زمین                        The Planet Earth

 

سیستم زمین- ماه از برخورد جسمی به زمین، که تصور می­شود حدود 10% زمین جرم داشته است، در اوایل شکل­گیری منظومه شمسی پدید آمده است. قسمتی از جرمِ به ­هم ­چسبیده به فضا پرتاب شد و ماه را، بسیار نزدیک­تر به زمین از فاصلۀ کنونی، به­وجود آورد. با توجه به این­که جرم و اندازۀ نسبی ماه قابل مقایسه با زمین است، گاهی این دو را مانند یک «سیاره دوتایی» تصور می­کنند.

گازهای خروجی از آتشفشان­ها جو ثانوی زمین را ایجاد نمود و با میعان بخار آب، اقیانوس­ها به­وجود آمدند. مقداری آب اضافی نیز از برخورد دنباله­دارها فراهم شد. حدود 4 ملیارد سال قبل حیات پدید آمد، فتوسنتز انرژی خورشیدی را به دام انداخت و محصول جانبی آن، اکسیژن، در جو انباشته شد. در پی آن، لایه­ای از اوزون شار تابش فرابنفش را کاهش داد و بقای انواع گوناگون حیات بر زمین را امکان­پذیر ساخت. سطح زمین با حرکت صفحات آن شکل گرفت و با تشکیل قاره­های پهناوری چون پانگه­آ[1]، گونه­های جانداران توانستند برآن ساکن شوند.

در عصر کامبریَن (Cambrian)، پس از دورۀ سرمای شدیدی که باعث بخبندان  زمین شد، گونه­های چندسلولی حیات شروع به رشد و نمو کردند. در فاصلۀ 535 ملیون سال از آن زمان، 5 انقراض دسته­جمعی وجود داشته که منجر به مرگ بسیاری گونه­ها شده است. آخرین انقراض 65 ملیون سال قبل رخ داد، زمانی که یک سیارک یا دنباله­دار، با قطر حداقل 10 کیلومتر، دهانه چیکسولاب (Chicxulub) را در شبه جزیره یوکاتان مکزیک ایجاد کرد. غبار ایجاد شده نور ورودی خورشید به زمین را کاهش داد و به دنبال آن رشد گیاهان کند شد.  شاید این یکی از دلایل مرگ دایناسورها و 70% گونه­های حیات در آن زمان بوده است[2]. پستانداران کوچکی جان سالم به­در بردند، و نهایتاً با تکامل آنها انسان پدید آمد.

کتاب "درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی" صفحه ۱۱۸ و ۱۱۹

 

The Earth–Moon system was formed when an object, thought to have had a
mass of  about 10% that of  the Earth, impacted with it soon after the formation
of  the Solar System. A portion of  the combined mass was thrown off 
into space and formed the Moon, initially far closer to the Earth than now.

As the   Moon’s relative mass and size is comparable with that of  the Earth the two are
sometimes thought of  as a ‘double planet’.
The name Earth derives from the Anglo-Saxon word ‘erda’ meaning ground or
soil. This became ‘eorthe’ in Old English and then ‘erthe’ in Middle English. Finally,
from around 1400, the name Earth was used – the only planetary name not derived
from Greek and Roman mythology.
Out-gassing from volcanoes produced its secondary atmosphere and water
vapour condensed to form the oceans, with additional water provided by the impact
of  comets. About 4 billion years ago a self-replicating molecular system – life – arose.
Photosynthesis allowed the trapping of  solar energy and the by-product, oxygen,
accumulated in the atmosphere. A resulting layer of  ozone reduced the flux of 
ultraviolet radiation on the surface which allowed life forms to survive on land.
The surface of  the Earth has been shaped by plate tectonics – the movement of 
sections of  the crust across the underlying magma – which at times formed vast
continents such as Pangaea which allowed species to colonize much of  the surface.
In the Cambrian era, which followed a period of  extreme cold when much
of  the Earth was covered in ice, multicellular life forms began to flourish. In the
∼535 million years since then, there have been five ‘mass extinctions’ when many
species died out. The last of  these was 65 million years ago when a large asteroid or
comet of  at least 10 km in diameter formed the Chicxulub crater on (and offshore
of) the Yucatan Peninsular in Mexico. The dust produced would have reduced the
amount of  sunlight reaching the ground and hence the growth of  vegetation.
This may have been one of  the causes of  the demise of  the dinosaurs at about this
time along with ∼70% of  all species then living on the Earth. Shrew-like small
mammals were spared and their evolution finally gave rise to human beings.

