سلام الله علیک یا صاحب الزمان

حرکت انتقالی چیست؟ (حرکت گردشی اجرام آسمانی در علم نجوم)

حرکت انتقالی (گردشی) چیست

حرکت انتقالی چیست: به گردش جسمی آسمانی حول جسم آسمانی دیگر، حرکت انتقالی (گردشی) می‌گوییم. برای مثال، حرکت انتقالی زمین همان گردش زمین به دور خورشید است. همه سیاره‌های منظومه شمسی حرکت انتقالی دارند، زیرا به‌دور خورشید می‌گردند. علاوه بر انحراف محوری زمین که مهم‌ترین علت پیدایش فصل‌ها روی زمین است، حرکت انتقالی نیز در تغییر فصل‌ها روی زمین نقش مهمی دارد، زیرا ضمن گردش زمین به‌دور خورشید، جهت و موقعیت نیم‌کره شمالی و جنوبی زمین نسبت به خورشید تغییر می‌کند و تغییر متناوب فصل‌ها در دو نیم‌کره را سبب می‌شود. جالب است بدانیم که بسیاری از ستاره‌ها و ستاره‌های عالم نیز حرکت انتقالی دارند و بسیاری دیگر حرکت انتقالی ندارند و در فضای گسترده کیهان شناور و سرگردان هستند. در ادامه بیشتر توضیح می‌دهیم که حرکت انتقالی چیست و چه آثاری دارد. همچنین به تفاوت حرکت انتقالی با حرکت وضعی اشاره می‌کنیم.


حرکت انتقالی (گردشی) چیست؟

به گردش جِرمی آسمانی حول جِرم آسمانی دیگر، حرکت انتقالی یا گردشی می‌گوییم. جرمی که گرانش یا نیروی جاذبه بیشتری داشته باشد، جرم کم‌گرانش‌تر را به گردش حول خود وامی‌دارد. برای مثال، گرانش و نیروی جاذبه خورشید بسیار قوی‌تر از گرانش زمین و دیگر سیاره‌های منظومه شمسی است و به همین علت، زمین و سایر سیاره‌ها به‌دور خورشید می‌چرخند.

علاوه بر انحراف محوری زمین که مهم‌ترین علت پیدایش فصل‌ها روی سیاره ما است، حرکت انتقالی زمین نیز در تغییر فصل‌ها نقش مهمی دارد.

حرکت انتقالی (گردشی) چیست

تصویر ۱. مدار حرکت انتقالی زمین حول خورشید (قرمز) و مدار حرکت انتقالی ماه حول زمین (آبی) (برای دیدن تصویر در اندازه اصلی، روی آن کلیک کنید.)


حرکت انتقالی زمین چیست؟

حرکت انتقالی زمین همان گردش زمین به‌دور خورشید است. به هر گردش کامل زمین به‌دور خورشید یک سال می‌گوییم که حدود ۳۶۵ روز طول می‌کشد. زمین علاوه بر حرکت انتقالی، حرکت وضعی یا چرخشی نیز دارد. به چرخش زمین حول محور خود، حرکت وضعی می‌گوییم. به هر چرخش کامل زمین حول محورش، یک شبانه‌روز می‌گوییم که تقریبا ۲۴ ساعت طول می‌کشد.

علت حرکت انتقالی: چرا زمین و دیگر اجرام منظومه شمسی به‌دور خورشید می‌گردند؟

علت حرکت انتقالی، گرانش است. جسمی که گرانش و نیروی جاذبه بیشتری داشته باشد، جسم یا اجسام دیگر را به گردش حول خود وامی‌دارد. برای مثال، گرانش خورشید بسیار بیشتر از گرانش زمین و دیگر سیاره‌های منظومه شمسی است و به همین علت، سیاره‌ها به‌دور خورشید می‌چرخند. گرانش و جاذبه خورشید علاوه بر سیارات، اجرام کوچکتر مثل «سیاره‌های کوتوله» و «سیارک‌ها» و «شهاب‌ها» و «دنباله‌دارها» را نیز به گردش به‌دور خود وامی‌دارد. 

