سالروز ولادت امام هادی سلام الله علیه مبارک باد.

شب و روز چگونه به وجود می‌آید؟ (علت پیدایش شب و روز چیست)

شب و روز چگونه به وجود می‌آید؟ (علت پیدایش شب و روز چیست)

شب و روز چگونه به وجود می‌آید: حرکت وضعی زمین علت اصلی به وجود آمدن شب و روز است. به چرخش سیاره حول محورش حرکت وضعی می‌گوییم. زمین نیز مثل سایر سیاره‌ها محوری فرضی و نامرئی دارد که حول آن می‌چرخد. درنتیجه، قسمت‌های مختلف زمین متناوباً مقابل نور خورشید می‌آیند و سپس از آن دور می‌شوند و در تاریکی فرومی‌روند. به هر چرخش کامل زمین یک‌ شبانه‌روز می‌گوییم که حدود ۲۴ ساعت طول می‌کشد. به تعبیر دیگر، فاصله هر طلوع خورشید تا طلوع بعدی و یا هر غروب خورشید تا غروب بعدی را یک شبانه‌روز می‌نامیم.

در ادامه بیشتر توضیح می‌دهیم که شب و روز چگونه به وجود می‌آید یا علت پیدایش شب و روز چیست. ضمنا توضیح می‌دهیم که چرا در نقاط مختلف زمین یا در فصل‌های مختلف سال طول روزها و شب‌ها تغییر می‌کند؛ مثلا چرا تابستان‌ها روزها طولانی‌ترند یا علت طولانی بودن روزها و شب‌های قطبی چیست. همچنین اشاره خواهیم کرد که نه فقط زمین بلکه همه دیگر سیاره‌های منظومه شمسی حرکت وضعی و شب و روز دارند.

يُقَلِّبُ اللَّهُ اللَّيْلَ وَالنَّهَارَ ۚ إِنَّ فِي ذَٰلِكَ لَعِبْرَةً لِّأُولِي الْأَبْصَارِ ‎(آیه ۴۴ سوره مبارکه نور)

خداوند، شب و روز را جابه‌جا می‌کند. همانا در این [قدرت‌نمایی] برای اهل بصیرت، عبرتی است. (ترجمه استاد محسن قرائتی)

شب و روز چگونه به وجود می‌آید؟

علت پیدایش شب و روز: مهم‌ترین علت پیدایش شب و روز، حرکت وضعی زمین یعنی چرخش زمین حول محورش است اما عوامل دیگری هم در آن دخیل هستند که به‌آن‌ها اشاره خواهیم کرد. نه فقط زمین بلکه همه سیاره‌ها به‌دورِ خود می‌چرخند. لذا نواحی مختلف سیاره متناوباً وارد محدوده تابش خورشید می‌شوند و سپس در ادامه‌ی چرخش‌شان از محدوده تابش خورشید دور می‌شوند و به خورشید پشت می‌کنند و در تاریکی فرومی‌روند.

علت پیدایش شب و روز چیست

تصویر ۱. چگونگی پیدایش شب و روز: زمین پیوسته می‌چرخد و نواحی مختلف آن مرتباً مقابل آفتاب می‌آیند و می‌روند و بدین‌سان روز و شب به وجود می‌آید.

البته همه نقاط زمین به یک‌اندازه در معرض تابش خورشید نیستند، زیرا اولا زمین کروی است و طبیعتاً موقعیت نواحی مختلف آن نسبت به خورشید متفاوت است. مثلا استوا بیش از نواحی قطبی از خورشید نور و گرما دریافت می‌کنند. ثانیاً محور چرخش زمین نسبت به صفحه مداریش ۲۳.۴۴ درجه انحراف دارد که به آن، شیب محوری زمین می‌گویند و برای سادگی، مقدار آن‌را ۲۳.۵ درجه در نظر می‌گیرند. به بیان ساده‌تر، محور زمین عمودی نیست، بلکه حدود ۲۳.۵ درجه شیب دارد. از سوی دیگر، می‌دانیم که زمین حرکت انتقالی هم دارد یعنی حول خورشید در گردش است. با توجه به عوامل فوق، موقعیت نواحی مختلف زمین در طول سال نسبت به خورشید، ثابت نیست بلکه پیوسته در تغییر است و مدت تابش آفتاب در مناطق مختلف زمین نیز فرق می‌کند.

