4.5: مراحل وحركات القمر

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197543

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

اشرح سبب المراحل القمرية
افهم كيف يدور القمر ويدور حول الأرض

بعد الشمس، يعد القمر أكثر الأشياء سطوعًا ووضوحًا في السماء. على عكس الشمس، فهي لا تشرق بقوتها الخاصة، ولكنها تضيء فقط بأشعة الشمس المنعكسة. إذا كنت ستتابع تقدمه في السماء لمدة شهر، فستلاحظ دورة من المراحل (مظاهر مختلفة)، حيث يبدأ القمر في الظلام ويزداد إضاءة ضوء الشمس على مدار أسبوعين تقريبًا. بعد أن يصبح قرص القمر ساطعًا تمامًا، يبدأ في التلاشي، ويعود إلى الظلام بعد حوالي أسبوعين.

لقد سحرت هذه التغييرات وأحبطت العديد من الثقافات المبكرة، التي جاءت بقصص وأساطير رائعة لشرح دورة القمر. حتى في العالم الحديث، لا يفهم الكثير من الناس أسباب المراحل، معتقدين أنها مرتبطة بطريقة أو بأخرى بظل الأرض. دعونا نرى كيف يمكن تفسير المراحل بحركة القمر بالنسبة لمصدر الضوء الساطع في النظام الشمسي، الشمس.

مراحل القمر

على الرغم من أننا نعلم أن الشمس تتحرك 1/12 من مسارها حول السماء كل شهر، لأغراض شرح المراحل، يمكننا أن نفترض أن ضوء الشمس يأتي من نفس الاتجاه تقريبًا خلال دورة قمرية مدتها أربعة أسابيع. القمر، من ناحية أخرى، يتحرك بالكامل حول الأرض في ذلك الوقت. عندما نشاهد القمر من وجهة نظرنا على الأرض، يعتمد مقدار وجهه الذي نراه مضاءًا بضوء الشمس على الزاوية التي تصنعها الشمس مع القمر.

إليك تجربة بسيطة لتوضيح ما نعنيه: قف حوالي 6 أقدام أمام ضوء كهربائي ساطع في غرفة مظلمة تمامًا (أو في الهواء الطلق ليلاً) وأمسك بيدك كائنًا مستديرًا صغيرًا مثل كرة التنس أو البرتقال. يمكن أن يمثل رأسك بعد ذلك الأرض، ويمثل الضوء الشمس، والكرة القمر. حرك الكرة حول رأسك (تأكد من عدم التسبب في حدوث كسوف عن طريق حجب الضوء برأسك). سترى مراحل مثل مراحل القمر على الكرة. (هناك طريقة جيدة أخرى للتعرف على مراحل وحركات القمر وهي متابعة القمر الصناعي في السماء لمدة شهر أو شهرين، وتسجيل شكله واتجاهه من الشمس، ومتى يرتفع ويغيب.)

دعونا نفحص دورة مراحل القمر باستخدام الشكل الذي يصور سلوك القمر طوال الشهر. تكمن الحيلة في هذا الشكل في أنه يجب أن تتخيل نفسك تقف على الأرض وتواجه القمر في كل مرحلة من مراحلها. لذلك، بالنسبة للموضع المسمى «جديد»، فأنت على الجانب الأيمن من الأرض وهو منتصف النهار؛ أما بالنسبة للموضع «ممتلئ»، فأنت على الجانب الأيسر من الأرض في منتصف الليل. لاحظ أنه في كل موضع على الشكل\(\PageIndex{1}\)، يكون القمر نصف مضيئًا ونصفه داكنًا (كما ينبغي أن تكون الكرة في ضوء الشمس). يتعلق الاختلاف في كل موقع بأي جزء من القمر يواجه الأرض.

بديل — الشكل:\(\PageIndex{1}\) مراحل القمر. يتغير مظهر القمر على مدار دورة شهرية كاملة. تُظهر صور القمر على الدائرة البيضاء المنظور من الفضاء، مع غروب الشمس إلى اليمين في وضع ثابت. تُظهر الصور الخارجية كيف يظهر القمر لك في السماء من كل نقطة في المدار. تخيل نفسك تقف على الأرض وتواجه القمر في كل مرحلة. في الموضع «جديد»، على سبيل المثال، تواجه القمر من الجانب الأيمن من الأرض في منتصف اليوم. (لاحظ أن مسافة القمر من الأرض لا يمكن قياسها في هذا الرسم التخطيطي: القمر يبعد حوالي 30 قطرًا من الأرض عنا.) (الائتمان: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا)

