اكتشاف سر مدهش لانقلاب الشتاء

إذا كنت تعيش في مناطق العروض الوسطى في نصف الكرة الشمالي للأرض – وهناك فرصة جيدة لذلك – فقد لاحظت بالفعل أن الأيام تصبح أقصر والليالي تصبح أطول على مدى الأسابيع القليلة الماضية. بدأ هذا العملية في وقت الانقلاب الصيفي في يونيو، وكانت أسرع خلال التوازن في سبتمبر، وتوجت في الساعة 10:27 مساءً بتوقيت شرق الولايات المتحدة في 21 ديسمبر (3:27 صباحًا بتوقيت عالمي في 22 ديسمبر).

تأثيرات الانقلاب الشتوي

هناك تأثيران رئيسيان نشعر بهما في نصف الكرة الشمالي. الأول هو أن مسار الشمس عبر السماء هو الأدنى على مدار السنة. الشمس لا ترتفع عاليًا في السماء، لذلك لا تسخن أشعتها الأرض بكفاءة، ويصبح نصف الكرة الأرضية الخاص بنا أبرد. الثاني هو أن الوقت الذي تكون فيه الشمس فوق الأفق – طول النهار – هو الأقصر، لذلك يكون هناك وقت أقل لتسخيننا أيضًا. هذا يبرد نصف الكرة الأرضية الخاص بنا، وبالتالي يحدث فصل الشتاء.

توقيت الشروق والغروب

كنت قد توقعت أنه إذا كان الانقلاب الشتوي هو اليوم الأقصر، فإن 21 ديسمبر سيكون به أحدث شروق للشمس وأقرب غروب للشمس. ولكن – كما هو الحال دائمًا في العالم الحقيقي – الأمور أكثر تعقيدًا من ذلك.

إذا قمت بالتحقق من جدول أوقات شروق وغروب الشمس في واشنطن العاصمة، على سبيل المثال، ستجد أن أحدث شروق للشمس حول وقت الانقلاب الشتوي ليس في 21 ديسمبر ولكن في الواقع في 5 يناير 2024 (في الساعة 7:27 صباحًا)، وأقرب غروب للشمس حدث بالفعل قبل أسبوعين في 7 ديسمبر (في الساعة 4:45 مساءً)! هذا أمر مفاجئ.

تأثير مدار الأرض

المتسبب في تشويه توقيت الأرض هو مدارها – أو بشكل أدق، شكل مدارها. إنه ليس دائرة بل بيضاوي – أي بمعنى آخر، إليبس.

لم يكن معروفًا أن مدار كوكبنا ليس دائريًا حتى أوائل القرن السابع عشر. قبل حوالي 60 عامًا من بداية ذلك القرن، عمل نيكولاوس كوبرنيكوس على تحديد أن الشمس، وليس الأرض، هو مركز النظام الشمسي وأن جميع الكواكب تدور حولها. لكنه افترض لا يزال أن تلك المدارات دائرية. لذلك، في حين أن نموذجه الشمسي المركزي يعمل بشكل أفضل من نموذج مركز الأرض، إلا أنه لم يتنبأ بدقة بمواقع الكواكب. كان يوهانس كيبلر، باستخدام الملاحظات المنتقاة بعناية التي قام بها معلمه تيكو براهي، هو من أدرك أن تلك المدارات هي، في الواقع، إليبسات – اكتشافًا ثوريًا سمح في النهاية لعلماء الفلك بتوقع مواقع الكواكب بدقة وفهم أفضل لحيزنا الكوني المحلي.

مدار الأرض هو حقًا بيضاوي ولكنه لا يزال قريب جدًا من أن يكون دائرة. الفرق بين أقرب نقطة وأبعد نقطة لكوكبنا من الشمس خلال العام حوالي خمسة ملايين كيلومترات، وهو حوالي 3 في المئة فقط من المتوسط البالغ 150 مليون كيلومتر. ما فهمه كيبلر هو أن هذا الفرق الطفيف يعني أن سرعة الأرض في الفضاء تتغير أيضًا. تتحرك بأسرع وتيرة عندما تكون أقرب إلى الشمس (نقطة تسمى الأقرب) وأبطأ عندما تكون أبعد (نقطة تسمى الأبعد).

تأثير السرعة على شروق الشمس وغروبها

في هذا الوقت من السنة، عندما تقترب الأرض من الأقرب وتتحرك بسرعة أكبر حول الشمس، يجب على كوكبنا أن يدور قليلاً أكثر للحاق بنجمنا المنزل، مما يجعل اليوم أطول قليلاً – حوالي 30 ثانية تقريبًا. يستغرق المزيد من الوقت لظهور الشمس في السماء مرة واحدة، وبالتالي يعني هذا أن الظهيرة الشمسية – عندما تكون الشمس جنوبًا في السماء – تكون في وقت متأخر قليلاً في اليوم، وفقًا لساعة تقريبية للوقت المتوسط. شروق الشمس وغروبها متماثلان على كلا الجانبين من الظهيرة، مما يعني أنهما يحدثان في وقت متأخر في اليوم أيضًا.

وهذا، بدوره، يعني أن وقت غروب الشمس في الانقلاب الشتوي يكون في وقت متأخر من اليوم مقارنة باليوم السابق. لقد عشنا بالفعل أقرب غروب للشمس. كان ذلك في 7 ديسمبر. وعلى العكس من ذلك، يعني أيضًا أن شروق الشمس حدث في وقت متأخر قليلاً مقارنة باليوم السابق وسيستمر في الحدوث حتى حوالي وقت الأقرب؛ أحدث شروق للشمس لن يكون حتى 5 يناير.

تعقيد الكون

إذا كنت تجد صعوبة في تصور ذلك، فإن هنري رايش من Minute physics لديه فيديو توضيحي متحرك لك.

أعلم، أعلم. هذا لا يزال أمرًا مربكًا وغريبًا. ولكنه يؤدي إلى نقطة مهمة، وهي نقطة أشير إليها في كل وقت: الكون ليس ملزمًا بأن يكون بسيطًا. في كثير من الأحيان، يبدو أنه كذلك، حتى تبدأ في الحفر قليلاً، وبعدها تظهر العديد من التعقيدات. قد نتمنى أن تكون تجاربنا اليومية مثل مرور الوقت بسيطة، ولكن الطبيعة لديها خطط أخرى.

وبمجرد أن ترى آلية عمل ساعة السماء، يمكنك حقًا رؤية جمالها وكيف تؤثر بشكل عميق على كل شيء في حياتنا.

حقوق النشر والأذونات: فيل بليت هو عالم فلك محترف ومتواصل علمي في كولورادو. يكتب نشرة الفلك السيئة. تابعه على سبسكرايب.

Source: https://www.scientificamerican.com/article/the-winter-solstice-has-a-surprising-secret/