7.1: نظرة عامة على نظامنا الكوكبي

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197312

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

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

وصف كيفية تحديد الأجسام في مجموعتنا الشمسية واستكشافها وتمييزها
وصف أنواع الأجسام الصغيرة في نظامنا الشمسي ومواقعها وكيفية تكوينها
قم بنمذجة النظام الشمسي بمسافات من الحياة اليومية لفهم المسافات في الفضاء بشكل أفضل

يتكون النظام الشمسي ¹ من الشمس والعديد من الأجسام الصغيرة: الكواكب وأقمارها وحلقاتها، و «الحطام» مثل الكويكبات والمذنبات والغبار. كشفت عقود من المراقبة واستكشاف المركبات الفضائية أن معظم هذه الأجسام تشكلت مع الشمس منذ حوالي 4.5 مليار سنة. إنها تمثل كتلًا من المواد التي تتكثف من سحابة هائلة من الغاز والغبار. أصبح الجزء المركزي من هذه السحابة هو الشمس، وفي النهاية شكل جزء صغير من المادة الموجودة في الأجزاء الخارجية الأجسام الأخرى.

خلال الخمسين عامًا الماضية، تعلمنا المزيد عن النظام الشمسي أكثر مما تخيله أي شخص قبل عصر الفضاء. بالإضافة إلى جمع المعلومات باستخدام التلسكوبات الجديدة القوية، أرسلنا مركبات فضائية مباشرة إلى العديد من أعضاء النظام الكوكبي. (علم الفلك الكوكبي هو الفرع الوحيد من علمنا الذي يمكننا من خلاله، على الأقل بشكل غير مباشر، السفر إلى الأشياء التي نريد دراستها.) وباستخدام أسماء مثيرة للاهتمام مثل فوياجر وبايونير وكوريوسيتي وباثفايندر، قام مستكشفو الروبوتات لدينا بالطيران عبر كل كوكب أو مداره أو هبوطه فيه، حيث أعادوا الصور والبيانات التي أبهرت علماء الفلك والجمهور على حد سواء. في هذه العملية، قمنا أيضًا بالتحقيق في كوكبين قزمين، ومئات الأقمار الرائعة، وأربعة أنظمة حلقية، وعشرات الكويكبات، والعديد من المذنبات (أعضاء أصغر في نظامنا الشمسي سنناقشها لاحقًا).

اخترقت مساراتنا الغلاف الجوي لكوكب المشتري وهبطت على أسطح كوكب الزهرة والمريخ وقمرنا وقمر زحل تيتان والكويكبات إيروس وإيتوكاوا والمذنب Churyumov-Gerasimenko (يشار إليه عادةً باسم 67P). وطأت أقدام البشر القمر وأعادوا عينات من تربته السطحية للتحليل المختبري (الشكل\(\PageIndex{1}\)). لقد اكتشفنا أيضًا أماكن أخرى في نظامنا الشمسي قد تكون قادرة على دعم نوع من الحياة.

بديل — شخصيات\(\PageIndex{1}\) رواد الفضاء على سطح القمر. يُرى المسبار القمري والمسبار السطحي من مهمة أبولو 15 في هذا المنظر لمكان واحد خارج الأرض تم استكشافه مباشرة من قبل البشر.

شاهد هذا المعرض لصور وكالة ناسا التي تتبع تاريخ مهمة أبولو.

قائمة جرد

تعد الشمس، وهي نجمة أكثر سطوعًا من حوالي 80٪ من نجوم المجرة، إلى حد بعيد أكبر عضو في النظام الشمسي، كما هو موضح في الجدول\(\PageIndex{1}\). إنها كرة ضخمة يبلغ قطرها حوالي 1.4 مليون كيلومتر، مع طبقات سطحية من الغاز المتوهج ودرجة حرارة داخلية تبلغ ملايين الدرجات. ستتم مناقشة الشمس في فصول لاحقة باعتبارها مثالنا الأول والأفضل دراسة للنجم.