يُقال أن القمر جديد عندما يكون في نفس الاتجاه العام في السماء مثل الشمس (الموضع A). هنا، يتم تحويل جانبها المضيء (المشرق) بعيدًا عنا ويتجه جانبها المظلم نحونا. قد تقول أن الشمس تشرق على الجانب «الخطأ» من القمر من وجهة نظرنا. في هذه المرحلة يكون القمر غير مرئي بالنسبة لنا؛ وسطحه الصخري المظلم لا يعطي أي ضوء خاص به. نظرًا لأن القمر الجديد يقع في نفس الجزء من السماء مثل الشمس، فإنه يرتفع عند شروق الشمس ويغيب عند غروب الشمس.

لكن القمر لا يبقى في هذه المرحلة طويلاً لأنه يتحرك شرقًا كل يوم في مساره الشهري من حولنا. نظرًا لأن الأمر يستغرق حوالي 30 يومًا للدوران حول الأرض وهناك 360 درجة في الدائرة، سيتحرك القمر حوالي 12 درجة في السماء كل يوم (أو حوالي 24 ضعف قطره). بعد يوم أو يومين من المرحلة الجديدة، يظهر الهلال الرقيق لأول مرة، عندما نبدأ في رؤية جزء صغير من نصف الكرة المضيء للقمر. لقد انتقلت إلى وضع تعكس فيه الآن القليل من ضوء الشمس نحونا على طول جانب واحد. يزداد حجم الهلال الساطع في الأيام المتتالية حيث يتحرك القمر أبعد وأبعد حول السماء بعيدًا عن اتجاه الشمس (الموضع B). نظرًا لأن القمر يتحرك شرقًا بعيدًا عن الشمس، فإنه يرتفع لاحقًا ولاحقًا كل يوم (مثل الطالب خلال العطلة الصيفية).

بعد حوالي أسبوع، يقع القمر على بعد ربع الطريق حول مداره (الموقع C) ولذا نقول إنه في مرحلة الربع الأول. يمكن رؤية نصف الجانب المضيء للقمر لمراقبي الأرض. بسبب حركته شرقًا، يتأخر القمر الآن حوالي ربع اليوم عن الشمس، حيث يرتفع حوالي الظهر ويغيب حوالي منتصف الليل.

خلال الأسبوع الذي يلي مرحلة الربع الأول، نرى المزيد والمزيد من نصف الكرة الأرضية المضيء للقمر (الموضع D)، وهي مرحلة تسمى إزالة الشعر بالشمع (أو النمو) (من الجيبوس اللاتيني، بمعنى الحدبة). في النهاية، يصل القمر إلى الموضع E في الشكل الخاص بنا، حيث يلتقي مع الشمس في السماء. يتجه جانب القمر نحو الشمس أيضًا نحو الأرض، ولدينا المرحلة الكاملة.

عندما يكون القمر ممتلئًا، يكون مقابل الشمس في السماء. يقوم القمر بعكس ما تفعله الشمس، حيث يرتفع عند غروب الشمس ويغيب عند شروق الشمس. لاحظ ما يعنيه ذلك عمليًا: القمر المضيء تمامًا (وبالتالي الملحوظ جدًا) يرتفع بمجرد حلول الظلام، ويبقى في السماء طوال الليل، ويغيب مع رؤية أشعة الشمس الأولى عند الفجر. تساعد إضاءتها طوال الليل العشاق في نزهة رومانسية والطلاب على العودة إلى مساكنهم بعد ليلة طويلة في المكتبة أو حفلة خارج الحرم الجامعي.

ومتى يكون القمر الكامل هو الأعلى في السماء والأكثر وضوحًا؟ في منتصف الليل، أصبح الوقت مشهورًا في أجيال من روايات وأفلام الرعب. (لاحظ كيف يوازي سلوك مصاص دماء مثل دراكولا سلوك البدر: يرتفع دراكولا عند غروب الشمس، ويضر بأسوأ صوره في منتصف الليل، ويجب أن يعود إلى نعشه عند شروق الشمس. كانت الأساطير القديمة وسيلة لتجسيد سلوك القمر، والذي كان جزءًا أكثر إثارة من حياة الناس في الأيام التي سبقت الأضواء الكهربائية والتلفزيون.)

