يحتوي تاريخ الملاحة الفضائية، مثل أي صناعة أخرى، على أمثلة للحلول البارعة عندما تم تحقيق الهدف المنشود بطريقة جميلة وغير متوقعة. لم يكن الاتحاد السوفييتي/روسيا محظوظًا بتوافر المدار الثابت بالنسبة للأرض. لكن بدلاً من الوصول إليه بصواريخ أثقل أو محاولة تقليل كتلة الحمولة، توصل المطورون إلى فكرة استخدام مدار خاص. قصتنا اليوم تدور حول هذا المدار والأقمار الصناعية التي لا تزال تستخدمه.
الفيزياء
عند الحديث عن المدارات الثابتة بالنسبة للأرض والمدارات الإهليلجية للغاية، من الضروري أن نتذكر مفهومًا مثل الميل المداري. في هذه الحالة، الميل المداري هو الزاوية بين المستوى الاستوائي للأرض والمستوى المداري للقمر الصناعي:
إذا انطلقنا من مركز الفضاء وبدأنا في التسارع باتجاه الشرق، فسيكون للمدار الناتج ميل يساوي خط عرض مركز الفضاء. إذا بدأنا في التسارع والانحراف نحو الشمال، فسيكون الميل الناتج أكبر. إذا اعتقدنا أن هذا يجب أن يقلل الميل، وبدأنا في التسارع نحو الجنوب الشرقي، فإن المدار الناتج سيكون له أيضًا ميل أكبر من خط العرض لدينا. لماذا؟ انظر إلى الصورة: عند التسارع باتجاه الشرق، فإن أقصى نقطة شمالية من إسقاط المدار (الخط الأزرق) ستكون مركزنا الفضائي. وإذا تسارعنا إلى الجنوب الشرقي، فإن النقطة الشمالية القصوى لإسقاط المدار الناتج ستكون شمال مطارنا الفضائي، وسيكون ميل المدار أكبر من خط عرض الفضاء الفضائي:
الخلاصة: عند إطلاق مركبة فضائية، لا يمكن أن يكون الميل الأولي لمدارها أقل من خط عرض مركز الفضاء.
من أجل الدخول إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض (ميل 0°)، تحتاج إلى إعادة ضبط الميل إلى الصفر، لكن هذا يتطلب وقودًا إضافيًا (فيزياء هذه العملية - ). يبلغ خط عرض قاعدة بايكونور الفضائية 45 درجة، ونظرًا لأن مراحل الصواريخ المستهلكة لا ينبغي أن تسقط في الصين، يتم إطلاق الصواريخ إلى الشمال الشرقي على طرق بميل 65 درجة و51.6 درجة. ونتيجة لذلك، فإن مركبة الإطلاق 8K78 المكونة من أربع مراحل، والتي أطلقت طنًا ونصف طنًا إلى القمر، وما يقرب من طن إلى المريخ، يمكنها إطلاق حوالي 100 كجم فقط في المدار الثابت بالنسبة للأرض. في أوائل الستينيات، لم تتمكن أي دولة من تركيب قمر صناعي كامل للاتصالات الثابتة بالنسبة للأرض في مثل هذه الكتلة. وكان علينا أن نتوصل إلى شيء آخر. جاءت الميكانيكا المدارية للإنقاذ. كلما ارتفع ارتفاع القمر الصناعي، كلما كانت حركته أبطأ بالنسبة للأرض. على ارتفاع 36000 كيلومتر فوق خط الاستواء، سوف يحوم القمر الصناعي باستمرار فوق نقطة واحدة على الأرض (هذه هي الفكرة التي يعمل عليها المدار الثابت بالنسبة للأرض). وإذا وضعنا قمرًا صناعيًا في مدار عبارة عن قطع ناقص ممدود، فإن سرعته ستتغير بشكل كبير. في منطقة الحضيض (نقطة المدار الأقرب إلى الأرض) سوف يطير بسرعة كبيرة، ولكن في منطقة الحضيض (نقطة المدار الأبعد عن الأرض) سوف يحوم عمليا في مكانه لعدة ساعات. إذا حددت مسار القمر الصناعي بالنقاط بفاصل ساعة واحدة، فستحصل على الصورة التالية:
وبالإضافة إلى كونه ساكنًا تقريبًا، فإنه على ارتفاعات عالية، سيتمكن القمر الصناعي من رؤية مساحة شاسعة من كوكبنا وسيكون قادرًا على توفير الاتصالات بين النقاط البعيدة. سيعني الميل العالي للمدار أنه حتى في القطب الشمالي لن تكون هناك مشاكل في استقبال الإشارة. وإذا اخترت ميلًا قريبًا من 63.4 درجة، فسيكون تداخل الجاذبية من الأرض في حده الأدنى، ويمكنك أن تكون في المدار دون أي تصحيح تقريبًا. هكذا ولد مدار مولنيا بالمعلمات التالية:
- مركز الدائرة: 500 كم
- مركز العرض: 40.000 كم
- الميل: 62.8 درجة
- مدة التداول: 12 ساعة
تجسيد في الحديد
يمكن للصاروخ 8K78 إطلاق ما يصل إلى 1600 كجم في مدار بيضاوي الشكل للغاية. بالنسبة للمطورين، كانت هذه السعادة - كان من الممكن صنع قمر صناعي قوي بقدرات كبيرة وفي نفس الوقت "مسح أنف" الأمريكيين الذين لم تتجاوز كتلة أقمار الاتصالات الخاصة بهم 300 كجم. وكان الجهاز الناتج مثيرًا للإعجاب بخصائصه:
وتضمنت تجهيزات الأقمار الصناعية ثلاثة مكررات بقوة 40 واط ومكررين احتياطيين بقدرة 20 واط، وتم توليد الكهرباء لهم عن طريق الألواح الشمسية باستطاعة إجمالية كيلووات ونصف. تم استخدام هوائيين مكافئين متحكم بهما بقطر 1.4 متر لاستقبال ونقل البيانات. تم التحكم في الجهاز عن طريق جهاز ترانزستور زمني، وهو سلف أجهزة الكمبيوتر الحديثة، وكان الاتجاه مدعومًا بجيروسكوب طاقة فريد ثلاثي القوى، كما نفذ نظام التحكم خوارزميات معقدة لأوضاع الطيران ذات اتجاه ثلاثي المحاور. وفي موقع العمل، حافظ الجهاز على اتجاه ثابت بالألواح الشمسية نحو الشمس، مصاحبًا للأرض بهوائيات رئيسية يتم التحكم فيها. بعد الانتهاء من قسم العمل، تم تدوير الجهاز وفقًا للبيانات العمودية للأشعة تحت الحمراء حتى احتل موقعًا موازيًا لمتجه السرعة المدارية عند المركز المحيطي. في منطقة الحوطة، وفقا للأوامر المخزنة في الذاكرة، يمكنه تصحيح المدار.
