10.1: أقرب الكواكب - نظرة عامة
- Page ID
- 197140
أهداف التعلم
في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
- اشرح سبب صعوبة التعرف على كوكب الزهرة من الملاحظة القائمة على الأرض وحدها
- وصف تاريخ اهتمامنا بالمريخ قبل عصر الفضاء
- قارن الخصائص الفيزيائية الأساسية للأرض والمريخ والزهرة، بما في ذلك مداراتها
كما قد تتوقع من الجيران المقربين، يعد المريخ والزهرة من بين ألمع الأجسام في سماء الليل. يبلغ متوسط مسافة المريخ من الشمس 227 مليون كيلومتر (1.52 AU)، أو حوالي النصف مرة أخرى بعيدًا عن الشمس مثل الأرض. مدار كوكب الزهرة دائري جدًا، على مسافة 108 مليون كيلومتر (0.72 AU) من الشمس. مثل عطارد، تظهر فينوس أحيانًا كـ «نجمة مسائية» وأحيانًا كـ «نجمة الصباح». يقترب كوكب الزهرة من الأرض بشكل أقرب من أي كوكب آخر: في أقرب كوكب، يبعد 40 مليون كيلومتر فقط عنا. أقرب كوكب المريخ إلى الأرض يبلغ حوالي 56 مليون كيلومتر.
المظهر
يبدو كوكب الزهرة ساطعًا جدًا، وحتى التلسكوب الصغير يكشف أنه يمر بمراحل مثل القمر. اكتشف غاليليو أن كوكب الزهرة يعرض مجموعة كاملة من المراحل، واستخدم هذا كحجة لإظهار أن الزهرة يجب أن تدور حول الشمس وليس الأرض. لا يمكن رؤية السطح الفعلي للكوكب لأنه محاط بغيوم كثيفة تعكس حوالي 70٪ من ضوء الشمس الذي يسقط عليها، مما يحبط الجهود المبذولة لدراسة السطح الأساسي، حتى مع وجود كاميرات في مدار حول الكوكب (الشكل\(\PageIndex{1}\)).
في المقابل، يكون المريخ أكثر إثارة كما يُرى من خلال التلسكوب (الشكل\(\PageIndex{2}\)). يتميز الكوكب باللون الأحمر بشكل واضح، ويرجع ذلك (كما نعلم الآن) إلى وجود أكاسيد الحديد في تربته. قد يفسر هذا اللون ارتباطه بالحرب (والدم) في أساطير الثقافات المبكرة. أفضل دقة يمكن الحصول عليها من التلسكوبات على الأرض هي حوالي 100 كيلومتر، أو تقريبًا نفس ما يمكننا رؤيته على القمر بالعين المجردة. عند هذا القرار، لا يمكن اكتشاف أي تلميح للبنية الطبوغرافية: لا توجد جبال ولا وديان ولا حتى فوهات صدمية. من ناحية أخرى، يمكن رؤية الأغطية الجليدية القطبية الساطعة بسهولة، جنبًا إلى جنب مع علامات السطح الداكنة التي تتغير أحيانًا في المخطط والشدة من موسم إلى آخر.
على مدى بضعة عقود في مطلع القرن العشرين، اعتقد بعض علماء الفلك أنهم رأوا أدلة على وجود حضارة ذكية على المريخ. بدأ الجدل في عام 1877، عندما أعلن عالم الفلك الإيطالي جيوفاني سكياباريلي (1835-1910) أنه يستطيع رؤية خطوط طويلة وخافتة ومستقيمة على المريخ أطلق عليها اسم القناة أو القنوات. في البلدان الناطقة باللغة الإنجليزية، تمت ترجمة المصطلح عن طريق الخطأ باسم «القنوات»، مما يعني وجود أصل اصطناعي.
حتى قبل ملاحظات Schiaparelli، شاهد علماء الفلك القبعات القطبية الساطعة وهي تتغير في الحجم مع المواسم وشاهدوا اختلافات في ملامح السطح المظلم. بقليل من الخيال، لم يكن من الصعب تصوير القنوات كحقول طويلة من المحاصيل المتاخمة لخنادق الري التي تجلب المياه من الجليد القطبي الذائب إلى الصحاري الجافة للكوكب الأحمر. (افترضوا أن القبعات القطبية تتكون من جليد مائي، وهذا ليس صحيحًا تمامًا، كما سنرى قريبًا.)