يقول الفولكلور أن المزيد من السلوك المجنون يُرى خلال وقت اكتمال القمر (حتى أن القمر يطلق اسمًا على السلوك المجنون - «الجنون»). ولكن في الواقع، لا تكشف الاختبارات الإحصائية لهذه «الفرضية» التي تشمل آلاف السجلات من غرف الطوارئ في المستشفيات وملفات الشرطة عن أي ارتباط للسلوك البشري بمراحل القمر. على سبيل المثال، تحدث جرائم القتل بنفس المعدل أثناء القمر الجديد أو الهلال كما هو الحال أثناء اكتمال القمر. يعتقد معظم الباحثين أن القصة الحقيقية ليست أن المزيد من السلوك المجنون يحدث في الليالي مع اكتمال القمر، بل بالأحرى أننا أكثر عرضة لملاحظة أو تذكر مثل هذا السلوك بمساعدة ضوء سماوي ساطع يستمر طوال الليل.

خلال الأسبوعين التاليين للقمر الكامل، يمر القمر بنفس المراحل مرة أخرى بترتيب عكسي (النقاط F و G و H في الشكل\(\PageIndex{1}\))، ويعود إلى المرحلة الجديدة بعد حوالي 29.5 يومًا. بعد حوالي أسبوع من اكتمال القمر، على سبيل المثال، يكون القمر في الربع الثالث، مما يعني أنه يقع على بعد ثلاثة أرباع الطريق (لا يعني ذلك أنه مضاء بثلاثة أرباع - في الواقع، نصف الجانب المرئي من القمر مظلم مرة أخرى). في هذه المرحلة، يرتفع القمر الآن حوالي منتصف الليل ويغيب حوالي الظهر.

لاحظ أن هناك شيئًا واحدًا مضللاً تمامًا حول الشكل\(\PageIndex{1}\). إذا نظرت إلى القمر في الموضع E، على الرغم من أنه ممتلئ نظريًا، يبدو كما لو أن إضاءته ستحجب في الواقع بسبب الأرض الكبيرة السمينة، وبالتالي لن نرى أي شيء على القمر باستثناء ظل الأرض. في الواقع، ليس القمر قريبًا جدًا من الأرض (كما أن مساره ليس مطابقًا جدًا للشمس في السماء) حيث قد يقودك هذا الرسم التخطيطي (والرسوم البيانية في معظم الكتب المدرسية) إلى الاعتقاد.

يقع القمر في الواقع على بعد 30 قطرًا من الأرض عنا؛ العلم والكون: جولة مختصرة تحتوي على رسم تخطيطي يوضح الجسمين المطلوب قياسهما. وبما أن مدار القمر يميل بالنسبة لمسار الشمس في السماء، فإن ظل الأرض يفتقد القمر في معظم الأشهر. لهذا السبب نتلقى العلاج بانتظام حتى اكتمال القمر. تسمى الأوقات التي يسقط فيها ظل الأرض على القمر بخسوف القمر وتتم مناقشتها في كسوف الشمس والقمر.

علم الفلك وأيام الأسبوع

يبدو الأسبوع مستقلاً عن الحركات السماوية، على الرغم من أن طوله قد يعتمد على الوقت بين مراحل ربع القمر. في الثقافة الغربية، تمت تسمية الأيام السبعة من الأسبوع باسم «المتجولين» السبعة الذين شاهدهم القدماء في السماء: الشمس والقمر والكواكب الخمسة المرئية للعين المجردة (عطارد والزهرة والمريخ والمشتري وزحل).

في اللغة الإنجليزية، يمكننا التعرف بسهولة على أسماء يوم الأحد (الأحد) ويوم القمر (الاثنين) ويوم السبت (السبت)، ولكن تمت تسمية الأيام الأخرى على اسم المعادلات الإسكندنافية للآلهة الرومانية التي أعطت أسمائها للكواكب. في اللغات الأكثر ارتباطًا باللاتينية، تكون المراسلات أكثر وضوحًا. يوم الأربعاء، يوم ميركوري، على سبيل المثال، هو ميركوليدي باللغة الإيطالية، والمركريدي باللغة الفرنسية، والميركوليس باللغة الإسبانية. يعطي المريخ اسمه إلى الثلاثاء (المريخ باللغة الإسبانية)، المشتري أو جوف إلى الخميس (جيوفيدي باللغة الإيطالية)، والزهرة إلى الجمعة (فيندريدي باللغة الفرنسية).

