امروز 24 ساعت نیست! یک روز خورشیدی چه مدت طول می‌کشد

توسط لیلا میرزاخان · ۷ مرداد ۱۳۹۸ · ۹ مرداد ۱۳۹۸ · ۱

انسان‌ها در علامت‌گذاری گذشت زمان، طول هر یک روز خورشیدی را به طور مساوی در نظر می‌گیرند: 24 ساعت. حقیقت چیز دیگری است. با ما همراه باشید.

یک روز خورشیدی

24 ساعت، تنها طول شناخته شده یک روز زمین به طور متوسط است. در واقع، بیشتر روزها یا طولانی‌ترند یا کوتاه‌تر. یک روز به معنی زمانی نیست که طول می‌کشد تا زمین 360 درجه بچرخد؛ زیرا، 3 دقیقه و 55.91 ثانیه کوتاه‌تر است. این همان چیزی است که ستاره‌شناسان آن را «روز نامتعارف» می‌نامند. روز نامتعارف کاملا متفاوت از روز متداول یعنی «یک روز خورشیدی» است. ما به خورشید نیاز داریم تا هر روز به موقعیت قبلی خود بازگردد. برای اینکار نیز نیاز به بررسی حرکت زمین از طریق فضا داریم. به خاطر جریان انقلاب زمین در اطراف خورشید، زمین باید حدود 361 درجه بچرخد تا یک روز خورشیدی را مشخص کند. برای زمین، یک چرخش اضافی 235.91 ثانیه طول می‌کشد. به همین دلیل روز خورشیدی ما به طور متوسط 24 ساعت است.

توجه کنید که سرعت مداری زمین یکنواخت نیست. سرعتش در نزدیکی حضیض (اوایل ماه ژانویه) سریع‌تر و در اوج مرکزی (اوایل ماه جولای) کندتر می‌باشد. حرکت واقعی زمین در اطراف خورشید از کمترین سرعت 29.3 کیلومتر بر ثانیه تا بالاترین 30.3 کیلومتر بر ثانیه متغیر است. با احتساب این فاکتور، طول روز ما حدود 4 ± ثانیه در طول سال متغیر می‌باشد. به همین دلیل «آنالما»ی ما یک شکل متقارن ایجاد نمی‌کند. فقط چهار بار در سال، بسته به طول جغرافیایی، روزها دقیقا 24 ساعت است.

روزها چگونه شکل می‌گیرند

در ادامه با توضیحاتی که همراه با تصاویر آورده شده، چگونگی شکل‌گیری روزها را توضیح داده‌ایم. به نظر شما، یک روز خورشیدی چه مدت طول می‌کشد؟

به گفته ناسا در ماموریت MESSENGER:

فضاپیمای MESSENGER محصور شده توسط عطارد، چندین عکس خیره‌کننده از زمین را در طول یک نوسان گرانشی از سیاره خانه خود در 2 آگوست 2005 به دست آورد. چند صد عکس گرفته شده، در نهایت تبدیل به یک فیلم مستند شدند. از زمانی که فضاپیما زمین را ترک کرد، فیلم به نمایش گذاشته شد. عکس‌ها توسط دوربین دید زاویه-گسترده در سیستم تصویربرداری دوگانه جیوه‌ای MESSENGER ثبت شده‌اند. سیستمی که MDIS نام دارد. با این حال، مقدار زمانی که طول می‌کشد تا زمین 360 درجه بچرخد، 24 ساعت نیست. در هر صورت این به معنای یک روز نمی‌باشد.

«هانس مولر» از WIKIMEDIA COMMONS:

یکی از نخستین ساعت‌هایی که تا کنون توسط «کریستیان هویگنس» تولید شده است. این ساعت بر پایه اصول یک آونگ، ثابت باقی مانده است. شما می‌توانید در موزه ریکس آمستردام آن را بیابید. اگر چه زمان را به طور دقیق نگه می‌دارد؛ اما، کاملا درست نیست. این ساعت نمی‌تواند که 24 ساعت یک روز واقعی خورشیدی را نشان دهد و هر روز آن هم یکسان نیست.

ناسا:

برای زمین 23 ساعت و 56 دقیقه و 4.09 ثانیه طول می‌کشد تا چرخش 360 درجه‌ای دور محور خود را تکمیل کند. زمین با توجه به خورشید نیز حرکت می‌کند. اگر ما ادعا کنیم خورشید از یک روز به بعد به همان نقطه (طولی) در آسمان باز می‌گردد، باید حرکت زمین را نیز حساب کنیم.

کاربر «تائولانگا» از WIKIMEDIA COMMONS:

زمین در مدار اطراف خورشید، با محور چرخش آن نشان داده شده است. تمام دنیاها در منظومه شمسی ما، فصول را با شیب محوری، بیضوی بودن مدارهای آن‌ها یا ترکیبی از هر دو مشخص می‌کنند. این عوامل همچنین تغییرات در طول یک روز و همچنین تغییرات در زمان طلوع و غروب خورشید را تعیین می‌کنند. توجه داشته باشید که زمین نیاز به چرخشی کمی بیشتر از 360 درجه دارد. چرخش اضافی برای این است که بتواند خورشید را هنگام رسیدن به یک مکان مشخص از روزی به روز دیگر ببیند.

کاربر «اریونگ» از WIKIMEDIA COMMONS:

مدارهای زمین و مریخ در مقیاس، از منظر شمال منظومه شمسی. هر سیاره با توجه به قانون دوم کپلر، با توجه به حفاظت از حرکت زاویه‌ای، یک مقدار مساوی از مساحت را در زمان‌های برابر طی می‌کند. این به این معنی است که تغییراتی در سرعت حرکتی که خورشید در طول سال در آسمان انجام می‌دهد، وجود دارد. همانطور که از منظر سالانه هر سیاره دیده می‌شود.

