چرخه‌های میلانکوویچ

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
نظریه چرخه‌های میلانکوویچ در یک نگاه: از بالا به پایین پدیده‌های دوره‌ای حرکت تقدیمی (قرمز)، زاویۀ محور گردش زمین (سبز)، خروج از مرکز مداری (آبی)، تغییرات انرژی خورشیدی در تابستان °۶۵ مدار شمالی (زرد) و نهایتاً اعصار یخ و گرمای زمین (مشکی- بالا عصر گرما و پایین عصر یخ)؛ مقیاس واحدهای محور افقی یکهزار سال است و از سمت راست به چپ کلاً از یک میلیون سال تا به حال را نشان می‌دهد.

چرخه‌های میلانکوویچ (به انگلیسی: Milankovitch cycles) به آن دسته از حرکات زمین می‌گویند که بر روی اقلیم تأثیر می‌گذارند. نام این چرخه‌ها برگرفته از نام مهندس عمران و ریاضی‌دان صرب به نام میلوتین میلانکویچ است.

پریود یا دوره گردش حرکت تقدیمی محور زمین حدود ۲۶۰۰۰ سال است. همزمان با این پدیده مدار گردش زمین به دور خورشید که بشکل بیضی (با خروج از مرکز حدود ۰٫۰۱۶۷۱) است با سرعت آهسته ای می‌چرخد. این چرخش بنوبه خود به گردش فصل‌ها با دوره ۲۱٬۰۰۰ سال می‌انجامد. بعلاوه زاویه بین محور زمین و راستای عمود بر صفحه مداری حرکت زمین، که اکنون °۲۳٫۴۴ و در حال کاهش است، با تناوبی ۴۱۰۰۰ ساله بین °۲۲٫۱ تا °۲۴٫۵ تغییر می‌کند. آخرین پدیده این گروه تغییرات خروج از مرکز بیضی مدار زمین با دوره گردش متغیر بین ۱۰۰ تا ۴۰۰ هزار سال و متعاقباً تغییرات شکل مدار زمین به دور خورشید است.

برآیند کل این تغییرات چرخه‌ای باعث پدید آمدن افت و خیزهای دوره‌ای در بزرگی ثابت خورشیدی و در نتیجه مقدار و میزان دریافت انرژی خورشیدی بر سطح زمین می‌شود. این تعییرات در انرژی دریافتی به نوبه خود بر شرایط میانگین سطح سیاره تاثیر می‌گذارد که منجر به تغییر اقلیم زمین در دراز مدت می‌شود.

حرکت تقدیمی محور زمین[۱][ویرایش]

محور دوران زمین بر صفحهٔ مداری زمین عمود نیست و با راستای عمود بر آن زاویه ای متغیر با مقدار میانگین °۲۳٫۸ می‌سازد. حرکت این محور که بی شباهت به حرکت فرفره در حال افتادن نیست اصطلاحاً حرکت تقدیمی محور دوران زمین نامیده شده است. در مدت زمانی برابر با یکسال خورشیدی، این حرکت چندان محسوس نیست؛ زیرا حدود ۲۶۰۰۰ سال طول می کشد تا محور دوران زمین، پس از طی یک دور کامل (حرکتی مخروطی شکل) دوباره به همان حالت اول برگردد.

پدیدهٔ تقدیم محوری زمین

این پدیده حاصل برآیند نیروی وارد شده از دیگر اجرام آسمانی به ویژه خورشید است. این پدیده موجب می‌شود که فصل‌ها در سالهای مختلف به تدریج در نقاط متفاوتی از مدار کره زمین به دور خورشید رخ دهند.

بعنوان مثال در سال ۲۰۱۵ میلادی نقاط اوج و حضیض[۲] مداری بترتیب در ۶ جولای (۱۵ تیر) و ۴ ژانویه (۱۴ دی) رخ می دهند. یعنی در تاریخ ۱۴ دی، فاصله بین کره زمین تا خورشید به حداقل مقدار خود می‌رسد و این در حالیست که در اوایل فصل زمستان نیمکره شمالی هستیم.

نکته اصلی این است که ۱۳۰۰۰ سال بعد، این وضع برعکس می‌شود. یعنی در ۱۴ دی (اوایل زمستان نیمکره شمالی) فاصله کره زمین تا خورشید به حداکثر خود می رسد. در نتیجه زمستان سخت تری در نیمکره شمالی تجربه خواهد شد. بدیهی است در آن سال تابستان نیمکره شمالی نیز تابستان گرمتری خواهد بود.

تغییر زاویۀ محوری[ویرایش]

زاویۀ محور چرخش زمین که نسبت به راستای عمود بر صفحه مداری اندازه گیری می شود ثابت نیست و با دورۀ گردش ۴۱۰۰۰ سال با دامنۀ °۲٫۴ بین °۲۲٫۱ تا °۲۴٫۵ در حال تغییر است.

