من المعروف أن الشمس هي مركز المجموعة الشمسية، حولها تدور الكواكب الثمانية، والكواكب القزمة، والكويكبات، وبعض النيازك، وعدد قليل من المذنبات البعيدة. هذا ما عرفناه منذ نعومة أظافرنا خلال دراستنا. الأمر أقرب لمسلمة لا جدال فيها، منذ أن أثبت العلماء أن الأرض ليست مركز الكون وأن الأرض وبقية الكواكب تدور حول الشمس.

هذا الأمر صحيح، لكنه صحيح نسبيًّا؛ إذ إن هذه ليست القصة الكاملة، فبدلًا من ذلك، كل شيء في المجموعة الشمسية يدور – في الحقيقة – حول ما يسمى «مركز كتلة النظام الشمسي»، بما فيها الشمس نفسها. أوضح العلماء هذا الأمر عبر فيديوهات شارحة مؤخرًا، فما القصة؟

الدوران حول مركز الكتلة

مركز الكتلة هذا الذي تدور حوله الكواكب والأجرام السماوية المختلفة في نظامنا الشمسي، هو تلك النقطة التي يمكن عندها موازنة جسم ما بشكل مثالي، مع توزيع كل كتلته بالتساوي على جميع الجوانب.

يطلق على هذا المركز اسم نقطة المرجح (barycenter)، وفي بعض الأحيان يكون مركز الكتلة مباشرة في مركز الجسم.

على سبيل المثال، يمكنك بسهولة العثور على مركز كتلة المسطرة. جرِّب الإمساك بإصبعك أسفل منتصف المسطرة في أماكن مختلفة. ستجد مكانًا حيث يمكنك موازنة المسطرة بأكملها على طرف إصبع واحد فقط. هذا هو مركز الكتلة. ويطلق على مركز الكتلة أيضًا مركز الجاذبية.

لكن في نظامنا الشمسي، نادرًا ما يصطف مركز الكتلة مع مركز الشمس، وهو ما يعني أن كل أجرام النظام الشمسي لا تدور حول مركز الشمس نفسها. تدور الكواكب حول الشمس بالطبع، لكننا هنا نتحرى عن الوضع الدقيق والمركز الحقيقي الذي تدور حوله كل الأجرام في المجموعة الشمسية.

لإثبات ذلك، أنشأ جيمس أودونوجو، عالم الكواكب في وكالة الفضاء اليابانية، فيديو رسوم متحركة، والذي يوضح كيف تلعب كل من الشمس وزحل والمشتري لعبة «شد الحبل» حول نقطة المرجح (barycenter)، وهو ما يجعل الشمس تسحب في حلقات مدارية صغيرة حول مركز الكتلة نفسه. شاهد الفيديو:

أوضح أودونوجو، الذي يقوم في وقت فراغه بعمل فيديوهات رسوم متحركة لإظهار كيف تعمل فيزياء الكواكب والنجوم وسرعة الضوء، أن التفكير الطبيعي هو أننا ندور حول مركز الشمس، ولكن هذا نادرًا ما يحدث، إذ إنه من النادر جدًّا أن يتطابق مركز كتلة النظام الشمسي مع مركز الشمس، بل إن الشمس نفسها تدور حول مركز الكتلة على بعد ملايين الكيلومترات منه، وفي بعض الأحيان تمر الشمس فوقه أيضًا.

السبب وراء اختلاف مركز الكتلة

السؤال هنا: لماذا لا يتطابق مركز كتلة النظام الشمسي مع مركز الشمس، رغم أن الشمس تمثل الغالبية العظمى من كتلة النظام الشمسي كله؟ فالمنطق يقول إن مركز الشمس يجب أن يكون هو ذاته مركز كتلة النظام الشمسي لأن الشمس تمثل 99.8% من إجمالي كتلة المجموعة الشمسية.

هذا الاختلاف في الواقع يأتي بسبب جاذبية المشتري. فكما ذكرنا، تشكل الشمس 99.8% من كتلة النظام الشمسي، لكن المشتري يحتوي على معظم 0.2% المتبقية. هذه الكتلة تتسبب في وجود جاذبية كبيرة تسحب الشمس بلطف شديد بعيدًا عن مركز كتلة النظام الشمسي المفترض تطابقها مع مركز الشمس.