جدول\(\PageIndex{1}\) كتلة أعضاء النظام الشمسي
الكائن	النسبة المئوية للكتلة الكلية للنظام الشمسي
شمس	99.80
المشتري	0.10
المذنبات	0.0005 — 0.03 (تقدير)
جميع الكواكب الأخرى والكواكب القزمة	0.04
أقمار وخواتم	0.00005
الكويكبات	0.000002 (تقدير)
غبار كوني	0.0000001 (تقدير)

يوضح الجدول\(\PageIndex{1}\) أيضًا أن معظم مواد الكواكب تتركز فعليًا في أكبر الكواكب، كوكب المشتري، وهو أكثر ضخامة من بقية الكواكب مجتمعة. تمكن علماء الفلك من تحديد كتل الكواكب منذ قرون باستخدام قوانين كيبلر لحركة الكواكب وقانون نيوتن للجاذبية لقياس تأثيرات جاذبية الكواكب على بعضها البعض أو على الأقمار التي تدور حولها (انظر المدارات والجاذبية). اليوم، نقوم بعمل قياسات أكثر دقة لكتلتها من خلال تتبع تأثيرات الجاذبية على حركة المركبات الفضائية التي تمر بالقرب منها.

بجانب الأرض، عرف القدماء خمسة كواكب أخرى - عطارد والزهرة والمريخ والمشتري وزحل - وتم اكتشاف اثنين بعد اختراع التلسكوب: أورانوس ونبتون. تدور جميع الكواكب الثمانية في نفس الاتجاه حول الشمس. تدور حول نفس الطائرة تقريبًا، مثل السيارات التي تسير على مسارات متحدة المركز في مضمار سباق عملاق مسطح. يبقى كل كوكب في «ممر المرور» الخاص به، ويتبع مدارًا دائريًا تقريبًا حول الشمس ويمتثل لقوانين «المرور» التي اكتشفها غاليليو وكيبلر ونيوتن. إلى جانب هذه الكواكب، اكتشفنا أيضًا عوالم أصغر خارج نبتون تسمى الأجسام العابرة للنبتون أو TNOs (انظر الشكل\(\PageIndex{2}\)). أول ما تم العثور عليه، في عام 1930، كان بلوتو، ولكن تم اكتشاف البعض الآخر خلال القرن الحادي والعشرين. أحدهما، إيريس، له نفس حجم بلوتو تقريبًا وله قمر واحد على الأقل (لدى بلوتو خمسة أقمار معروفة). يتم تصنيف أكبر TNOs أيضًا على أنها كواكب قزمة، وكذلك أكبر كويكب، Ceres. (ستتم مناقشة الكواكب القزمة بمزيد من التفصيل في الفصل الخاص بالحلقات والأقمار وبلوتو). حتى الآن، تم اكتشاف أكثر من 1750 من هذه TNOs.

يدور (يدور) كل من الكواكب والكواكب القزمة أيضًا حول محور يمر عبره، وفي معظم الحالات يكون اتجاه الدوران هو نفس اتجاه الثورة حول الشمس. الاستثناءات هي كوكب الزهرة، الذي يدور للخلف ببطء شديد (أي في اتجاه رجعي)، وأورانوس وبلوتو، اللذان لهما أيضًا دوران غريب، يدور كل منهما حول محور يميل تقريبًا على جانبه. لا نعرف حتى الآن اتجاهات الدوران لـ Eris و Haumea و Makemake.

تسمى الكواكب الأربعة الأقرب إلى الشمس (عطارد عبر المريخ) بالكواكب الداخلية أو الأرضية. في كثير من الأحيان، تتم مناقشة القمر أيضًا كجزء من هذه المجموعة، ليصل إجمالي الأجسام الأرضية إلى خمسة. (نسمي عمومًا قمر الأرض «القمر»، برأس مال M، والأقمار الصناعية الأخرى «الأقمار» بأحرف صغيرة من m.) الكواكب الأرضية عبارة عن عوالم صغيرة نسبيًا، تتكون أساسًا من الصخور والمعادن. تحتوي جميعها على أسطح صلبة تحمل سجلات تاريخها الجيولوجي في أشكال الحفر والجبال والبراكين (الشكل\(\PageIndex{3}\)).

الكواكب الأربعة التالية (من المشتري إلى نبتون) أكبر بكثير وتتكون أساسًا من الجليد والسوائل والغازات الخفيفة. نطلق على هذه الكواكب الأربعة اسم الكواكب الجوفانية (نسبة إلى «جوف»، وهو اسم آخر لكوكب المشتري في الأساطير) أو الكواكب العملاقة - وهو الاسم الذي تستحقه كثيرًا (الشكل\(\PageIndex{4}\)). يمكن وضع أكثر من 1400 كوكب أرضي داخل كوكب المشتري، على سبيل المثال. لا تحتوي هذه الكواكب على أسطح صلبة قد يهبط عليها المستكشفون المستقبليون. إنها أشبه بالمحيطات الكروية الشاسعة ذات النوى الأصغر والكثيفة.