اما چرا گرانش و جاذبه خورشید بیشتر است: چون جرم خورشید بیشتر است. به مقدار ماده تشکیل‌دهنده جسم، جرم می‌گوییم. هرچه جرم جسم بیشتر باشد، گرانش و نیروی جاذبه آن نیز بیشتر خواهد بود. برای مثال، به نسبت جرم و گرانش خورشید و زمین توجه کنید:

  ۱.۹۸۹×۱۰۳۰  جرم خورشید بر حسب کیلوگرم

 ۵.۹۷۲×۱۰۲۴  جرم زمین بر حسب کیلوگرم

گرانش خورشید: ۲۷۴ متر بر مجذور ثانیه

گرانش زمین: ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه

همانطور که می‌بینیم گرانش خورشید بسیار بیشتر از گرانش زمین است و طبیعی است که خورشید زمین را به گردش حول خود وامی‌دارد. همین موضوع درباره زمین و ماه نیز صدق می‌کند، یعنی چون گرانش زمین قوی‌تر از جاذبه ماه است، زمین ماه را به گردش حول خود وامی‌دارد.

نتیجه حرکت انتقالی زمین چیست؟

علاوه بر انحراف محوری زمین، حرکت انتقالی زمین نیز عامل مهم پیدایش و تغییر فصل‌ها در سیاره ما است. محور چرخش زمین نسبت به راستای عمود حدود ۲۳.۵ درجه شیب دارد که به آن انحراف محوری می‌گویند. انحراف محوری مهم‌ترین علت پیدایش فصل‌ها روی زمین است زیرا سبب می‌شود زاویه تابش خورشید به نیم‌کره شمالی و جنوبی زمین در طول سال متناوباً تغییر کند و فصل‌های مختلفی را روی سیاره ما پدید آورد. اما پس از انحراف محوری، حرکت انتقالی نیز در پیدایش و تغییر فصل‌ها روی زمین نقش مهمی دارد.

اگر زمین به‌دور خورشید نمی‌چرخید، دو نیمه شمالی و جنوبی زمین هر کدام فصل ثابتی می‌داشتند و زمین ما چهارفصل نمی‌شد. برای مثال، ممکن بود نیمه شمالی زمین همیشه تابستان و نیمه جنوبی همیشه زمستان باشد یا نیمه شمالی همیشه بهار و نیمه جنوبی همیشه پاییز باشد یا بالعکس.

 

 

تصویر ۲. انحراف محوری و حرکت انتقالی زمین در پیدایش فصلها نقش اساسی دارند.


سرعت حرکت انتقالی زمین

سرعت حرکت انتقالی زمین حول خورشید ۱۰۷,۲۰۰ کیلومتر بر ساعت و یکنواخت است یعنی کم‌وزیاد نمی‌شود و پیوسته ثابت است.

 

فاصله و طول مدار گردش زمین حول خورشید

طول مدار گردش زمین به‌دور خورشید حدود ۹۴۲ میلیون کیلومتر است. مدار گردش زمین حول خورشید دایره کامل نیست بلکه نسبتا بیضی است، لذا فاصله زمین از خورشید در نقاط مختلف مدار تغییر می‌کند. به نزدیک‌ترین نقطه روی مدار گردش زمین حول خورشید حضیض (prihelion) و به دورترین نقطه روی مدار گردش زمین حول خورشید اوج (aphelion) می‌گویند. درباره دیگر سیارات نیز چنین است.

فاصله نقطه حضیض زمین تا خورشید ۱۴۷,۰۹۸,۰۷۴ کیلومتر و فاصله نقطه اوج زمین تا خورشید ۱۵۲,۰۹۷,۷۰۱ کیلومتر است. میانگین فاصله زمین از خورشید را حدود ۱۴۷.۴۱ میلیون کیلومتر در نظر می‌گیرند.

 

 

مدار حرکت انتقالی زمین حول خورشید

تصویر ۳. مدار حرکت انتقالی زمین حول خورشید دایره کامل نیست بلکه بیضی است و لذا زمین ضمن گردش دورِ خورشید گاهی نسبتا به آن نزدیک و گاهی نسبتا از آن دور می‌شود. البته مدار بیضی زمین تا این حد کشیده نیست و اختلاف نقطه اوج و حضیض نیز تا بدین حد نیست، بلکه برای درک بهتر موضوع کمی در شکل مدار و فواصل، اغراق شده است. (دایره زرد: خورشید؛ دایره آبی سمت راست: موقعیت زمین در نقطه حضیضِ مدار؛ دایره آبی سمت چپ: موقعیت زمین در نقطه اوج مدار) (تصویرسازی: عمادعلم)

 

چرا ما گردش زمین را حس نمی‌کنیم؟

ما حرکت انتقالی زمین را حس نمی‌کنیم چون سرعت گردش زمین حول خورشید یکنواخت است. اگر سرعت حرکت زمین مدام کم و زیاد می‌شد یا شتاب حرکتش تغییر می‌یافت، ما حرکت را حس می‌کردیم. ما وقتی سوار بر وسایل نقلیه حرکت می‌کنیم هم وضعیت مشابهی داریم. مثلا تا وقتی اتوبوس با سرعت ثابت حرکت می‌کند و به چپ یا راست نمی‌پیچد، ما حرکت آن را حس نمی‌کنیم اما همین‌که سرعتش کم یا زیاد شود جسم‌مان به جلو یا عقب خم می‌شود و متوجه تغییر شتاب می‌شویم. البته هرچند ما حرکت زمین را حس نمی‌کنیم، آثار و پیامدهایش را می‌بینیم و بر همین اساس به حرکت انتقالی و حتی به حرکت وضعی زمین پی می‌بریم.