"Introduction to astronomy and cosmology" page 92 and 93



[1]- Pangaea، قاره­ای پهناور که تصور می­شود 200 ملیون سال قبل تکه­تکه شد و قاره­های کنونی از آن ایجاد گردید. (مترجم)

[2]-  تردیدهائی درمورد این نظریه به­وجود آمده است. برخی نظریات جدید انفجارهای بزرگ آتشفشانی را منشأ انقراض دایناسورها می­داند. (مترجم)

زهره (3)

 

دانشمندان دریافته اند که جو زهره اساساً متشکل است از دی­اکسید کربن و مقدار کمی نیتروژن، با جرمی 93 برابر اتمسفر زمین. همین باعث شده که فشار در سطح زهره حدود 92 برابر فشار در سطح زمین باشد. ابرهای ضخیمی از دی­اکسید گوگرد وجود دارد و ممکن است حتی باران­هایی از اسید سولفوریک در بالای جو ببارد! با وجود این، با توجه به دمای سطحی بیش از ۴۶۰ درجه سانتیگراد، این باران هرگز به سطح زهره نخواهد رسید. علت این دمای بسیار بالا، اثر گاز گلخانه­ای ناشی از جو مملو از دی­اکسید کربن است.

تصور می­شود که ساختمان درونی زهره شبیه به زمین باشد، با هسته، گوشته و پوسته. احتمالاً عدم حرکت صفحات پوسته باعث گردیده که هسته آن به­اندازۀ زمین سرد نشود و قسمتی از آن به­صورت مایع باشد. زهره تقریباً همزاد زمین است با قطری تنها  ۶۵۰ کیلومتر کمتر و جرمی معادل 5/81% جرم زمین. احتمالاً زمانی اتمسفر آن به جو زمین شبیه­تر بوده، اما تحول آن­را به مسیری بسیار متفاوت برده است!

کتاب درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی صفحه ۱۱۷ و ۱۱۸

زهره (2)

 

بسیاری از اطلاعات ما پیرامون زهره ­از راه مشاهدات به­وسیلۀ فضاپیما به­دست آمده است. در دسامبر 1962، فضاپیمای مارینر 2 از فاصلۀ حدود ۳۵۰۰۰۰ کیلومتری از سطح آن عبور کرد. مشاهدات فروسرخ و ریزموج نشان داد که علیرغم این­که فراز ابرها بسیار سرد است، سطح آن در دمای حداقل ۴۲۵ درجه سانتیگراد قرار دارد. این فضاپیما نشانه­ای از میدان مغناطیسی نیافت.

روس­ها بارها تلاش کردند تا فضاپیمایی را بر سطح زهره بنشانند. این کار در ابتدا با شکست مواجه می­شد. هیچکس پیش­بینی نمی­کرد که فشار جو در آنجا صد بار بیشتر از زمین باشد. نتیجه آن بود که چترهای فرود در ابتدا بیش­ از حد بزرگ انتخاب می­شد. این امر فرود فضاپیما را بسیار کند می­کرد و در نتیجه باطری­ها قبل از رسیدن به سطح سیاره تخلیه می­شدند. فضاپیماهای دیگر بر اثر فشار بسیار زیاد در پایین جو مچاله شدند. بالاخره در سال 1970، وِنِرا 7 به سطح سیاره رسید و به مدت 23 دقیقه اطلاعات دما را ارسال نمود و سپس ونرای 9 و 10 اولین تصاویر را از سطح آنجا ارسال کردند. این تصاویر سطحی از سنگ­های پراکنده و تخته­سنگ­هایی بازالت­گونه را نشان می­داد. در سال 1985 و در مسیر رصد دنباله­دار هالی، دو فضاپیمای روسی وِگا کاوشگرهایی را با بالون به درون اتمسفر زهره ارسال کردند. این کاوشگرها با پرواز در ارتفاع حدود 53 کیلومتری از سطح، وجود بادهای قوی در جو بسیار متلاطم را نشان دادند.

