حضیض: چیست و چه زمانی رخ میدهد؟
حضیض زمانی اتفاق میافتد که کمترین فاصله بین زمین و خورشید وجود دارد.
فاصله خورشید از زمین در طول سال تغییر میکند اما ربطی به فصلها ندارد. (اعتبار تصویر: Alan Dyer/VW PICS/Universal Images Group via Getty Images)
اصطلاح حضیض به نقطهای در مدار یک سیاره یا دیگر اجسام نجومی اطلاق میشود که آن جسم در نزدیکترین نقطه به خورشید است.
این کلمه از یونانی گرفته شده و در لغت به معنای اطراف (peri) خورشید (هلیوس) است. اوج نقطهای است که جسم در حال گردش در دورترین نقطه از خورشید قرار دارد.
مدارهای اجرام طبیعی در جهان معمولاً کاملاً دایرهای نیستند – آنها بیضوی هستند. برخی از مدارها همیشه اندکی بیضی شکل هستند (مثل یک دایره تا حدی پخ شده، یا به عبارت نجومی، مداری با گریز از مرکز پایین)، در حالی که برخی نسبتاً مسطح به نظر میرسند (مدارهای بسیار خارج از مرکز).
خورشید در مرکز این بیضیها در فاصله مساوی از دورترین نقاط آنها بیکار نمینشیند. در واقع مدار بیضوی کوچک خود را در اطراف آنچه دنبال میکند که مرکز ثقل (مرکز سنگینی سراسری) منظومه، خورشید و سیارات در حال گردش نامیده میشود. این مرکز معمولاً با نقطه مرکزی بیضی برابر نیست. تمایل دارد تا حدودی به سمت یک طرف بیضی منحرف شود. اگر برای اتصال دورترین نقاط مدار جسم کوچکتر خطی را از مرکز سنگینی سراسری بکشید، یک قسمت از خط بلندتر (اوج) و یک قسمت کوتاهتر (حضیض) خواهد بود. نقطه کوتاهتر با مدار جسم تلاقی میکند، حضیض است، نزدیکترین نقطه در مدار جسم به خورشید. (نقطه انتهای مدار، اوج است).
مرکز سنگینی سراسریBarycenter مرکز جرم دو یا چند جسم آسمانی در حال چرخش به دور یکدیگر و نقطهایاست که این اجرام به دور آن میگردند. این مفهوم در اخترشناسی و اخترفیزیک اهمیت زیادی دارد. فاصله مرکز جرم یک جسم آسمانی تا مرکز سنگینی سراسری را میتوان مسئله دو جسم مینامند.
برای برخی اجرام، مانند تمام سیارات منظومه شمسی، تفاوت بین حضیض و اوج کاملاً ناچیز است. برای برخی دیگر، برای مثال، بسیاری از دنبالهدارها و سیارکها، تفاوت میتواند بسیار زیاد باشد.
ماهوارههایی که به دور خورشید میچرخند، حضیضهایی نیز دارند که با توجه به هدف مأموریت به دقت طراحی شدهاند. به عنوان مثال، کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا، تنها چند میلیون مایل دورتر از سطح خورشید حرکت میکند و اطلاعاتی در مورد محیط آتشین آنجا جمعآوری میکند. اما پس از آن به خارج از مدار زهره عقب نشینی میکند تا “خنک شود”.
ماموریت مدارگرد خورشیدی اروپا پروازهای تهاجمی کمتری به سمت ستاره انجام میدهد، یعنی فقط به یک سوم واحد نجومی (AU).
یک واحد نجومی (AU) میانگین فاصله زمین و خورشید است که برابر با 92955807 مایل یا 149597870 کیلومتر است.
دلیل آن این است که هدف مدارگرد خورشیدی گرفتن عکس از خورشید است. حتی در آن فاصله، فضاپیما دمای بیش از 900 درجه فارنهایت (بیش از 500 درجه سانتیگراد) را تجربه میکند و مهندسی هوشمندانه زیادی لازم بود تا یک دوربین در آنجا کار کند.
حضیض زمین
نموداری از مدار بیضی شکل زمین به دور خورشید. (اعتبار تصویر: NOAA)
حضیض زمین در اوایل ژانویه اتفاق میافتد. تاریخ دقیق تغییر میکند زیرا سال تقویمی کاملاً با مدار زمین مطابقت ندارد.
در سال 2023، حضیض بر اساس زمان و تاریخ در 4 ژانویه رخ خواهد داد. در آن روز، زمین 91403034 مایل (147098925 کیلومتر) از خورشید فاصله خواهد داشت. زمان و تاریخ میگوید: اوج 2023 در 6 ژوئیه با این سیاره در فاصله 94,506,364 مایلی (152,093,251 کیلومتری) از ستاره خود اتفاق میافتد.
