بررسی انقلاب تابستانی از منظر نجوم
مقدمه
تجربه نشان داده است که کنجکاوی و عدم غفلت نسبت به اتفاقات محیطی، عوامل پیشرفت بشر را فراهم کرده است. شاید اگر این توجه وجود نداشت و این کنجکاوی صورت نمی‌گرفت، علمی به نام ستاره‌شناسی ایجاد نمی‌شد.
این روزهایی که کم‌کم در حال طولانی شدن است و ما شاهد گرمای هوا نیز هستیم، شاید به نظر برسد که اتفاق خاصی در حال جریان نیست؛ اما به واقع این چنین نیست! جهان دارد با تجربه‌ی جدیدی مواجه می‌شود؛ اتفاقاتی در حال وقوع است که شاید ما فقط اثرات آن را ببینیم.
اگر می‌خواهید تابستان را از دریچه‌ی علم و چیزی فراتر از تجربه و حس ببینید، در این نوشتار ما را همراهی کنید.
مختصات آسمانی
برای اینکه درک درستی از پیدایش فصل‌ها داشته باشیم، ناگزیر هستیم با برخی اصطلاحاتی که در نجوم کروی مورد استفاده قرار می‌گیرند آشنا شویم. کره‌ی سماوی،استوای سماوی،دایره‌البروج،محور زمین و محور عالم، از مباحثی هستند که به آن‌ها خواهیم پرداخت.
کره‌ی سماوی و استوای سماوی
در گذشته‌های دور، منجمان آسمان را یک کره‌ی بی‌نهایت در نظر می‌گرفتند که کره‌ی زمین داخل آن جای می‌گرفت. این کره‌ی فرضی را به نام کره‌ی سماوی نام‌گذاری کردند.سپس همانند خطوط کره‌ی جغرافیای زمین، خطوط مختصاتی را روی آسمان فرض کردند که تمام اجرام سماوی را در نظر می‌گرفت. به بیان دیگر، کره‌ی زمین با ابعاد بی‌نهایت و تصویر مختصات کره‌ی زمین بر روی کره‌ی سماوی، مختصات سماوی (آسمانی) را تشکیل می‌داد.
حال، همان‌گونه که بر روی زمین خط استوا داریم، بر روی کره‌ی آسمان نیز استوای سماوی خواهیم داشت. به همین‌صورت، وقتی زمین توسط استوا، به دو نیمکره‌ی شمالی و جنوبی تقسیم می‌شود،کره‌ی سماوی نیز به دو نیمکره‌ی شمالی و جنوبی تقسیم می‌گردد.ستاره‌های بالا و پایین خط استوای سماوی، ستارگان این دو نیمکره را تشکیل خواهند داد.
دایره‌البروج
دایره‌البروج، خط فرضی دیگری است بر کره آسمان؛ که تعیین‌کننده‌ی مسیر ظاهری و سالیانه‌ی خورشید است در میان ستارگان و صورفلکی. این خط در واقع، نتیجه‌ی حرکت انتقالی زمین به دور خورشید است. صورت‌های فلکی که در این مسیر ظاهری خورشید قرار دارند، صور دوازده‌گانه‌ای موسوم به صور فلکی دایره‌البروجی هستند و شامل حمل، ثور، جوزا، سرطان، اسد، سنبله، میزان، عقرب، قوس، جدی، دلو و حوت می‌باشند. خورشید در هر 30 یا 31 روز در یکی از این برج‌های فلکی قرار دارد.
محور زمین و محور عالم
با امتداد محور زمین در کره‌ی آسمان، به محوری دست می‌یابیم که به محور عالم معروف است. در واقع، محور عالم تصویری از محور عالم است بر کره سماوی.
پس به طور کلی می‌توانیم بگوییم:
کره‌ی زمین =کره‌ی آسمان؛ استوای زمین=استوای سماوی؛ محور زمین=محور عالم (منتها در مقیاس بی‌نهایت).
اعتدال بهاری و اعتدال پاییزی
محور زمین بر مدار خود عمود نیست و به اندازه‌ی 23.5 درجه با حالت عمود زاویه دارد. در نتیجه، چون محور عالم در امتداد محور زمین است، محور عالم نیز مستقیم و قائم نخواهد بود و 23.5 زاویه خواهد داشت.
از طرفی استوای سماوی نیز بر محور عالم عمود است؛همان‌طور که استوای زمین عمود بر محور زمین است. در نتیجه در کره‌ی آسمان، بین دایره‌البروج و استوای آسمانی نیز این اختلاف زاویه‌ای 23.5 وجود دارد. این عدم مطابقت و زاویه داشتن دو خط فرضی استوای سماویو دایره‌البروج،باعث شده است که این دو خط در دو نقطه باهم تلاقی داشته باشند. این دو نقطه به اعتدال بهاری و اعتدال پاییزی مشهور هستند. در این زمان، بین شب و روز تساوی برقرار شده و طول شبانه‌روز برابر می‌گردد. به این دلیل به آن، اعتدال ـ یعنی برابر بودن ـ گفته می‌شود.