المنظر العلوي، يظهر بوضوح مخروط نظام الدفع والأسطوانات الكروية للنيتروجين المضغوط لنظام التحكم في الموقف
المنظر السفلي، الألواح الشمسية المرئية، وحدة الاستشعار في النهاية والهوائيات
وكان من المفترض أن يتجاوز العمر النشط للجهاز سنة واحدة، وهو رقم رائع في ذلك الوقت. تم تسمية الجهاز باسم "Molniya"، وبالنظر إلى الأمام، لنفترض أنه تبين أنه صنع حقبة جديدة لدرجة أنه تم تسمية كل من المدار ومركبة الإطلاق 8K78 على شرفه.
استغلال
مركبة الإطلاق "Molniya-M"، سليل المركبة LV "Molniya"
في ذلك الوقت، لم يكن من الممكن أن تكون البداية سهلة. في 4 يونيو 1964، لم تصل أول مركبة مولنيا إلى مدارها بسبب عطل في مركبة الإطلاق. وفي 22 أغسطس 1964، تم إطلاق المركبة الثانية بنجاح إلى مدار قريب من التصميم. ولكن هنا تكمن المشكلة - لم يتم فتح كلا الهوائيين الرئيسيين، اللذين كان من المفترض أن يكررا بعضهما البعض. وأثبت التحقيق أنه أثناء الاختبار، تم اكتشاف تلف في عزل الكابل على أحد الهوائيات، وتم تغليف قضبان الهوائي، وفقًا لقرار المصمم، بشريط كلوريد الفينيل. في الفضاء، في ظل الألواح الشمسية، تجمد الشريط، ولم تتمكن الينابيع، التي كان من الصعب بالفعل فتح الهوائيات، من التغلب على البلاستيك المجمد. ضاعت مولنيا الثانية. بالنسبة للمستقبل، كانت المشكلة سهلة الإصلاح، وتم استبدال الينابيع الموجودة على قضبان الهوائي بمحركات كهربائية، والتي كانت مضمونة لفتح الهوائيات بالكامل. أخيرًا، في 23 أبريل 1965، تم إطلاق سفينة مولنيا الثالثة بنجاح وأصبحت جاهزة للعمل بكامل طاقتها. كانت هناك لحظة عصبية عندما لم يرغب المرحل الرئيسي في التشغيل في المرة الأولى، ولكن بعد عدة دقائق مؤلمة من إرسال الأوامر المستمرة من الأرض لتشغيل المكرر، تم تشغيله أخيرًا. تم إنشاء الاتصال بين موسكو وفلاديفوستوك من خلال أول قمر صناعي سوفييتي:
أول لقطات تلفزيونية تم بثها باستخدام Molniya
تعني القوة العالية للإشارة عدم الحاجة إلى هوائيات كبيرة لاستقبالها، وبدأ بناء أجنحة مدارية صغيرة نسبيًا في جميع أنحاء البلاد:
وسرعان ما غطت شبكة محطات البث الفضائي الأجزاء الشمالية والشرقية من الاتحاد السوفييتي:
وسرعان ما أصبح التلفزيون عبر الأقمار الصناعية أمرًا شائعًا، من خلال معجزة تقنية، حيث أعلن رئيس اللجنة الإقليمية في الشرق الأقصى على الفور أنه في حالة حدوث مشاكل في برامج البث، فإنه سيشكو شخصيًا إلى بريجنيف. بحلول عام 1984، تجاوز عدد محطات أوربيتا مائة محطة، مما جعل القنوات الفضائية السوفيتية متاحة حتى في المدن الصغيرة. قامت المحطات بنقل إشارة موسكو إلى مركز التلفزيون المحلي، والذي بدوره يخدم مساحة كبيرة.
فشلت أقمار مولنيا الأولى في تجاوز عمر عام واحد. ونظرًا لحقيقة أن القمر الصناعي يحلق عبر أحزمة الإشعاع أربع مرات يوميًا، بدأت الألواح الشمسية في التدهور بسرعة. تمكن "البرق" الأول من البقاء على قيد الحياة من أبريل إلى نوفمبر. تمت إضافة ألواح شمسية احتياطية إلى تصميم القمر الصناعي، والتي تم نشرها إذا لزم الأمر بعد تدهور الألواح الرئيسية. بالفعل "Molniya" رقم 7 كان قادرا على الوجود بنشاط من أكتوبر 1966 إلى يناير 1968. بالنسبة للأقمار الصناعية السوفيتية، كان هذا وقتا طويلا جدا.
