كيف يتحدد وزن الكون والاجرام السماوية
فالشمس تجذب الأرض بقوةٍ تكفي لجعلها تدور حولها مرةً واحدة خلال 365 يوماً، مما يعني وجود قوةٍ ما، وهي الكتلة. وبالمثل، من خلال النظر إلى الشمس كشريكٍ رئيسي للعديد من الأجرام السماوية، يمكن للباحثين حساب ثقل بقية الكواكب على أساس طول دورتها حول الشمس. كما يمكن تقدير أقمار التي تدور حول الكواكب بنفس المفهوم أيضاً.
وزن الأرض
وزن كوكب الارض تبلغ كتلة الأرض حوالي 6×2410 كغم، ويمكن معرفة وزنها من خلال قوّة الجاذبيّة التي تتبادلها الأرض مع الأجسام القريبة منها، ولتوضيح ذلك يمكن الاطّلاع على قانون نيوتن المتعلّق بقوّة الجاذبيّة بين جسمين كرويين، وصيغته هي {ق=ج×(ك1×ك2)/ف2} حيث إنّ:[١] ق: قوة الجذب بين الجسمين. ج: ثابت يساوي 6.67259 ×(10-11) م³/ كغم/ث². ك1: كتلة الجسم الأول. ك2: كتلة الجسم الثاني. ف2: مربع المسافة بينهما. بافتراض أنّ الأرض هي الكتلة الأولى (ك1)، وجسم كتلته 1 كغم هو الكتلة الثانية (ك2)؛ فإن قوة الجذب بينهما تساوي 9.8 كغم/ م/ ث2، وبناءً على ذلك يمكن معرفة أنّ الوزن هو عبارة عن قوّة، ويتطلّب تحديد قيمته مجال جاذبية محدّد؛ وهذا يعني أنّ قياس وزن الأرض يعتمد على تحديد مجال جاذبيّته لجسم معين؛ لذا فإنّه يُفترض السّؤال عن كتلة الأرض وليس عن وزنها؛ لأنّ الكتلة تبقى ثابتة بغض النّظر عن المجال. معلومات عن كوكب الأرض يُعدّ كوكب الأرض الكوكب الوحيد الصّالح للحياة في النّظام الشمسي، حيث يتواجد كل ما هو ضروري للبقاء على قيد الحياة داخل نطاق الغلاف الجوي للأرض. تتكوّن الأرض من أنظمة معقّدة متفاعلة مع بعضها، وتشمل الهواء، والماء، واليابسة، وغيرها من الأنظمة المسؤولة عن التغيّرات الكونية. يُعتبر كوكب الأرض ثالث أقرب كوكب إلى الشّمس، وخامس أكبر كوكب في المجموعة الشّمسيّة. يبعد كوكب الأرض حوالي 149,597,891 كم عن الشمس. تنتج الفصول الأربعة نتيجة دورانه حول الشّمس بزاوية تزيد قليلاً عن 23 درجة. نشأة كوكب الأرض يعتقد العلماء أنّ الأرض تشكلت قبل حوالي 4.6 مليار سنة مع الشّمس والكواكب الأخرى، عندما تجمّع النّظام الشّمسي بعد انهيار السّديم بسبب ثقلِه، ودورانه، وتشكّله على شكل قرصٍ مستوٍ، حيث تجمّعت معظم المواد في المركز لتشكّل الشمس، بينما تجمّعت الجسيمات المتصادمة الأخرى لتشكّل باقي الأجرام الكبرى ومنها الأرض، وكانت الرّياح الشّمسيّة (الرياح النجمية) أيضاً قويّة، وبالتّالي أبعدت معظم العناصر الخفيفة كالهيدروجين والهيليوم، ممّا جعل الأرض والكواكب الأخرى في الحالة الصخريّة. يعتقد العلماء أيضاً أنّ الأرض كانت في البداية كتلة صخريّة بلا ماء، وأنّ المواد المشعّة الموجودة في الصّخر بالإضافة إلى الضّغط المتزايد في عمق الأرض أدّت جميعها لتوليد الحرارة الكافية لإذابة باطنها، ممّا أدى إلى صعود بعض المواد الكيميائيّة إلى السّطح و تشكُّل الماء، بينما شكَّلت المواد الأخرى غازات الغلاف الجوي، كما أشارت بعض الأدلة الحديثة إلى تكوُّن طبقات القشرة الأرضية والمحيطات خلال حوالي 200 مليون سنة بعد تشكّل الأرض. بعض الحقائق الرّقميّة عن كوكب الأرض توضح النقاط الآتية بعض الحقائق الرقميّة حول كوكب الأرض: يبلغ حجم كوكب الأرض حوالي 1.08321×1210 كم3. تبلغ مساحة سطح كوكب الأرض حوالي 5.1006×810 كم2. تبلغ كثافة كوكب الأرض حوالي 5.513 غم/ سم3. يبلغ حجم مدار كوكب الأرض حول الشمس حوالي 1.4959826×810 كم3. يبلغ المحيط الاستوائي لكوكب الأرض حوالي 4.00302×510 كم.