علت پیدایش فصول مختلف
می‌دانیم که زمین در طول یک سال (حدود ۳۶۵ روز و ۶ساعت)، یک دور کامل به دور خورشید می‌چرخد. این چرخش به طور عمود بر محور نیست، بلکه با زاویه‌ی 23.5 درجه عمود بر مدار قرار گرفته است. این انحنای محور زمین را میل محوری زمین می‌نامند.
هرچند به ظاهر این ویژگی، یعنی میل محوری زمین، پدیده‌ی عجیبی به نظر نمی‌رسد، اما دلیل به وجود آمدن فصل‌های مختلف، وجود همین میل محور زمین است. نیمکره‌ی جنوبی و شمالی زمین، با توجه به زاویه‌ی محور زمین در هر زمانی از سال، نور خورشید را با زاویه‌ای خاص دریافت می‌کنند. به عنوان مثال، خورشید در اول تیرماه به مدار رأس‌السرطان عمود می‌تابد. چون گرمای نور عمود بیشتر از مایل است، در نیمکره‌ی شمالی، فصل تابستان و گرما حاکم است. در همین حال، آفتاب به مدار رأس‌الجدی، مایل می‌تابد. در نتیجه در نیمکره‌ی جنوبی فصل سرما برقرار است. در واقع، وقتی در نیمکره‌ی شمالی اعتدال بهاری است؛ در نیمکره‌ی جنوبی اعتدال پاییزی است و بالعکس.
نکته: بعضی افراد تصور می‌کنند علت پیدایش فصول، دوری و نزدیکی زمین به خورشید است. حال آنکه زمین در تابستان در حضیض و در زمستان در اوج مداری خود قرار دارد.
نقطه‌ی انقلاب تابستانی
نقطه‌ای از دایره‌البروج که در شمال استوای سماوی قرار دارد و دارای بیشترین فاصله است و زمانی که خورشید به این نقطه می‌رسد دارای بیشترین زاویه با افق می‌باشد. گذر از این نقطه، نشانگر آغاز تابستان در نیمکره‌ی شمالی می‌باشد. در این زمان، ساکنان کره‌ی زمین که در منطقه‌ی رأس‌السرطان زندگی می‌کنند، خورشید را دقیقا در بالای سر خود مشاهده می‌نمایند.
بررسی علت طول مدت شبانه‌روز در انقلابین و تساوی در اعتدالین
تابش عمودی و مایل است که تعیین‌کننده‌ی تغییر طول شبانه‌روز در دو فصل تابستان و زمستان می‌باشد. در اعتدالین، طول روز و شب با همدیگر برابر است. همچنین مسیر ظاهری خورشید بر روی خط استوا است و دقیقا از شرق طلوع کرده و در غرب غروب می‌کند. اما در انقلاب تابستانی که طول روز بیشتر شب است، مدار زمین 23.5 درجه بالاتر از دایره‌البروج قرار گرفته است. خورشید تقریبا از شمال شرقی طلوع می‌کند و تقریبا در شمال غربی غروب می‌کند. لذا در پهنه‌ی آسمان، مسیر طولانی‌تری را نسبت به اول فروردین و اول مهر طی می‌کند. در اول دی، انقلاب زمستانی اتفاق می‌افتد که طول شب بیشتر از روز است. در این زمان، خورشید از جنوب شرقی طلوع و در جنوب غربی غروب می‌کند و مسیر کمتری را در آسمان طی می‌نماید.
توضیح تصویر: در اول تیرماه در نیمکره‌ی شمالی، منطقه وسیع‌تری ازکره‌ی زمین در معرض نورخورشید قرار می‌گیرد و زاویه‌ی تابشی خورشید (که البته بسته به عرض جغرافیایی متغیر بوده) عمودی‌تر است. درنتیجه، طول روزها از شب‌ها بیشتر است و هوا به مراتب گرم‌تر می‌باشد. در اول تیرماه، خورشید در نیمکره‌ی شمالی، به مدار رأس‌السرطان به طور عمودی می‌تابد. در این هنگام که طولانی‌ترین روز در این نیمکره است و به آن انقلاب تابستانی می‌گویند، فصل تابستان آغاز می‌شود. در همین زمان، نیمکره‌ی جنوبی فصل زمستان را سپری می‌کند.
نوشته: جناب آقای محمدجواد نوروزی
منابع
اخترشناسی راهنمای عملی
ستاره‌شناسی به زبان آدمیزاد
نجوم به زبان ساده
سایت ارث اند اسکای
سایت ناسا