تصویر ونرا 9 از سطح زهره

 

کتاب  "درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی" صفحه ۱۱۶ و ۱۱۷

زهره (1)

 

زهره زمانی دو نام داشت، ستارۀ شامگاهی یا هسپروس (Hesperus) و ستارۀ صبح یا فوسفروس (Phosphorus)؛ زیرا که گاهی در حال درخشش در شرق پیش از سپیده­دم است و در وقت دیگری در حال درخشش در غرب پس از غروب خورشید. گفته می­شود که یونانیان ابتدا آنها را دو جسم متفاوت می­پنداشتند، اما بعدها با نظر بابلیان مبنی بر یکی بودن آنها هم­عقیده شدند[1].

زهره

زهره با قدری نزدیک به 4-  روشن­ترین جرم سماوی در آسمان بعد از ماه است (شکل بالا). همانگونه که در فصل اول نشان داده شد، اندازۀ زاویه­ای زهره، به­ دلیل گردش به­دور خورشید، تا 5 برابر تغییر می­کند. با این وجود وقتی که از زمین دورتر است و بالطبع اندازۀ زاویه­ای کوچک­تری دارد، درصد بیشتری از سطح آن روشن دیده می­شود (فلش زیر را ببینید). این دو اثر همدیگر را تا حد زیادی خنثی می­کنند و در نتیجه زهره برای چندین ماه در روشنایی نزدیک به قدر 4- باقی می­ماند. زهره به­دلیل آلبدوی بالا و انعکاس 70%  نور خورشید روشن به­نظر می­رسد. این انعکاس ناشی از سطح کاملاً پوشیده از ابر آن است.

http://astro.unl.edu/classaction/animations/renaissance/venusphases.swf

 در هر 120 سال دو بار، و به فاصلۀ 8 سال از یکدیگر، گذر زهره از مقابل خورشید دیده می­شود. (در قرن 21، سال­های 2004 و 2012. شکل زیر را ببینید.) این گذرها از لحاظ تاریخی بسیار مهم بودند؛ زیرا روشی را برای محاسبۀ فاصلۀ زهره، و به دنبال آن و براساس قانون سوم کپلر، اندازه­گیری واحد نجومی فراهم می­آوردند. کشف استرالیا توسط کاپیتان کوک به دنبال سفر علمی وی به جزیره تاهیتی ((Tahiti، جزیره­ای واقع در جنوب اقیانوس آرام، جهت رصد گذر سال  1768 زهره اتفاق افتاد.

 
گدر زهره از مقابل خورشید
 
کتاب  "درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی" صفحه ۱۱۶


[1] - ‘Hesperus is Phosphorus’، جمله­ای در فلسفۀ زبان که به درک این حقیقت اشاره دارد.

شفق قطبی (Aurora)

 

یکی از جلوه­های زیبای برهم­کنش باد خورشیدی و جو زمین، نمایش­های رنگارنگ نور است که در آسمان شب دیده می­شود. آنها بیشتر در نواحی اطراف قطب­های شمال و جنوب مغناطیسی دیده می­شوند و به شفق شمالی و جنوبی معروفند. شفق شمالی به رنگ سبز و قرمز جلوه­ می­کند و بیشتر در اطراف اعتدال بهاری و پاییزی رخ می­دهد؛ هرچند هنوز دلیل این تقارن را نمی­دانیم. 