يقع بلوتو بالقرب من الحافة الخارجية للنظام، وهو أول عالم جليدي بعيد يتم اكتشافه خارج كوكب نبتون (تمت زيارة بلوتو بواسطة مركبة فضائية، وهي بعثة ناسا نيو هورايزونز، في عام 2015 [انظر الشكل\(\PageIndex{5}\)]). \(\PageIndex{2}\)يلخص الجدول بعض الحقائق الرئيسية حول الكواكب.

الجدول\(\PageIndex{2}\): الكواكب
اسم	المسافة من الشمس (AU) ²	فترة الثورة (y)	القطر (كم)	الكتلة (10 ^{- 23} كجم)	الكثافة (جم/سم ^³³)
زئبق	0.39	0.24	4,878	3.3	5.4
كوكب الزهرة	0.72	0.62	12,120	48.7	5.2
كوكب الأرض	1.00	1.00	12,756	59.8	5.5
المريخ	1.52	1.88	6,787	6.4	3.9
المشتري	5.20	11.86	142,984	18,991	1.3
زحل	9.54	29.46	120,536	5686	0.7
أورانوس	19.18	84.07	51,118	866	1.3
نبتون	30.06	164.82	49,660	1030	1.6

مثال\(\PageIndex{1}\): مقارنة الكثافات

دعونا نقارن كثافات العديد من أعضاء النظام الشمسي. كثافة الجسم تساوي كتلته مقسومًا على حجمه. يتم حساب حجم (V) للكرة (مثل الكوكب) باستخدام المعادلة

\[V=\dfrac{4}{3} \pi R^3 \nonumber\]

حيث تبلغ قيمة\(\pi\) (الحرف اليوناني pi) حوالي 3.14. على الرغم من أن الكواكب ليست كرات مثالية، فإن هذه المعادلة تعمل بشكل جيد بما فيه الكفاية. يتم إعطاء كتل وأقطار الكواكب في الجدول\(\PageIndex{2}\). للحصول على بيانات عن أقمار مختارة، انظر الملحق G. دعونا نستخدم قمر زحل Mimas كمثال لنا، بكتلة 4 × 1019 كجم وقطر حوالي 400 كم (نصف القطر، 200 كم = 2 × 105 متر).

الحل

حجم ميماس هو

\[ \frac{4}{3} \times 3.14 \times \left( 2×10^5 \text{ m} \right)^3=3.3 \times 10^{16} \text{ m}^3 \nonumber\]

الكثافة هي الكتلة مقسومًا على الحجم:

\[ \frac{4 \times 10^{19} \text{ kg}}{3.3 \times 10^{16} \text{ m}^3} =1.2 \times 10^3 \text{ kg/m}^3. \nonumber\]

لاحظ أن كثافة الماء في هذه الوحدات تبلغ 1000 كجم/م ³، لذلك يجب أن تكون الميماس مصنوعة أساسًا من الثلج وليس الصخور. (لاحظ أن كثافة الميما الواردة في الملحق G هي 1.2، لكن الوحدات المستخدمة هناك مختلفة. في هذا الجدول، نعطي الكثافة بوحدات غرام/سم ³، حيث تساوي كثافة الماء 1. هل يمكنك أن توضح، من خلال تحويل الوحدات، أن 1 جم/سم ³ هو نفس 1000 كجم/م ³؟)

التمارين\(\PageIndex{1}\)

احسب متوسط كثافة كوكبنا، الأرض. اعرض عملك. كيف يمكن مقارنتها بكثافة القمر الجليدي مثل Mimas؟ راجع\(\PageIndex{2}\) جدول البيانات.

إجابة

بالنسبة إلى المجال،

\[ \text{density } = \frac{ \text{mass}}{ \left( \frac{4}{3} \pi R^3 \right)} \text{ kg/m}^3. \nonumber\]

بالنسبة للأرض، إذن،

\[ \text{density } = \frac{6 \times 10^{24} \text{ kg}}{4.2 \times 2.6 \times 10^{20} \text{ m}^3} = 5.5 \times 10^3 \text{ kg/m}^3. \nonumber\]

هذه الكثافة أكبر بأربع إلى خمس مرات من Mimas. في الواقع، الأرض هي الأكثر كثافة بين الكواكب.

