كيف يتم حساب المنظومة الشمسية‎

بواسطة: - آخر تحديث: الأحد , 27 أغسطس 2017 - 12:57
كيف يتم حساب المنظومة الشمسية‎

يعرف أن كوكب الشمس يدور حوله ثمانية كواكب رئيسية و هذه الكواكب معروفة باسم المجموعة الشمسية، و هذه الكواكب لها ترتيب معروف حول الشمس، أو يمكن تنقسم على حسب الكواكب الداخلية و الخارجية أو الكواكب الصخرية والكواكب الغازية.

عناصر المجموعة الشمسية

  • الشمس: و هي عبارة نجم متوسط في الحجم و هي مصدر الضوء و الحرارة إلى الأرض، و تبعد عن الأرض بحوالي 150 مليون كم و قطر الشمس يعادل 85.99% من قطر الأرض، و الهيدروجين يعتبر من المكونات الأساسية الموجودة في الشمس، حيث تبلغ نسبته فيها 73% بينما تبلغ نسبة الهيليوم في الشمس 25% و الباقي موزع على باقي العناصر، و تتغير دورة الشمس من بين 9 الى 11سنة و تسمى هذه المدة دورة البقع الشمسية.
  • الكواكب: و يعرف إلى الآن أن عدد الكواكب التي تدور حول الشمس هم تسعة كواكب، و في عام 2006 تم استبعاد الكوكب بلوتو من المجموعة الشمسية بسبب صغر حجمه، و الكواكب تنقسم الى مجموعتين و الأولى تسمى شبيهة الأرض وهي بشكل عام تعتبر قريبة في الحجم من بعضها، أما المجموعة الثانية فتسمى بـ الكواكب الخارجية وهي ذات كتل و أحجام كبيرة، لكن كثافتها صغيرة و قريبة من كثافة الماء و هذه المجموعة بشكل عام تتركب من غاز الهيدروجين و الهيليوم.
  • الأقمار: وهي تدور حول الكواكب مثل القمر التابع الى الأرض و يوجد عدد كبير من الأقمار الموجودة في النظام الشمسي، و في معظم الأوقات تدور الأقمار في مدارات مثل الدائرة و في نفس مستوى دوران الأرض حول الشمس.
  • الكويكبات والمذنبات ومادة الشهب والنيازك: و النظام الشمسي ويحتوي على عدد كبير من الأجرام تسمى الكويكبات أو المذنبات، و العديد من هذه الأجرام لم يحدث له تغير منذ نشأة المجموعة الشمسية، ويبلغ عدد الكويكبات تقريبا مائة ألف كويكب، أما المذنبات فهي أجرام فهي عبارة عن أجسام جليدية ذات أنوية صخرية.

الخصائص العامة للمجموعة الشمسية

كل الكواكب تدور حول الشمس في اتجاه واحد و هو عكس اتجاه عقارب الساعة أي من الغرب الى الشرق، و أغلب الكواكب تدور في محورها في اتجاه واحد و ُبعد الكواكب عن الشمس يتضاعف تقريبا مع كل كوكب، أما التركيب الكيميائي الكواكب فهو متشابه تقريبا مع أكثر الكواكب، كل الكواكب تشبه المشتري بأن لها حلقات من الصخور الصغيرة تدور حولها.

كبلر وقوانين حركة الكواكب

وضع كبلر عدة قوانين لتحديد أماكن الكواكب في مداراتها بشكل دقيق، وهي ثلاثة قوانين و استطاع اسحاق نيوتن أن يفسر هذه القوانين، و عرفت بقوانين كبلر الثلاثة من خلال قانون الجاذبية.

  1. القانون الأول: تدور جميع الكواكب حول الشمس في مسار يمثله قطع ناقص (مدار بيضاوي) بحيث  تكون الشمس في واحدة من بؤرتي هذا المدار، و على الرغم من حركة الكواكب في مدارات بيضاوية الا أنها شبه دائرية، و هذا بسبب أن معامل الاختلاف في القطع الناقص صغير جدا، و معامل الاختلاف المركزي يعرف ب e و هو النسبة بين مسافة البؤرتين و المحور.
  2. القانون الثاني: الخط الواصل بين الكوكب والشمس يقطع مسافات متساوية في أزمنة متساوية” و اكتشف كبلر أن الكوكب في أثناء دورانه حول الشمس يدور بسرعات مختلفة، فيكون سريع عندما يقترب من نقطة الحضيض و بطيء بالقرب من نقطة الأوج.
  3. القانون الثالث: يتناسب مربع الزمن الذي يتم فيه الكوكب دورة مدارية حول الشمس مع مكعب بعد الكوكب عن الشمس بمعنى أن النسبة بين مكعب نصف قطر المحور الأكبر قيمة ثابتة لكل الكواكب، و يمكن التعبير عن هذا القانون رياضيا، ب a ، للقطع الناقص الى مربع زمن الدورة الخاصة به b و هي تساوي

و يمكن التعبير عن القانون بالرياضيات بقول أن a = نصف قطر المحور الأكبر للقطع الناقص = متوسط بعد الكوكب عن الشمس ، p = زمن دورة الكوكب المدارية حول الشمس، c = ثابت قيمته تعتمد على وحدات الكميات الفيزيائية a & p  .

قياس الكتلة و الكثافة

لكي يتم قياس الكتلة و الكثافة الخاصة بالشمس و الكواكب يتم العودة الى قانون كبلر الثالث، حيث لأنه يربط بين بعد الكوكب عن الشمس و زمن الدورة المدارية.

مثال: المطلوب حساب كتلة الشمس من خلال حركة الأرض حول الشمس.
الحل: aEarth = 1AU=1.5×1011  m
P  = 1 year =  365.24 days  =  365.24x24x60x60  =  3.15×107 sec

الكواكب العلوية و السفلية

الكواكب السفلية هي التي المدارات الخاصة بها داخل مدار الأرض و هي عطارد و الزهرة.
أما الكواكب العلوية فهي التي مدارتها خارج مدار الأرض و هي باقي كواكب المجموعة الشمسية.

مثال: مطلوب حساب الدورة النجمية الخاصة لكوكب الزهرةكوكب الزهرة إذا كانت الدورة الاقترانية له تساوي 583.92 يوم
و بما أن كوكب الزهرة من الكواكب السفلية فإن Pv  =  224.7 days.