تفاوت فاصله زمین از خورشید در حضیض و اوج حدود 3 میلیون مایل (5 میلیون کیلومتر) است که کمی بیش از 3 درصد از میانگین فاصله خورشید تا زمین است. تأثیر این تغییرات فصلی بر آب و هوای سیاره ناچیز است. فصول زمین توسط انحراف محور زمین به سمت صفحه مداری سیاره تعیین می شود.
اخترشناسان چگونه حضیض زمین را کشف کردند؟
یوهانس کپلر کشف کرد که سیارات دارای مدارهای بیضی شکل هستند.
یوهانس کپلر کشف کرد که سیارات دارای مدارهای بیضی شکل هستند. (اعتبار تصویر: یوهانس کپلر/PD-US)
ستارهشناسان چگونه کشف کردند که چیزی به نام حضیض و اوج وجود دارد؟ آیا آنها متوجه شدند که خورشید در دورههای خاصی از سال بزرگتر یا کوچکتر است؟ پاسخ منفی است.
ادوارد بلومر، ستارهشناس رصدخانه سلطنتی در گرینویچ انگلستان، توضیح میدهد که این کشف بیشتر به رصد مدار سیارات دیگر مربوط میشود.
بلومر گفت: «در حدود سال 1604، یوهانس کپلر یک مدل بیضی از مدار مریخ را در رصدهای مریخ رسم کرد. او اولین قانون حرکت سیارات را ارائه کرد که بیان میکند سیارات به دور خورشید به صورت بیضی میچرخند و خورشید در کانون این بیضی قرار دارد.
بلومر گفت ردیابی حرکت خورشید برای هزارهها حالت پیشفرض زمانسنجی بود. خورشید نقطه کانونی زندگی جوامع باستانی بود و ناظران دقیق در نهایت متوجه شدند که خورشید رفتارهای عجیبی دارد.
بلومر میگوید: «آنها قبلاً در مورد تفاوت بین روز خورشیدی و روز ایدهآل صحبت میکردند، یعنی مقدار متوسط آن. “همانطور که بعداً فهمیدیم، به دلیل تغییرات سرعت چرخش زمین به دور خورشید به دلیل ماهیت بیضی شکل مدار آن است.”
آنالما موقعیت خورشید در ظهر است که از یک نقطه در طول سال مشاهده میشود. (اعتبار تصویر: جوزپه دوناتیلو)
چیزی که اجداد ما میتوانستند بفهمند آنالما بود، نمودار موقعیت خورشید در آسمان در ظهر که از یک نقطه روی زمین در طول سال مشاهده شد.
بلومر گفت: «آنالما اساساً شکل هشت به خود میگیرد. “اما این دو لوب، هم از نظر ارتفاع و هم از نظر عرضشان با هم برابر نیستند. و اگر موقعیت خود را بدانید و خورشید را مشاهده کنید، تفاوت در این مسیر قابل ردیابی است و به شما امکان میدهد که خارج از مرکز را اندازه گیری کنید. مدار و حضیض آن را نیز تعیین کنید.”
حضیض سیارات دیگر
همه سیارات منظومه شمسی مدارهای نسبتاً دایرهای با تفاوتهای نسبتاً جزئی در فاصله آنها از خورشید در اوج و حضیض دارند. زهره و نپتون دایرهایترین مدارها را دنبال میکنند. تفاوت فاصله از خورشید در این دو نقطه برای زهره که به طور متوسط 0.7 واحد نجومی از ستاره میچرخد، تنها 0.10 واحد نجومی است.
طبق گفته رصدخانه رویال گرینویچ برای نپتون، در مدار گسترده و دور خود در حدود 30 واحد نجومی، تفاوت بین حضیض و اوج 0.5 واحد نجومی است.
از سوی دیگر، سیاره کوتوله پلوتو، مداری نسبتاً پخ دارد. عطارد، نزدیکترین سیاره به خورشید، دارای بیشترین مدار غیرعادی است، با تفاوت بین فاصله در حضیض و اوج 0.17 واحد نجومی. این برای عطارد بسیار زیاد است که به طور متوسط تنها در 0.39 AU می چرخد.
بلومر گفت: «اثرات گرانشی همه اجرام دیگر در منظومه شمسی است که بر شکل مدارها تأثیر میگذارد. “اما همچنین اندازه، شکل، سرعت و سرعت چرخش خود اجسام.”
پیشروی حضیض
بر روی زمین، حضیض و اوج در یک نقطه با انقلاب زمستانی و تابستانی مصادف شدند که براساس زمان و تاریخ، این در سال 1246 بود. به دلیل چیزی که تقدیم مداری نامیده می شود، به تدریج شکافی بین انقلابها و حضیض و اوج ایجاد میشود. با توجه به زمان و تاریخ، تا سال 6430، حضیض در اعتدال مارس (20 مارس) خواهد افتاد.