وزن القمر
القمر هو القمر الطبيعي الوَحيد للأرض بالإضافة إلى أنه خامس أكبر قمرٍ طبيعيٍ في المجموعة الشمسية. فهو يُعَدُ أكبر قمرٍ طبيعيٍ في المجموعة الشمسية من ناحية نسبة حجمه إلى كوكبه التابع له، حيث أن قطره يصل إلى ربع قطر الأرض، كما أن كتلته تصل إلى 1 على 81 من كتلة الأرض، هذا بالإضافة إلى أنه يُعَدُ ثاني أعلى قمرٍ من ناحية الكثافة بعد قمر إيو. هذا ويتسم القمر الأرضي حركته التزامنية مع كوكبه (الأرض)، عارضاً دائماً الوجه نفسه؛ حيث يتميز الجانب القريب بمنطقةٍ بركانيةٍ منخفضةٍ مظلمةٍ، والتي تقع فيما بين مرتفعات القشرة الأرضية القديمة البراقة والفوهات الصدمية الشاهقة. كما يُلاحظ أن القمر الأرضي هو أكثر جسمٍ لامعٍ في السماء ليلاً، وعموماً هو الجسم الأكثر لمعاناً بعد الشمس، وهذا على الرغم من أن سطحه معتم جداً، حيث أن له انعكاساً مماثلاً للفحم. كان بروز القمر في السماء المظلمة ليلاً، ودورته المنتظمة الأطوار (المراحل) قد جعل له على مر العصور القديمة تأثيراً ثقافياً هاماً على كلٍ من اللغة، التقويم القمري، الفنون ، والأساطير القديمة، المتمثلة في آلهة القمر والتي منها عبر الحضارات: “خونسو” في الديانة المصرية القديمة، “تشانغ” في الحضارة الصينية وكذلك “ماما قيلا” في حضارة الإنكا. ومن السمات الكامنة للقمر كذلك، تأثير جاذبيته التي تسفر عن وقوع عمليتي مد وجزر المحيطات وإطالة الدقيقة (نتيجة تسارع المد والجزر) لليوم. مع ملاحظة أن المسافة المدارية الحالية للقمر، والتي تُقَدَرُ بثلاثين مرةٍ قدر قطر الكرة الأرضية، تتسبب في أن يبدو القمر أغلب الوقت بنفس حجمه دون تغيير في السماء كما هو الحال مع الشمس، مما يسمح له (القمر) بأن يغطي الشمس بصورةٍ شبه تامةٍ في ظاهرة الكسوف الكلي للشمس.
ويُعَدُ القمر الجرم السماوي الوحيد الذي هبط عليه البشر بأقدامهم. حيث أنه على الرغم من أن برنامج لونا التابع للاتحاد السوفيتي كان الأول من نوعه لينجح في الوصول إلى سطح القمر بواسطة مركبةٍ فضائيةٍ غير مأهولة برواد الفضاء في عام 1959، إلا أن برنامج أبولو التابع لوكالة ناسا الأمريكية استطاع تحقيق إنجاز السفر بالبعثات البشرية الوحيدة، والتي بدأت بأول بعثةٍ بشريةٍ مداريةٍ حول القمر هي بعثة أبولو 8 في عام 1968، والتي تبعها ستة رحلاتٍ بشريةٍ إلى القمر فيما بين عاميّ 1969 و1972 – والتي كانت الأولى منها هي رحلة أبولو 11 في عام 1969. هذا وقد جلبت تلك الرحلات في طريق عودتها نحو 380 كيلوغراماً من الصخور القمرية، والتي استُخْدِمَت بعد ذلك في تطوير التفهم الجيولوجي المفصل لأصول نشأة القمر (والذي ساد المعتقد أن أصول نشأته وتكوينه ترجع إلى 4.5 مليارات سنة وذلك في إطار فرضية الاصطدام العملاق والتي شملت في إطارها تكون كوكب الأرض)، وكذلك في فهم تكوين البنية الداخلية للقمر، وكذلك جيولوجيا القمر.