مهم‌ترین اثر عینیِ حرکت انتقالی زمین که ما متوجه‌اش می‌شویم، تغییر فصل‌ها است. ما با دقت در تغییر فصل‌ها درمی‌یابیم که سیاره ما با سرعت در حال گردش به‌دور خورشید است اما پروردگار حکیم و توانا قوانین عالم را چنان وضع کرده است که زمین از منظر ساکنانش کاملا رام و آرام است. تصور کنید اگر زمین رام و آرام نبود، انسان‌ها و دیگر موجودات زمین چه وضعتی داشتند و چگونه زندگی می‌کردند.


تفاوت حرکت وضعی و حرکت انتقالی چیست؟

در حرکت انتقالی، شیء در مداری مشخص حول شیء دیگری گردش می‌کند اما در حرکت وضعی، شیء به‌دور خودش می‌چرخد. به‌طور خلاصه:

  • حرکت انتقالی: گردش یک شیء حول شیء دیگر
  • حرکت وضعی: چرخش یک شیء حول محور خودش

حرکت وضعی زمین علت پیدایش شب و روز روی سیاره ما است. انحراف محوری و نیز حرکت انتقالی زمین هم عامل پیدایش فصلها در زمین هستند. (برای اطلاعات بیشتر می‌توانید این مقاله را نیز مطالعه کنید: تفاوت و اثر حرکت وضعی زمین و حرکت انتقالی زمین)

همانطور که گفتیم، در حرکت انتقالی معمولا شیءای که جرم و درنتیجه گرانش بیشتری دارد، شیء کم‌جرم‌تر و کم‌گرانش‌تر را به گردش حول خود وامی‌دارد. اکثر اجرام آسمانی مثل سیاره‌های فراخورشیدی، شهاب‌ها و دنباله‌دارها و حتی ستاره‌ها و از جمله خورشید نیز حرکت انتقالی دارند. برای مثال، سیاره‌های منظومه شمسی حول خورشید می‌گردند و خود خورشید نیز حول مرکز کهکشان راه شیری گردش می‌کند.

 


گردش سایر اجرام منظومه شمسی

همه اجرام موجود در منظومه شمسی اعم از سیاره‌ها، سیاره‌های کوتوله، سیارک‌ها، دنباله‌دارها و شهاب‌ها همگی تحت تاثیر گرانش و نیروی جاذبه خورشید هستند و لذا حرکت انتقالی دارند یعنی به‌دور خورشید می‌گردند. اما مدار گردش آن‌ها و نیز سرعت گردش آن‌ها بسته به عوامل مختلف، متفاوت است. در ادامه به چند نمونه اشاره می‌کنیم.

 

حرکت انتقالی خورشید: گردش خورشید حول مرکز کهکشان راه شیری

همانطور که گفتیم خورشید نیز حرکت انتقالی دارد و در مدار معینی حول مرکز کهکشان راه شیری گردش می‌کند. فاصله خورشید از مرکز کهکشان راه شیری حدود ۲۵۰۰۰ سال نوری است. هر گردش کامل خورشید حول مرکز کهکشان حدود ۲۴۰ میلیون سال (یا به‌طور تخمینی ۲۲۵ میلیون تا ۲۵۰ میلیون سال) طول می‌کشد. سرعت گردش خورشید حول مرکز کهکشان تقریبا ۲۲۵ کیلومتر در ثانیه است! به هر گردش کامل خورشید به‌دور کهکشان، سال کهکشانی می‌گوییم.

 

گردش شهاب‌واره‌ها

شهاب‌واره‌ همان شهاب است. به شهاب‌واره‌ای که با ورود به جو زمین شعله‌ور می‌شود، شهاب می‌گوییم. فاصله شهاب‌واره‌ها از خورشید و سرعت گردش آن‌ها متفاوت است. بعضی از آن‌ها در ناحیه کمربند کویپر هستند و بعضی دیگر را حتی در دورترین نقاط منظومه شمسی مثل ابر اورت نیز می‌توان یافت. طبیعتا هرچه شهاب‌واره‌ به خورشید نزدیک‌تر باشد، سرعت حرکت انتقالی‌اش به‌دور خورشید بیشتر خواهدبود. سریع‌ترین شهاب‌واره‌ها حدودا با سرعت ۱۵۰,۰۰۰ کیلومتر در ساعت خورشید را دور می‌زنند.

