كيف، بالضبط، يتحرك كوكب الأرض في الكون؟

النظام الشمسي ليس دوامة، بل هو مجموع الحركات الكونية العظيمة.

إليكم كيف نتحرك عبر الفضاء:

تدور الأرض حول محورها، وتدور حول الشمس، وتنتقل عبر مجرة درب التبانة، التي هي نفسها في حركة بالنسبة إلى جميع المجرات الأخرى من حولنا، ومن خلال القياس الصحيح للأجسام المحيطة بنا والضوء المُتبقي من الانفجار العظيم، يمكننا تحديد حركتنا الكونية التراكمية. ومع ذلك، لا يزال هناك عدم يقين لن نتمكن من التخلص منه أبدًا.

وسبب ذلك، أن كوكب الأرض ليس في حالة سكون، بل يتحرك باستمرار في الفضاء.

يأتي هذا المنظر للأرض من المركبة الفضائية MESSENGER التابعة لوكالة ناسا، والتي كان عليها أن تقوم برحلات تحليق حول الأرض والزهرة لكي تفقد ما يكفي من الطاقة للوصول إلى وجهتها النهائية وهي عطارد. لا يمكن إنكار كروية الأرض ودورانها وخصائصها، حيث يفسر هذا الدوران سبب انتفاخ الأرض في المركز، وانضغاطها عند القطبين، واختلاف قطرها الاستوائي والقطبي. (المصدر: ناسا/ميسنجر).

تدور الأرض حول محورها، وتدور 360 درجة كاملة مع كل يوم يمر.

تأثيرات قوة كوريوليس على بندول يدور عند خط عرض 45 درجة شمالاً. لاحظ أن البندول يستغرق دورتين كاملتين حول الأرض من أجل القيام بدورة واحدة كاملة عند خط العرض هذا بالتحديد؛ فزاوية الدوران، تماماً مثل السرعة على سطح الأرض، تعتمد على خط العرض… (مصدر الصورة: Cleon Teunissen / http: //cleonis.nl/).

وهذا يُترجم إلى سرعة استوائية تبلغ حوالي 1700 كم/ساعة تقريبًا، وتنخفض هذه السرعة مع زيادة خطوط العرض.

تبدو الأرض، وهي تتحرك في مدارها حول الشمس وتدور حول محورها، وكأنها تدور في مدار بيضاوي بيضاوي مغلق لا يتغير. ومع ذلك، إذا نظرنا بدقة عالية بما فيه الكفاية، سنجد أن كوكبنا في الواقع يبتعد عن الشمس بحوالي 1.5 سم في السنة، ويتقدم في مداره على مقاييس زمنية تصل إلى عشرات الآلاف من السنين. (الائتمان: لاري ماكنيش/ مركز أبحاث الفضاء في كالجاري).

وفي الوقت نفسه، تدور الأرض حول الشمس بسرعة تتراوح بين 29.29 كم/ثانية و30.29 كم/ثانية.

قبل 800 عام فقط، كان الحضيض الشمسي والانقلاب الشتوي متحاذيين. وبسبب أسبقية مدار الأرض، فإنهما ينجرفان ببطء بعيدًا عن بعضهما البعض، ويكملان دورة كاملة كل 21000 سنة. وبمرور الوقت، تنجرف الأرض بعيدًا قليلاً عن الشمس، وتزداد فترة السبق، ويختلف الانحراف المركزي أيضًا. (المصدر: جريج بنسون/ويكيميديا كومنز).

يُسبب الحضيض الشمسي في أوائل يناير أسرع الحركات، بينما يُنتج الحضيض في يوليو أبطأ الحركات.

تدور جميع الكواكب الرئيسية حول الشمس في أشكال بيضاوية تكاد تكون دائرية، مع انحراف قليل فقط بين الكواكب الأكثر انحرافًا. إن سرعة دوران أي كوكب ضئيلة مقارنةً بسرعته المدارية، لكن السرعات المدارية للكواكب صغيرة مقارنةً بحركة النظام الشمسي عبر المجرة. تُظهر هذه الرسوم المتحركة لقاء الجاذبية المستقبلي مع الكويكب 99942 أبوفيس المقرر في عام 2029. (مصدر الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية/مركز تنسيق الكواكب الفضائية).