تقدیم مداری اساساً یک جابجایی تدریجی نقطه حضیض به دور خورشید است. نقطه حضیض مانند چرخش بالای یک چرخش، در هر مدار بعدی به دور مرکز سنگینی سراسری میلغزد.
طبق آزمایشگاه برکلی حضیض همه سیارات پیشروی میکنند که عمدتاً میتواند توسط نظریه گرانش اسحاق نیوتن در نتیجه کشش سایر سیارات و قمرهای منظومه شمسی بر روی یکدیگر توضیح داده شود.
با این حال، یک استثنا وجود دارد که اخترشناسان را کمی سردرگم میکند، و آن تقدیم مدار عطارد است.
حضیض عطارد و نظریه نسبیت عام
به بیان سادهتر، بر اساس محاسبات نیوتنی، امتداد مدار عطارد کمتر از چیزی است که اخترشناسان واقعاً مشاهده میکنند (5557 ثانیه قوسی در هر قرن در مقایسه با 5600 ثانیه قوس واقعی در هر قرن)، طبق آزمایشگاه برکلی.
بلومر گفت که در گذشته پیشنهادهای مختلفی برای توضیح این اختلاف ارائه شده بود، از جمله وجود سیاره دیگری به نام ولکان، حتی نزدیکتر به خورشید. اما در نهایت، نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین این معما را حل کرد.
بلومر میگوید: «این یکی از موفقیتهای واقعی چارچوب نسبیتی اینشتین بود. “یکی از سه آزمایش بزرگ نسبیت عام بود. یک دهه طول کشید، اما او میتوانست توضیح دهد که حضیض عطارد بدون نیاز به هیچ چیز دیگری در منظومه چه میکند.”
دنبالهدار و حضیض سیارک
برخلاف مدارهای سیارهای نسبتاً دایرهای، دنبالهدارها و سیارکها تمایل دارند مدارهایی با گریز از مرکز بسیار بالا را دنبال کنند. آنها از دورترین نقاط منظومه شمسی، بسیار فراتر از مدار نپتون بیرون میآیند، سپس از کنار خورشید عبور میکنند و دوباره برای قرنها ناپدید میشوند.
این اجسام به دلیل شکل نامنظم و اندازه کوچک خود، بسیار بیشتر در معرض تأثیرات گرانشی سیارات و دیگر اجرام بزرگتر در منظومه شمسی هستند، که باعث میشود مدار آنها نسبتاً نامنظم باشد. بلومر گفت، حضیض آنها به طور قابل توجهی از مداری به مدار دیگر تغییر میکند و گاهی اوقات، منظومه شمسی را به طور کلی ترک میکنند، که توسط گرانش مشتری یا خود خورشید شتاب میگیرد.
برای دنبالهدارها، دوره حضیض (در طول مدارهایی که موفق میشوند به سمت مرکز منظومه شمسی شیرجه بزنند) زمان بزرگترین شکوه آنها است. گرمای خورشید در بخشهای مرکزی منظومه شمسی، یخهایی را که دنبالهدارها از آن ساخته شدهاند، ذوب میکند و باعث انتشار گازهای شگفتانگیزی میشود که تماشاگران آسمان با هیبت به عنوان علامت تجاری دنباله دنبالهدار مشاهده میکنند. پس از چند هفته قرار گرفتن در کانون توجه، دنبالهدارها ناپدید میشوند تا دههها یا قرنها بعد، اگر اصلاً برگردند.
قمرها و ماهواره هایی که عمدتاً به دور دیگر اجرام منظومه شمسی میچرخند، نزدیکترین نقاط را به بدنه مادر خود دارند. برای اجسامی که به دور زمین میچرخند، آن نقطه حضیض نامیده میشود. نزدیکترین حالت برای قمرها و کاوشگرهای مشتری در اطراف غول گازی را پریژو مینامند.
کتابشناسی – فهرست کتب:
ناسا، زمین در حضیض
https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast04jan_1
موزههای سلطنتی گرینویچ، دادههای منظومه شمسی
https://www.rmg.co.uk/stories/topics/solar-system-data
ناسا، علم: مکانیک مداری
https://earthobservatory.nasa.gov/features/OrbitsHistory/page2.php
پارک اس و همکاران، پیشروی حضیض عطارد از محدوده تا فضاپیمای مسنجر، مجله نجومی، فوریه 2017 https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aa5be2
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Perihelion: What is it and when does it occur?
https://www.space.com/what-is-perihelion