مسیر خورشید در آسمان
در آسمان روز چه می‌بینیم؟
اگر در طول روز آسمان صاف باشد می‌توانیم خورشید را در آسمان ببینیم، اما درخشش خورشید و نور روز مانع از آن می‌شود که بتوانیم اجرام آسمانی دیگر را مشاهده کنیم. برخی از روزها شما می‌توانید در طول روز ماه را نیز در آسمان ببینید و اگر محل قرار گرفتن ناهید (زهره) را در آسمان بدانید، گاهی نیز می‌توانید ناهید را در آسمان روز بیابید.
می‌توانید تصور کنید اگر در روز هم همه‌ی ستاره‌ها دیده می‌شد، آسمان چه شکلی داشت؟
کدام ستاره‌ها پشت خورشید قرار می‌گرفتند؟
آیا در تمام روزها ستاره‌های یکسانی پشت خورشید قرار می‌گرفتند؟
در ویدئوهای زیر می‌توانید مسیر خورشید در آسمان را دنبال کنید. ویدئوی اول مسیر خورشید را در طول یک روز، از طلوع تا غروب نشان می‌دهد. اگر رو به جنوب بایستید، می‌توانید ببینید که خورشید در افق شرقی در ساعت حدود ۷ صبح طلوع می‌کند. در این زمان خورشید در پیکرنمای آسمانی سنبله قرار دارد. همان‌طور که زمان می‌گذرد، خورشید و برج سنبله از موقعیت خود در افق شرقی به سوی بالاترین نقطه در ظهر حرکت می‌کنند و سرانجام هر دو در ۶ عصر در افق غربی غروب می‌کنند.
در ویدئوی دوم مکان خورشید در آسمان در ساعت ۱۲ ظهر در چهار ماه مختلف از سال (آغاز هر فصل) نشان داده شده است. در ابتدای تابستان خورشید در بالاترین ارتفاع خود در آسمان جنوبی دیده می‌شود. در فصل‌های بعد همین‌طور پایین و پایین‌تر می‌آید تا در ابتدای زمستان در پایین‌تر ارتفاع در طول سال مشاهده می‌شود، و در ابتدای بهار دوباره در ارتفاع بالاتری قرار می‌گیرد (زمان این ویدئو بر اساس منطقه زمانی شرقی، در شرق ایات متحده امریکا است).
ارتفاع خورشید در آسمان در فصل‌های مختلف سال
اگر بتوانیم خورشید و ستاره‌ها را همزمان در آسمان مشاهده کنیم، خواهیم دید که در طول یک روز خورشید درون یکی از پیکرنماهای آسمانی (صورت‌های فلکی) قرار می‌گیرد؛ به طور دقیق‌تر در یکی از پیکرنماهای آسمانی منطقه‌البروج یا گردآسمان. باید توجه داشته باشیم، به سبب آن که پیکرنماهای آسمانی از ستارگانی بسیار دور از ما تشکیل شده‌اند، زمانی که می‌گوییم خورشید درون یک پیکرنمای آسمانی قرار می‌گیرد منظور این است که خورشید روی پس زمینه‌ی دوردست این پیکرنمای آسمانی تصویر شده است.
در نخستین ویدئویی به مکان نسبی خورشید و پیکرنمای آسمانی سنبله در هنگام طلوع، ظهر و غروب توجه کنید. همان‌طور که در بخش‌های پیشین گفته شد، حرکت زمین به دور خود است که موجب می‌شود ما تصور کنیم ستارگان و خورشید در آسمان حرکت می‌کنند؛ بنابراین انتظار داریم خورشید و ستاره‌ها با سرعت ظاهری یکسانی در حرکت باشند. به همین سبب در تمام طول یک روز خورشید درون یک برج فلکی (پیکرنمای آسمانی) باقی خواهد ماند، و درون همان برجی که طلوع کرده است، غروب خواهد کرد.
این مطلب به طور تقریبی درست است اما اثر دیگری هم وجود دارد که هنوز آن را در نظر نگرفته‌ایم. زمین تنها به دور خود نمی‌گردد، بلکه به طور همزمان به دور خورشید نیز می‌چرخد؛ بنابراین مکان آن در فضا ثابت نیست. در طول یک سال زمین یک دور کامل به دور خورشید می‌چرخد.
اگر به دومین ویدئو دقت کنید در ابتدای زمستان پیکرنمای آسمانی که پشت خورشید قرار می‌گیرد برج کماندار یا قوس است. دوازده ساعت بعد، زمانی که خورشید درست در سوی دیگر زمان قرار می‌گیرد و شب فرا می‌رسد، زمین در برابر برج دوپیکر (جوزا) قرار می‌گیرد. در ابتدای فصل تابستان موقعیت زمین نسبت به خورشید درست مقابل موقعیت قبلی قرار می‌گیرد. در این زمان پیکرنمای آسمانی که پشت خورشید قرار دارد برج دو پیکر است و دوازده ساعت بعد، به هنگام شب، زمین رو به برج کماندار (قوس) قرار خواهد گرفت.