إلا أن بعد نجاح مهمة رحلة أبولو 17 في عام 1972، لم تزر القمر سوى مركباتٍ فضائيةٍ غير مأهولةٍ برواد الفضاء، والتي كانت في الأغلب عرباتٍ فضائيةٍ أمريكية تابعة لناسا وسوفيتية تابعةٍ لبرنامج لونوخود. هذا ومنذ عام 2004، أرسلت كلٌ من الولايات المتحدة الأمريكية، اليابان، الصين، الهند، ووكالة الفضاء الأوروبية سفناً فضائيةً لمدار القمر. حيث ساهمت تلك السفن الفضائية جميعها في تأكيد اكتشاف وجود ثلوجٍ مائيةٍ قمريةٍ في الحفر دائمة الظل في مناطق الحدود والأعمدة داخل القشرة السطحية لصخور القمر. هذا وتم التخطيط لبعثاتٍ بشريةٍ مستقبليةٍ إلى القمر، إلا أنه لم يوضع أيٍ منها قيد التنفيذ بعد، حيث أن القمر يظل، وفقاً لبنود معاهدة الفضاء الخارجي، متاحاً بصورةٍ مجانيةٍ لجميع الأمم لاستكشافه للأغراض السلمية.
اقترحت عدة نظريات لتفسير تشكل القمر قبل 4.527 ± 0.010 مليار سنة، إحدى الفرضيات تفرض بأن القمر انشطر من القشرة الأرضية بسبب القوة الطاردة المركزية، خلال فترة امتدت بين 30 و50 مليون سنة من تشكل المجموعة الشمسية، والذي يتطلب دوران ذاتي، كبير للأرض وقد نجحت الجاذبية في وضع القمر المتشكل في مسار حولها والذي سيتطلب بدوره توسع كبير للغلاف الجوي الأرضي لتبديد الطاقة الناتجة عن ابتعاد القمر ومرروه، ليعاد تشكيل القمر والأرض ضمن القرص المزود الأساسي. وهذا لا يستطيع تفسير استنزاف الحديد من القمر. كما لا تستطيع هذه الفرضية تفسير الزخم الزاوي الكبير لنظام الأرض-قمر.
إحدى أكثر الفرضيات قبولاً في الوسط العلمي حالياً لتفسير تشكل مجموعة الأرض-قمر هي فرضية الاصطدام العملاق بحيث تفرض أن جرم بحجم المريخ يسمى ثيا اصطدم بالأرض المتشكلة حديثاً. أما المواد المتصاعدة نتيجة هذا الانفجار قد تراكمت مشكلة القمر. ويعتقد أن الاصطدامات العملاقة كانت أمر شائع في بدايات النظام الشمسي. وقد أظهرت نماذج المحاكاة الحاسوبية بأن هذه الفرضية تتفق مع قياسات الزخم الزاوي بين الأرض والقمر وتفسر صغر نواة القمر. كما تظهر أن معظم مكونات القمر قد جاءت من الاصطدام ولم تتشكل من الأرض البدائية. تظهر الأحجار النيزكية بأن الأجرام الأخرى في النظام الشمسي القريب كالمريخ وفيستا لها تركيب مختلف من نظائر الأكسجين والتنغستين مما هو على الأرض. بينما يظهر مشابه ما بين النظائر على القمر والأرض. مما يدل على أنه بعد الاصطدام قد امتزجت الأبخرة المعدنية المتصاعدة ما بين القمر والأرض البدائيتين أدتا إلى تجانس هذه النظائر فيما بينهما. وقد أدى تحرر الطاقة الهائلة ما بعد الاصطدام ضمن مجال المدار الأرضي إلى انصهار القشرة الخارجية من الأرض مشكلة محيط الصهارة. وكذلك حدث أمر مماثل للقمر بتشكل محيط صهارة قمري.
