استوا چیست و کجاست؟
استوا چیست و کجاست: استوا خطی فرضی است که زمین و دیگر کرات آسمانی را دقیقا به دو نیمکره شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند. زمین نیز استوا دارد. استوای زمین، مداری فرضی منطبق بر عرض جغرافیایی صفر درجه است که دورتادور سیاره ما کشیده شده و فاصله‌اش از قطب شمال و جنوب یکسان است. طول مدار استوا ۴۰.۰۷۵ کیلومتر است. به مناطقی که روی خط استوا یا حوالی آن هستند، مناطق استوایی می‌گوییم. در ادامه با جزییات بیشتری توضیح می‌دهیم که مدار استوا چیست و کجاست و آب‌وهوای استوایی چگونه است. همچنین اشاره خواهیم کرد که سایر سیاره‌های منظومه شمسی و حتی خورشید و هر ستاره دیگری استوا دارند. به استوا خط استوا و مدار استوا هم می‌گویند.
مدار استوای زمین
گفتیم که استوا خطی فرضی و قراردادی است که زمین را دقیقا به دو نیمکره شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند. نه فقط برای زمین بلکه برای هر سیاره و ستاره و کُره آسمانی دیگری میتوان مدار استوا در نظر گرفت. به عبارت دیگر، همه سیاره‌های منظومه شمسی و همچنین خورشید و دیگر ستاره‌ها و سیاره‌های فراخورشیدی و حتی سیاره‌های کوتوله که کاملا کروی نیستند، استوا دارند؛ یعنی خطی فرضی دارند که آن‌ها را به دو نیمه تقسیم می‌کند. باتوجه به اهمیت موضوع، در ادامه ابتدا به مدار استوای زمین می‌پردازیم و با تفصیل بیشتری توضیح می‌دهیم که استوا چیست و کجاست.
مدار استوا چیست و کجاست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
همانطور که گفتیم، مدار استوای زمین منطبق بر عرض جغرافیایی صفر درجه است. عرض جغرافیایی صفر درجه‌ی زمین، کمربندی فرضی است که سیاره ما را دقیقا به دو نیمه شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند. دوبار در سال، یک‌بار هنگام اعتدال بهاری و بار دیگر هنگام اعتدال پاییزی، شعاع خورشید عمود بر استوا می‌تابد. حتی سایر مواقع سال یعنی تابستان و زمستان نیز مناطق استوایی بیش از سایر مناطق زمین در معرض تابش آفتاب هستند، لذا اغلب آب‌وهوای بسیار گرمی دارند و تغییرات فصلی‌شان اندک است. به‌همین علت بعضی از ساکنان نواحی استوایی، به‌جای چهار فصل معمولا سال را به دو فصل مرطوب و خشک تقسیم می‌کنند.
تصویر ۱. همانطور که در شکل پیداست، استوا (خط نارنجی) مداری فرضی است که درست میانه زمین را در بر می‌گیرد و زمین را به دو نیمکره شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند. استوا دقیقا منطبق بر عرض جغرافیایی صفر درجه زمین است. این تصویر، انحراف تقریبا ۲۳.۵ درجه‌ای محور زمین را نشان می‌دهد. همین شیب ملایم مهمترین علت پیدایش فصل‌ها روی زمین است. بالاتر و پایین‌تر از استوا، دیگر مدارهای مهم زمین را می‌بینید. مدار رأس‌السرطان منطبق بر عرض جغرافیایی۲۳/۵ درجه شمال استوا و مدار رأس‌الجُدَی منطبق بر عرض جغرافیایی ۲۳/۵ درجه جنوب استوا است. بالاتر و پایین‌تر از آن‌ها نیز به‌ترتیب مدار شمالگان و مدار جنوبگان است که اولی روی عرض جغرافیایی ۶۶/۵ درجه شمال استوا و دیگری روی عرض جغرافیایی ۶۶/۵ درجه جنوب استوا جای دارد.
چرا منطقه استوا در کل گرم‌تر است؟
خورشید در همه جهات یکسان نورافشانی می‌کند. اما چون زمین گرد است، نوری که به نواحی استوایی می‌تابد، در ناحیه کوچکتری متراکم می‌شود و گرمای بیشتر ایجاد می‌کند. اما هرچه به سمت قطب شمال و قطب جنوب پیش می‌رویم (یعنی با افزایش عرض جغرافیایی)، نور در ناحیه وسیع‌تری پخش و نتیجتاً از شدت و گرمای آن کاسته می‌شود. ضمنا استوا به‌سبب موقعیت خاص زمین نسبت به خورشید، برخلاف نواحی قطبی، تمام روزهای سال در معرض تابش آفتاب است. پس طبیعتا آب‌وهوای استوا گرم‌تر است.