ضمنا شیب محوری زمین سبب می‌شود تا زمین طی گردش خود دورِ خورشید فصل‌های مختلفی داشته باشد. یعنی علت اصلی پیدایش فصل‌ها در زمین، شیب محوری زمین است. در کل، تابستان‌ها روزها طولانی‌تر و شب‌ها کوتاه‌ترند و زمستان‌ها وضعیت برعکس است یعنی روزها کوتاه‌تر و شب‌ها طولانی‌ترند. ضمنا مقدار و مدت تابش آفتاب در نواحی قطبی با نواحی استوایی فرق می‌کند.

نکته ۱: چون زمین شیب محوری دارد، فصل‌ها در نیمه شمالی و جنوبی زمین برعکس هستند. برای مثال وقتی در نیمه شمالی زمین تابستان است، نیمه جنوبی زمین زمستان را سپری می‌کند.

تصویر 1. نحوه تغییر فصل در نیمه شمالی و جنوبی زمین (برای دیدن تصویر در اندازه بزرگتر روی آن کلیک کنید.)

تصویر ۲. نحوه تغییر فصل در نیمه شمالی و جنوبی زمین (برای دیدن تصویر در اندازه بزرگتر روی آن کلیک کنید.)


منظور از روز و شب چیست؟

زمین حول محورش می‌چرخد و نواحی مختلف زمین بسته به موقعیت‌شان نسبت به خورشید متناوبا وارد محدوده تابش آفتاب می‌شوند و سپس از آن دور می‌شوند و در تاریکی فرومی‌روند و این چرخه پیوسته تکرار می‌شود.

  • روز چیست: هر بخش از زمین که در معرض تابش آفتاب باشد، روز را تجربه می‌کند.
  • شب چیست: هر بخش از زمین که خارج از محدوده تابش خورشید باشد، در تاریکی فرومی‌رود و در شب به‌سر می‌برد.

نحوه تغییر یا گردش شب و روز

زمین در خلاف جهت عقربه‌های ساعت حول محورش می‌چرخد. شعاع زمین ۶۳۱۷ کیلومتر است. اما سرعت چرخش زمین چنان است که هر چرخش کامل حول محورش ۲۴ ساعت طول می‌کشد و هر ۲۴ ساعت را یک‌شبانه‌روز می‌نامیم.

خورشید نور را به فضای اطرافش می‌پراکند. زمین نیز در مسیر تابش نور خورشید است و لذا بخشی از نور خورشید را دریافت می‌کند. زمین، هم حرکت وضعی و هم حرکت انتقالی دارد؛ یعنی هم حول محورش می‌چرخد و هم حول خورشید در گردش است. و چون زمین حول محورش می‌چرخد، تقریبا در هر لحظه از زمان نیمی از زمین در معرض تابش نور خورشید و نیم دیگرش تاریک است. گردش شب و روز بدین‌سان به وجود می‌آید.


چرا طول شبانه‌روز در زمان‌ها و مکان‌های مختلف زمین متغیر است؟

مایل بودن محور چرخش زمین: محور فرضیِ زمین بر صفحه‌ی مداری خود کاملاً عمود نیست بلکه نسبت به آن ۲۳.۴۴ درجه انحراف دارد که برای سادگی، گاهی آن‌را ۲۳.۵ درجه نیز در نظر می‌گیرند. به عبارت دیگر، گویی زمین به یک سمت کج شده است و در همان حال چرخ می‌خورد و هم‌زمان خورشید را هم دور می‌زند. بنابراین، استوا اصطلاحا رخ‌به‌رخِ خورشید نیست، پس طبیعتاً میزان و مدت تابش خورشید به نواحی مختلف زمین یکسان نیست و به همین علت، مناطق مختلف زمین در طول سال شب‌ها و روزهای نابرابری دارند. اگر محور زمین بر صفحه مداریش عمود‌ بود، استوا نیز دقیقا رو به خورشید می‌بود و آنگاه طول شب‌ها و روزهای هر منطقه در تمام سال برابر می‌ماند؛ یعنی همواره ۱۲ ساعت روز و ۱۲ ساعت شب می‌شد.