نمایش تغییر زاویۀ محور گردش زمین به دور خود

افزایش این زاویه موجب بارزتر شدن خصیصۀ هر فصل و کاهش این زاویه سبب ملایم تر شدن همان ویژگی می شود. یعنی افزایش زاویه موجب سردتر شدن زمستانها و گرمتر شدن تابستانها می شود. علت این پدیده آنست که با افزایش زاویۀ گردش محور زمین دامنه چرخشی در هر فصل سال بزرگتر شده و در آن زمین مثلاً در تابستان در طول چرخش خود مدت طولانی تری در معرض آفتاب روزانه قرار گرفته و بنابراین انرژی روزانۀ بیشتری از خورشید دریافت می کند. البته این تغییرات با دامنۀ یکسان و در دو جهت متفاوت در تابستان و زمستان برای تمامی نقاط در عرضهای جغرافیایی بطور یکسان عمل نمی‌کنند. نقاطی از زمین که دارای عرض جغرافیایی بیشتری هستند با افزایش زاویه به نسبت متوسط انرژی خورشیدی بیشتری دریافت می کنند و بر عکس نقاط با عرض جغرافیایی کمتر هم به نسبت متوسط انرژی کمتری دریافت می کنند. از آنجا که اکثراً سطح مناطق با عرض جغرافیایی بالاتر به قطبها نزدیک است و با یخ و برف پوشیده شده است؛ تابستانهای خنکتر در این نواحی به معنای بیشتر باقی ماندن برف و یخ سالهای گذشته است، می توان بحث کرد که کاهش این زاویه به دو علت ایجاد عصر یخبندان را روی زمین ترجیح می دهد: کاهش دریافت انرژی کلی تابستانی و بعلاوه کاهش دریافت میانگین انرژی روزانه در عرضهای بالای جغرافیایی.

این زاویه در حال حاضر برابر است با °۲۳٫۴۴ یعنی تقریباً در میانه تغییرات خود قرار دارد. این زاویه در حال کاهش است و مقدار کمینه ی خود را در حدود سال ۱۱۸۰۰ میلادی تجربه خواهد کرد. مقدار بیشینۀ قبلی آن در سال ۸۷۰۰ قبل از میلاد رخ داده است. همچنانکه گفته شد این روند تا سال ۱۱۸۰۰ میلادی ادامه خواهد داشت؛ لذا زمستانهای گرم تر و تابستانهای خنک تر (فصول معتدل تر) از نتایج این پدیده خواهد بود؛ و همچنین روی هم رفته باعث روند خنک شدن زمین خواهد شد.

دانشمندان برای مطالعه آثار و عواقب زوایای افراطی تر، از مدل های کامپیوتری استفاده کرده و نتیجه گرفته اند که زوایای افراطی تر منجر به تشدید فصول (وضعیت های افراطی در آب و هوا) خواهد شد. این پدیده می تواند بطور ویژه ای انواع پیشرفته حیات را که در حال حاضر بر روی کره زمین وجود دارند تهدید کند. دانشمندان خاطرنشان می سازند که زوایای افراطی، احتمالاً محیط زیست سیاره زمین را به طور کامل عقیم نخواهد ساخت؛ اما سیاره زمین را برای زندگی و رشد موجودات ضعیف خونگرم ساکن خشکی ها، دشوارتر از امروز خواهد ساخت.

تغییر شکل مدار زمین[ویرایش]

مدار دایره با خروج از مرکز صفر
مدار بیضی با خروج از مرکز ۰٫۵

همانگونه که می دانیم شکل مدار زمین یک بیضی است که کشیدگی چندانی ندارد و در حقیقت به دایره نزدیک است.کمیتی که کشیدگی یک بیضی یا مدور بودن آنرا توصیف می کند خروج از مرکز نام دارد مقدار این کمیت برای دایره معادل صفر است و با کشیدگی بیضی به عدد ۱ نزدیک می شود.مقدار فعلی خروج از مرکز مدار زمین ۰٫۰۱۶۷ است و با میانگین هندسی ۰٫۰۰۱۹ بین ۰٫۰۰۰۰۵۵ تا ۰٫۰۶۷۹ بین مداری نزدیک به دایره تا کمی بیضی شکل نوسان می کند.عمدۀ تغییرات این کمیت دارای تناوب ۴۱۳۰۰۰ ساله است(با دامنۀ ۰٫۰۱۲± ) بقیۀ تغییرات آن تناوبی متغیر بین ۹۵۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰۰ سال( با ضربان ۴۰۰۰۰۰ سال) دارد که جداگانه به چرخه های ۱۰۰۰۰۰ ساله (تغییر از ۰٫۰۰۳− تا ۰٫۰۰۲) ملحق می شوند. علت کلی این پدیده اثرات گرانشی دیگر سیارات به ویژه مشتری و بعد کیوان بر شکل مدار زمین است، بطوریکه اگر زمین تنها سیاره درحال گردش بدور خورشید بود این کمیت با گذشت حتی بیش از یک میلیون سال تغییر چندانی نمی کرد.

