الشمس

تقع الشمس في مركز المجموعة الشمسية، وهي نجم عادي إلى حد كبير، ومصدر طاقتها تحول الهيدروجين إلى هليوم عن طريق الاندماج النووي في لب الشمس. وقطر الشمس أكبر بـ 109 أضعاف من قطر الأرض، وكتلتها أكبر بنحو 333 ألف ضعف من كتلة الأرض، كما أن كتلتها أكبر بنحو 740 ضعفًا من كتلة جميع الأجرام الأخرى الموجودة في المجموعة الشمسية مجتمعة؛ ومن ثَمَّ فإن جاذبية الشمس تكون قوية جدًّا، لدرجة أن الأجرام الموجودة في المجموعة الشمسية تدور حول الشمس على هيئة قطع ناقص، وذلك على النحو الذي بيَّنه كبلر، والاضطرابات التي تحدث لمدار كوكب ما بفعل كواكب أخرى تكون صغيرة، بالرغم من أنه من الممكن قياسها.

الكواكب

يلخص الجدول رقم 1-2 بعض الخواص الأساسية للكواكب، وقد سيقت مقارنةً بكوكب الأرض لتجنُّب الأعداد الضخمة جدًّا. ويشار إلى بعد الكوكب عن الشمس باستخدام «الوحدات الفلكية». والوحدة الفلكية هي متوسط المسافة بين الأرض والشمس. وهذه المسافة يسهل تذكرها؛ حيث إنها تقترب من 150 مليون كيلومتر. والفترة المدارية للكوكب هي المدة التي يستغرقها الكوكب كي يكمل دورة واحدة حول الشمس، وبالطبع هذه الفترة تمثل «السنة» بالنسبة لهذا الكوكب. والفترات المدارية للكواكب والمسافات بينها وبين الشمس المبينتان في هذا الجدول يربط بينهما قانون كبلر الثالث. وهذا يعني أن مربع الفترة المدارية لأي كوكب (تقدر بالسنوات الأرضية) يساوي مكعب متوسط المسافة بين الكوكب والشمس تقدر بالوحدات الفلكية. وتقترب كتلة الأرض من 6 ملايين مليار مليار كيلوجرام (أو 6 آلاف مليار مليار طن)؛ ومن ثُمَّ فمن الأسهل مقارنة الكواكب الأخرى بكوكب الأرض بدلا من ذكر الوحدات العلمية القياسية، مثل الكيلوجرامات والثواني والأمتار.

جدول 2-1 مقارنة بين بعض خواص الكواكب. تشير المسافة بين الكوكب والشمس إلى متوسط المسافة، أما السنوات والأيام فهي سنوات وأيام الأرض.

إن فترة الدوران هي الفترة التي يستغرقها الكوكب ليكمل دورة واحدة حول محوره. وبالنسبة للكواكب التي تدور بسرعة، تكاد تكون فترة دورانها مساوية للوقت الذي يفصل بين شروقين للشمس) «مدة يوم» الكوكب، لكن العلاقة ليست دقيقة تمامًا؛ لأن الحركة المدارية للكوكب تغيّر على نحو مستمر الاتجاه بين الكوكب والشمس. وفترة دوران الأرض حول محورها تبلغ 23 ساعة و56 دقيقة، لكنها تستغرق 24 ساعة بالضبط للدوران على بعد كاف كي تعود الشمس بالنسبة لها لنفس النقطة من السماء. وبالنظر إليها من كوكب ما، فإن الشمس تتحرك في أرجاء السماء خلال دورة واحدة للكوكب حولها، إضافة إلى تغير الاتجاه نحو الشمس من أي نقطة على سطح الكوكب نتيجة لدوران الكوكب حول محوره. والكوكب الذي أصبحت فترة دورانه حول محوره مساوية تمامًا لفترة دورانه حول الشمس (الدوران المتزامن) يظل وجهه دائمًا صوب الشمس. هذا لا ينطبق تمامًا على عطارد، لكنه يدور حول محوره «ثلاث» مرات بالضبط خلال «دورتين» حول الشمس؛ ونتيجة لذلك يصبح وجهه مواجهًا للشمس مرة كل دورتين حولها؛ ومن ثُمَّ فإن يومه يبلغ طوله ضعف عامه.

ثمة تغير في طبيعة الكواكب الداخلية الأربعة والكواكب الخارجية الأربعة؛ فالكواكب الداخلية (وهي عطارد والزهرة والأرض والمريخ صغيرة نسبيًّا وقليلة الكتلة مقارنةً بالكواكب الخارجية الأربعة (وهي المشتري وزحل وأورانوس ونبتون). ثمة تباين بين كثافتهما؛ فالكواكب الداخلية أكثر كثافة من الخارجية. ويُطلق على الكواكب الداخلية «الكواكب الأرضية»، في إشارة إلى أن جميعها «شبيه بالأرض». أما الكواكب الخارجية فيطلق عليها الكواكب العملاقة». البعض يطلق عليها «العمالقة الغازية للإشارة إلى حقيقة أنها تحتوي على قدر هائل من الهيدروجين والهليوم، وآخرون يقصرون هذا المصطلح على كوكبي المشتري وزحل؛ لأنهما يحتويان على كم من الغازات أكثر من الكوكبين الآخرين، بالرغم من أن كلا من هذين الكوكبين الآخرين يحتوي على كم من الغازات يزيد على كتلة كوكب الأرض غازا.