تم تطوير "Lightning" في S. P. Design Bureau. كوروليف ، وفي عام 1965 بالفعل ، بدأ نقل الإنتاج إلى "الفرع رقم 2" في كراسنويارسك تحت قيادة ميخائيل ريشيتنيف. بدأ هذا التاريخ المجيد للمؤسسة، المعروفة الآن باسم JSC ISS التي سميت باسمها. الأكاديمي ريشيتنيف. تم تطوير أجهزة Molniya بنشاط. تم استبدال الهوائي المكافئ بهوائي رباعي الحلزون:
لقطات اختبار مثيرة للاهتمام وقصة عن هوائي رباعي الحلزون:
ألواح شمسية إضافية
تحولت الأجهزة إلى نطاق الطول الموجي بالسنتيمتر، وتعلمت البث ليس إلى البلد بأكمله، ولكن إلى المناطق الزمنية الفردية، وعدد قنوات الاتصال وقدرتها تتزايد باستمرار. بمرور الوقت، توقف استخدام مولنياس في البث التلفزيوني المدني وأصبح بشكل أساسي أقمارًا صناعية للاتصالات العسكرية. تم إطلاق آخر جهاز من عائلة Molniya، Molniya-3K، في عام 2001.
اليوم وغدا
انتقل البث التلفزيوني المدني في الاتحاد السوفييتي/روسيا في النهاية إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض. ظهرت مركبة إطلاق بروتون أكثر رفعًا، والتي بدأت في إطلاق الأقمار الصناعية إلى المحطة الثابتة بالنسبة للأرض في عام 1975. يتطلب جناح Orbit هوائيًا متحركًا يبلغ طوله اثني عشر مترًا وكان أدنى من "أطباق" الأقمار الصناعية الموجودة الآن في كل مكان. أنهت الأقمار الصناعية Molniya حياتها. لكن مدار مولنيا لم يمت. إنه مطلوب عند خطوط العرض العالية لدينا، والآن تطير عليه أقمار الاتصالات ميريديان، ومنذ عام 2012، يجري تطوير نظام الأرصاد الجوية في القطب الشمالي. تُستخدم الخصائص الفريدة للمدار أيضًا في الخارج - فقد تم إطلاق القمر الصناعي العسكري الأمريكي NROL-35، الذي يُفترض أنه مرتبط بالأقمار الصناعية لنظام التحذير من الهجوم الصاروخي والذي تم إطلاقه في ديسمبر 2014، في مدار مولنيا. من يدري، ربما تكون الصاعقة الموجودة في يدي الفتاة على شعار المهمة بمثابة تلميح لاسم المدار؟
يتم استخدام البديل من مدار مولنيا، مدار تندرا الذي يبلغ مركزه 46-52 ألف كيلومتر وفترة مدارية مدتها يوم واحد، بواسطة ثلاثة أقمار صناعية راديوية من طراز Sirius XM ونظام الملاحة الياباني QZSS.
في المستقبل، لن يُنسى مدار مولنيا. المدار الثابت بالنسبة للأرض محمل فوق طاقته؛ وبدلاً من ذلك، قد تبدأ الأقمار الصناعية في التحرك إلى مدارات إهليلجية للغاية. وحتى خارج الأرض، قد يجد اختراع المقذوفات السوفيتية تطبيقًا: في مشروع مهمة مأهولة إلى Mars HERRO، يُقترح استخدام نظير لمدار Molniya للتحكم في الروبوتات على السطح في الوقت الفعلي.
هناك 3 خيارات للخروج من المدار - الانتقال إلى مدار جديد (والذي قد يكون بدوره أقرب أو أبعد عن الشمس، أو حتى يكون ممدودًا جدًا)، والسقوط في الشمس وترك النظام الشمسي. دعونا نفكر فقط في الخيار الثالث، والذي، في رأيي، هو الأكثر إثارة للاهتمام.
وكلما ابتعدنا عن الشمس، سيكون هناك قدر أقل من الأشعة فوق البنفسجية المتاحة لعملية التمثيل الضوئي، وسينخفض متوسط درجة الحرارة على الكوكب سنة بعد سنة. وستكون النباتات أول من سيعاني، مما سيؤدي إلى اضطرابات كبيرة في السلسلة الغذائية والنظم البيئية. وسوف يأتي العصر الجليدي بسرعة كبيرة. الواحات الوحيدة التي تتمتع بظروف أكثر أو أقل ستكون بالقرب من ينابيع الطاقة الحرارية الأرضية وينابيع المياه الحارة. ولكن ليس لفترة طويلة.
بعد عدد معين من السنوات (بالمناسبة، لن يكون هناك المزيد من الفصول)، على مسافة معينة من الشمس، ستبدأ أمطار غير عادية على سطح كوكبنا. سيكون هناك أمطار من الأكسجين. إذا كنت محظوظًا، فربما تتساقط الثلوج بسبب الأكسجين. لا أستطيع أن أقول على وجه اليقين ما إذا كان الناس على السطح سيكونون قادرين على التكيف مع هذا - لن يكون هناك طعام أيضًا، وسيكون الفولاذ في مثل هذه الظروف هشًا للغاية، لذلك ليس من الواضح كيفية الحصول على الوقود. سوف يتجمد سطح المحيط إلى عمق كبير، وسيغطي الغطاء الجليدي بسبب تمدد الجليد سطح الكوكب بالكامل باستثناء الجبال - وسيصبح كوكبنا أبيض اللون.
لكن درجة حرارة قلب الكوكب ووشاحه لن تتغير، لذلك تحت الغطاء الجليدي على عمق عدة كيلومترات ستبقى درجة الحرارة مقبولة تماما. (إذا قمت بحفر مثل هذا المنجم وتزويده بالغذاء والأكسجين المستمر، فيمكنك حتى العيش هناك)
أطرف شيء هو في أعماق البحر. حيث حتى الآن لا يخترق شعاع الضوء. هناك، على عمق عدة كيلومترات تحت سطح المحيط، هناك أنظمة بيئية كاملة لا تعتمد على الإطلاق على الشمس، على التمثيل الضوئي، على حرارة الشمس. ولها دوراتها الخاصة من المواد، وهي عملية التمثيل الكيميائي بدلاً من عملية التمثيل الضوئي، ويتم الحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة بسبب حرارة كوكبنا (النشاط البركاني، والينابيع الساخنة تحت الماء، وما إلى ذلك) حيث أن درجة الحرارة داخل كوكبنا يتم ضمانها بواسطة جاذبيته. ، الكتلة، حتى بدون الشمس، فهي أيضًا خارج النظام الشمسي، وسيتم الحفاظ على الظروف المستقرة ودرجة الحرارة المطلوبة هناك. والحياة التي تغلي في أعماق البحر، في قاع المحيط، لن تلاحظ حتى اختفاء الشمس. تلك الحياة لن تعرف حتى أن كوكبنا كان يدور حول الشمس. وربما سوف تتطور.