 

گردش دنباله‌دارها

مدار گردش دنباله‌دارها به‌دور خورشید، دایره نیست بلکه بیضی یا هذلولی یا سهمی است. لذا دنباله‌دارها در بخشی از مدار گردش‌شان نسبتا به خورشید نزدیک می‌شوند و سپس مجددا از آن فاصله می‌گیرند و به‌ دوردست‌های منظومه شمسی بازمی‌گردند. وقتی دنباله‌دار از خورشید دور است سرعت حرکت انتقالی آن طبیعتا کمتر و مثلا حدود ۳۰۰۰ کیلومتر در ساعت است زیرا تاثیر جاذبه خورشید بر آن کاهش می‌یابد اما هرچه به خورشید نزدیک‌تر می‌شود شتاب می‌گیرد و در نزدیک‌ترین نقاط به خورشید ممکن است سرعتش تا بیش از ۱۶۰,۰۰۰ کیلومتر در ساعت افزایش یابد!

 

شکل مدار حرکت انتقالی (گردشی) دنباله‌دارها حول خورشید

تصویر ۴. مدار گردش دنباله‌دارها حول خورشید دایره نیست، بلکه بیضی کوتاه، بیضی بلند، سهمی و یا هذلولی است. دنباله‌دارهایی که در مدارهای سهمی‌شکل یا هذلولی‌شکل به‌دور خورشید در گردشند، در بخشی از سفرشان نسبتا به خورشید نزدیک می‌شوند و سپس با ادامه حرکت‌شان مجددا از خورشید دور می‌شوند و به اعماق دوردستِ منظومه شمسی بازمی‌گردند. (تصویرسازی: عمادعلم)

 

گردش ماه به‌دور زمین

گردش ماه حول زمین نیز در واقع حرکتی انتقالی است. ماه با سرعت ۳,۶۸۳ کیلومتر در ساعت زمین را دور می‌زند. هر گردش کامل ماه به‌دور زمین را در تقویم یک ماه می‌نامیم که گاهی طول می‌کشد.


جدول سرعت گردش سیاره‌ها و بعضی دیگر از اجرام منظومه شمسی

 

جرم آسمانی سرعت حرکت انتقالی (کیلومتر بر ساعت)
عطارد (تیر) ۱۷۰,۵۰۵
زهره (ناهید) ۱۲۶,۰۷۷
زمین ۱۰۷,۲۰۰
مریخ ۸۶,۸۷۱
مشتری ۳۴,۸۲۱
زحل (کیوان) ۴۷,۰۵۱
اورانوس ۲۴,۶۰۷
نپتون ۱۹,۷۲۰
پلوتون ۱۷,۰۹۶
سریع‌ترین شهاب‌واره‌های منظومه حدوداً ۱۵۰,۰۰۰
سریع‌ترین دنباله‌دارهای منظومه حدوداً ۱۶۰,۰۰۰

با‌ دقت در داده‌های جدول متوجه می‌شویم که سرعت گردش هر سیاره با فاصله آن از خورشید نسبت عکس دارد؛ یعنی هرچه فاصله سیاره از خورشید بیشتر باشد، سرعت گردش آن به‌دور خورشید کمتر خواهد بود، زیرا اثر گرانش خورشید بر آن کمتر است.

برای مثال، سرعت گردش زمین را با سرعت گردش نپتون مقایسه کنید. زمین با سرعت بیش از ۱۰۷,۲۰۰ کیلومتر در ساعت خورشید را دور می‌زند اما نپتون که دورترین سیاره منظومه شمسی است، با سرعت ۱۹,۷۲۰ کیلومتر در ساعت در حال حرکت حول خورشید است. در جدول زیر فاصله مدار گردش سیارات منظومه شمسی از خورشید را مشاهده می‌کنید.