«لری مک نیش» در مرکز RASC CALGARY:

برای سفر یک باره در اطراف مدار زمین در مسیری نزدیک به خورشید، باید 940 میلیون کیلومتر را طی کنید. 3 میلیون کیلومتر اضافی‌ای که زمین از طریق فضا طی می‌کند، تضمین روزانه این است که چرخش 360 درجه ما در محور خودمان در هر روز، خورشید را به همان موقعیت نسبی در آسمان بازگرداند. به همین دلیل است که روز ما از 23 ساعت و 56 دقیقه بیشتر است (همان زمان لازم برای چرخش کامل 360 درجه).

اخترشناس «سزار کانتو»:

در طی یک سال 365 روزه، به نظر می‌رسد خورشید نه تنها در جهت بالا و پایین در آسمان حرکت می‌کند (همانطور که با شیب محوری ما تعیین می‌شود)، بلکه در جهت جلو و عقب (همانطور که توسط مدار بیضوی ما در اطراف خورشید تعیین می‌شود) نیز حرکت دارد. وقتی هر دو اثر با هم ترکیب شوند، نمودار شماره 8 نتیجه گرفته می‌شود. ما به عنوان یک آنالما آن را می‌شناسیم. تصاویر خورشید نشان داده شده در اینجا، 52 عکس انتخاب شده از مشاهدات «سزار کانتو» در مکزیک در طول سال یک تقویم است.

خروجی تصویر AUTODESK از انگلستان:

اثر طبیعت بیضوی مدار ما (چپ) و شیب محوری ما (وسط) در موقعیت خورشید در آسمان، برای ایجاد شکل آنالما (راست) که ما از سیاره زمین مشاهده می‌کنیم، ترکیب می‌شوند.

کاربر «راجول» و «تالیفرو» از WIKIMEDIA COMMONS:

تئوری گرانش جهانی می‌تواند مدارهای مشاهده شده سیارات را توضیح دهد. با قانون دوم کپلر که از آن مشتق می‌شود: سیاره‌هایی که به دور مدار خورشید می‌چرخند، مسافت‌های مساوی را در زمان‌های برابر طی می‌کنند. توجه داشته باشید که این بدان معنی است که وقتی زمین در حضیض (نزدیک به خورشید) است، سریع‌ترحرکت می‌کند، در حالی که زمانی که در اوج مرکزیست (دورترین از خورشید)، حرکت آن به آرامی صورت می‌گیرد.

JPL ناسا:

سیارات در مدارهایشان به طور ثابت باقی می‌مانند. این به دلیل حفظ حرکت زاویه‌ای است. با هیچ راهی برای به دست آوردن یا از دست دادن حرکت زاویه‌ای، آن‌ها در مدار بیضوی خود به طور خودسرانه به سوی آینده قرار می‌گیرند. هر سوم ژانویه، زمین نزدیک‌ترین فاصله خود را تا خورشید دارد، در حالی که در اوایل ماه جولای بیشترین فاصله را دارد.

کاربر «راب کوک» از WIKIMEDIA COMMONS:

معادله زمان توسط هر دو مورد شکل مدار یک سیاره، شیب محوری آن و همچنین چگونگی هم‌تراز شدنشان تعیین می‌گردد. در طول ماه‌های نزدیک به انقلاب ژوئن (زمانی که زمین نزدیک به اوج مرکزی، دورترین موقعیت خود از خورشید)، به آرام‌ترین حالتش حرکت می‌کند. به همین دلیل این بخش از آنالما خارج می‌شود. در حالی که انقلاب دسامبر در نزدیکی حضیض رخ می‌دهد و طولانی می‌شود. توجه داشته باشید که در جایی که معادله زمان دارای یک مشتق از صفر است، ناظران در آن عرض جغرافیایی جایی 24 ساعته را مشاهده می‌کنند.

«جسیپو دوناتیلو» از FLICKR:

همانطور که زمین در محور خود چرخش می‌کند و خورشید را در بیضی قرار می‌دهد، موقعیت ظاهری خورشید از این روز به شکل خاصی تغییر می‌کند: آنالمای زمین. شیب آنالما با زمان روزی که در آن عکس گرفته می‌شود مطابقت دارد. در حالی که ارتفاع بالاتر از افق، به عرض جغرافیایی شما وابسته است. با این وجود، اگر هر روز در یک زمان مشخص عکاسی کنید، همواره این شکل از زمین تولید می‌شود.

یک روز خورشیدی حقیقی از WIKIMEDIA COMMONS «گرگ بنزون»:

فقط 800 سال پیش ، حضیض و انقلاب زمستانی هم‌تراز شدند. به دلیل انحراف مدار زمین، آن‌ها به آرامی در حال جدا شدن هستند و هر 21,000 سال یک چرخه کامل را تکمیل می‌کنند. 5,000 سال بعد از امروز، اعتدال بهاری و نزدیک‌ترین رویکرد زمین به خورشید، مصادف خواهد شد. این یک اثر کوچک و ظریف می‌باشد که باعث ایجاد فاصله جزئی دیگری از 24 ساعت دقیق طول روز می‌شود. یک روز خورشیدی حقیقی اتفاق نمی‌افتد. حال آنکه در مقایسه با حرکت چرخشی زمین در محور و حرکت مداری آن در اطراف خورشید، مقداری ناچیز به حساب می‌آید.