع القطبين المغناطيسيين متحرك وليس ثابتًا.
ويمتد تأثير المجال المغناطيسي للأرض على بضع عشرات الآلاف من الأميال فوق سطح البحر.
стр. 177
وتستخدم "البوصلة" وهي عبارة عن مؤشر ممغنط حر الحركة في تحديد الشمال المغناطيسي. وعن طريق معرفة زاوية الانحراف المغناطيسي عن الشمال الجغرافي نستطيع أن نحدد الاتجاه الجغرافي١.
شكل "٢٤": القطبان الجغرافي والمغناطيسي "نصف الكرة الشمالي"
وهناك بعض الصعوبات التي تتعلق باستخدام البوصلة في تحديد الاتجاهات، منها أن خطوط المجال المغناطيسي ليست ثابتة، بل تتأثر بعوامل تختلف من مكان لآخر، كما أنها تتذبذب من وقت لآخر. ومن هنا يعتقد
стр. 178
بأن باطن الأرض في حركة مستمرة، وأنه لابد وأن يكون في حالة سائلة. ولذا ينبغي معرفة زاوية الانحراف المغناطيسي التي تتغير باستمرار، ولذلك نجد أن الخرائط الطبوغرافية ذات المقاييس الكبيرة يكتب عليها درجات الانحراف المغناطيسي واتجاهاته وتاريخ قياس الانحراف المغناطيسي ومتوسط التغير السنوي في هذا الانحراف.
стр. 179
أغلفة الأرض
مدخل
...
٢- أغلفة الأرض
يتكون كوكب الأرض من عدة أغلفة هي:
стр. 180
أ- الغلاف الجوي Atmosphere
ويحيط بالكرة الأرضية وتعتمد عليه جميع الكائنات الحية في حياتها، وفي هذا الغلاف الغازي يوجد الأوكسجين الذي نتنفسه والسحب وبخار الماء، وتنساب فيه الرياح التي تعمل على توزيع الحرارة ما بين المناطق المختلفة.
ومما يذكر أن الغلاف الغازي تكون في بداية نشأة كوكب الأرض من الغازات والأبخرة التي تصاعدت من مكونات هذا الكوكب يوم أن كان في حالة ليست بالصلبة، وكذلك الغازات التي كانت ولا تزال تندفع من فوهات البراكين مع الحمم البركانية. وإلى جانب الغازات المختلفة وبخار الماء تعلقت الأتربة الدقيقة والحبيبات وبقايا الشهب والنيازك في الهواء لتصبح بعض مكونات الغلاف الغازي. ويمتد الغلاف الغازي إلى ارتفاع ٦٠٠ ميل "٩٦٥كم" حيث توجد آثار غازية.
ويقسم الغلاف الجوي إلى بضع طبقات سوف نناقشها فيما بعد بالتفصيل بإذن الله.