ومن غير المحتمل أيضًا، ولكن من الممكن أيضًا، أن تطير كرة ثلجية - الأرض - يومًا ما، بعد مليارات السنين، إلى أحد نجوم مجرتنا وتقع في مداره. ومن الممكن أيضًا أن "يذوب" كوكبنا في مدار نجم آخر وتظهر الظروف الملائمة للحياة على السطح. ربما الحياة في أعماق البحر، بعد التغلب على هذا المسار بأكمله، سوف تأتي مرة أخرى إلى السطح، كما حدث بالفعل مرة واحدة. ربما، نتيجة للتطور، ستظهر الحياة الذكية مرة أخرى على كوكبنا بعد ذلك. وأخيرًا، ربما سيجدون الوسائط الباقية مع الأسئلة والأجوبة من الموقع في بقايا أحد مراكز البيانات
معروف ثلاث عمليات دوريةمما يؤدي إلى ما يسمى بالتقلبات العلمانية البطيئة في قيم الثابت الشمسي. عادة ما ترتبط التغيرات المناخية العلمانية المقابلة بهذه التقلبات في الثابت الشمسي، والتي انعكست في أعمال إم.في. لومونوسوف، أ. فويكوفا وآخرون، ظهرت لاحقًا عند تطوير هذه المشكلة الفرضية الفلكية للسيد ميلانكوفيتش، موضحا التغيرات التي طرأت على مناخ الأرض في الماضي الجيولوجي. وترتبط التقلبات العلمانية للثابت الشمسي بالتغيرات البطيئة في شكل وموضع مدار الأرض، وكذلك اتجاه محور الأرض في الفضاء العالمي، الناجم عن الجذب المتبادل للأرض والكواكب الأخرى. وبما أن كتل الكواكب الأخرى في النظام الشمسي أقل بكثير من كتلة الشمس، فإن تأثيرها محسوس في شكل اضطرابات صغيرة لعناصر مدار الأرض. نتيجة للتفاعل المعقد لقوى الجاذبية، فإن مسار الأرض حول الشمس ليس شكلًا بيضاويًا ثابتًا، بل منحنى مغلق معقد إلى حد ما. إن إشعاع الأرض الذي يتبع هذا المنحنى يتغير باستمرار.
العملية الدورية الأولى هي تغير في الشكل المداريمن الشكل الإهليلجي إلى الشكل الدائري تقريبًا بفترة تبلغ حوالي 100000 عام؛ ويسمى التذبذب غريب الأطوار. الانحراف يميز استطالة القطع الناقص (انحراف صغير – مدار دائري، انحراف كبير – مدار – قطع ناقص ممدود). تشير التقديرات إلى أن الزمن المميز للتغير في الانحراف هو 105 سنوات (100000 سنة).
أرز. 3.1 - التغير في الانحراف المركزي المداري للأرض (وليس الحجم) (من J. Silver, 2009)
التغييرات في الانحراف المركزي غير دورية. وهي تتقلب حول قيمة 0.028، وتتراوح من 0.0163 إلى 0.0658. حاليًا، يستمر الانحراف المداري البالغ 0.0167 في الانخفاض، وسيتم الوصول إلى الحد الأدنى لقيمته خلال 25 ألف عام. ومن المتوقع أيضًا فترات أطول من انخفاض الانحراف المركزي - تصل إلى 400 ألف سنة. يؤدي التغير في انحراف مدار الأرض إلى تغير في المسافة بين الأرض والشمس، وبالتالي في كمية الطاقة الموردة لكل وحدة زمنية إلى وحدة مساحة متعامدة مع أشعة الشمس عند الحد العلوي للأرض. الجو. وقد وجد أنه عندما يتغير الانحراف المركزي من 0.0007 إلى 0.0658، فإن الفرق بين تدفقات الطاقة الشمسية من الانحراف المركزي في الحالات التي تمر فيها الأرض بالحضيض والأوج للمدار يتغير من 7 إلى 20−26٪ من الثابت الشمسي. في الوقت الحالي، مدار الأرض بيضاوي الشكل قليلاً ويبلغ الفرق في تدفق الطاقة الشمسية حوالي 7٪. خلال أعظم الإهليلجية، يمكن أن يصل هذا الاختلاف إلى 20-26%. ويترتب على ذلك أنه عند الانحرافات الصغيرة، تختلف كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض قليلاً في الحضيض الشمسي (147 مليون كيلومتر) أو الأوج (152 مليون كيلومتر) من المدار. في أقصى انحراف مركزي، تصل الطاقة إلى الحضيض أكثر من الأوج بمقدار ربع الثابت الشمسي. يتم تحديد الفترات المميزة التالية في تقلبات الانحراف المركزي: حوالي 0.1؛ 0.425 و 1.2 مليون سنة.
أما العملية الدورية الثانية فهي تغير في ميل محور الأرض إلى مستوى مسير الشمس، والذي تبلغ دورته حوالي 41000 سنة. خلال هذا الوقت، يتغير الميل من 22.5 درجة (21.1) إلى 24.5 درجة (الشكل 3.2). تبلغ حاليا 23°26"30". وتؤدي الزيادة في الزاوية إلى زيادة ارتفاع الشمس في الصيف وانخفاضها في الشتاء. وفي الوقت نفسه، سيزداد التشميس في خطوط العرض العالية، وعند خط الاستواء. سوف ينخفض قليلا. كلما كان هذا الميل أصغر، كلما كان الفرق بين الشتاء والصيف أصغر. يميل الشتاء الأكثر دفئا إلى أن يكون أكثر تساقطا للثلوج، والصيف البارد يمنع كل الثلوج من الذوبان. يتراكم الثلج على الأرض، مما يشجع نمو الأنهار الجليدية. كما يزداد المنحدر، وتصبح الفصول أكثر وضوحا، ويكون الشتاء أكثر برودة وتقل الثلوج، ويكون الصيف أكثر دفئا ويوجد المزيد من الثلوج وذوبان الجليد، وهذا يعزز تراجع الأنهار الجليدية إلى المناطق القطبية، وبالتالي فإن زيادة الزاوية تزيد الموسمية. ولكنه يقلل من الاختلافات العرضية في كمية الإشعاع الشمسي على الأرض.