لا يوجد سبب يجعل الأسبوع يحتوي على سبعة أيام بدلاً من خمسة أو ثمانية. من المثير للاهتمام التكهن بأننا لو كنا نعيش في نظام كوكبي حيث يمكن رؤية المزيد من الكواكب بدون تلسكوب، لكان فريق البيتلز على حق وربما كان لدينا «ثمانية أيام في الأسبوع».

شاهد هذه الرسوم المتحركة لمشاهدة أطوار القمر وهو يدور حول الأرض بينما تدور الأرض حول الشمس.

ثورة القمر ودورانه

الفترة الفلكية للقمر - أي فترة ثورته حول الأرض المقاسة بالنسبة للنجوم - تزيد قليلاً عن 27 يومًا: الشهر الفلكي هو 27.3217 يومًا على وجه الدقة. الفاصل الزمني الذي تتكرر فيه المراحل - على سبيل المثال، من الكامل إلى الكامل - هو الشهر الشمسي، 29.5306 يومًا. ينتج الاختلاف عن حركة الأرض حول الشمس. يجب أن يقوم القمر بأكثر من دورة كاملة حول الأرض المتحركة للعودة إلى نفس المرحلة فيما يتعلق بالشمس. كما رأينا، يغير القمر موقعه على الكرة السماوية بسرعة كبيرة: حتى خلال أمسية واحدة، يزحف القمر بشكل واضح نحو الشرق بين النجوم، ويسافر بعرضه الخاص في أقل من ساعة واحدة. يبلغ متوسط التأخير في طلوع القمر من يوم إلى آخر بسبب هذه الحركة شرقًا حوالي 50 دقيقة.

يدور القمر حول محوره في نفس الوقت الذي يستغرقه الدوران حول الأرض. ونتيجة لذلك، يحافظ القمر دائمًا على نفس الوجه الموجه نحو الأرض (الشكل\(\PageIndex{2}\)). يمكنك محاكاة ذلك بنفسك من خلال «الدوران» حول زميلك في الغرفة أو متطوع آخر. ابدأ بمواجهة زميلك في الغرفة. إذا قمت بإجراء دوران واحد (دوران) بكتفيك في نفس الوقت الذي تدور فيه حوله أو حولها، فستستمر في مواجهة زميلك في الغرفة خلال «المدار» بأكمله. كما سنرى في الفصول القادمة، فإن قمرنا ليس العالم الوحيد الذي يُظهر هذا السلوك، والذي يسميه العلماء الدوران المتزامن.

تعود الاختلافات في مظهر القمر من ليلة إلى أخرى إلى تغيير إضاءة الشمس وليس إلى دورانها. تسمع أحيانًا الجانب الخلفي من القمر (الجانب الذي لا نراه أبدًا) يسمى «الجانب المظلم». هذا سوء فهم للوضع الحقيقي: أي جانب هو الضوء وأي جانب يتغير الظلام مع تحرك القمر حول الأرض. لا يكون الجانب الخلفي داكنًا أكثر من الجانب الأمامي. منذ أن يدور القمر، تشرق الشمس وتغرب على جميع جوانب القمر. مع الاعتذار لبينك فلويد، ببساطة لا يوجد «جانب مظلم للقمر» عادي.

المفاهيم الأساسية والملخص

تنتج الدورة الشهرية لمراحل القمر من الزاوية المتغيرة لإضاءة الشمس. لا يمكن رؤية البدر في السماء إلا أثناء الليل؛ ويمكن رؤية مراحل أخرى خلال النهار أيضًا. نظرًا لأن فترة ثورته هي نفس فترة دورانه، يحتفظ القمر دائمًا بنفس الوجه تجاه الأرض.

مسرد المصطلحات

مراحل القمر: المظهر المختلف للضوء والظلام على القمر كما يُرى من الأرض خلال دورته الشهرية، من القمر الجديد إلى القمر الكامل والعودة إلى القمر الجديد

الشهر الفلكي: تم قياس فترة ثورة القمر حول الأرض فيما يتعلق بالنجوم

الشهر الشمسي: الفاصل الزمني الذي تتكرر فيه المراحل - على سبيل المثال، من المرحلة الكاملة إلى المرحلة الكاملة

دوران متزامن: عندما يدور الجسم (على سبيل المثال، القمر) بنفس المعدل الذي يدور فيه حول جسم آخر