با تغییر خروج از مرکز مداری نیم محور بزرگ مداری[۳] پایدار می ماند و دچار تغییر نمی‌شود، از دیدگاه نظریه آشفتگی مداری[۴] که در مکانیک سماوی برای محاسبه تغییرساختار مداری بکار می رود نیم محور بزرگ یک کمیت ثابت بی دررو است. مطابق قانون سوم کپلر دورۀ گردش یک سیاره با طول نیم محور بزرگ مشخص می شود.در نتیجه با تغییرات مداری تناوب گردش مداری زمین، طول سال نجومی بدون تغییر باقی می ماند.

تقدیم اوج وحضیض مداری[ویرایش]

نمایش تقدیم اوج و حضیض مداری

یکی دیگر از آثار گرانشی سیارات مشتری و کیوان علاوه بر تغییرات خروج از مرکز مداری که در بحث قبلی به آن پرداخته شد چرخش خود بیضی مدار زمین است که با عنوان حرکت تقدیمی اوج وحضیض مداری[۵] شناخته می شود.سهم اندکی هم در مشارکت خورشید در نتیجه پهن شدگی قطبها برای این پدیده وجود دارد که با اثرات نسبیتی برای سیاره تیر به خوبی شناخته شده است. مجموع کل حرکات تقدیمی در همان جهت تقدیم محوری باعث کوتاهتر شدن تناوب اعتدالین از ۲۵،۷۷۱,۵ به ۲۱،۶۳۶ سال نظر به حضیض مداری است.اعتدالین در صفحه تلاقی دائرةالبروج با صفحه مدار گردش وضعی زمین قرار گرفته و در این نقاط جهت قرارگرفتن مدار وضعی زمین نسبت به دائرةالبروج تغییر می کند. در کل این اثر به همراه تغییرات خروج از مرکز مداری باعث تغییرات درطول زمانی فصلها می شوند.

تغییر صفحه مداری زمین[ویرایش]

صفحه مداری گردش زمین به دور خورشید که اصطلاحاً به دائرةالبروج معروف است به بالا و پایین رانده می‌شود، به این حرکت که بی شباهت به حرکت یک دیسک مدور غلطان در حال سقوط نیست و میلانکوویچ آنرا در فرضیۀ ابتدایی خویش مورد مطالعه و بررسی قرار نداد، حرکت تقدیمی صفحه مداری[۶] یاحرکت تقدیمی سیاره‌ای[۷] گفته می‌شود. کاوش‌های بیشتر در این زمینه حرکت صفحهٔ مداری زمین نسبت به صفحات مداری دیگر سیارات را تایید می‌کنند. دورهٔ گردش این حرکت نسبت به موقعیت فعلی صفحه مداری زمین حدود ۷۰٬۰۰۰ سال است.

صفحه فرضی که به نام صفحه پایدار یا تغییر ناپذیر[۸] می‌شناسیم که با خطایی کمتر از °۰,۵ بر صفحه مداری سیاره مشتری انطباق دارد بر مبنای صفحه تکانه زاویه‌ای منظومه خورشیدی مشخص می‌شود و در حقیقت این صفحه با تقریب ۹۸٪ با کمک تکانه‌های زاویه‌ای چهار سیاره بزرگ موسوم به غول‌های گازی یعنی مشتری، کیوان، اورانوس و نپتون تعیین می‌شود. تغییرات انحراف مداری زمین نسبت به این صفحه دوره‌ای معادل ۱۰۰٬۰۰۰ سال دارد که با دورهٔ گردش اعصار یخی مطابقت دارد.قراین و شواهد حاکی بر آن است که در این صفحه حلقه ای از ذرات جامد و غبار میان سیاره ای وجود دارد که بطرق مختلف در تغییرات آب و هوایی سیاره زمین نقش بازی می کند.در حال حاضر زمین در عبور خود روی مدار انتقالی در روزهای ۹ ژانویه(۱۹ دی) و ۹ ژوئیه(۱۸ تیر) یعنی همان روزهایی که در گزارشهای راداری افزایش نسبی در برخورد شهابواره هاو ابر های شب تاب شهاب نما دیده می شود، تلاقی می کند.

تحقیقات دیگری درباره گاه نگاری سرزمین جنوبی با کمک تعیین نسبت اکسیژن-نیتروژن در حبابهای هوای محبوس درهسته های یخی که مستقیماً از دریافت تابش روزانه محلی ظاهر می شوند، همانگونه که در فرضیه نهایی میلانکوویچ مطرح شد شامل تاثیرات انرژی دریافتی روزانه درکل نیمکرۀ شمالی هستند.[۹]

پانویس[ویرایش]

  1. Axial precession
  2. aphelion and perihelion
  3. semi-major axis
  4. perturbation
  5. Apsidal precession
  6. precession of the ecliptic
  7. planetary precession
  8. invariable plane
  9. Kawamura et al., Nature, 23 August 2007, vol 448, pp 912–917 :رجوع شود به

منابع[ویرایش]