علت پیدایش فصل‌ها و تغییر فصل‌ها، انحراف محوری و حرکت انتقالی زمین
علت اصلی پیدایش فصل‌ها مایل بودن محور زمین است
علت پیدایش فصل‌ها در اصل، انحراف محوری زمین (مایل بودن محور کره زمین) است. محور عمودی زمین یعنی محوری فرضی که از قطب شمال تا قطب جنوب زمین امتداد دارد، حدود ۲۳.۵ درجه نسبت به راستای عمود کج است. همین انحراف ظاهرا اندک سبب می‌شود وضعیت نیمه شمالی و نیمه جنوبی زمین طی سال نسبت به خورشید متفاوت باشد. و هر سال چهار فصل مختلف در زمین پدید آید. در تصویر ۱ وقتی قطب شمال زمین رو به خورشید است، قطب جنوب کمتر در معرض تابش آفتاب است. در این حالت، نیمه شمالی زمین تابستان و نیمه جنوبی زمین زمستان را سپری میکند. اما وقتی زمین به گردش خود دور خورشید ادامه می‌دهد، اینبار خورشید به قطب جنوب بیشتر می‌تابد (خورشید با زاویه بالاتری به نیمه جنوبی زمین می‌تابد). در این حالت، در نیمه جنوبی زمین تابستان و در نیمه شمالی زمین زمستان خواهدبود.
ضمنا علت اصلی به وجود آمدن شب و روز در زمین، حرکت وضعی زمین است. در عین حال، شیب محوری و نیز حرکت انتقالی زمین نیز در نحوه تغییر شب و روز و نیز کوتاه یا طولانی بودن شب و روز در نواحی مختلف زمین موثر است.
تصویر ۱. علت پیدایش فصل‌ها: محور عمودی زمین حدود ۲۳.۵ درجه نسبت به راستای عمود، مایل است. و همواره رو به ستاره قطبی (جُدَی) است. پس وقتی زمین دور خورشید می‌چرخد، بخشی از سال قطب شمال رو به خورشید خواهدبود. طبیعتاً در اینصورت، قطب جنوب از خورشید نسبتا دور می‌ماند (به زمین در سمت راست تصویر توجه شود). زمین با همین محور مایل به حرکت خود دور خورشید ادامه دهد تا اینکه پس از چند ماه، اینبار قطب جنوب زمین رو به خورشید می‌شود و قطب شمال نسبتا از خورشید دورتر می‌ماند (به زمین در سمت چپ تصویر توجه شود). لذا تغییر فصل‌ها در نیمه شمالی و نیمه جنوبی زمین عکس هم است.
در پیدایش و تغییر فصل‌ها حرکت انتقالی زمین نیز نقش دارد
البته انحراف محوری زمین بدین علت به پیدایش فصل‌ها منجر می‌شود که زمین حرکت انتقالی دارد، یعنی زمین دور خورشید می‌چرخد. اگر زمین دور خورشید نمی‌چرخید، انحراف محوری یا شیب محوریِ زمین به‌تنهایی نمی‌توانست به تغییر فصل‌ها در زمین منجر شود. زیرا در اینصورت، بخشی از زمین همواره رو به خورشید و بخشی از آن همواره دور از تابش خورشید می‌بود. در ادامه علت پیدایش فصل‌ها و انحراف محوری زمین با جزییات بیشتری توضیح داده خواهدشد. همچنین گفته خواهدشد که چرا انحراف محوری زمین و گردش زمین دور خورشید در کنار هم علت پیدایش و تغییر فصل‌ها هستند.
رابطه انحراف محوری زمین (مایل بودن محور زمین) و علت پیدایش فصل‌ها
مدار گردش زمین دور خورشید تنها اندکی بیضی است. پس زمین طی سال در مدار خود چندان به خورشید نزدیک یا چندان از آن دور نمی‌شود. لذا تغییرات فاصله زمین نسبت به خورشید بر پیدایش فصل‌ها تاثیری ندارد. علت پیدایش فصل‌ها در زمین انحراف حدود ۲۳.۵ درجه‌ای محور زمین نسبت به راستای عمود است. سر این محور فرضی همیشه به سمت ستاره قطبیِ جُدَی (Polaris) متمایل است. میزان انحراف محوری زمین طی سال از ۲۲ درجه تا ۲۴.۵ درجه متغیر است که میانگین آن حدود ۲۳.۵ درجه محاسبه می‌شود.