تعرف على المزيد حول مهمة وكالة ناسا إلى بلوتو وشاهد صورًا عالية الدقة لقمر بلوتو Charon.

الأعضاء الأصغر في النظام الشمسي

يرافق معظم الكواكب قمر واحد أو أكثر؛ فقط عطارد والزهرة يتحركان عبر الفضاء بمفردهما. هناك أكثر من 180 قمرًا معروفًا تدور حول الكواكب والكواكب القزمة (انظر الملحق G للحصول على قائمة بالكواكب الأكبر)، ولا شك أن العديد من الأقمار الصغيرة الأخرى لا تزال غير مكتشفة. أكبر الأقمار بحجم الكواكب الصغيرة ومثيرة للاهتمام بنفس القدر. بالإضافة إلى قمرنا، فإنها تشمل أكبر أربعة أقمار لكوكب المشتري (تسمى أقمار غاليليو، نسبة إلى مكتشفها) وأكبر أقمار زحل ونبتون (سميت بشكل مربك تيتان وتريتون).

يحتوي كل كوكب من الكواكب العملاقة أيضًا على حلقات تتكون من عدد لا يحصى من الأجسام الصغيرة التي تتراوح أحجامها من الجبال إلى مجرد حبيبات الغبار، وكلها في مدار حول خط استواء الكوكب. حلقات زحل المشرقة هي، إلى حد بعيد، أسهل ما يمكن رؤيته. إنها من بين أجمل المعالم السياحية في النظام الشمسي (الشكل\(\PageIndex{6}\)). لكن جميع أنظمة الحلقات الأربعة مثيرة للاهتمام للعلماء بسبب أشكالها المعقدة، التي تتأثر بسحب الأقمار التي تدور أيضًا حول هذه الكواكب العملاقة.

يحتوي النظام الشمسي على العديد من الأعضاء الآخرين الأقل وضوحًا. مجموعة أخرى هي الكويكبات والأجسام الصخرية التي تدور حول الشمس مثل الكواكب المصغرة، ومعظمها في الفضاء بين المريخ والمشتري (على الرغم من أن بعضها يعبر مدارات كواكب مثل الأرض - انظر الشكل\(\PageIndex{7}\)). معظم الكويكبات هي بقايا المجموعة الأولى من النظام الشمسي التي كانت موجودة قبل تشكل الكواكب نفسها. من المحتمل جدًا أن تكون بعض أصغر أقمار الكواكب، مثل أقمار المريخ، عبارة عن كويكبات ملتقطة.

فئة أخرى من الأجسام الصغيرة تتكون في الغالب من الجليد، وهي مصنوعة من الغازات المجمدة مثل الماء وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون؛ تسمى هذه الأجسام المذنبات (انظر الشكل\(\PageIndex{8}\)). تعتبر المذنبات أيضًا من بقايا تكوين النظام الشمسي، لكنها تشكلت واستمرت (مع استثناءات نادرة) في الدوران حول الشمس في مناطق بعيدة وأكثر برودة - مخزنة في نوع من التجمد الكوني العميق. هذا هو أيضًا عالم العوالم الجليدية الأكبر، والتي تسمى الكواكب القزمة.

أخيرًا، هناك عدد لا يحصى من حبيبات الصخور المكسورة، والتي نسميها الغبار الكوني، المنتشرة في جميع أنحاء النظام الشمسي. عندما تدخل هذه الجسيمات الغلاف الجوي للأرض (كما يفعل الملايين كل يوم) فإنها تحترق، وتنتج وميضًا قصيرًا من الضوء في سماء الليل يُعرف باسم النيزك (غالبًا ما يشار إلى النيازك باسم النجوم الساقطة). من حين لآخر، تنجو قطعة أكبر من المواد الصخرية أو المعدنية من مرورها عبر الغلاف الجوي والأراضي على الأرض. تُعرف أي قطعة تضرب الأرض باسم النيزك. (يمكنك مشاهدة النيازك المعروضة في العديد من متاحف التاريخ الطبيعي ويمكنك أحيانًا شراء قطع منها من تجار الأحجار الكريمة والمعادن.)