باتوجه به شیب تقریبا ۲۳.۵ درجه‌ایِ محور زمین، موقعیت استوا نسبت به خورشید کمتر تغییر می‌کند و لذا نواحی استوایی شب‌ها و روزهای تقریبا برابری دارند. اما تغییرات نواحی قطبی زمین نسبت به خورشید شدیدتر است. به همین سبب، در مواقعی از سال، خورشید بیش از ۲۴ ساعت بر فراز افق قطب شمال یا جنوب رؤیت می‌شود و در مواقع دیگری از سال نواحی قطبی بیش از ۲۴ ساعت در تاریکی فرومی‌مانند و شب‌های قطبی را تجربه می‌کنند.

نکته ۲: ما زمان تغییر فصل‌ها را عمدتا بر مبنای نیمه شمالی زمین توضیح می‌دهیم زیرا بیشتر خشکی‌ها و کشورهای جهان در نیمه شمالی زمین جای دارند. اما قاعده کلیِ تغییر فصل در نیمه شمالی و زمین یکسان است.

 

چرا در تابستان روزها طولانی‌تر و در زمستان شب‌ها طولانی‌ترند؟

نیم‌کره شمالی و جنوبی زمین طی سال، یک‌اندازه در معرض تابش آفتاب نیستند. همانطور که گفتیم، زمین شیب محوری دارد و هم‌زمان حول خورشید در گردش است. وقتی نیمه شمالی زمین سمتِ خورشید متمایل است، طبیعتاً نیمه جنوبی با بیشترین شیب از خورشید فاصله می‌گیرد و تقریبا به خلاف جهت خورشید اشاره دارد.

به لحظه‌ای از سال که نیمه شمالی یا جنوبی زمین با بیشترین شیب به‌سمت خورشید متمایل است، انقلاب تابستانی می‌گوییم که همان اولین روز تابستان است. به لحظه‌ای از سال که نیمه شمالی یا جنوبی زمین با بیشترین شیب از خورشید زاویه گرفته و دور می‌شوند، انقلاب زمستانی می‌گوییم که همان اولین روز زمستان است. در پاییز و بهار، هیچ‌یک از دو نیمه شمالی یا جنوبی نسبت به خورشید متمایل نیستند.

تغییر فصل‌ها در نیمه شمالی و جنوبی زمین عکس هم است. یعنی برای مثال، وقتی در نیمه شمالی زمین تابستان است، نیمه جنوبی زمین زمستان را می‌گذراند.

بدیهی است که وقتی مثلا نیمه شمالی زمین رو به خورشید می‌نهد و وارد تابستان می‌شود، ساعات بیشتری از شبانه‌روز در معرض تابش آفتاب واقع می‌شود و لذا روزهای طولانی‌تری را تجربه می‌کند. در مناطق استوایی طول شب‌ها و روزها در تمام سال تقریبا برابر است (۱۲ ساعت روز و ۱۲ ساعت شب). اما هنگام تابستان در نیمه شمالی، هر چه به قطب شمال نزدیک‌تر شویم، روزها طولانی‌تر می‌شوند؛ طوری که در قطب شمال خورشید چند هفته بالای افق می‌ماند و هرگز غروب نمی‌کند، لذا روزها بیست‌وچهارساعته می‌شوند. قطب جنوب نیز در تابستان وضعیت مشابهی دارد.

زمستان‌ها وضعیت برعکس است؛ یعنی ساکنان قطب شمال یا جنوب طی زمستان طلوع خورشید را نمی‌بینند و چندین هفته را پیاپی در تاریکی شب می‌گذرانند.