علاوة على ذلك، تدور المجموعة الشمسية بأكملها حول مجرة درب التبانة.

تدور الشمس، مثلها مثل جميع النجوم في مجرتنا، حول مركز المجرة بسرعة مئات الكيلومترات/ثانية. في منطقتنا، تبلغ نسبة عدم اليقين في سرعة الشمس والنجوم الأخرى حول مركز المجرة حوالي 10% تقريباً، أو حوالي 20 كم/ثانية، وهو أكبر عامل لعدم اليقين عندما يتعلق الأمر بحساب حركتنا التراكمية. (الائتمان: جون لومبرغ وناسا).

تميل سرعة مركزنا الشمسي التي تتراوح بين 200 و220 كم/ثانية بزاوية مائلة حوالي 60 درجة تقريبًا على مستوى الكواكب.

على الرغم من أن الشمس تدور داخل مستوى مجرة درب التبانة على بُعد حوالي 25000 إلى 27000 سنة ضوئية من المركز، فإن الإتجاهات المدارية للكواكب في نظامنا الشمسي لا تحاذي المجرة على الإطلاق. وبقدر ما يمكننا أن نقول، فإن الإتجاهات المدارية للكواكب تحدث بشكل عشوائي داخل النظام النجمي، وغالبًا ما تكون مُحاذية لمستوى دوران النجم المركزي، ولكنها لا تحاذي مستوى مجرة درب التبانة بشكل عشوائي. (المصدر: Science Minus Minus Details).

ومع ذلك، فإن حركتنا ليست دوامة بل هي مجموع بسيط لهذه السرعات.

نموذج دقيق لكيفية دوران الكواكب حول الشمس، والتي تتحرك بعد ذلك عبر المجرة في إتجاه حركة مختلف. إن سرعات الكواكب حول الشمس ليست سوى جزء صغير من حركة النظام الشمسي عبر مجرة درب التبانة، حتى أن دوران عطارد حول الشمس لا يُساهم إلا بحوالي 20% فقط من إجمالي حركته عبر مجرتنا. (المصدر: ريس تايلور).

وعلى نطاق أوسع، تتحرك مجرة درب التبانة ومجرة أندروميدا نحو بعضهما البعض بسرعة 109 كم/ثانية.

سلسلة من اللقطات التي تُظهر اندماج مجرتَي درب التبانة-أندروميدا، وكيف ستبدو السماء مختلفة عن الأرض أثناء حدوثه. عندما تندمج هاتان المجرتان، من المتوقع تمامًا أن تندمج الثقوب السوداء الهائلة فيهما معًا أيضًا أما في الوقت الحاضر، تتحرك مجرتا درب التبانة وأندروميدا نحو بعضهما البعض بسرعة نسبية تبلغ حوالي 109 كم/ثانية. (الائتمان: ناسا؛ ز. ليفاي ور. فان دير ماريل، STScI؛ ت. هالاس؛ أ. ميلينجر).

تتجاذب كل من الكتل الجذابة والمناطق النافرة غير الكثيفة على حد سواء على مجموعتنا المحلية.

تمتد هذه الخريطة التوضيحية لعنقودنا المحلي الفائق، عنقود العذراء الفائق، على مسافة تزيد عن 100 مليون سنة ضوئية وتحتوي على مجموعتنا المحلية التي تضم مجرة درب التبانة وأندروميدا وتريانجولوم وحوالي 60 مجرة أصغر حجمًا. تجذبنا المناطق ذات الكثافة الزائدة عن جاذبيتنا، في حين أن المناطق ذات الكثافة الأقل من المتوسط تتنافر بشكل فعَّال بالنسبة لمتوسط الجذب الكوني.

(الائتمان: أندرو ز. كولفين/ويكيميديا كومنز)

نتحرك مجتمعين 627 ± 22 كم/ثانية بالنسبة للمتوسط الكوني.

