لماذا تكون الأرض أقرب إلى الشمس في عزّ شتاء النصف الشمالي؟

تكون الأرض أقرب ما تكون إلى الشمس في أوائل يناير. تُسمّى هذه النقطة من المدار الحضيض الشمسي، وهي تقع في منتصف الشتاء لكل من يعيش في نصف الكرة الشمالي. وفي أوائل يوليو، عند الأوج الشمسي، تكون الأرض في أبعد نقطة، بينما يعيش سكان أوروبا وأمريكا الشمالية ومعظم آسيا فصل الصيف.

إذن لا يمكن أن تكون المسافة هي ما يجعل الصيف حارًّا. تنشأ الفصول من ميل محور الأرض بنحو 23.44 درجة. أما تغيّر المسافة فأثره صغير، ويظهر في الغالب في نصف الكرة الجنوبي.

خلط شائع

تبدو الفكرة منطقية: كلما اقتربت من النار شعرت بدفء أكبر. وكثيرون يفسّرون الفصول بالطريقة نفسها. في الفيلم الوثائقي *A Private Universe* الذي صُوّر عام 1987 خلال حفل تخرّج في جامعة هارفارد، سُئل خريجون وأساتذة عن سبب الفصول، فقدّم معظمهم صيغة ما من تفسير المسافة.

حقيقتان بسيطتان تنفيان هذا التفسير. الأولى أن التوقيت لا يناسب النصف الشمالي، كما رأيت للتو. والثانية أن نصفي الكرة يعيشان فصلين متعاكسين في اللحظة نفسها. فحين يكون الصيف في مصر يكون الشتاء في الأرجنتين، مع أن البلدين على البُعد نفسه من الشمس.

ما أصغر التغيّر في المسافة

مدار الأرض قطع ناقص، لكنه قريب جدًّا من الدائرة. عند الحضيض تكون الأرض على بُعد نحو 147.1 مليون كيلومتر من الشمس، وعند الأوج على بُعد نحو 152.1 مليون كيلومتر. الفرق يزيد قليلًا على 3%.

ولأن ضوء الشمس ينتشر مع المسافة، يصل إلى أعلى الغلاف الجوي في يناير ضوء أكثر بنحو 7% مما يصل في يوليو. تجد التواريخ والأوقات والأرقام في دليلنا عن الحضيض والأوج الشمسيين.

نسبة 7% ليست قليلة. لكن ميل المحور يغيّر الضوء الذي يبلغ سطح الأرض في أي مكان بعينه بقدر أكبر بكثير.

ماذا يفعل الميل؟

بينما تدور الأرض حول الشمس، يظل محورها مشيرًا إلى الاتجاه نفسه في الفضاء. في يونيو يميل نصف الكرة الشمالي نحو الشمس، وفي ديسمبر يميل بعيدًا عنها. ويحدث العكس في نصف الكرة الجنوبي.

يغيّر الميل أولًا الارتفاع الذي تبلغه الشمس في السماء. حين تكون الشمس عالية، يسقط ضوؤها على الأرض بشكل شبه عمودي ويتركّز في مساحة صغيرة. وحين تكون منخفضة، تنتشر الحزمة نفسها على مساحة أكبر بكثير، كما يحدث مع مصباح يدوي ممسوك بشكل مائل. كما أن الضوء المنخفض يعبر طبقة أسمك من الهواء قبل أن يصل إليك.

ويغيّر أيضًا طول النهار. في الصيف تبقى الشمس فوق الأفق ساعات أطول بكثير، فتجد الأرض وقتًا أطول لتسخن، وليلًا أقصر لتبرد.

يقارن الجدول بين روما وسيدني في يومي الانقلابين. يبيّن العمود الأخير كمية ضوء الشمس التي تصل خلال يوم كامل إلى متر مربع واحد من أرض مستوية، مقيسةً فوق الغلاف الجوي حتى لا تؤثر الغيوم والضباب.

في يونيو تكون روما أبعد عن الشمس بنحو 3% مما هي في ديسمبر، ومع ذلك تتلقى في اليوم أكثر من ثلاثة أضعاف الضوء. هذا هو أثر الميل. وتُظهر سيدني النمط نفسه بفارق ستة أشهر.