تصویر ۲. این تصویر نشان می‌دهد که خورشید در همه جهات یکسان نورافشانی می‌کند. اما چون زمین گرد است، نوری که به نواحی استوایی می‌تابد، در ناحیه کوچکتری متراکم می‌شود و گرمای بیشتر ایجاد می‌کند. اما با دورتر شدن از استوا (افزایش عرض جغرافیایی)، نور در ناحیه وسیع‌تری پخش و نتیجتاً از شدت و گرمای آن کاسته می‌شود (برای دیدن تصویر در اندازه اصلی، روی آن کلیک کنید).
محور چرخش زمین نسبت به صفحه مداری خود، عمود نیست بلکه حدود ۲۳.۵ درجه شیب دارد که به آن انحراف محوری زمین می‌گوییم. لذا هنگام تابستان و زمستان محور زمین نسبت به خورشید زاویه پیدا می‌کند. وقتی نیمه شمالی زمین متمایل به خورشید باشد، طبیعتا نیمه جنوبی نسبتا از خورشید دور می‌ماند. در چنین موقعیتی، نیمه شمالی زمین تابستان و نیمه جنوبی زمین زمستان را سپری می‌کند. زمین به گردش خود حول خورشید ادامه می‌دهد و این‌بار نیمه جنوبی زمین سمت خورشید متمایل می‌شود و طبیعتاً نیمه شمالی از خورشید فاصله می‌گیرد. در چنین وضعیتی، نیمه شمالی زمستان را تجربه می‌کند و نیمه جنوبی در تابستان به سر می‌برد. اما بهار و پاییز داستان متفاوتی دارد. بخش بعدی را بخوانید.
تصویر ۳. به موقعیت استوا در نقطه اعتدال بهاری و اعتدال پاییزی توجه کنید. در این دو موقع سال، محور زمین با خورشید زاویه ندارد و لذا خورشید تقریبا عمود بر استوا می‌تابد. هنگام انقلاب تابستانی نیمه شمالی زمین و هنگام انقلاب زمستانی نیمه جنوبی زمین سمت خورشید متمایل است، اما استوا همچنان در معرض تابش آفتاب است.
وضعیت استوا هنگام اعتدال بهاری و پاییزی
در بهار و پاییز محور زمین نسبت به خورشید زاویه ندارد. به اولین روز بهار و اولین روز پاییز در نیمکره شمالی زمین اصطلاحا اعتدالین یا به‌ترتیب، اعتدال بهاری و اعتدال پاییزی می‌گویند. هنگام اعتدال بهاری و پاییزی، خورشید عمود بر استوا می‌تابد و لذا ظهرها خورشید درست بالای سر ساکنان نواحی استوایی رؤیت می‌شود. در چنین موقعی از سال، طول روزها و شب‌ها در استوا تقریبا برابر است؛ یعنی تقریبا ۱۲ ساعت روز و ۱۲ ساعت شب است.
چرا هنگام اعتدال بهاری و پاییزی طول روزها و شب‌ها در استوا برابر است؟
چون حوالی غروب، پرتوهای نور خورشید در برخورد با لایه‌های جو زمین اصطلاحا می‌شکنند یا به تعبیری، خم می‌شوند. لذا حتی وقتی که خورشید به زیر خط افق می‌رود و عملاً غروب می‌کند، همچنان برای مدتی به نظر می‌رسد که خورشید بالای خط افق است و هنوز غروب نکرده است. به همین سبب روزها اندکی طولانی‌تر از حد واقعی به نظر می‌رسند.
البته در مناطقی که مقداری بالاتر از مدار استوا هستند، روزها واقعا کمی طولانی‌تر می‌شوند زیرا طلوع و غروب خورشید یعنی بالا آمدن و پایین رفتن خورشید از خط افق، کمی بیشتر طول می‌کشد. لذا، هنگام اعتدالین و چندین روز قبل و بعد از آن، طول روزها در استوا حدود ۱۲ ساعت و ۶.۵ دقیقه است. اما در عرض جغرافیایی ۳۰ درجه (کمی بالاتر از استوا) طول روزها در آن موقع سال ۱۲ ساعت و ۸ دقیقه و در عرض جغرافیایی ۶۰ درجه طول روزها ۱۲ ساعت ۱۶ دقیقه می‌شود.
تصویر ۴. مقایسه زاویه تابش آفتاب به استوا هنگام اعتدال بهاری و پاییزی (چپ) و انقلاب تابستانی (راست): هنگام اعتدالین چون محور زمین با خورشید زاویه نمی‌سازد، خورشید عمود بر استوا (۹۰ درجه) می‌تابد. هنگام انقلاب تابستانی و البته انقلاب زمستانی محور زمین نسبت به خورشید زاویه پیدا می‌کند و لذا زاویه تابش آفتاب به استوا نیز اندکی مایل‌تر می‌شود.
وضعیت استوا هنگام انقلاب تابستانی و زمستانی
به اولین روز تابستان و اولین روز زمستان در نیمکره شمالی، به ترتیب انقلاب تابستانی و انقلاب زمستانی می‌گوییم. در نیمه شمالی زمین خورشید عمود بر مدار رأس‌الجُدَی می‌تابد که در ۲۳.۵ درجه‌ی جنوبی خط استوا است و از استرالیا، شیلی، جنوب برزیل و شمال آفریقای جنوبی می‌گذرد.