أرز. 3.2 – التغير في ميل محور دوران الأرض مع مرور الوقت (من J. Silver, 2009)
العملية الدورية الثالثة هي تذبذب محور دوران الكرة الأرضية، وتسمى المبادرة. تقدمية محور الأرض- هذه هي الحركة البطيئة لمحور دوران الأرض على طول مخروط دائري. إن التغير في اتجاه محور الأرض في الفضاء العالمي يرجع إلى التناقض بين مركز الأرض بسبب تفلطحها ومحور جاذبية الأرض-القمر-الشمس. ونتيجة لذلك، يصف محور الأرض سطحًا مخروطيًا معينًا (الشكل 3.3). وتبلغ فترة هذا التذبذب حوالي 26000 سنة.
أرز. 3.3 – تقدمية مدار الأرض
حاليًا، تكون الأرض أقرب إلى الشمس في شهر يناير منها في شهر يونيو. ولكن بسبب المبادرة، بعد 13000 سنة، سيكون أقرب إلى الشمس في يونيو منه في يناير. سيؤدي ذلك إلى زيادة التغيرات الموسمية في درجات الحرارة في نصف الكرة الشمالي. تؤدي مبادرة محور الأرض إلى تغير متبادل في موضع نقاط الانقلاب الشتوي والصيفي بالنسبة إلى الحضيض الشمسي في المدار. الفترة التي يتكرر فيها الموقع المتبادل للحضيض المداري ونقطة الانقلاب الشتوي هي 21 ألف سنة. وفي الآونة الأخيرة، في عام 1250، تزامن الحضيض الشمسي للمدار مع الانقلاب الشتوي. تمر الأرض الآن بالحضيض الشمسي في 4 يناير، ويحدث الانقلاب الشتوي في 22 ديسمبر. الفرق بينهما هو 13 يومًا، أو 12°65". سيحدث التزامن التالي للحضيض مع نقطة الانقلاب الشتوي بعد 20 ألف عام، والسابق كان قبل 22 ألف عام. ومع ذلك، بين هذه الأحداث تزامنت نقطة الانقلاب الصيفي مع نقطة الانقلاب الصيفي. الحضيض الشمسي.
في الانحرافات الصغيرة، لا يؤدي موقع الانقلابين الصيفي والشتوي بالنسبة للحضيض المداري إلى تغير كبير في كمية الحرارة التي تدخل الأرض خلال فصلي الشتاء والصيف. وتتغير الصورة بشكل كبير إذا تبين أن الانحراف المداري كبير، على سبيل المثال 0.06. هكذا كان الانحراف قبل 230 ألف سنة وسيكون بعد 620 ألف سنة. في الانحرافات الكبيرة للأرض، يمر جزء المدار المجاور للحضيض الشمسي، حيث تكون كمية الطاقة الشمسية أكبر، بسرعة، والجزء المتبقي من المدار المطول عبر الاعتدال الربيعي إلى الأوج يمر ببطء، لفترة طويلة الوقت على مسافة كبيرة من الشمس. إذا تزامن الحضيض الشمسي مع نقطة الانقلاب الشتوي في هذا الوقت، فإن نصف الكرة الشمالي سيشهد شتاءً قصيرًا دافئًا وصيفًا طويلًا باردًا، بينما سيشهد نصف الكرة الجنوبي صيفًا قصيرًا دافئًا وشتاء طويلًا باردًا. إذا تزامنت نقطة الانقلاب الصيفي مع الحضيض الشمسي للمدار، فسيتم ملاحظة فصول الصيف الحارة والشتاء الطويل البارد في نصف الكرة الشمالي، والعكس صحيح في نصف الكرة الجنوبي. يعد الصيف الطويل والبارد والرطب مناسبًا لنمو الأنهار الجليدية في نصف الكرة الأرضية حيث تتركز معظم الأراضي.
وبالتالي، فإن جميع التقلبات المدرجة في أحجام مختلفة من الإشعاع الشمسي يتم فرضها على بعضها البعض وتعطي مسارًا علمانيًا معقدًا للتغيرات في الثابت الشمسي، وبالتالي تأثير كبير على ظروف تكوين المناخ من خلال التغيرات في كمية تلقى الإشعاع الشمسي. تكون التقلبات في حرارة الشمس أكثر وضوحًا عندما تكون هذه العمليات الدورية الثلاث في الطور. ومن ثم من الممكن حدوث كتل جليدية كبيرة أو ذوبان كامل للأنهار الجليدية على الأرض.
تم اقتراح وصف نظري مفصل لآليات تأثير الدورات الفلكية على مناخ الأرض في النصف الأول من القرن العشرين. عالم الفلك والجيوفيزياء الصربي المتميز ميلوتين ميلانكوفيتش، الذي طور نظرية دورية العصور الجليدية. افترض ميلانكوفيتش أن التغيرات الدورية في الانحراف المركزي لمدار الأرض (الإهليلجية)، والتقلبات في زاوية ميل محور دوران الكوكب ومبادرة هذا المحور يمكن أن تسبب تغيرات كبيرة في مناخ الأرض. على سبيل المثال، منذ حوالي 23 مليون سنة، تزامنت فترات الحد الأدنى لقيمة انحراف مدار الأرض والحد الأدنى من التغيير في ميل محور دوران الأرض (هذا الميل هو المسؤول عن تغير الفصول). لمدة 200 ألف عام، كانت التغيرات المناخية الموسمية على الأرض ضئيلة، حيث كان مدار الأرض دائريًا تقريبًا، وظل ميل محور الأرض دون تغيير تقريبًا. ونتيجة لذلك، كان الفرق في درجات حرارة الصيف والشتاء عند القطبين بضع درجات فقط، ولم يكن للجليد وقت ليذوب خلال فصل الصيف، وكانت هناك زيادة ملحوظة في مساحتها.