كارل ساجان: مدافع عن النظام الشمسي

كرس كارل ساجان، عالم الفلك الأكثر شهرة في العالم خلال السبعينيات والثمانينيات، معظم حياته المهنية لدراسة الكواكب والطاقة الكبيرة لزيادة الوعي العام بما يمكننا تعلمه من استكشاف النظام الشمسي (انظر الشكل\(\PageIndex{9}\)). وُلد ساجان في بروكلين في نيويورك عام 1934، وأصبح مهتمًا بعلم الفلك عندما كان شابًا؛ كما أنه ينسب قصص الخيال العلمي الفضل في استمرار افتتانه بما هو موجود في الكون.

في أوائل الستينيات، عندما كان العديد من العلماء لا يزالون يعتقدون أن كوكب الزهرة قد يتحول إلى مكان مضياف، قدر ساجان أن الغلاف الجوي الكثيف لكوكب الزهرة يمكن أن يعمل مثل الدفيئة العملاقة، مما يحافظ على الحرارة ويرفع درجة الحرارة بشكل كبير. وأظهر أن التغيرات الموسمية التي شاهدها علماء الفلك على المريخ لم تكن بسبب الغطاء النباتي، ولكن بسبب الغبار المنبعث من الرياح. كان عضوًا في الفرق العلمية للعديد من المهام الروبوتية التي استكشفت النظام الشمسي وكان له دور فعال في حمل وكالة ناسا على وضع لوحة تحمل الرسائل على متن المركبة الفضائية بايونير، بالإضافة إلى تسجيلات صوتية ومرئية على المركبة الفضائية Voyager - وكلها متجهة إلى مغادرة نظامنا الشمسي بالكامل وأرسل هذه الأجزاء الصغيرة من تكنولوجيا الأرض بين النجوم.

لتشجيع الاهتمام العام والدعم العام لاستكشاف الكواكب، ساعد ساجان في تأسيس جمعية الكواكب، التي أصبحت الآن أكبر منظمة تهتم بالفضاء في العالم. لقد كان مدافعًا دؤوبًا وبليغًا عن الحاجة إلى دراسة النظام الشمسي عن قرب وقيمة التعلم عن عوالم أخرى من أجل رعاية عالمنا بشكل أفضل.

قام ساجان بمحاكاة الظروف على الأرض المبكرة لتوضيح كيف يمكن أن تكون بعض اللبنات الأساسية للحياة قد تشكلت من «الحساء البدائي» للمركبات الطبيعية على كوكبنا. بالإضافة إلى ذلك، قام هو وزملاؤه بتطوير نماذج حاسوبية توضح أن عواقب الحرب النووية على الأرض ستكون أكثر تدميراً مما كان يعتقده أي شخص (وهذا ما يسمى الآن فرضية الشتاء النووي) وتوضح بعض العواقب الوخيمة لاستمرار تلوث الغلاف الجوي.

ومع ذلك، ربما اشتهر ساجان بكونه أحد أشهر رواد علم الفلك ومؤلفًا للعديد من الكتب في العلوم، بما في ذلك كتاب الكون الأكثر مبيعًا، والعديد من الجوائز المثيرة لاستكشاف النظام الشمسي مثل The Cosmic Connection و Pale Blue Dot. ربما يكون كتابه The Demon Haunted World، الذي تم الانتهاء منه قبل وفاته في عام 1996، أفضل ترياق للتفكير الغامض حول العلوم الزائفة واللاعقلانية في الطباعة اليوم. لا يزال العديد من معلمي العلوم يوصون برواية خيال علمي مثيرة للاهتمام كتبها، بعنوان Contact، والتي أصبحت فيلمًا ناجحًا أيضًا، كسيناريو للتواصل مع الحياة في أماكن أخرى أكثر معقولية بكثير من معظم الخيال العلمي.

كان ساجان أيضًا خبيرًا في الوسائط التلفزيونية. شاهد مسلسله التلفزيوني العام المؤلف من 13 جزءًا، كوزموس، من قبل ما يقدر بنحو 500 مليون شخص في 60 دولة وأصبح أحد أكثر المسلسلات مشاهدة في تاريخ البث العام. سخر عدد قليل من علماء الفلك من عالم قضى الكثير من الوقت في نظر الجمهور، ولكن ربما يكون من الإنصاف القول إن حماس ساجان ومهارته كمفسر أكسبت المزيد من الأصدقاء لعلم الفلك أكثر من أي شخص أو أي شيء آخر في النصف الثاني من القرن العشرين.