آب و هوای استوایی چیست و چرا و چگونه پدید می‌آید؟
حتی با وجود اختلالاتی مثل جبهه‌های آب‌وهوایی و طوفان‌ها حرکت هوا در اطراف جو زمین الگوی ثابتی دارد که به آن گردش جوی (atmospheric circulator) می‌گویند. دو عامل در شکل‌گیری الگوی ثابت جوی در زمین نقش دارد:
- خورشید ناحیه استوایی زمین را بیش از نواحی قطبی گرم می‌کند
- چرخش مداوم زمین به شکل‌گیری الگوی ثابت جوی کمک می‌کند
در مناطق استوایی یعنی نزدیک مدار استوا هوای گرم بالا می‌رود و وقتی به ارتفاع ۱۰ الی ۱۵ کیلومتری از سطح زمین می‌رسد، از استوا دور می‌شود و به سمت دو قطب زمین جریان می‌یابد. هوایی که درست در شمال استوا بالا می‌آید، سمت شمال جریان می‌یابد. هوایی که درست در جنوب استوا بالا می‌آید، سمت جنوب جاری می‌شود. وقتی هوا خنک می‌شود، سنگین‌تر می‌شود و درنتیجه مجددا سمت زمین فرود می‌آید و به‌سوی استوا بازمی‌گردد و دوباره گرم می‌شود. هوای گرم مجددا بالا می‌رود و الگوی قبلی پیوسته تکرار می‌شود. به چنین الگویی همرفت (convection) می‌گویند که در مقیاسی فراگیر، تمام کره زمین را دربرمی‌گیرد و البته آن‌را در مقیاسی کوچکتر درون طوفان‌ها نیز میتوان دید.
اما چون زمین حرکت وضعی دارد، یعنی دور خودش می‌چرخد، هوایی که از استوا سمت شمال و جنوب حرکت می‌کند نیز همراه با چرخش زمین، می‌چرخد. هوایی که سمت شمال می‌رود، به راست و هوایی که سمت جنوب می‌رود به چپ می‌پیچد. به نیروی چرخش زمین که هوای جاری را می‌چرخاند، اثر کوریولیس (Coriolis Effect) می‌گویند. اگر زمین حول محورش نمی‌چرخید، فقط یک سلول یا الگوی همرفت بزرگ بین استوا و قطب شمال و یک الگوی همرفت بزرگ بین استوا و قطب جنوب شکل می‌گرفت. اما چون زمین می‌چرخد، همرفت به سه سلول در شمال استوا و سه سلول همرفتی در جنوب استوا تقسیم می‌شود.
تصویر ۵. اثر کوریولیس و الگوی گردش هوا از استوا سمت قطبین و بازگشت از قطبین سمت استوا
آیا سیارات و کرات دیگر هم استوا دارند؟
بله. استوا خطی فرضی است و لذا برای هر سیاره، ستاره و حتی برای اجرامی مثل سیاره‌های کوتوله نیز میتوان خط استوا تعریف کرد. درخصوص سیارات، موقعیت استوا نسبت به خورشید به میزان انحراف محوری هر سیاره بستگی دارد. برای مثال، انحراف محوری اورانوس تقریبا ۹۸ درجه (دقیقا ۹۷.۷۷ درجه) است. لذا نواحی استوایی اورانوس برخلاف نواحی استوایی زمین هنگام وقوع انقلاب تابستانی و زمستانی، بسیار کم در معرض تابش آفتاب هستند. اما در نقطه اعتدال بهاری و پاییزی، مدار استوای اورانوس نیز در معرض تابش مستقیم و عمود خورشید است.
عکس ۶. از همین عکس واقعی میتوان به انحراف تقریبا ۹۸ درجه‌ای محور چرخش اورانوس پی برد. طبیعتاً هنگامی که نیمه شمالی یا جنوبی اورانوس انقلاب تابستانی یا زمستانی را سپری می‌کند، زاویه تابش خورشید بر مدار استوا بسیار مایل و شیب‌دار است اما هنگام اعتدالین، خورشید عمود بر استوای اورانوس می‌تابد.
جمع‌بندی: استوا چیست و کجاست؟
در مطلب پیشِ رو، توضیح دادیم که استوا چیست و کجاست. گفتیم استوا مداری فرضی منطبق بر عرض جغرافیاییِ صفر درجه است که زمین را به دو نیمکره شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند. برای هر ستاره یا سیاره دیگر هم میتوان مدار استوا در نظر گرفت. مدار استوای زمین در همه فصل‌های سال در معرض تابش چشمگیر آفتاب است. البته محور زمین بر صفحه مداری خود عمود نیست، بلکه ۲۳/۴۴ درجه انحراف دارد. به همین سبب هنگام تابستان و زمستان زاویه تابش خورشید بر نواحی استوایی نسبتا مایل می‌شود اما در بهار و پاییز بویژه در اولین روز بهار و اولین پاییز خورشید عمود بر استوا می‌تابد.