وقد تعرضت نظرية ميلانكوفيتش لانتقادات متكررة، منذ حدوث اختلافات في الإشعاع لهذه الأسباب صغيرة نسبياوتم التعبير عن الشكوك حول ما إذا كانت مثل هذه التغييرات الصغيرة في الإشعاع الموجود عند خطوط العرض العليا يمكن أن تسبب تقلبات مناخية كبيرة وتؤدي إلى حدوث تجمعات جليدية. في النصف الثاني من القرن العشرين. تم الحصول على قدر كبير من الأدلة الجديدة حول تقلبات المناخ العالمي في العصر الجليدي. نسبة كبيرة منها عبارة عن أعمدة من الرواسب المحيطية، والتي لها ميزة مهمة على الرواسب الأرضية من حيث أنها تتمتع بسلامة أكبر بكثير لتسلسل الرواسب مقارنة باليابسة، حيث غالبًا ما يتم إزاحة الرواسب في الفضاء وإعادة ترسيبها بشكل متكرر. تم بعد ذلك إجراء التحليل الطيفي لمثل هذه التسلسلات المحيطية التي يعود تاريخها إلى ما يقرب من 500 ألف سنة. تم اختيار قلبين من وسط المحيط الهندي بين التقارب شبه الاستوائي والجبهة القطبية المحيطية في القطب الجنوبي (43-46 درجة جنوبًا) للتحليل. هذه المنطقة بعيدة بنفس القدر عن القارات وبالتالي لا تتأثر إلا قليلاً بتقلبات عمليات التآكل عليها. وفي الوقت نفسه، تتميز المنطقة بمعدل ترسيب مرتفع إلى حد ما (أكثر من 3 سم/1000 سنة)، بحيث يمكن تمييز التقلبات المناخية بفترة أقل بكثير من 20 ألف سنة. كمؤشرات للتقلبات المناخية، اخترنا المحتوى النسبي لنظير الأكسجين الثقيل δO 18 في المنخربات العوالق، وتكوين الأنواع في المجتمعات الشعاعية، وكذلك المحتوى النسبي (بالنسبة المئوية) لأحد الأنواع الشعاعية سيكلادوفورا دافيسيانا.يعكس المؤشر الأول التغيرات في التركيب النظائري لمياه المحيط المرتبطة بنشوء وذوبان الصفائح الجليدية في نصف الكرة الشمالي. المؤشر الثاني يوضح التقلبات السابقة في درجة حرارة المياه السطحية (T s) . المؤشر الثالث غير حساس لدرجة الحرارة ولكنه حساس للملوحة. يُظهر أطياف الاهتزاز لكل من المؤشرات الثلاثة وجود ثلاث قمم (الشكل 3.4). تحدث الذروة الأكبر عند حوالي 100 ألف سنة، والثانية عند 42 ألف سنة، والثالثة عند 23 ألف سنة. وأول هذه الفترات قريب جداً من فترة التغير في الانحراف المداري، وتتزامن مراحل التغيرات. وتتزامن الفترة الثانية من التقلبات في المؤشرات المناخية مع فترة التغيرات في زاوية ميل محور الأرض. في هذه الحالة، يتم الحفاظ على علاقة مرحلة ثابتة. وأخيرًا، الفترة الثالثة تتوافق مع التغيرات شبه الدورية في حركة المبادرة.
أرز. 3.4. أطياف التذبذب لبعض المعلمات الفلكية:
1 - إمالة المحور، 2 - المبادرة ( أ); تشميس عند 55 درجة جنوبا. ث. في الشتاء ( ب) و 60 درجة شمالا. ث. في الصيف ( الخامس)، بالإضافة إلى أطياف التغيرات في ثلاثة مؤشرات مناخية مختارة على مدى 468 ألف سنة الماضية (Hays J.D., Imbrie J., Shackleton N.J., 1976)
كل هذا يجعلنا نعتبر التغيرات في معالم مدار الأرض وميل محور الأرض عوامل مهمة في تغير المناخ وتشير إلى انتصار نظرية ميلانكوفيتش الفلكية. في نهاية المطاف، يمكن تفسير تقلبات المناخ العالمي في العصر البليستوسيني بدقة من خلال هذه التغييرات (Monin A.S., Shishkov Yu.A., 1979).
يقول علماء يقومون بالتنقيب في الصخور القديمة في صحراء أريزونا إنهم اكتشفوا تحولا تدريجيا في مدار الأرض يتكرر كل 405 آلاف سنة، ويلعب دورا في التغيرات المناخية الطبيعية.
لقد افترض علماء الفيزياء الفلكية منذ فترة طويلة أن الدورة موجودة بناءً على حسابات الميكانيكا السماوية، لكن مؤلفي دراسة جديدة وجدوا أول دليل مادي يمكن التحقق منه.
وأظهروا أن الدورة كانت مستقرة لمئات الملايين من السنين، بدءا من ظهور الديناصورات وما زالت مستمرة حتى اليوم. يمكن أن يكون لهذا البحث آثار ليس فقط على أبحاث المناخ، ولكن أيضًا على فهمنا لتطور الحياة على الأرض وتطور النظام الشمسي.
لقد اعتقد العلماء لعقود من الزمن أن مدار الأرض حول الشمس يتغير من دائري تقريبًا إلى حوالي 5 بالمائة إهليلجيًا ويعود مرة أخرى كل 405000 عام. ويُعتقد أن هذا التحول يرجع إلى تفاعل معقد مع تأثيرات الجاذبية لكوكب الزهرة والمشتري، بالإضافة إلى أجسام أخرى في النظام الشمسي، حيث تدور جميعها حول الشمس.