في العقدين الماضيين منذ وفاة ساجان، لم يحقق أي عالم آخر نفس المستوى من الاعتراف العام. ربما يكون الأقرب هو مدير قبة هايدن السماوية، نيل ديجراس تايسون، الذي سار على خطى ساجان من خلال إنشاء نسخة محدثة من برنامج Cosmos في عام 2014. سارع تايسون إلى الإشارة إلى أن ساجان كان مصدر إلهامه ليصبح عالمًا، حيث أخبره كيف دعاه ساجان للزيارة ليوم واحد في كورنيل عندما كان طالبًا في المدرسة الثانوية يبحث عن وظيفة. ومع ذلك، فقد تجزأت البيئة الإعلامية كثيرًا منذ عهد ساجان. من المثير للاهتمام التكهن بما إذا كان بإمكان ساجان تكييف أسلوب اتصاله مع عالم التلفزيون الكبلي وتويتر والفيسبوك والبودكاست.

يقدم مقطعا فيديو خياليان جولة في أجسام النظام الشمسي التي كنا نناقشها. يستخدم كتاب Shane Gellert I Need Some Space التصوير الفوتوغرافي والنماذج الخاصة بوكالة ناسا لإظهار العوالم المختلفة التي نشارك معها نظامنا. في فيديو واندررز الأكثر توجهاً نحو الخيال العلمي، نرى بعض الكواكب والأقمار كوجهات سياحية للمستكشفين المستقبليين، مع تعليقات مأخوذة من تسجيلات كارل ساجان.

نموذج مصغر للنظام الشمسي

غالبًا ما يتعامل علم الفلك مع الأبعاد والمسافات التي تتجاوز بكثير تجربتنا العادية. ماذا تعني حقًا 1.4 مليار كيلومتر - المسافة من الشمس إلى زحل - لأي شخص؟ قد يكون من المفيد تصور مثل هذه الأنظمة الكبيرة من حيث نموذج المقياس.

في خيالنا، دعونا نبني نموذجًا قياسيًا للنظام الشمسي، نتبنى عامل مقياس يبلغ 1 مليار (109) - أي تقليل النظام الشمسي الفعلي بقسمة كل بُعد بعامل 109. يبلغ قطر الأرض إذن 1.3 سم، أي حوالي حجم العنب. القمر عبارة عن حبة البازلاء التي تدور حول هذا على مسافة 40 سم، أو على بعد أكثر من قدم بقليل. يتناسب نظام Earth-Moon مع حقيبة الظهر القياسية.

في هذا النموذج، يبلغ قطر الشمس حوالي 1.5 متر، أي حوالي متوسط ارتفاع شخص بالغ، وتقع أرضنا على مسافة 150 مترًا - حوالي كتلة مدينة واحدة - من الشمس. يقع كوكب المشتري على بعد خمس بنايات من الشمس، ويبلغ قطره 15 سنتيمترًا، أي حوالي حجم حبة جريب فروت كبيرة جدًا. يقع زحل على بعد 10 كتل من الشمس؛ أورانوس، 20 كتلة؛ ونبتون، 30 كتلة. بلوتو، بمسافة تختلف قليلاً خلال مداره الذي يبلغ 249 عامًا، يتجاوز حاليًا 30 كتلة ويتقدم أكثر بمرور الوقت. معظم أقمار النظام الشمسي الخارجي هي أحجام أنواع مختلفة من البذور التي تدور حول الجريب فروت والبرتقال والليمون التي تمثل الكواكب الخارجية.

في نموذجنا المصغر، يتم اختزال الإنسان إلى أبعاد ذرة واحدة، والسيارات والمركبات الفضائية إلى حجم الجزيئات. يتضمن إرسال المركبة الفضائية Voyager إلى نبتون التنقل بين جزيء واحد من الأرض - Grape باتجاه ليمون على بعد 5 كيلومترات بدقة تعادل عرض الخيط في شبكة العنكبوت.

إذا كان هذا النموذج يمثل النظام الشمسي، فأين ستكون أقرب النجوم؟ إذا حافظنا على نفس المقياس، فإن أقرب النجوم ستكون على بعد عشرات الآلاف من الكيلومترات. إذا قمت ببناء هذا النموذج المصغر في المدينة التي تعيش فيها، فسيتعين عليك وضع تمثيلات هذه النجوم على الجانب الآخر من الأرض أو خارجها.