كان بيرسيفال لويل، وهو عالم فلك أمريكي عصامي وعضو في عائلة لويل الثرية في بوسطن، هو المؤيد الأكثر فعالية للحياة الذكية على المريخ حتى وفاته في عام 1916 (انظر مربع الميزات عن بيرسيفال لويل: الحلم بمريخ مأهول). قدم لويل، المؤلف والمتحدث الماهر، ما بدا للجمهور أنه قضية مقنعة للمريخيين الأذكياء، الذين شيدوا القنوات الضخمة للحفاظ على حضارتهم في مواجهة المناخ المتدهور (الشكل\(\PageIndex{3}\)).
ومع ذلك، فإن حجة سباق المريخيين الأذكياء تتوقف على حقيقة القنوات، وهي مسألة ظلت موضع نزاع خطير بين علماء الفلك. كان من الصعب دائمًا دراسة علامات القناة، ولم يتم رؤيتها إلا من حين لآخر لأن الظروف الجوية تسببت في وميض الصورة الصغيرة للمريخ في التلسكوب. رأى لويل القنوات في كل مكان (حتى القليل منها على كوكب الزهرة)، لكن العديد من المراقبين الآخرين لم يتمكنوا من رؤيتها على الإطلاق وظلوا غير مقتنعين بوجودها. عندما فشلت التلسكوبات الأكبر حجمًا من تلسكوبات لويل في تأكيد وجود القنوات، شعر المتشككون بالتبرئة. من المقبول عمومًا الآن أن الخطوط المستقيمة كانت مجرد وهم بصري، نتيجة ميل العقل البشري إلى رؤية النظام في السمات العشوائية التي يتم رؤيتها بشكل خافت عند حدود دقة العين. عندما نرى نقاطًا صغيرة خافتة من علامات السطح، تميل عقولنا إلى ربط تلك النقاط بخطوط مستقيمة.
بيرسيفال لويل: يحلم بمريخ مأهول
وُلد بيرسيفال لويل في عائلة ماساتشوستس الميسورة التي صنع عنها جون بوسيدي الخبز المحمص الشهير:
وهذه بوسطن القديمة الجيدة،
موطن الفول وسمك القد، حيث يتحدث آل لويس إلى الكابوت والكابوت يتحدثون فقط إلى الله.
أصبح لورنس شقيق بيرسيفال رئيسًا لجامعة هارفارد، وأصبحت أخته إيمي شاعرة متميزة. كان بيرسيفال مهتمًا بالفعل بعلم الفلك عندما كان صبيًا: قام بعمل ملاحظات للمريخ في سن 13 عامًا. تناولت أطروحته الجامعية في جامعة هارفارد أصل النظام الشمسي، لكنه لم يتابع هذا الاهتمام على الفور. بدلاً من ذلك، دخل الشركة العائلية وسافر كثيرًا في آسيا. ولكن في عام 1892، قرر أن يكرس نفسه لمواصلة عمل سكياباريلي وحل ألغاز قنوات المريخ.
في عام 1894، بمساعدة علماء الفلك في جامعة هارفارد ولكن باستخدام أمواله الخاصة، بنى لويل مرصدًا على هضبة عالية في فلاغستاف بولاية أريزونا، حيث كان يأمل أن تكون الرؤية واضحة بما يكفي لإظهار المريخ بتفاصيل غير مسبوقة. وسرعان ما جمع هو ومساعدوه عددًا هائلاً من الرسومات والخرائط، بزعم إظهار شبكة واسعة من القنوات المريخية (انظر الشكل\(\PageIndex{3}\)). قام بتفصيل أفكاره حول سكان الكوكب الأحمر في العديد من الكتب، بما في ذلك المريخ (1895) والمريخ وقنواته (1906)، وفي مئات المقالات والخطب.
كما قال لويل،
يبدو أن العقل الذي ليس له نظام متوسط قد ترأس النظام الذي نراه - وهو بالتأكيد عقل أكثر شمولية بكثير من ذلك الذي يرأس الإدارات المختلفة للأشغال العامة الخاصة بنا. لم يكن للسياسة الحزبية، في جميع الأحوال، أي دور فيها؛ لأن النظام موجود على مستوى الكوكب... من المؤكد أن ما نراه يلمح إلى وجود كائنات تسبقنا وليس وراءنا في رحلة الحياة.
استحوذت آراء لويل على خيال الجمهور وألهمت العديد من الروايات والقصص، أشهرها حرب العوالم لـ H. G. Wells (1897). في رواية «الغزو» الشهيرة هذه، يأتي السكان المتعطشون لكوكب المريخ المحتضر (استنادًا بالكامل إلى أفكار لويل) لغزو الأرض بالتكنولوجيا المتقدمة.