يعتقد علماء الفيزياء الفلكية أن الرياضيات وراء الدورة يمكن الاعتماد عليها لمدة تصل إلى 50 مليون سنة، ولكن بعد ذلك تصبح المشكلة معقدة للغاية بسبب وجود العديد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار.
وقال المؤلف الرئيسي دينيس كينت، الخبير في المغناطيسية القديمة: "هناك دورات مدارية أخرى أقصر، ولكن عندما تنظر إلى الوراء في الوقت المناسب، فمن الصعب للغاية معرفة ما تتعامل معه في أي وقت لأن كل شيء يتغير باستمرار". في مرصد لامونت دوهرتي للأرض في جامعة كولومبيا وجامعة روتجرز.
يقع الدليل الجديد على عمق 500 متر من الصخور التي حفرها كينت وزملاؤه في حديقة وطنية في أريزونا في عام 2013، بالإضافة إلى عينات عميقة سابقة من ضواحي نيويورك ونيوجيرسي. تشكلت صخور أريزونا خلال العصر الترياسي المتأخر، قبل ما بين 209 مليون و215 مليون سنة، عندما كانت المنطقة مغطاة بالأنهار المتعرجة التي ترسبت الرواسب. بدأت الديناصورات المبكرة في التطور في هذا الوقت تقريبًا.
درس العلماء صخور أريزونا من خلال تحليل الطبقات المدمجة من الرماد البركاني التي تحتوي على نظائر مشعة تتحلل بمعدلات يمكن التنبؤ بها. وداخل الرواسب، اكتشفوا أيضًا انعكاسات متكررة في قطبية المجال المغناطيسي للكوكب. ثم قارن الفريق هذه البيانات مع نوى نيويورك ونيوجيرسي، التي اخترقت البحيرات القديمة والتربة التي احتفظت بأدلة على فترات رطبة وجافة متناوبة في تاريخ الأرض.
لقد جادل كينت وأولسن منذ فترة طويلة بأن التغيرات المناخية الواضحة في صخور نيويورك ونيوجيرسي تم التحكم فيها من خلال دورة مدتها 405000 عام. ومع ذلك، لا توجد طبقات من الرماد البركاني لتحديد التواريخ الدقيقة. لكن هذه النوى تحتوي على انعكاسات قطبية مثل تلك الموجودة في أريزونا.
ومن خلال الجمع بين مجموعتي البيانات، أظهر الفريق أن كلا الموقعين كانا يتغيران في نفس الوقت، وأن الفاصل الزمني البالغ 405000 سنة هو في الواقع بمثابة أداة تحكم رئيسية في التقلبات المناخية. وقال عالم الحفريات بول أولسن، المؤلف المشارك للدراسة، إن الدورة لا تغير المناخ بشكل مباشر؛ بل إنه يعزز أو يضعف تأثيرات الدورات الأقصر التي تعمل بشكل مباشر أكثر.
تُعرف حركات الكواكب التي تسبب التغيرات المناخية بدورات ميلانكوفيتش، والتي سميت على اسم عالم الرياضيات الصربي الذي طورها في عشرينيات القرن الماضي. وهي تتألف من دورة مدتها 100000 عام في الانحراف المركزي لمدار الأرض، على غرار التذبذب الكبير الذي يبلغ 405000 عام؛ دورة مدتها 41000 سنة في ميل محور الأرض بالنسبة لمدارها حول الشمس؛ ودورة مدتها 21000 عام ناجمة عن تمايل محور الكوكب. وتغير هذه التغيرات مجتمعة نسبة الطاقة الشمسية التي تصل إلى نصف الكرة الشمالي، وهذا بدوره يؤثر على المناخ.
في السبعينيات، أظهر العلماء أن دورات ميلانكوفيتش كانت مسؤولة عن الاحترار والتبريد المتكرر للكوكب، وبالتالي بداية العصور الجليدية وتوقفها على مدى ملايين السنين القليلة الماضية.
لكنهم ما زالوا يتجادلون حول التناقضات في البيانات خلال هذه الفترة، وكذلك العلاقة بين الدورات، مع ارتفاع وانخفاض مستويات ثاني أكسيد الكربون من ناحية، والضوابط المناخية الأساسية الواضحة من ناحية أخرى. إن فهم كيفية حدوث كل هذا في الماضي البعيد هو أمر أكثر صعوبة. أولاً، يكاد يكون من المؤكد أن ترددات الدورات الأقصر قد تغيرت مع مرور الوقت، ولكن لا يمكن لأحد أن يقول على وجه اليقين مقدار التغير.
ومن ناحية أخرى، تؤثر الدورات باستمرار على بعضها البعض. في بعض الأحيان لا يتطابق بعضها في الواقع مع بعضها البعض، ويميل كل منهما إلى إلغاء الآخر؛ أو قد تصطف عدة دورات واحدة تلو الأخرى لبدء تغييرات جذرية مفاجئة. إن إجراء العمليات الحسابية حول كيفية توافقها معًا يصبح أكثر صعوبة إذا أردنا الرجوع إلى الوراء في الوقت المناسب.
يقول كينت وأولسن أنه كل 405.000 سنة، عندما يكون الانحراف المداري في ذروته، تصبح الاختلافات الموسمية الناجمة عن الدورات الأقصر أكثر حدة؛ الصيف أكثر سخونة والشتاء أكثر برودة. تكون فترة الجفاف أكثر جفافًا، وتكون فترة الأمطار أكثر رطوبة.
وسيكون العكس بعد 202.500 سنة، عندما يكون مدار الأرض في أقصى مداره. خلال العصر الترياسي المتأخر، ولأسباب غير معروفة، كان الجو أكثر دفئًا مما هو عليه الآن، بعد عدة دورات، ولم يكن هناك أي تجلد عمليًا. ثم تجلت دورة 405000 سنة في فترات رطبة وجافة بالتناوب. بلغ هطول الأمطار ذروته عندما كان المدار شديد الانحراف، مما أدى إلى خلق مساحات عميقة من المياه التي خلفت طبقات من الصخر الزيتي الأسود في شرق أمريكا الشمالية. وعندما أصبح المدار أقرب إلى الدائرة، جفت، تاركة طبقات أخف من التربة.