بالمناسبة، تم بناء أنظمة شمسية نموذجية مثل تلك التي قدمناها للتو في مدن في جميع أنحاء العالم. في السويد، على سبيل المثال، أصبحت Globe Arena الضخمة في ستوكهولم نموذجًا للشمس، ويمثل بلوتو منحوتة طولها 12 سم في بلدة Delsbo الصغيرة، على بعد 300 كيلومتر. يوجد نموذج آخر للنظام الشمسي في واشنطن في المركز التجاري بين البيت الأبيض والكونغرس (ربما يثبت أنهما عالمان منفصلان؟).

أسماء في النظام الشمسي

نحن البشر لا نشعر بالراحة حتى يكون لشيء ما اسم. تحتاج أنواع الفراشات والعناصر الجديدة وجبل فينوس جميعًا إلى أسماء حتى نشعر بأننا على دراية بها. كيف نعطي أسماء للأجسام والميزات في النظام الشمسي؟

تمت تسمية الكواكب والأقمار على اسم الآلهة والأبطال في الأساطير اليونانية والرومانية (مع بعض الاستثناءات بين أقمار أورانوس، التي تحمل أسماء مستمدة من الأدب الإنجليزي). عندما اكتشف ويليام هيرشل، المهاجر الألماني إلى إنجلترا، الكوكب الذي نسميه الآن أورانوس، أراد تسميته جورجيوم سيدوس (نجم جورج) تيمنًا بالملك جورج الثالث من بلده المتبنى. تسبب هذا في ضجة كبيرة بين علماء الفلك في الدول الأخرى، ومع ذلك، تم التمسك بالتقاليد الكلاسيكية - وتم الحفاظ عليها منذ ذلك الحين. لحسن الحظ، كان هناك الكثير من الآلهة الصغيرة في البانثيون القديم، لذلك تم ترك الكثير من الأسماء للعديد من الأقمار الصغيرة التي نكتشفها حول الكواكب العملاقة. (يسرد الملحق G الأقمار الأكبر).

غالبًا ما تتم تسمية المذنبات على اسم مكتشفيها (مما يوفر حافزًا إضافيًا لصيادي المذنبات). يتم تسمية الكويكبات من قبل مكتشفيها باسم أي شخص تقريبًا أو أي شيء يريدونه. في الآونة الأخيرة، تم استخدام أسماء الكويكبات للتعرف على الأشخاص الذين قدموا مساهمات كبيرة في علم الفلك، بما في ذلك المؤلفين الثلاثة الأصليين لهذا الكتاب.

كانت هذه إلى حد كبير كل التسمية التي كانت مطلوبة بينما كانت دراستنا للنظام الشمسي محصورة في الأرض. ولكن الآن، قامت مركبتنا الفضائية بمسح وتصوير العديد من العوالم بتفصيل كبير، ولكل عالم مجموعة من الميزات التي تحتاج أيضًا إلى أسماء. للتأكد من أن تسمية الأشياء في الفضاء تظل متعددة الجنسيات وعقلانية وكريمة إلى حد ما، أعطى علماء الفلك مسؤولية الموافقة على الأسماء إلى لجنة خاصة تابعة للاتحاد الفلكي الدولي (IAU)، وهي الهيئة التي تضم علماء من كل دولة تمارس علم الفلك.

طورت لجنة IAU هذه مجموعة من القواعد لتسمية الميزات في عوالم أخرى. على سبيل المثال، تم تسمية الحفر على كوكب الزهرة للنساء اللواتي قدمن مساهمات كبيرة في المعرفة البشرية والرفاهية. تمت تسمية المعالم البركانية على قمر المشتري Io، الذي هو في حالة نشاط بركاني ثابتة، على اسم آلهة النار والرعد من أساطير العديد من الثقافات. يقوم كريترز أون ميركوري بإحياء ذكرى الروائيين والكتاب المسرحيين والفنانين والملحنين المشهورين. تمت تسمية جميع المعالم على قمر تيثيس التابع لكوكب زحل باسم شخصيات وأماكن في قصيدة هوميروس الملحمية الرائعة «الأوديسة». بينما نستكشف المزيد، قد يتضح أن المزيد من الأماكن في النظام الشمسي تحتاج إلى أسماء أكثر مما يمكن أن يوفره تاريخ الأرض. ربما بحلول ذلك الوقت، سيكون المستكشفون والمستوطنون في هذه العوالم مستعدين لتطوير أسمائهم الخاصة للأماكن التي قد يسمونها (ولو لفترة من الوقت) وطنهم.