من الفضاء

يصوّر المسبار DSCOVR التابع لوكالة ناسا الجانب المضاء من الأرض كاملًا من بُعد نحو 1.5 مليون كيلومتر. وإذا قارنت صوره في يونيو وديسمبر رأيت الميل بعينك. قرب انقلاب يونيو تكون المنطقة القطبية الشمالية في ضوء الشمس الكامل ولا تظهر القارة القطبية الجنوبية. وفي ديسمبر يحدث العكس.

NASA EPIC Team · 2024-06-20 / 2024-12-21

هل للمسافة أي أثر؟

قليلًا. يحلّ صيف نصف الكرة الجنوبي قرب الحضيض، فيكون ضوء الصيف هناك أقوى قليلًا منه في الشمال. في نيوزيلندا مثلًا، تضيف الشمس الأقرب نحو 7% إلى مستويات الأشعة فوق البنفسجية صيفًا مقارنةً بأماكن في الشمال على خط العرض نفسه. ويضيف الهواء الأنظف وانخفاض الأوزون في الصيف المزيد فوق ذلك.

ومع ذلك فصيف الجنوب ليس أشد حرارة في المجمل. أحد الأسباب أن الأرض تتحرك أسرع حين تكون قريبة من الشمس. يدوم النصف الدافئ من السنة في نصف الكرة الجنوبي، من اعتدال سبتمبر إلى اعتدال مارس، نحو 179 يومًا، بينما يدوم نظيره الشمالي نحو 186 يومًا. وعلى امتداد كل نصف سنة، يعوّض الوقتُ الأقصر قرب الشمس الضوءَ الأقوى تعويضًا تامًّا، فيتلقى نصفا الكرة المجموع نفسه.

والسبب الآخر أن معظم نصف الكرة الجنوبي محيطات. الماء يسخن ببطء ويبرد ببطء، فيبقى صيف الجنوب معتدلًا. أما اليابسة الواسعة في الشمال فتسخن بسرعة في يوليو. ولهذا تكون الأرض ككل أدفأ ببضع درجات في يوليو، عند الأوج، منها في يناير.

لن يبقى الأمر هكذا دائمًا

وقوع الحضيض في يناير مصادفة تخص عصرنا. فاتجاه محور الأرض يترنّح ببطء، والمدار نفسه يدور، لذلك ينزاح تاريخ الحضيض عبر التقويم. نحو عام 1250 كان يقع قرب انقلاب ديسمبر. وبعد نحو 10,000 سنة سيقع في صيف النصف الشمالي، فيصبح الشمال أقرب إلى الشمس في يونيو.

وحتى حينها سيبقى الميل هو ما يحدد أشهر الصيف. لن تفعل المسافة سوى أن تجعل صيف الشمال أقوى قليلًا وصيف الجنوب أضعف قليلًا.

المصادر والأدلة ذات الصلة

• ينشر المرصد البحري الأمريكي مواعيد الحضيض والأوج والاعتدالين والانقلابين (بالإنجليزية).
• يشرح موقع NASA Space Place سبب الفصول (بالإنجليزية).
• يضم أرشيف EPIC التابع لناسا صورًا يومية للأرض كاملة يلتقطها المسبار DSCOVR.
• يشرح معهد NIWA النيوزيلندي لماذا ترتفع مستويات الأشعة فوق البنفسجية في نيوزيلندا (بالإنجليزية)، بما في ذلك أثر الشمس الأقرب.
• يقدّم مركز هارفارد-سميثسونيان للفيزياء الفلكية معلومات عن فيلم *A Private Universe* (بالإنجليزية).
• أدلة SolarWatch ذات الصلة: الحضيض والأوج الشمسيان وكم يزداد ضوء النهار كل يوم.

شاهده في SolarWatch

تعرض بطاقة الفصول موعد الاعتدال والانقلاب التاليين. وتعرض بطاقة ضوء النهار كم تبقى الشمس فوق الأفق اليوم حيث أنت، بينما تعرض النظرة السنوية كيف يتغير الشروق والغروب وطول النهار على مدار السنة. تتبع هذه المنحنيات ميل محور الأرض، ولا تكاد المسافة إلى الشمس تظهر فيها.