يعرض الشكل رقم 1-1 خريطة للمجموعة الشمسية، موضحًا عليها مدارات الكواكب وفقًا لمقياس الرسم، باستثناء مداري الزهرة وعطارد؛ إذ هما بالغا الصغر لدرجة لا تسمح بتضمينهما في الشكل. تم عرض جزء من مدار بلوتو؛ لأن ذلك سيفيد في مناقشة لاحقة. ثمة شيء لم أذكره بعد، لكن من دونه لا يمكن رسم تلك الخريطة؛ وهذا الشيء هو أن المدارات الكوكبية تقع جميعها في نفس المستوى تقريبًا. ومقارنة بمدار كوكب الأرض، الذي يمثل مستوى مرجعيًّا مناسبًا يُعرف باسم «دائرة الكسوف»، يميل مدار بلوتو بمقدار 17.1 درجة، ومدار عطارد بمقدار 7 درجات مئوية، ومدار الزهرة بمقدار 4.3 درجات، ومدارات جميع الكواكب الأخرى بالمجموعة الشمسية بمقدار يقل عن 3 درجات مئوية.

عندما يقترب بلوتو من الحضيض، يكون داخل مدار نبتون، لكن من المستبعد أن يتصادما؛ فلكلِّ ميله المداري، واختلاف هذا الميل يمنع مساريهما من أن يتقاطعا. وعلاوة على ذلك، دائمًا ما يكون نبتون في الجانب المقابل من الشمس عندما يمر بلوتو داخل مدار نبتون. وما يجعل هذا الأمر ممكنًا أن كل ثلاث دورات لكوكب نبتون حول الشمس تقابلها دورتان بالضبط لكوكب بلوتو حولها. وتُعرف هذه العلاقة بالرنين المداري 2:3.

وإضافة إلى وقوع المدارات في نفس المستوى تقريبًا، فجميع الكواكب تسلك نفس الطريق حول الشمس؛ فهي تدور عكس اتجاه عقارب الساعة كما يُرى من نقطة رصد تخيلية أبعد بكثير من القطب الشمالي لكوكب الأرض. وتظهر الحركة عكس عقارب الساعة أيضًا في الاتجاه الذي يدور فيه كل كوكب - باستثناء كوكبي الزهرة وأورانوس حول محوره. ولأن الحركة عكس عقارب الساعة شائعة جدًّا، يُطلق عليها «الحركة الطبيعية». والحركة المدارية للكوكب أو حركة دورانه حول محوره التي تكون في اتجاه عقارب الساعة يُنظر إليها باعتبارها حركة للخلف، ويطلق عليها «الحركة العكسية». وباستثناء أورانوس، يكون المحور الذي يدور حوله كل كوكب أقل 30 درجة من أن يكون زاوية قائمة مع مستواه المداري. وعطارد كوكب شبه «مثالي»؛ حيث إنه يميل بمقدار لا يتجاوز 0.1 درجة، في حين يميل محور الأرض بمقدار 23.5 درجة. ويتباين الاتجاه الذي يشير إليه محور كوكب ما،

شكل 1-1: خريطة للمجموعة الشمسية تُبيَّن المدارات الكوكبية بالأحجام النسبية الصحيحة. والمدارات ليست ذات لاتراكزية كبيرة؛ ومن ثم لا يمكن عمليًّا التفريق بين شكلها وشكل الدوائر على ما يبدو. والدائرة غير المسماة الموجودة داخل مدار المريخ هي مدار الأرض وليست الشمس! لم يتم تضمين مداري الزهرة وعطارد نظرًا لصغرهما الشديد. إن بلوتو ليس كوكبًا، لكن تم تضمين مداره في الشكل لأنه يمثل عددًا كبيرًا من الأجرام الصغيرة الموجودة فيما وراء مدار نبتون.

وكذلك مقدار الميل عند قياسهما على مدى عشرات الآلاف من السنين، لكنهما ثابتان فعليًّا على المقياس الزمني لمدار واحد. وميل المحور هو المسئول عن وجود فصول السنة على ظهر الكواكب؛ ففي الأرض يحدث الصيف في نصف الكرة الشمالي خلال جزء المدار الذي يميل عنده الطرف الشمالي من محور الأرض «نحو» الشمس، والشتاء الشمالي يحدث بعد ستة شهور من هذا عندما تكون الأرض على الجانب الآخر من الشمس، بحيث يميل الطرف الشمالي للمحور «بعيدا عن الشمس. ومن الكوكبين اللذين لا يتوافقان في درجة الميل، يميل محور الزهرة بمقدار 2.7 درجة فقط، لكنه يدور ببطء شديد في الاتجاه العكسي (ما يجعل يومه يساوي 116.7 يومًا من أيام الأرض) في حين يميل محور أورانوس بمقدار82.1 درجة بدوران عكسي سريع. الأرجح أن أورانوس قد عانى كارثة قلبته رأسا على عقب، فبعد أن كان قد بدأ بدوران طبيعي في عكس اتجاه عقارب الساعة، انحرف بمقدار 97.9 درجة (97.9 درجة هي ناتج 180 درجة مطروحا منها 82.1 درجة). وهذا يمكن أن يفسر الوضع الحالي دون الحاجة إلى حدث منفصل يفسر انعكاس اتجاه دورانه.