طول یک روز
این رویدادها را می‌توانیم به آسانی درک و تجسم کنیم، این نما از آسمان را در فاصله‌ی زمانی شش ماه مشاهده می‌کنیم و تغییر موقعیت زمین در فضا ملموس است؛ اما آیا این تغییرات به صورت روز به روز هم قابل مشاهده است؟ برای رسیدن به پاسخ باید تغییرات آسمان را دنبال کنیم. ستاره‌ها آنقدر از زمین دور هستند که برای رسیدن به پاسخ این پرسش می‌توانیم آن‌ها را مانند قبل ثابت در نظر بگیریم. تا کنون می‌دانیم که گردش زمین به دور خودش موجب می‌شود که به نظر برسد ستاره‌ها در آسمان مسیری دایره‌ای یا کمانی را طی می‌کنند، که این مسیر از شرق آغاز می‌شود و به سوی غرب حرکت می‌کند. نخستین پرسشی که می‌توانیم بپرسیم این است که «چه مدت طول می‌کشد تا یک ستاره‌ی مشخص، روز بعد، درست در همان نقطه از آسمان مشاهده شود؟ به بیان دیگر، فرض کنید بر کره‌ی آسمان خطوطی دایره‌ای شکل از شمال به جنوب رسم کرده‌ایم (نصف‌النهار سماوی)، ستاره‌ای که در نظر گرفته‌ایم درست در لحظه‌ای مشخص از این خط می‌گذرد، چه مدت طول می‌کشد تا این ستاره دوباره از همان خط فرضی بگذرد؟ شاید به نظر برسد پاسخ این پرسش ۲۴ ساعت است، اما پاسخ دقیق ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه است! اگر همین تمرین را با خورشید انجام دهیم، یعنی مدت زمانی را مشاهده کنیم که طول می‌کشد تا خورشید دوباره از خط فرضی ما بگذرد، پاسخ ۲۴ ساعت خواهد بود (گرچه این پاسخ نیز خیلی دقیق نیست، در حقیقت این مدت زمان برای خورشید هم در برخی از روزهای سال مقدار کمی بیشتر و در برخی روزهای سال مقدار کمی کم‌تر از ۲۴ ساعت است).
مدت زمان میان عبور متوالی یک ستاره (هر ستاره‌ای) را از نقطه‌ی مشخصی در آسمان (از یک نصف‌النهار سماوی مشخص) روز نجومی (Sidereal Day)، و مدت زمان میان عبور متوالی خورشید را از نقطه‌ی مشخصی در آسمان را روز خورشیدی (شبانه‌روز خورشیدی، Solar Day) می‌نامند. این تفاوت از حرکت انتقالی زمین به دور خورشید ناشی می‌شود. به سبب آن که ستارگان دور دست نسبت به زمین ثابت هستند، مدت زمانی که طول می‌کشد تا عبور متوالی یک ستاره را از نصف‌النهار ببینیم درست برابر مدت زمان گردش زمین به دور خودش یعنی ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه است. اما اگر زمان گذر خورشید از نصف‌النهار را در نظر بگیریم، به دلیل این که زمین به جز گردش به دور خودش در مداری به دور خورشید نیز می‌گردد و در طول روز در این مدار هم چند درجه (به اندازه‌ی یک سیصد و شصت و پنجم از طول مدار حرکت زمین به دور خورشید) جابجا شده است، باید مقداری بیشتر صبر کنیم تا خورشید به جایگاه قبلی خود در آسمان برسد. در حقیقت زمین باید بیش از ۳۶۰ درجه به دور خود بچرخد تا ناظر روی زمین بتواند خورشید را در مکان قبلی‌اش مشاهده کند، اما برای ستاره‌ها که در آسمان ثابت هستند گردش ۳۶۰ درجه حول خودش کافی است تا ستاره‌ای مشخص را درست در جای قبلی ببیند. تفاوت روز نجومی و روز خورشیدی ناشی از این حقیقت است. این اثر موجب می‌شود به نظر برسد خورشید نسبت ستارگان پشت سرش در آسمان آرام‌تر حرکت می‌کند، و همین امر زمانی که روزهای متوالی رخ می‌دهد سبب می‌شود مکان خورشید نسبت به پیکرنماهای آسمانی در ماه‌ها و فصل‌های مختلف سال تغییر کند.
در تصویر زیر می‌توانید تغییر مکان خورشید در آسمان از نظر ناظر زمینی که همراه با زمین در حال گردش به در خود و چرخش به دور خورشید است را ببینید.
تفاوت روز نجومی و روز خورشیدی
credit: wikipedia
در زمان ۱، خورشید و ستارگان هر دو در بالای سر ناظر روی زمین قرار می‌گیرند. در زمان ۲، سیاره ۳۶۰ درجه چرخیده و دوباره ستارگان در بالای سر ناظر قرار گرفته‌اند (از ۱ به ۲ = یک روز نجومی). اما تا مدت کمی بعد یعنی تا زمان ۳ خورشید دوباره در بالای سر ناظر قرار نمی‌گیرد (از ۱ به ۳ = یک روز خورشیدی). به زبان ساده‌تر از زمان ۱ تا زمان ۲ زمین یک دور کامل می‌چرخد. اما بخاطر زاویه مورد نیاز برای بازگشت به حالت ۱ از زمان ۱ تا زمان ۳ طول می‌کشد که دوباره به زمان ظهر بازگردیم.
تصویر زیر نیز مسیر خورشید در آسمان را در انقلاب زمستانی سال ۲۰۱۴ نشان می‌دهد (۲۱ دسامبر).
مسیر خورشید در آسمان
Image Credit & Copyright: Danilo Pivato/ NASA
منابع و مراجع:
دیدگاه خود را بنویسید