وبسبب كل العوامل المتنافسة، يقول كينت وأولسن إنه لا يزال هناك الكثير لنتعلمه. قال أولسن: "هذه مادة صعبة حقًا". "نحن نستخدم بشكل أساسي نفس أنواع الرياضيات التي نستخدمها لإرسال المركبات الفضائية إلينا، وبالطبع ينجح الأمر. ولكن بمجرد البدء في توسيع نطاق الحركات بين الكواكب في الوقت المناسب لمعرفة التأثيرات على المناخ، لا يمكنك الادعاء بفهم كيفية عمل كل شيء بالضبط. ووفقا له، فإن إيقاع الدورة الـ 405 ألف يمكن أن يساعد الباحثين على فهم هذه المسألة الصعبة.
في حال كنت تتساءل، فإن الأرض حاليًا في جزء دائري تقريبًا خلال فترة 405000 سنة. ماذا يعني هذا بالنسبة لنا؟ يقول كينت: "ربما لا يوجد شيء ملحوظ للغاية". "هذه كلها تقع في أسفل قائمة العديد من العوامل الأخرى التي يمكن أن تؤثر على المناخ مع مرور الوقت والتي تهمنا." يشير دينيس كينت إلى أنه وفقًا لنظرية ميلانكوفيتش، يجب أن نكون في ذروة اتجاه الاحترار في دورة العشرين ألف عام التي انتهت بالعصر الجليدي الأخير؛ وقد تبدأ الأرض في البرودة مرة أخرى في نهاية المطاف خلال آلاف السنين، وربما يحدث بعد ذلك عصر جليدي آخر.
معلومات اكثر:دينيس في كينت إل آل.، "دليل تجريبي على استقرار دورة الانحراف المركزي بين كوكب المشتري والزهرة التي تبلغ 405 كيلو سنة على مدى مئات الملايين من السنين،" PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1800891115
"... لقد بدأت سلسلة من الأعمال حول الشكل الحقيقي للكون.
هل أنت قارئ جاهز؟ حسنًا، انتظر هناك واعتني بسلامتك العقلية. الآن سوف يكون صحيحا. لكن أولاً، أجب عن سؤال واحد:
كيف يختلف علم الفلك عن علم التنجيم؟
في علم التنجيم هناك 12 علامة زودياك، وفي علم الفلك هناك 13 كوكبة. تتم إضافة Zmeelov أيضًا إلى الأشخاص المعروفين لدى الجميع. في علم التنجيم، تنقسم جميع الأبراج إلى أشهر، يبلغ عددها 12 شهرًا، مع عدد متساوٍ تقريبًا من الأيام - تحية للنظام المتري. في علم الفلك، كل شيء مختلف: الدائرة لها 360 درجة ولكل كوكبة أبعادها الزاوية الخاصة. الأبراج مختلفة وأحجامها الزاويّة مختلفة. إذا قمنا بتحويلها إلى راديان، والراديان إلى أيام، يصبح من الواضح تماما أن الأبراج لها فترات مختلفة في الأيام. أي أن الشمس تتحرك في أبراج مختلفة وتمر عبرها في عدد مختلف من الأيام.
برج الثور – 14.05 – 23.06
الجوزاء 23.06 - 20.07
برج السرطان 20.07 - 11.08
ليو 11.08 - 17.09
برج العذراء 17.09 - 21.10
الميزان 21.10 - 22.11
العقرب 22.11 – 30.11
صائد الثعابين 30.11 - 18.12
القوس 12.18 - 19.01
الجدي 19.01 - 16.02
الدلو 16.02 - 12.03
الحوت 12.03 - 18.04
برج الحمل 18.04 - 14.05
كما ترون، وفقا للأرصاد الفلكية، فإن الأبراج الحقيقية للشمس تقع في فترات مختلفة تماما والأشهر الفلكية كلها مختلفة: من 8 أيام إلى 42 يوما.
لا تدور الأرض حول الشمس فحسب، بل تدور الشمس أيضًا حول مركز معين في مستوى مسير الشمس. إذا كنت تتخيل شكلًا هندسيًا للطارة، يشبه الدونات، ففي منتصف الطارة نفسها توجد أبراج، والتي يمكننا ملاحظتها من الأماكن التي تعيش فيها البشرية على هذا الكوكب. في القطبين هناك صورة مختلفة للعالم النجمي. لذا فإن النظام الشمسي يتحرك على طول الجزء الداخلي من الدائرة، وفي الدائرة نفسها توجد النجوم المرئية لنا.
عندما تكون الشمس في إحدى مجموعات الأبراج، لا نستطيع أن نرى في أي منها هي، حيث أن ضوء النهار أبيض والنجم يعمينا، والنجوم غير مرئية في السماء. ماذا يفعل المنجمون؟ في تمام الساعة 12 ليلا، ينظرون إلى السماء ويرون أي كوكبة هي الأعلى، ثم يأخذون العكس تماما في علامة البروج المرسومة في دائرة، حيث تكون جميع الأشهر متساوية تقريبا. وهذا يحدد كوكبة الشمس الآن. لكن هذه كذبة. لقد أوضحت أن الأبراج لها أحجام مختلفة في السماء، مما يعني أن علامة البروج المقبولة في العالم هي مجرد اتفاقية. أي أن علامات الأبراج تمثل في الواقع أشهرًا وهمية لا علاقة لها بالدورة السنوية.
بالنظر إلى الأمام، أريد أن أقول إن هذا النظام بأكمله ذو الطارة ليس بلا حراك، بل يتحرك على طول محور معين، بينما تتحرك كواكب النظام الشمسي في دوامة صغيرة حول الشمس، وتتحرك الشمس في دوامة كبيرة في الداخل الحيد. ..."