قد تفاجأ بمعرفة أن معنى كلمة كوكب أصبح مثيرًا للجدل مؤخرًا لأننا اكتشفنا العديد من الأنظمة الكوكبية الأخرى التي لا تشبه إلى حد كبير نظامنا. حتى داخل نظامنا الشمسي، تختلف الكواكب اختلافًا كبيرًا في الحجم والخصائص الكيميائية. يتعلق الخلاف الأكبر بلوتو، وهو أصغر بكثير من الكواكب الثمانية الرئيسية الأخرى. تم اختراع فئة الكوكب القزم لتشمل بلوتو والأجسام الجليدية المماثلة خارج نبتون. لكن هل الكوكب القزم كوكب أيضًا؟ من الناحية المنطقية، يجب أن يكون الأمر كذلك، ولكن حتى هذه المسألة البسيطة من القواعد كانت موضوع نقاش ساخن بين علماء الفلك وعامة الناس.

ملخص

يتكون نظامنا الشمسي حاليًا من الشمس وثمانية كواكب وخمسة كواكب قزمة وما يقرب من 200 قمر معروف ومجموعة من الأجسام الصغيرة. يمكن تقسيم الكواكب إلى مجموعتين: الكواكب الأرضية الداخلية والكواكب العملاقة الخارجية. لا تندرج بلوتو وإيريس وهاوميا وماكيماك في أي من الفئتين؛ فهي ككواكب قزمة جليدية، توجد في عالم جليدي على أطراف النظام الكوكبي الرئيسي. تتكون الكواكب العملاقة في الغالب من السوائل والغازات. تشمل الأعضاء الأصغر في المجموعة الشمسية الكويكبات (بما في ذلك الكوكب القزم سيريس)، وهي أجسام صخرية ومعدنية توجد في الغالب بين المريخ والمشتري؛ والمذنبات، التي تتكون في الغالب من الغازات المجمدة وتدور عمومًا بعيدًا عن الشمس؛ وعدد لا يحصى من حبيبات الغبار الكوني الصغيرة. عندما ينجو نيزك من مروره عبر غلافنا الجوي ويسقط على الأرض، فإننا نسميه نيزك.

الحواشي

¹ المصطلح العام لمجموعة الكواكب والأجسام الأخرى التي تدور حول نجم هو النظام الكوكبي. يُطلق على شمسنا اسم النظام الشمسي لأن شمسنا تسمى أحيانًا سول. بالمعنى الدقيق للكلمة، إذن، هناك نظام شمسي واحد فقط؛ الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى موجودة في أنظمة كوكبية.

² AU (أو الوحدة الفلكية) هي المسافة من الأرض إلى الشمس.

³ نعطي الكثافة بالوحدات التي تكون فيها كثافة الماء 1 جم/سم 3. للحصول على كثافات بوحدات كجم/م 3، اضرب القيمة المعطاة في 1000.

مسرد المصطلحات

الكويكب: جسم صخري أو معدني يدور حول الشمس أصغر من كوكب رئيسي ولكنه لا يظهر أي دليل على وجود جو أو أنواع أخرى من النشاط المرتبط بالمذنبات

مذنب: جسم صغير من المادة الجليدية والمتربة التي تدور حول الشمس؛ عندما يقترب المذنب من الشمس، تتبخر بعض مواده، وتشكل رأسًا كبيرًا من الغاز الهش وغالبًا ما يكون ذيلًا

كوكب عملاق: أي من الكواكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون في مجموعتنا الشمسية، أو كواكب من تلك الكتلة والتكوين تقريبًا في أنظمة الكواكب الأخرى

نيزك: قطعة صغيرة من المادة الصلبة تدخل الغلاف الجوي للأرض وتحترق، وتسمى عمومًا نجمة الرماية لأنها يُنظر إليها على أنها ومضة صغيرة من الضوء

نيزك: جزء من نيزك ينجو من المرور عبر الغلاف الجوي ويصطدم بالأرض

كوكب أرضي: أي من الكواكب عطارد أو فينوس أو الأرض أو المريخ؛ في بعض الأحيان يتم تضمين القمر في القائمة