على الرغم من أن مرصد لويل أصبح مشهورًا لأول مرة بعمله على قنوات المريخ، إلا أن كل من Lowell والمرصد تحولوا في النهاية إلى مشاريع أخرى أيضًا. أصبح مهتمًا بالبحث عن كوكب تاسع (ثم غير مكتشف) في المجموعة الشمسية. في عام 1930، تم العثور على بلوتو في مرصد لويل، وليس من قبيل المصادفة أن الاسم المختار للكوكب الجديد يبدأ بالأحرف الأولى من اسم لويل. في مرصد لويل أيضًا، تم إجراء القياسات الأولى للسرعة الكبيرة التي تتحرك بها المجرات بعيدًا عنا، وهي ملاحظات من شأنها أن تؤدي في النهاية إلى رؤيتنا الحديثة للكون المتوسع.
استمر لويل (الشكل\(\PageIndex{4}\)) في العيش في مرصده، حيث تزوج في سن 53 ونشر على نطاق واسع. لقد استمتع بالمناقشة التي سببتها ادعاءاته حول المريخ أكثر بكثير من علماء الفلك على الجانب الآخر، الذين غالبًا ما اشتكوا من أن عمل لويل جعل علم الفلك الكوكبي مجالًا أقل احترامًا. في الوقت نفسه، ربما ساعد الانبهار العام بالكواكب التي تغذيها أعمال لويل (ومترجميها)، بعد عدة أجيال، في دعم المعجبين لبرنامج الفضاء والمهام العديدة التي تزين نتائجها صفحات نصنا.
في أكتوبر 1938، قام مسرح ميركوري إير على الراديو بتصوير فيلم «حرب العوالم» كسلسلة من التقارير الإخبارية الإذاعية. أخاف هذا البث الكثير من الناس إلى الاعتقاد بأن مريخيي لويل كانوا يغزون نيوجيرسي حقًا، وتسبب في شيء من الذعر. يمكنك الاستماع إلى البث الإذاعي الأصلي إذا قمت بالتمرير لأسفل إلى «War of the Worlds».
دوران الكواكب
حدد علماء الفلك فترة دوران المريخ بدقة كبيرة من خلال مشاهدة حركة علامات السطح الدائمة؛ أما اليوم الفلكي فهو 24 ساعة و37 دقيقة و23 ثانية، أي أطول قليلاً من فترة دوران الأرض. لا يتم الحصول على هذه الدقة العالية من خلال مشاهدة المريخ لدورة واحدة، ولكن من خلال ملاحظة عدد الدورات التي يقوم بها على مدى فترة طويلة من الزمن. تعود الملاحظات الجيدة للمريخ إلى أكثر من 200 عام، وهي فترة مرت خلالها عشرات الآلاف من أيام المريخ. ونتيجة لذلك، يمكن حساب فترة الدوران في غضون بضع مئات من أجزاء الثانية.
يبلغ ميل المحور الدوراني للمريخ حوالي 25 درجة، على غرار ميل محور الأرض. وهكذا، يمر المريخ بمواسم تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة على الأرض. ومع ذلك، نظرًا لطول السنة المريخية (ما يقرب من عامين من الأرض)، يستمر كل موسم حوالي ستة أشهر من شهورنا.
الوضع مع فينوس مختلف. نظرًا لعدم إمكانية رؤية أي تفاصيل سطحية من خلال غيوم كوكب الزهرة، لا يمكن العثور على فترة دورانها إلا من خلال ارتداد إشارات الرادار عن الكوكب (كما هو موضح لعطارد في فصل Cratered Worlds). تم إجراء الملاحظات الرادارية الأولى لدوران كوكب الزهرة في أوائل الستينيات. في وقت لاحق، تم تحديد المعالم السطحية الطبوغرافية على الكوكب التي ظهرت في إشارات الرادار المنعكسة. فترة دوران كوكب الزهرة، المحددة بدقة من حركة هذه «ميزات الرادار» عبر قرصها، هي 243 يومًا. الأمر الأكثر إثارة للدهشة من الوقت الذي تستغرقه الزهرة في الدوران هو حقيقة أنها تدور في اتجاه عكسي أو رجعي (من الشرق إلى الغرب).