الخصائص الفيزيائية
يعتبر القمر جرم متباين، إذ يتألف التركيب الجيوكيميائي من نواة ودثار وقشرة متمايزة. ويعتقد أن هذا التركيب قد تطور من جراء التبلور التجزيئي لمحيط صهارة القمر، بعد وقت قصير من تشكل القمر قبل 4.5 مليارات سنة. أدت عملية التبلور إلى تشكل معدن قاتم نتيجة ترسيب مركبات معدنية مثل الأوليفين والبيروكسين بعد أن تبلور ثلاث أرباع محيط الصهارة القمري. كما يمكن أن تتشكل وتطفو طبقة ذات كثافة منخفضة من البلاغيوكلاس في أعلى القشرة القمرية. أما آخر السوائل المتبلورة فسوف تنحصر ما بين القشرة والدثار، مشكلةً مركبات غير متجانسة وعناصر مُنتجة عند درجات حرارة عالية. وهذا يتناسق مع التخطيط الرإداري لقشرة المركبة التي تمت من خلال المركبات المدارية، والتي أظهرت أن معظم تركيب القشرة هو الآنورثوسايت. كما أظهرت العينات المأخوذة من الصخور القمرية ذات المنشأ البركاني الناشئة نتيجة تجمد الصهارة المتدفقة، من أن هذه الصخور غنية بالحديد. وهذا يدل على غنى القمر بالحديد ومن خلال الدراسة يتوقع أنه ذو تركيب حديد أغنى مما هو عليه في الأرض. يقترح الجيولوجيون من أن متوسط سمك القشرة القمرية حوالي 50 كم.
يعتبر القمر ثاني أكثف قمر طبيعي في المجموعة الشمسية بعد قمر المشتري إيو. ومع ذلك نواة القمر صغيرة بتصف قطر تقريبي 350 كم، وهو ما يشكل تقريباً 20% من حجم هذا الجرم. بينما تشكل نواة الأجرام الصخرية حوالي 50% من حجم هذه الأجرام. ولم يتم تحديد تركيبها بشكل دقيق، لكن يعتقد أنها مكونة من خلائظ حديدية تحوي كميات قليلة من الكبريت والنيكل. وقد تبين من خلال تحليل تغيرات وقت دوران القمر من أن جزء على الأقل من هذه النواة على شكل صهارة.
القمر هو جسم متزامن الدوران، فهو يَدور حول محوره مرة واحدة خلال نفس المدة التي يُكمل فيها دورة واحدة حول الأرض. ويَتسبب هذا بأن القمر يُعطي دائماً للأرض نفس الوجه تقريباً. وقد كان القمر يَدور حول نفسه بمعدل أسرع في البداية عند تكونه، لكن دورانه تباطئ وأصبح مقيداً جذبياً كنتيجة لتأثيرات الاحتكاك المترافقة مع تأثير قوة المد والجزر من الأرض. يُسمى وجه القمر الذي يُواجه الأرض دائماً بالجانب القريب، بينما يُسمى وجهه الآخر الجانب البعيد. وكثيراً أيضاً ما يُطلق على الجانب البعيد اسم “الجانب المظلم”، لكن أشعة الشمس تضيؤه في الحقيقة بقدر ما تضيء الجانب القريب، فهو يُصبح بدراً مرة كل يوم قمري عندما يَكون الراصد على الأرض يَرى الجانب القريب محاقاً.
تم قياس طوبوغرافية القمر باستخدام الليدار والتصوير ثلاثي الأبعاد. وأهم التضاريس الطوبوغرافية الموجودة عليه هي حوض أيتكين العملاق الواقع في القطب الجنوبي من جانب القمر البعيد، والذي يَبلغ قطره ما يُقارب 2.240 كيلومتر، وهو بهذا أكبر فوهة على القمر وأكبر فوهة معروفة في النظام الشمسي كله. أما قاعها فهو أخفض أرض على القمر بعمق يَبلغ 13 كيلومتراً. وتوجد أعلى أراضي القمر فقط في الشمال الشرقي، وقد كان يُعتقد أن هذه المنطقة أصبحت أكثر ارتفاعاً بسبب الشكل المنحرف لفوهة اصطدام القطب الجنوبي (أتكين). تملك أحواض اصطدامية أخرى أيضاً مثل بحر الأمطار والصفاء والشدائد وسميث والبحر الشرقي ارتفاعات عالية بالنسبة لمناطقها وحوافاً عالية أيضاً. إن متوسط ارتفاع الجانب القمري البعيد أعلى بحوالي 1.9 كم من الجانب القريب.