ارتفاع خورشید نسبت به افق زمین در فصل‌های مختلف سال

تصویر ۳. ارتفاع خورشید نسبت به افق زمین در فصل‌های مختلف سال


چرا روزها و شب‌های قطبی بسیار طولانی هستند (شب و روز قطبی چگونه به وجود می‌آید)؟

در طول سال، تغییر موقعیت قطب شمال و جنوب نسبت به خورشید بیش از دیگر نواحی زمین است زیرا قطب شمال و قطب جنوب، دو نقطه‌ی انتهاییِ محور زمین هستند. پس، هنگام انقلاب تابستانی چه در نیمه شمالی و چه در نیمه جنوبی زمین، قطب‌ها با بیشترین شیب سمتِ خورشید متمایل هستند و در مقایسه با سایر نواحی زمین، مدت طولانی‌تری در معرض روشنایی خورشید واقع می‌شوند. لذا ساکنان قطب شمال یا جنوب، حدود دو ماه از تابستان، خورشید را همیشه بر فراز افق می‌بینند و از دید آن‌ها خورشید طی مدت مذکور هرگز غروب نمی‌کند. به عبارت دیگر، روزهایشان بیست‌وچهارساعته است.

زمستان‌ها وضعیت برعکس است. یعنی هنگام انقلاب زمستانی و ورود قطب شمال یا جنوب به فصل زمستان، ناحیه قطبی بیش از دیگر نواحی از خورشید دور می‌ماند و موقعیتش چنان می‌شود که بالا آمدن خورشید از افق را نمی‌بیند. لذا هنگام زمستان، ساکنان قطب شمال یا جنوب چند هفته پیاپی، بیست‌وچهارساعته در تاریکی به سر می‌برند و شب‌های قطبی را سپری می‌کنند.

کمی از کلاهک قطبی شمال یا جنوب فاصله بگیریم، طول روزها و شب‌های ممتد قطبی به چند هفته کاهش می‌یابد که البته همچنان در مقایسه با نواحی دیگر زمین، زمانی طولانی است.

شب و روز چگونه به وجود می‌آید؟

تصویر ۴. زمین شیب محوری دارد و لذا در بخشی از سال (مانند این تصویر) قطب شمال آن رو به خورشید می‌نهد و با ورود به تابستان، بمدت تقریبا دو ماه زیر نور خورشید می‌ماند و روزهای قطبی دوماهه را سپری می‌کند. در همان حال، قطب جنوب به سبب دور ماندن از پرتوهای خورشید، به زمستان قدم میگذارد و شب های طولانی دوماهه در آنجا آغاز می‌شود.


چرا مدت شب و روز در استوا همیشه تقریبا برابر است؟

استوا در ناحیه میانی زمین جای دارد و لذا برخلاف نواحی شمالی و جنوبی زمین، تغییر موقعیتش نسبت به خورشید در طول سال تقریبا صفر است. یعنی، چه وقتی که نیمه شمالی زمین رو به خورشید می‌نهد و چه وقتی که نیمه جنوبی زمین رو به خورشید متمایل می‌شود، موقعیت استوا نسبت به خورشید همیشه تقریبا ثابت است. لذا زاویه تابش خورشید به استوا طی سال تغییری نمی‌کند. به همین سبب، طول شب و روز در استوا در همه فصل‌های سال تقریبا برابر است. یعنی در استوا ۱۲ ساعت روز و ۱۲ ساعت شب است. اما هرچه از استوا دور شویم و سمت شمال یا جنوب پیش برویم، اختلاف مدت شب و روز بسته به هر فصل‌ افزایش می‌یابد.


آیا سیاره‌های دیگر هم شب و روز دارند؟

بله. همه سیاره‌های منظومه شمسی حرکت وضعی دارند یعنی حول محورشان می‌چرخند. حتی خورشید نیز حرکت وضعی دارد. پس همه سیاره‌های منظومه ما شب و روز دارند اما طول شب‌ها و روزهای‌شان متفاوت است و بسته به شیب محوری و نیز مدار حرکت انتقالی‌شان حول خورشید، نحوه تغییر روزها و شب‌ها در بعضی از آن‌ها پیچیده‌تر است. بعضی از سیاره‌ها سریع‌تر و بعضی از آن‌ها کندتر از زمین می‌چرخند. مثلا، سرعت تغییر روز و شب در مریخ تقریبا شبیه زمین است.