نحوه تغییر فصل‌ها در نیمه شمالی و جنوبی زمین
زمین در مدار گردش خود حول خورشید، چهار مقطع زمانی مهم دارد که چنین هستند:
- انقلاب تابستانی
- اعتدال پاییزین
- انقلاب زمستانی
- اعتدال بهاری
اما منظور از چهار مقطع زمانی مذکور چیست؟ در ادامه آن‌ها را توضیح می‌دهیم. برای درک بهتر توضیحات، تصویر قبلی را اینبار با توضیحات جدیدتر بررسی می‌کنیم.
تصویر ۲. نحوه تغییر فصل در نیمه شمالی و جنوبی زمین: برای دیدن تصویر در اندازه اصلی، روی آن کلیک کنید.
انقلاب تابستانی
لحظه‌ای است که نوک محور چرخش زمین با بیشترین شیب به‌سمت خورشید متمایل می‌شود. در چنین حالتی، نیمه شمالی زمین طولانی‌ترین روز خود در تمام سال را تجربه میکند. هم‌زمان در نیمه جنوبی زمین، وضعیت برعکس است، یعنی نیمه جنوبی زمین با بیشترین شیب از خورشید فاصله می‌گیرد و روزهای کم‌نورتر و سردتری را پشت سر می‌گذارد. لذا وقتی نیمه شمالی زمین وارد انقلاب تابستانی می‌شود، نیمه جنوبی زمین لحظه انقلاب زمستانی و ورود به زمستان را تجربه میکند. در تقویم ایرانی یعنی هجری شمسی، انقلاب تابستانی در نیمه شمالی زمین با اولین روز تیرماه (و گاهی آخرین روز خرداد) مصادف است.
اعتدال پاییزی
همچنان که زمین به گردش خود در مدار ادامه می‌دهد، تابستان رو به پایان می‌نهد و آنگاه زمین در نقطه‌ای قرار می‌گیرد که به آن اعتدال پاییزی می‌گوییم. در اعتدال پاییزی، هیچ‌یک از دو نیمه شمالی یا جنوبی زمین به‌سمت خورشید متمایل نیست، و محور زمین در موقعیتی است که گویی به فضای خالیِ کنار خورشید اشاره میکند. در این حالت، زاویه تابش خورشید به هر دو نیمه زمین ملایم و معتدل است زیرا خورشید طی روز چندان در افق زمین اوج نمی‌گیرد. طبق تقویم ایرانی (هجری شمسی)، اعتدال پاییزی در نیمه شمالی زمین با اولین روز مهر مصادف است.
انقلاب زمستانی
زمانی است که نیمه شمالی زمین با بیشترین شیب از خورشید فاصله گرفته و گویی به خورشید به پشت کرده است و آن روز، کوتاه‌ترین روز سال است. در تقویم ایرانی، انقلاب زمستانی با آخرین شب آذرماه (طولانی‌ترین شب سال) و اولین روز زمستان مصادف است. طبیعتا نیمه شمالی زمین در انقلاب زمستانی، نور و گرمای کمتری از خورشید دریافت میکند. زمانی که نیمه شمالی زمین وارد انقلاب زمستانی می‌شود، نیمه جنوبی زمین انقلاب تابستانی را تجربه میکند. در تقویم هجری شمسی انقلاب زمستانی در نیمه شمالی زمین با اولین روز دی (و گاهی آخرین روز آذرماه) مصادف است.
اعتدال بهاری
موقعیت زمین نسبت به خورشید در نقطه اعتدال بهاری شبیه اعتدال پاییزی است، با این تفاوت که اعتدال پاییزی پس از تابستان رخ می‌دهد اما اعتدال بهاری پس از زمستان اتفاق می‌افتد. به اعتدال بهاری و پاییزی اصطلاحاً اعتدالین نیز میگویند. در تقویم هجری شمسی، لحظه اعتدال بهاری همان تحویل سال نو است و با اولین روز فروردین مصادف است.