صحة

منذ 8 شهور
نصفهم يعيش في المغرب العربي.. لماذا يكره «أطفال القمر» الشمس وينتظرون الظلام؟

يمكننا أن نقول إن الشمس تدور فعليًّا حول المشتري قليلًا. بكلمات أخرى، فإن القول بأن الكواكب تدور حول النجوم، ليست الحقيقة الكاملة، إذ تدور الكواكب والنجوم حول مركز كتلتها المشتركة.

ما هو مركز الكتلة بالضبط؟

في علم الفلك، يكون مركز الكتلة أو نقطة المرجح (barycenter) هو مركز كتلة جسمين أو أكثر يدوران بعضهما حول بعض، وهو النقطة التي تدور حولها تلك الأجسام. وهو مفهوم مهم في مجالات مثل علم الفلك والفيزياء الفلكية.

وإذا كان أحد الجسمين المداريين أكبر حجمًا من الآخر، وكان الجسمان قريبين نسبيًّا بعضهما من بعض، فإن نقطة المرجح ستكون موجودة عادةً داخل الجسم الأكثر ضخامة.

في هذه الحالة، بدلًا من أن يظهر الجسمان وهما يدوران حول نقطة بينهما، فإن الجسم الأقل كتلة سيبدو أنه يدور حول الجسم الأضخم. وفي الوقت نفسه قد يلاحظ أن الجسم الأثقل يتمايل قليلًا. هذا هو الحال بالنسبة لنظام الأرض والقمر، إذ تقع نقطة المرجح في المتوسط على مسافة ​​4671 كم من مركز الأرض، وهو ما يمثل 75% من نصف قطر الأرض البالغ 6378 كم.

تقوم الأرض والقمر برقصة أو بلعبة شد حبل أبسط، مع بقاء مركز الكتلة داخل الأرض، لكنه لا يتطابق مع مركز الأرض نفسه بسبب تأثير جاذبية القمر الذي يسحب الأرض قليلًا. شاهد هذا الفيديو التوضيحي لتفهم أكثر:

وعندما يكون للجسمين كتل متشابهة، فإن نقطة المرجح ستكون موجودة بينهما بشكل عام، وسوف يدور الجسمان حولها. هذا هو الحال مع بلوتو وقمره «شارون»، وكذلك العديد من الكويكبات الثنائية والنجوم الثنائية. داخل النظام الشمسي، ينطبق الأمر نفسه على عديد الكواكب وأقمارها.

يقوم بلوتو بعمل رقصة مميزة مع قمره شارون، لكن الاختلاف هنا – كما ذكرنا – أن مركز الكتلة لهما يقع خارج بلوتو دائمًا. شاهد هذا الفيديو:

وعندما يكون الجسم الأقل كتلة بعيدًا، يمكن أن تقع نقطة المرجح خارج الجسم الأكبر حجمًا. هذا هو الحال بالنسبة للمشتري والشمس. على الرغم من كون الشمس أكبر بألف مرة من كوكب المشتري، فإن مركزها الثنائي خارج الشمس قليلًا بسبب المسافة الكبيرة نسبيًّا بينهما.

وبالتالي، فإن كل نظام كواكب يدور حول نقطة غير مرئية، بما في ذلك النجم أو الكوكب الذي يبدو أنه في المركز، وبقية الأجرام تدور حوله.

أهمية مركز الكتلة للعلماء

وتساعد نقطة المرجح أحيانًا علماء الفلك في العثور على كواكب خفية تدور حول نجوم أخرى، إذ من الصعب جدًّا رؤية الكواكب حول النجوم الأخرى – التي تسمى الكواكب الخارجية – مباشرة. إنها مخفية من خلال الوهج الساطع للنجوم التي تدور حولها.

علوم

منذ 8 شهور
مترجم: ماذا لو حاول البشر الهبوط على سطح الشمس؟

من هنا يمكن للعلماء معرفة وجود كوكب ما عبر اكتشاف تمايل النجم، وهي إحدى الطرق لمعرفة ما إذا كانت هناك كواكب تدور حول نجم ما. من خلال دراسة نقاط المرجح واستخدام العديد من التقنيات الأخرى، اكتشف الفلكيون العديد من الكواكب حول النجوم الأخرى بالفعل.

وفي علم الفلك، هناك ما يسمى «الإحداثيات ثنائية المركز»، وهي إحداثيات غير دوارة، ويكون أصلها في نقطة المرجح لجسمين أو أكثر، والنظام المرجعي السماوي الدولي (ICRS) هو نظام إحداثيات ثنائي المركز يركز على مركز النظام الشمسي بتحديد أجرام النظام الشمسي.

المصادر

عرض التعليقات
تحميل المزيد