در سیاره‌های دیگر شب و روز چگونه به وجود می‌آید؟

هر شبانه‌روزِ مریخ معادل ۲۴.۶ ساعت زمینی است. اما هر چرخش کامل سیاره زهره (ناهید) ۲۴۳ روز زمینی زمان می‌بَرد؛ یعنی هر شبانه‌روزِ سیاره زهره ۲۴۳ روز زمینی طول می‌کشد!

عطارد به‌ازای هر بار گردش حول خورشید، یک‌ونیم بار دورِ خودش می‌چرخد. لذا هر طلوع تا غروبِ عطارد ۱۷۶ روز زمینی طول می‌کشد.

سیاره‌های بزرگتر، بسیار سریع‌تر می‌چرخند. سیاره مشتری هر ۱۰.۵ ساعت یک‌بار، زحل تقریبا هر ۱۱ ساعت یک‌بار، و نپتون هر ۱۶ ساعت یک‌بار چرخش خود را کامل می‌کنند.

اورانوس ویژگی جالبی دارد: شیب محوری اورانوس حدود ۹۸ درجه است؛ یعنی مثل توپی است که چپ شده است و در همان حال به‌دور خود و خورشید می‌چرخد. هر بار چرخش اورانوس حول محورش ۱۷ ساعت طول می‌کشد، اما به‌سبب انحراف محوریِ شدیدش، طول شب و روز اورانوس در تابستان و زمستان بسیار طولانی است:

  • وقتی نیمه شمالی اورانوس رو به خورشید می‌نهد، تابستان ۲۱ ساله‌‌اش را آغاز می‌کند و طبیعتاً قطب جنوب ۲۱ سال پشت به خورشید می‌ماند و در زمستان و تاریکی فرومی‌رود. زمانی هم که در نیمه جنوبی اورانوس تابستان می‌شود، نیمه شمالی ۲۱ سال را در زمستان و تاریکی کامل سپری می‌کند.
  • در پاییز و بهار، قطب شمال و جنوب اورانوس با خورشید زاویه ندارند؛ یعنی هیچ‌یک رو به خورشید یا پشت به خورشید نیستند. لذا در ناحیه استواییِ اورانوس طی هر بار چرخش سیاره به‌دور خود که ۱۷ ساعت طول می‌کشد، ۸.۵ ساعت روز و ۸.۵ ساعت شب دارد.
روز و شب در اورانوس

عکس ۵. شیب بسیار تندِ محور اورانوس (تقریبا ۹۸ درجه) را از همین عکس می‌توان دریافت.  


آیا در همه کرات آسمانی شب و روز وجود دارد؟

بین سیاره‌های فراخورشیدی (سیاره‌هایی بیرون از منظومه شمسی که حول ستاره دیگری غیر از خورشید در گردشند) بعضی از آن‌ها حرکت وضعی ندارند و همیشه یک‌سمت آن‌ها رو به ستاره مرکزی‌شان است. سیاره‌هایی که حرکت وضعی ندارند، همیشه یک‌سمت‌شان رو به ستاره و روز است و سمت دیگرشان همیشه پشت به ستاره و شب است.

ماه نیز حول محورش در چرخش است و درنتیجه، ماه نیز شب و روز دارد. هر بار چرخش کامل ماه ۲۷.۳ روز طول می‌کشد. بنابراین هر روز در ماه تقریبا دو هفته و هر شب نیز دو هفته طول می‌کشد. اما هر چرخش کامل ماه حول محورش تقریبا باندازه یک‌بار گردش کامل ماه حول زمین طول می‌کشد. لذا ما همواره فقط یک‌سمت ماه را می‌بینیم.