ارتفاع خورشید نسبت به افق زمین در فصل‌های مختلف سال
تابستان در شمال و زمستان در جنوب
اول تیرماه خورشید با زاویه ۲۳.۵ درجه عرض جغرافیایی، مستقیما بر مدار راس‌السرطان زمین عمود می‌تابد. لذا نیم‌کره شمالی زمین از خورشید انرژی بیشتر دریافت میکند. در این وضعیت، نور خورشید پیش از آن‌که به زمین برسد کمتر پراکنده می‌شود زیرا فاصله کمتری را در اتمسفر زمین می‌پیماید. ضمنا زاویه بالای خورشید یعنی تابش عمودی آن سبب می‌شود روزها طولانی‌تر شوند. طی این مدت، در نیم‌کره جنوبی زمین وضعیت برعکس است. در آن‌جا زاویه خورشید کم است، یعنی خورشید مایل می‌تابد و لذا روزها کوتاه‌ترند. ضمنا بخش گسترده‌ای از انرژی خورشید پیش از آن‌که به زمین برسد، پراکنده می‌شود زیرا پرتوهای خورشید باید مسافت بیشتری را در اتمسفر زمین بپیماید. لذا اول تیرماه، نیم‌کره جنوبی کمتر در معرض تابش نور خورشید است و انقلاب زمستانی خود را سپری میکند.
پس از ۹۰ روز در اول مهر اعتدال پاییزی زمین آغاز می‌شود. در این زمان خورشید مستقیما به استوا می‌تابد. لذا میزان تابش خورشید به نیم‌کره جنوبی و شمالی زمین برابر است. در اول فروردین نیز که دوره اعتدال بهاری آغاز می‌شود، خورشید مستقیم به استوا می‌تابد و وضعیت زمین همین‌گونه است.
تابستان در جنوب و زمستان در شمال
در انقلاب زمستانی، در اول دی‌ماه، خورشید با زاویه ۲۳.۵ درجه عرض جغرافیایی جنوبی، مستقیما به مدار راس‌الجدی می‌تابد. لذا نیم‌کره جنوبی مستقیما نور خورشید را دریافت میکند و پراکنش نور خورشید کمتر است. ضمنا چون خورشید با زاویه بالاتری می‌تابد، روزها طولانی‌ترند. اما در همین زمان نیم‌کره شمالی به سمت مخالف خورشید می‌ایستد. لذا نور کمتری دریافت میکند. و چون زاویه تابش خورشید نسبت به آن پایین‌تر است، روزها کوتاه‌تر می‌شوند.
انحراف محوری زمین و پیدایش فصل بر طول مدت روزها در استوا تاثیر چندانی ندارد. در نواحی استوایی زمین طول روزها و شب‌ها همیشه تقریبا برابر است. یعنی ۱۲ ساعت روز و ۱۲ ساعت شب است و تغییرات آن‌ها طی سال تنها چند دقیقه است. اما با دور شدن از استوا و رفتن به نواحی جنوبی یا شمالی زمین طول روزها در تابستان بلندتر و در زمستان کوتاه‌تر می‌شود.
مطلب مرتبط: لایه‌های مختلف جو زمین (اتمسفر) و ترتیب و ویژگی آن‌ها
اگر زمین انحراف محوری نداشت چه می‌شد؟
اگر زمین انحراف محوری نداشت، نواحی مختلف زمین تغییرات فصلی نمی‌داشتند. و بخش‌هایی از زمین همواره گرم و بخش‌هایی دیگر همواره سرد می‌بودند. مثلا اگر انحراف محوری زمین همواره صفر درجه بود، یعنی قطب شمال و جنوب زمین به هیچ‌یک از دو سمت متمایل نبود، در نواحی استوایی تمام سال تابستان بود و نواحی قطبی زمین آب‌وهوایی نیمه‌سرد داشتند، طوری که نه کاملا زمستان و نه تابستان می‌بود.
نکته مهم ۱: اگر زمین حرکت انتقالی نداشت، انحراف محوری زمین به‌تنهایی نمی‌توانست علت پیدایش و تغییر فصل‌ها در نواحی مختلف زمین باشد. اگر زمین به دور خورشید نمی‌چرخید، هر ناحیه‌ای از زمین تنها یک فصل می‌داشت. یعنی بخش‌هایی از زمین همواره گرم و بخش‌هایی همواره سرد می‌بود. پس با اینکه علت اصلی پیدایش فصل‌ها انحراف محوری زمین است، اما حرکت انتقالی زمین نیز شرط لازم برای تغییر فصل‌ها در نواحی مختلف زمین است.
نکته مهم ۲: قطب سماوی شمالی زمین یعنی شمال محور عمودی زمین در عصر ما همواره رو به ستاره قطبی است. اما زاویه و جهت محور عمودی زمین نیز بسیار آهسته در حال تغییر است و هر ۲۶۰۰۰ سال یک‌بار در مسیری دایره‌ای می‌چرخد که به آن حرکت گهواره‌ای نیز میگویند.
کلیدواژه: علت پیدایش فصل‌ها