ولأن المادة موزعة بشكل منتظم تقريبًا في جميع أنحاء الكون، فإن المناطق ذات الكثافة الزائدة لا تؤثر على حركتنا جاذبيًا فحسب، بل المناطق ذات الكثافة المنخفضة أيضًا. تم اكتشاف خاصية تُعرف باسم مبعد ثنائي القطب، الموضحة هنا، وقد اكتُشفت مؤخرًا فقط، وقد تفسر الحركة الغريبة لمجموعتنا المحلية بالنسبة للأجسام الأخرى في الكون. (المصدر: Y. Hoffman et al., Nature Astronomy, 2017).

ومع ذلك، توفر الفوتونات المتبقية من الانفجار العظيم إطارًا كونيًا فريدًا من نوعه للراحة.

في أي حقبة من تاريخنا الكوني، سيواجه أي مراقب “حمامًا” منتظمًا من الإشعاع متعدد الإتجاهات الذي نشأ في الانفجار العظيم. واليوم، من منظورنا نحن، يكون هذا الإشعاع أعلى من الصفر المطلق بمقدار 2.725 كلڤن فقط، وبالتالي يتم رصده كخلفية ميكروية كونية، ويبلغ ذروته في ترددات الموجات الصغرية. (الائتمان: الأرض: NASA/BlueEarth؛ درب التبانة: ESO/S. Brunier؛ CMB: NASA/WMAP).

تتحرك الشمس بسرعة تراكمية 368 كم/ثانية بالنسبة للخلفية الميكروية الكونية (CMB).

على الرغم من أن الخلفية الميكروية الكونية هي نفس درجة الحرارة التقريبية في جميع الإتجاهات، إلا أن هناك انحرافات بمقدار 1 جزء في 800 في اتجاه واحد معين: بما يتوافق مع كون هذه هي حركتنا عبر الكون. عند مقدار 1 جزء في 800 وهو المقدار الكلي لسعة CMB نفسها، فإن هذا يتوافق مع حركة تبلغ حوالي 1 جزء في 800 من سرعة الضوء، أو حوالي 368 كم/ث. (مصدر المعلومات: J. Delabrouille et al., A& A, 2013).

يأتي عدم اليقين المُتأصل البالغ ± 2 كم/ثانية من عدم معرفة مقدار ثنائي القطب CMB الجوهري.

على الرغم من أننا نستطيع قياس تغيرات درجة الحرارة في جميع أنحاء السماء، وعلى جميع المقاييس الزاوية، إلا أننا لا نستطيع فصل أي ثنائي القطب المتأصل في الخلفية الميكروية الكونية مهما كانت قيمته؛ حيث إن ثنائي القطب الذي نرصده من حركتنا عبر الكون أكبر من القيمة البدائية بحوالي 100 مرة. مع وجود موقع واحد فقط لقياس قيمة هذا البارامتر، لا يمكننا الفصل بين الجزء الذي يرجع إلى حركتنا والجزء المتأصل؛ وسيتطلب الأمر عشرات الآلاف من هذه القياسات لتقليل أوجه عدم اليقين هنا إلى أقل من قيمها الحالية. (الائتمان: ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية وفرق COBE وWMAP وWMAP وPlanck؛ Planck Collaboration, A& A, 2020).

ولكوننا محصورين في مجرة درب التبانة، لا يمكننا أن نحلم بإجراء مثل هذه القياسات.

قد لا تظهر التقلبات الأولية التي انطبعت على كوننا المرئي أثناء التضخم إلا على مستوى 0.003% تقريبًا، لكن هذه التقلبات الصغيرة تؤدي إلى تقلبات درجة الحرارة والكثافة التي تظهر في الخلفية الكونية الميكروية والتي تزرع بذور البنية واسعة النطاق الموجودة اليوم. إن قياس CMB في مجموعة متنوعة من المواقع الكونية سيكون الطريقة الوحيدة المُمكنة لفصل ثنائية القطب الجوهرية للخلفية الميكروية الكونية عن تلك التي تحدثها حركتنا عبر الكون. (الائتمان: كريس بليك وسام مورفيلد).