تاثیر شب و روز بر زندگی موجودات زمین

گردش متناوب شب و روز، در حیات ما و سایر جانداران زمین تاثیرهای مهمی دارد. انسان‌ها زندگیشان را بسته به ساعات شبانه‌روز تنظیم می‌کنند. حتی بدن انسان و دیگر جانداران نیز روزها و شب‌ها کنش‌ها و واکنش‌های متفاوتی از خود نشان می‌دهد. با تغییر فصل‌ها و طولانی‌تر یا کوتاه‌تر شدن روزها یا شب‌ها، ساعات کار و استراحت و حتی نوع تغذیه مردم تغییر می‌کند.

ضمنا بعضی از موجودات زمین روزها فعال هستند و شب‌ها استراحت می‌کنند؛ برخی دیگر از موجودات، شب‌زی هستند. بعضی از آن‌ها نیز ساعات مابین شب و روز فعال هستند که به آن‌ها کرسپولار (crespuscular) می‌گویند.

زمستان‌ها که روزها کوتاه‌تر و خنک‌تر می‌شوند، بعضی از موجودات به خواب زمستانی می‌روند، زیرا انرژی آن‌ها کاهش می‌یابد و لذا منتظر می‌مانند تا روزها دوباره طولانی‌تر شوند. حیوانات دیگر مثل پرندگان، اغلب زمانی که هوا سردتر می‌شود، به سمت نواحی گرم‌تر مهاجرت می‌کنند.


آیا روزهای زمین رفته‌رفته طولانی‌تر می‌شوند؟

ظاهرا بله! محققان با بررسی مرجان‌های به‌جای مانده از دوران باستان متوجه شده‌اند که در گذشته‌های دور، تعداد روزهای سال بیشتر بوده است. آن‌ها با بررسی فسیل‌های ۳۸۰ میلیون ساله‌ی مرجان‌ها دریافتند که در آن زمان‌ها هر سال ۴۰۰ روز بوده است. ظاهرا حدود ۲۹۰ میلیون سال پیش تعداد روزهای سال در زمین به ۳۹۰ روز کاهش یافته است. اگر فرض کنیم که مدار گردش زمین حول خورشید طی این مدت تغییر محسوسی نداشته، پس حتما چرخش زمین حول محورش سریع‌تر بوده و بعدها تدریجا کندتر شده است.

در حال حاضر هر شبانه‌روز ۲۴ ساعت است. اما در دوره پنسیلوانیا هر شبانه‌روز ۲۲.۴ ساعت بوده است و در دوره ماقبل آن، هر شبانه‌روز ۲۱.۸ ساعت بوده است. ظاهرا سرعت چرخش زمین در هر ۱۰۰.۰۰۰ سال حدود ۲ ثانیه کاهش می‌یابد. چرا طول روزها در زمین طولانی‌تر می‌شود؟ دانشمندان می‌گویند شاید چرخه‌های کشندی یا جزر و مدی روی زمین اثر کششی دارد و سبب می‌شود تا چرخش زمین کندتر شود.


جمع‌بندی: روز و شب چگونه به وجود می‌آید؟

در مقاله‌ی پیشِ رو، توضیح دادیم که روز و شب چگونه به وجود می‌آید. گفتیم که حرکت وضعی زمین، علت اصلی پیدایش روز و شب است. اما زمین ویژگی‌ مهم دیگری هم دارد که بر کوتاه یا طولانی‌ شدن روزها و شب‌ها در مناطق مختلف تاثیر دارد و آن، شیب محوری زمین است. شیب تقریبا ۲۳.۵ درجه‌ای محور زمین سبب می‌شود تا زمین چهار فصل باشد و مناطق مختلف زمین در فصول مختلف، روزها و شب‌های متغیری داشته باشند. همچنین گفتیم که حرکت انتقالی زمین در پیدایش فصل‌ها و نتیجتاً بر تغییرات طول روزها و شب‌ها در نواحی گوناگون زمین تاثیر دارد.


موضوع: روز و شب چیست؟ روز و شب چگونه به وجود می‌آید؟ علت پیدایش روز و شب چیست؟

عبارت کلیدی: روز و شب چگونه به وجود می‌آید؟