شفق­های قطبی از برخورد ذرات باردار و اتم­ها در نقاط بالایی جو زمین به­وجود می­آیند. خطوط میدان مغناطیسی زمین، در بالای قطب­های مغناطیسی شمال و جنوب، به درون فضا باز می­شوند، و بدین­خاطر ذرات باردار در نزدیکی قطب­های مغناطیسی، راحت­تر به نقاط بالایی جو دسترسی پیدا می­کنند. در آنجا این ذرات با اتم­های گاز درون جو برخورد کرده، الکترون­ها را به ترازهای بالاتر انرژی می­رانند. با برگشت الکترون­ها به حالت پایه، نور تابش می­شود. بیشترین نور به نظر می­رسد از اکسیژن اتمی تابش شود، با درخششی مایل به سبز در طول­موج 7/577 نانومتر و درخشش قرمز تیره در طول موج 630 نانومتر. در میان انبوه رنگ­های دیگر که گاهی مشاهده می­شود، نیتروژن اتمی تحریک شده رنگ آبی تابش می­کند، در حالی­که نیتروژن مولکولی رنگ ارغوانی تولید می­نماید. اغلب شفق قطبی به شکل نوارهایی پرده­مانند است که در جهت شرق به غرب هم­خط شده­اند. گاهی این نوارها به آهستگی تغییر می­کنند، ولی در زمان­های دیگر پیوسته در حرکت به­نظر می­رسند. شکل آنها را جهت میدان زمین در محل بیننده تعیین می­کند و مشاهدات نشان داده­اند که
الکترون­های باد خورشیدی در مسیری حلزونی شکل و در امتداد خطوط میدان مغناطیسی به­سمت زمین حرکت می­کنند. نویسنده خود شاهد این منظرۀ حیرت­آور ناشی از حرکت الکترون­ها در امتدادخطوط میدان مغناطیسی و تشکیل شفق درست بالای سر بوده است. بسته به این­که کجا باشیم، گاهی به نظر می­رسد که پرتوهای همگرای شفق قطبی به­صورت پرتوهایی عمودی به سمت بالارفته، هاله­ای حلقوی را بالای سر شکل می­دهند

 

کتاب  "درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی" صفحان ۸۸ - ۹۰

آلبدو (Albedo)

 

 دمای سیاره عملاً تحت تأثیر میزان انعکاس انرژی تابشی خورشید به آن، موسوم به آلبدوی سیاره، و اثرات گازهای گلخانه­ای (اگر وجود داشته باشد) قرار دارد.

آلبدوی زمین 0.37 است، بدین معنی که 37% انرژی خورشیدی را منعکس می­کند و لذا 63% آن­را جذب می­نماید. آلبدوی زهره حدود 0.7 است (مقدار ذکر شده در منابع از 0.65 تا 0.85 متغیر است)،  در نتیجه تنها 30% انرژی خورشیدی را جذب می­کند. اما جو متشکل از دی­اکسید کربن آن به­قدری غلیظ است که دمای سطح آن به­طور قابل ملاحظه­ای بالا می­رود. مریخ آلبدویی برابر با 0.15 دارد، از اینرو بیشتر انرژی خورشیدی را جذب می­کند، اما جو رقیق دی­اکسید کربن آن (حدود  0.01 زمین) نمی­تواند گرمای زیادی را به دام اندازد؛ بدین دلیل هم­اکنون سطح آن برای بقای­ گونه­های حیات برپایۀ آب/کربن بیش از حد سرد است. با این وجود در گذشته، زمانی­ که آتشفشان­های عظیم مقادیر گسترده­ای گاز ( شامل بخار آب، دی­اکسید کربن و متان) را در جو منتشر می­کردند، دمای آن به میزان قابل­ توجهی بالاتر بوده، و احتمالاً امکان پا گرفتن حیات در آنجا وجود داشته است.
 
کتاب  "درآمدی بر نجوم و کیهانشناسی"  صفحه ۱۰۷
 
 
As the example of  the Earth has shown, the actual temperature of  a planet is
affected by how much of  the Sun’s incident energy is refl  ected back into space –
called the albedo of  a planet – and the effects of  greenhouse gases, if  any.
The Earth has an albedo of  ∼0.37, meaning that it refl  ects ∼37% of  the Sun’s
energy and so will absorb 63%. Venus has an albedo of  ∼0.7 (published values
vary from 0.65 to 0.84) so that it only absorbs 30% of  the incident solar energy,
but its carbon dioxide atmosphere is so thick that its surface temperature is raised
signifi  cantly. Mars has an albedo of  0.15 so absorbs much of  the incident solar
energy but its thin carbon dioxide atmosphere (about 1/100th that of  the Earth)
is unable to trap much heat so it is now too cold for carbon/water based life forms
to survive on the surface. However, in the past, when giant volcanoes were emit-
ting vast amounts of  gas into the atmosphere (including water vapour, carbon
dioxide and methane) its temperature would have been signifi cantly higher and
life could, perhaps, have arisen there.
 

"Introduction to astronomy and cosmology" page 83 and 84