جدول فاصله مدار گردش سیاره‌های منظومه شمسی از خورشید

سیاره فاصله از خورشید (به کیلومتر)
عطارد (تیر) ۵۷,۹۰۹,۲۲۷
زهره (ناهید) ۱۰۸,۲۰۹,۴۷۵
زمین ۱۴۹,۵۹۸,۲۶۲
مریخ ۲۲۷,۹۴۳,۸۲۴
مشتری ۷۷۸,۳۴۰,۸۲۱
زحل (کیوان) ۱,۴۲۶,۶۶۶,۴۲۲
اورانوس ۲,۸۷۰,۶۵۸,۱۸۶
نپتون ۴,۴۹۸,۳۹۶,۴۴۱

طبیعتا هرچه فاصله مدار سیاره از خورشید بیشتر باشد، طول مدار گردش سیاره حول خورشید نیز بیشتر خواهدبود و نتیجتاً سیاره باید مسافت بیشتری بپیماید. در عین حال، گفتیم که هرچه فاصله سیاره از خورشید بیشتر باشد، اثر گرانشی خورشید بر سیاره کاهش می‌یابد و درنتیجه سیاره با سرعت کمتری دور خورشید می‌گردد. با تطبیق اطلاعات دو جدول فوق این موضوع به‌آسانی مشاهده می‌شود.


آیا همه اجرام آسمانی حرکت انتقالی دارند؟

نه الزاما! بسیاری از اجرام آسمانی مثل ستاره‌ها، سیاره‌های فراخورشیدی و دنباله‌دارها حول جرم دیگری که گرانش بسیار قوی‌تری دارد در گردش هستند. برای مثال، بسیاری از کهکشان‌ها و از جمله کهکشان راه شیری در دل خود سیاه‌چاله‌های بزرگی دارند که با گرانش یا جاذبه قدرمندشان میلیاردها ستاره‌ها را به گردش حول خود وامی‌دارند. بسیاری از همین ستاره‌هایی که مرکز کهکشان را دور می‌زنند (مثل خورشید)، سیاره‌ها و سیارک‌ها و دنباله‌دارها و اجرام دیگری دارند و آن اجرام همگی حول این ستاره‌ها در گردشند که بارزترین مثالش منظومه شمسی است..

اما در عین حال، تریلیون‌ها ستاره‌ و جرم آسمانی دیگر نیز در کیهان تحت تاثیر گرانش هیچ جرم دیگری نیستند و در فضا شناور و سرگردانند. در ادامه این بخش، با طرح چند پرسش، موضوع را کمی بیشتر توضیح می‌دهیم.

 

آیا همه سیاره‌های خارج از منظومه شمسی حرکت انتقالی دارند؟

خیر! برخی از سیاره‌های خارج از منظومه شمسی به علل مختلف تحت تاثیر جاذبه هیچ ستاره‌ای نیستند. بعضی از آن‌ها در محدوده گرانشی هیچ ستاره‌ای نیستند و لذا به‌جای آنکه حول ستاره خاصی گردش کنند، مرکز کهکشان میزبان‌شان را دور می‌زنند. برخی دیگر حتی از جاذبه مرکزی کهکشان نیز گریخته‌اند و در فضای بین کهکشان‌ها سرگردان هستند. به سیاره‌هایی که حول هیچ ستاره‌ای نمی‌چرخند، سیاره‌ مهاجر یا سیاره سرکش یا سیاره سرگردان می‌گوییم. البته سیاره‌های سرگردان بسیار از ما دور هستند و چون برخلاف ستاره‌ها نورافشانی نمی‌کنند، تاکنون هیچ تصویری از آن‌ها ثبت نشده است.

 

آیا همه ستاره‌ها حرکت انتقالی دارند؟

خیر. همانطور که قبلا اشاره کردیم، بسیاری از ستاره‌های عالم در مدارهایی با فواصل مختلف، حول مرکز کهکشان میزبان‌شان دور می‌زنند. اما بسیاری دیگر از ستاره‌ها به هر علتی از جاذبه مرکز کهکشان گریخته‌اند و در فضای وسیع کیهان سرگردان هستند.


جمع‌بندی

توضیح دادیم که در دانش نجوم منظور از حرکت انتقالی چیست و چه نتایجی دارد. گفتیم که به گردش یک جسم حول جسم دیگر حرکت انتقالی (گردشی) می‌گوییم. در کیهان، جسمی که جرم بیشتری داشته باشد، گرانش بیشتری دارد و تحت شرایط خاصی اجسام کم‌جرم‌تر را که گرانش کمتری دارند، به گردش حول خود وامی‌دارد.

همچین گفتیم که حرکت انتقالی زمین همان گردش زمین حول خورشید است. سپس توضیح دادیم که بسیاری از اجرام موجود در عالم حول جسم پرجاذبه‌ای در گردش هستند، اما بسیار از اجرام دیگر از جمله بعضی از سیاره‌ها و ستاره‌ها نیز به علل مختلف از میدان گرانشی ستاره یا کهکشان گریخته‌اند و در فضا سرگردان هستند و لذا حرکت انتقالی ندارند.