يعتبر القمر ذو حجم كبير بالنسبة لكونه تابع للأرض. فالبنسبة للحجم فقطره يساوي ربع قطر الأرض. وبالنسبة للكتلة فهو يساوي 1/81 من كتلة الأرض. ليكون القمر أكبر قمر طبيعي نسبةً لكوكبه في المجموعة الشمسية، على الرغم من أن شارون قمر بلوتو هو الأكبر نسبياً لكنه يعتبر تابع لكوكب قزم.
لا يدور القمر حول مركز ثقل الأرض تماماً ولكنه يدور حول نقطة مركز ثقل النظام ككل وهي تبعد حوالي 1700 كم عن سطح الأرض(حوالي ربع نصف قطر الأرض).
كتلة الشمس
كتلة شمسية وحدة قياس تستعمل في الفيزياء الفلكية وعلم الفلك لقياس بشكل تقاربي كتلة النجوم وغيرها من أجسام الكون كالمجرات. تساوي كتلة شمسية واحدة كتلة الشمس وحوالي 332.950 مرة كتلة الأرض. رمزها التقليدي وقيمتها هي:
M☉ = (1.98847±0.00007)×1030 كـغ
يُطلق مُصطلح «الكُتلة الشمسية» على كُتلة الشمس و بشكل أكثر دقة إنه يساوي
1.989 x 10^30 kg أي ما يُعادل كتلة الأرض بمقدار 33 ألف مرة.يستخدم العلماء مُصطلح «الكُتلة الشمسية» كوحدة أساسية لقياس الكُتل لأن كتلة الأجرام السماوية مثل النجوم والمجرات والثقوب السوداء كبيرة للغاية ومن أجل التعبير عن كُتل تلك الأجرام علينا أن نستخدم وحدات قياس تُعبِّر عن مدى كبر الكتلة المُقاسة فاستخدام وحدة الكيلوجرام سيستلزم أرقامًا عددية كبيرة للغاية،مما يجعل دراستها أو حفظها أو حتى قراءتها صعبًا جدًا.
من مميزات استخدام ذلك المصطلح هو إنشاء علاقة تربط بين الأجرام السماوية وبين كتلة أكبر عنصر في المجموعة الشمسية وهو نجم الشمس فعلى سبيل المثال تبلغ كتلة الثقب الأسود الذي يتمركز في مجرتنا درب التبانة حوالي 7.956 x 10^36 kg. أي ما يعادل كتلة الشمس بحوالي 4 مليون مرة.
إنَّ قياس كتلة الشمس ليس بالأمر الصعب وذلك بفضل العالم الأنجليزي « إسحق نيوتن» فبمجرد معرفة كتلة الشمس يُمكنك معرفة قوة جاذبيتها وبالتالي تستطيع تحديد المسافة المدارية وسرعة أي كوكب يدور في فلكها.فإذا زات كتلة الشمس، يتبعها زيادة في مقدار جاذبتيها وإذا كانت الأرض على نفس مسافتها الحالية من الشمس فإنَّ سرعة دورانها حول الشمس ستزيد أو ربما ستسقط في الشمس.وإذا كانت كتلة الشمس أقل من كتلتها الحالية فستقل جاذبيتها مما يدفع الأرض للدوران حول الشمس بسرعة أبطأ وربما تهرب من جاذبية الشمس ومن النظام الشمسي بأكمله.
فباستخدام قانون نيوتن، يُمكننا حساب كتلة الشمس بمجرد معرفتنا سرعة الأرض المدارية بالإضافة إلى المسافة بينها وبين الشمس و يُمكننا قياس هذين العنصريين الثابتين باستخدام علم الهندسة فالأرض تدور حول الشمس بسرعة 107000 km/h والمسافة بين الأرض والشمس أو كما يُطلق عليها «وحدة فلكية» تساوي 149597870 km وذلك حسب اتحاد الفلكيين الدوليين.