توقف للحظة وفكر في مدى غرابة هذا الدوران البطيء في التقويم على كوكب الزهرة. يستغرق الكوكب 225 يومًا من أيام الأرض للدوران حول الشمس و 243 يومًا حول الأرض للدوران حول محوره. لذا فإن اليوم على كوكب الزهرة (كما هو محدد من خلال دورانه مرة واحدة) أطول من العام! ونتيجة لذلك، فإن الوقت الذي تستغرقه الشمس للعودة إلى نفس المكان في سماء كوكب الزهرة - طريقة أخرى قد نحدد بها معنى اليوم - هو 117 يومًا من أيام الأرض. (إذا قلت «أراك غدًا» على كوكب الزهرة، فسيكون لديك وقت طويل للانتظار.) على الرغم من أننا لا نعرف سبب الدوران البطيء لكوكب الزهرة للخلف، إلا أنه يمكننا تخمين أنه ربما تعرض لواحد أو أكثر من التصادمات القوية للغاية أثناء عملية تكوين النظام الشمسي.
الخصائص الأساسية لكوكب الزهرة والمريخ
قبل مناقشة كل كوكب على حدة، دعونا نقارن بعض خصائصه الأساسية مع بعضها البعض ومع الأرض (الجدول\(\PageIndex{1}\)). كوكب الزهرة هو من نواحٍ عديدة توأم الأرض، بكتلته 0.82 مرة كتلة الأرض وكثافة متطابقة تقريبًا. كما كان متوسط كمية النشاط الجيولوجي مرتفعًا نسبيًا، تقريبًا مثل ارتفاع النشاط على الأرض. من ناحية أخرى، مع ضغط سطحي أكبر بـ 100 مرة تقريبًا من غلافنا، فإن الغلاف الجوي لكوكب الزهرة لا يشبه الغلاف الجوي للأرض على الإطلاق. كما أن سطح فينوس حار بشكل ملحوظ، حيث تبلغ درجة حرارته 730 كلفن (أكثر من 850 درجة فهرنهايت)، وهي أكثر سخونة من دورة التنظيف الذاتي للفرن. أحد التحديات الرئيسية التي قدمتها فينوس هو فهم سبب اختلاف الغلاف الجوي والبيئة السطحية لهذا التوأم بشكل حاد عن تلك الموجودة في كوكبنا.
| الملكية | الأرض | كوكب الزهرة | المريخ |
|---|---|---|---|
| المحور شبه الرئيسي (AU) | 1.00 | 0.72 | 1.52 |
| الفترة (السنة) | 1.00 | 0.61 | 1.88 |
| الكتلة (الأرض = 1) | 1.00 | 0.82 | 0.11 |
| القطر (كم) | 12,756 | 12,102 | 6,790 |
| الكثافة (جم/سم 3) | 5.5 | 5.3 | 3.9 |
| الجاذبية السطحية (الأرض = 1) | 1.00 | 0.91 | 0.38 |
| سرعة الهروب (كم/ثانية) | 11.2 | 10.4 | 5.0 |
| فترة الدوران (ساعات أو أيام) | 23.9 حصان | 243 د | 24.6 حصان |
| مساحة السطح (الأرض = 1) | 1.00 | 0.90 | 0.28 |
| الضغط الجوي (بار) | 1.00 | 90 | 0.007 |
على النقيض من ذلك، فإن المريخ صغير نوعًا ما، حيث تبلغ كتلته 0.11 مرة فقط من كتلة الأرض. ومع ذلك، فهي أكبر من القمر أو عطارد، وعلى عكسهما، فإنها تحتفظ بغلاف جوي رقيق. المريخ أيضًا كبير بما يكفي لدعم نشاط جيولوجي كبير في الماضي البعيد. لكن الشيء الأكثر روعة في المريخ هو أنه منذ فترة طويلة ربما كان لديه جو كثيف وبحار من الماء السائل - الظروف التي نربطها بتطور الحياة. بل إن هناك فرصة لاستمرار شكل من أشكال الحياة اليوم في بيئات محمية تحت سطح المريخ.
المفاهيم الأساسية والملخص
يمثل كوكب الزهرة، أقرب كوكب، خيبة أمل كبيرة من خلال التلسكوب بسبب غلافه السحابي الذي لا يمكن اختراقه. المريخ أكثر إثارة، مع علامات داكنة وقبعات قطبية. في أوائل القرن العشرين، كان يُعتقد على نطاق واسع أن «قنوات» المريخ تشير إلى الحياة الذكية هناك. تبلغ كتلة المريخ 11% فقط من كتلة الأرض، لكن كوكب الزهرة هو توأمنا تقريبًا من حيث الحجم والكتلة. يدور المريخ في غضون 24 ساعة وله مواسم مثل الأرض؛ تتمتع الزهرة بفترة دوران رجعية تبلغ 243 يومًا. تم استكشاف كلا الكوكبين على نطاق واسع بواسطة المركبات الفضائية.