استطاع «اسحاق نيوتن» في أواخر القرن السادس عشرحساب الكتل النسبية للشمس والكواكب وذلك نسبة لكتلة الأرض،كانت حساباته صحيحة إلى حد ما فتوصل إلى أن كتلة الشمس أكبر من كتلة الأرض بحوالي 169282 مرة لكن حديثًا اكتُشِفت القيمة الحقيقة وكانت 331950 مرة،إنَّ سبب هذا الخطأ هو اعتماده على المنظر الشمسي والتحول الظاهري للشمس عند نقاط مدارية مختلفة لكوكب الأرض بالاضافة إلى حدوث بعض الأخطاء الحسابية أثناء نسخ الأرقام لمختلف الطبعات لكتابه «المبادئ».
ويستطيع العلماء الآن حساب المسافات بدقة بين النظام الشمس وأي جُرم سماوي آخر باستخدام الرادار،فبدلًا من استخدام ضوء ذلك الجُرم الصادر منه أو المنعكس منه،يقومون بقياس الوقت اللازم لإشارات الرادار لتتردد بعد اصطدامها بذلك الجُرم،لكن بما أنَّ الشمس نجم وليس له سطح صلب،فإشارات الرادار لن تتردد مرة أخرى ولقياس المسافة بين الأرض والشمس على العلماء أولًا قياس المسافة بين الأرض وأي جسم صلب آخر مثل كوكب الزهرة وباستخدام علم حساب المثلثات يُمكنهم قياس المسافة بين الأرض والشمس.
بعد قياس المسافة بين الأرض والشمس ومعرفة سرعة دوران الأرض حول الأرض مستخدمين معادلات نيوتن وعلم الجبر يُمكنك معرفة كتلة الشمس ومعادلة نيوتن المُستخدمة في هذه الحالة هي
M = (d/G)v^2
وزن الكون والاجرام السماوية
حتى يتمكن العلماء من معرفة وزن جسم ما في الفضاء ؛ فإنهم يحتاجون إلى تحديد ومعرفة الوقت الذي يستغرقه الجسم السماوي ، وخاصةً الكواكب للدوران في مداره ، وأيضًا معرفة المسافة التي تُوجد بين الجسم المراد تحديد وزنه ، وباقي لأجسام السماوية الأخرى ، ومدى هذا البعد .
فلا يُمكن للعلماء أن يضعوا الكواكب ، أو الأجرام السماوية الأخرى على الميزان لمعرفة وزن كل جسم منهم ؛ الأمر الذي أدى إلى تواجد طرق أخرى لدى العلماء لتقدير وزن الأجسام الفضائية ؛ ولهذا تطلب الأمر حساب نسبة صعوبة الكواكب ، أو الأجسام في جذب الأجسام الأخرى إليها ؛ حيث أنه كلما كان الجسم السماوي أثقل ، كلما تمكن من جذب الأجسام القريبة منه ، مثل الأقمار ، أو المركبات الفضائية التي تزور الفضاء ، وهذه القدرة على جذب الأجسام هي ما يُطلق عليها ” قوة سحب الجاذبية ” ، أو ” gravitational pull ” .
ماذا يوجد في الفضاء
الفضاء الخارجي هو نوع من أنواع امتداد الفراغ ، والذي يتواجد خارج الكرة الأرضية ، ويتواجد في المسافات البينية بين الأجسام الفضائية في الكون ، وهذا الفضاء ليس فارغًا كما نرى ، ولكنه يشمل الكثير من جزيئات الهيليوم ، وجزيئات الهيدروجين التي تتسم بكثافتها الصغيرة إلى حد ما ، كما يشمل الفضاء أيضًا الكثير من الإشعاعات الكهرومغناطيسية ، وأيضًا النيوترونات ، والأشعة الكونية المختلفة ، والغبار .
درجة الحرارة الثابتة للفضاء تبلغ 270.45 درجة مئوية ، والفضاء هو الشيء الذي يشغل المساحة الأكبر من الكون بين جميع الأجسام السماوية ، والمجرات .
البلازما التي تتواجد بين المجرات تُمثل حوالي نصف المواد الباريونية الموجودة في الكون ، تُفيد التقديرات بأن حوالي نسبة 90 في المئة من الكتلة الخاصة بأغلب المجرات في الكون تتكون من مادة مُبهمة يُطلق عليها اسم ” المادة المظلمة ” .
جاذبية الكواكب في الفضاء وتحديد أوزانها
يُفيد قانون الجاذبية لإسحق نيوتن أن قوة الجذب الموجودة بين جسمين تتناسب مع مجموع كتلتيهما مقسومة على مربع المسافة الفاصلة بين مركزي الكتلتين .
نصف قطر الأرض من القياسات التي تمكن العلماء من الوصول إليها ؛ لهذا يُمكن تطبيق قانون الجاذبية لحساب كتلة كوكب الأرض من حيث ” قوة الجاذبية ” على وزن جسم ما على سطح الأرض ؛ وذلك من خلال استخدام ” نصف قطر الأرض ” كمسافة .
يجب أيضًا معرفة ثابت التناسب في قانون الجاذبية ” G ” ، وفي القرن الثامن عشر قد حدد ” هنري كافنديش ” قيمة هذا الثابت وقدره بقيمة 6.67 × 10-11 نيوتن بين جسمين يبلغ وزن كل منهما 1 كيلو جرام ، وتكون المسافة بينهما 1 متر ، وذلك خلال تجربته الشهيرة التي تُعرف باسم ” وزن الأرض ” عن طريق قياس القوة الأفقية الموجودة بين المجالات المعدنية بشكل دقيق .
حساب وزن الأجرام بالكتلة
وزن الأجسام يعتمد في الأساس على الكتلة الخاصة به ، وما يمتلكه من قوة جاذبيته ، وقوة الجاذبية تستند إلى مدى بعد الجسمين عن بعضهما البعض ؛ الأمر الذي يُفسر اختلاف وزن الجسم من كوكب لكوكب آخر ، في بعض الأوقات يكون الأسهل أن يتم مقارنة الكواكب بواسطة قياسات غير معقدة ؛ الأمر الذي يدفع العلماء لقياس كتلة الجسم ، ومقدار المادة الموجودة به ، كما أن مقدار الكتلة يكون ثابت مع اختلاف الموقع ، والجاذبية
حساب كتلة الشمس
يُمكن للعلماء حساب كتلة الشمس من خلال استخدام قانون الجاذبية بمعرفة كتلة الأرض ، ونصف قطرها ، وتحديد المسافة الموجودة بين الأرض ، والشمس .
الجاذبية بين الأرض ، والشمس يُمكن حسابها من خلال ضرب ثابت G في كتلة الشمس ، في كتلة الأرض ، ثم قسمة الناتج على مقدار مُربع المسافة بين الأرض ، والشمس .
يجب أن يكون مقدار الجذب متساويًا مع القوة المركزية التي تعمل على الحفاظ على بقاء الأرض في مدارها شبه الدائري حول الشمس .
تُمثل القوة المركزية كتلة الأرض مضروبة في تربيع قيمة السرعة ، ثم يتم قسمتها على مقدار بعدها عن الشمس .
وعن طريق حساب المسافة من الأرض إلى الشمس ؛ فإننا نتمكن من حساب سرعة دوران الكرة الأرضية حول الشمس ، ومن ثم نتمكن من حساب كتلة الشمس .
وما إن يتم الحصول على قيمة كتلة الشمس ؛ فإنه يُمكننا تحديد كتلة كل كوكب على حدة ؛ وذلك عن طريق تحديد نصف قطر مدار كل كوكب ، وأيضًا تحديد الفترة الفلكية ، ثم يتم حساب القوة المركزية ، ثم مساواة كل من القوة المركزية ، والقوة التي يحتملها قانون الجاذبية ببعضهما البعض عن طريق استخدام كتلة الشمس .
يُفيد قانون الجاذبية لنيوتن بأن جميع الأجزاء من المادة في الكون تجذب بعضها البعض من خلال قوة الجاذبية المناسبة لكتلتها .
هذا القانون بالنسبة لجميع الأشياء الموجودة في حياتنا اليومية بمختلف أحجامها لها قوة صغيرة للغاية ؛ حيث لا يُمكن ملاحظتها ، بينما الأجسام التي نكون بحجم الكواكب ، والنجوم في الكون فيتناسب معها هذا القانون .
يُمكننا أيضًا استخدام الجاذبية لمعرفة كتلة كوكب ما ، وهذه الطريقة تُعرف باسم ” قياس قوة الشد ” ، وتتمثل طريقة قياس قوة الشد على كائن آخر في تحديد الوقت المستغرق لدوران القمر ” الطبيعي ، أو الصناعي ” حول الكوكب الخاص به ؛ وبناءً على هذا نتمكن من تطبيق قوانين نيوتن لنحصل على كتلة الكوكب .
