Physics · الكتاب 1 · Grades 1–9

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9

26المجموعة الشمسية

الأرض، كما تعلم، تدور دورة سنوية حول الشمس. لكن أتسافر وحدها؟ ارفع بصرك في مساء صافٍ: بين البريقات الثابتة أضواء ساطعة قليلة تهيم على مهل من أسبوع إلى أسبوع. سمّاها القدماء الهائمات؛ ونحن نسمّيها الكواكب — عوالِمَ تدور حول الشمس نفسها التي ندور حولها.

26.1 نجم واحد وثمانية كواكب

تعريف 26.1 (النجم)

النجم كرة هائلة من مادة متوهّجة الحرارة تصنع ضوءها بنفسها — أي منبع ضوء حقيقي. والشمس نجم: نجمنا نحن، وهي قريبة بما يكفي لتدفئ وجوهنا. (ولنجوم الليل الأخرى فصل خاصّ بها في السنة القادمة.)

تعريف 26.2 (الكوكب)

الكوكب عالَم كبير مستدير يسافر حول نجم ولا يصنع ضوءًا خاصًّا به — ونحن نرى الكواكب، كما نرى القمر، بضوء الشمس الذي تردّه. والأرض كوكب.

تعريف 26.3 (المجموعة الشمسية)

المجموعة الشمسية هي الشمس مع كل ما يسافر حولها: الكواكب الثمانية — وهي بالترتيب: عطارد، والزهرة، والأرض، والمريخ، والمشتري، وزحل، وأورانوس، ونبتون — مع أقمارها وحشد من صخور وكرات جليد أصغر.

الشمس وكواكبها الثمانية، بالترتيب — مرسومة هنا كتفًا إلى كتف، مع أن كل مدار في الحقيقة أبعد بكثير كثير من الذي قبله.
الشمس وكواكبها الثمانية، بالترتيب — مرسومة هنا كتفًا إلى كتف، مع أن كل مدار في الحقيقة أبعد بكثير كثير من الذي قبله.

قضية 26.4 (عادات الكواكب)

للكواكب عادات مرتّبة: فكل واحد يسافر حول الشمس على طريقه الخاص الذي يكاد يكون دائريًّا، وكلها تدور في الجهة نفسها، وكل الطرق تقع في مستوٍ واحد تقريبًا — مثل حلقات مرسومة على سطح طاولة واحدة. وكلما بَعُد طريق الكوكب عن الشمس طالت دورته الواحدة: فعطارد يتمّ دورته في 8888 يومًا، والأرض في سنة، ونبتون البعيد في 165165 سنة.

مثال 26.5 (كواكب صخرية وعمالقة غازية)

الكواكب الأربعة الداخلية — عطارد والزهرة والأرض والمريخ — كرات من صخر، صغيرة صلبة: عوالِم تستطيع أن تقف عليها. والأربعة الخارجية — المشتري وزحل وأورانوس ونبتون — هي العمالقة: كرات هائلة أكثرها غاز كثيف، ولا أرض فيها تقف عليها البتة. والمشتري، وهو الأكبر، يستطيع أن يبتلع أكثر من ألف أرض؛ وزحل يلبس حلقاته اللامعة المشهورة — وهي قطع جليد صغيرة لا تُحصى تدور حوله مثل حشد من أقمار دقيقة.

الوجوه الحقيقية للشمس وكواكبها الثمانية، مصوَّرةً بمسبارات فضائية (والأحجام والمسافات ليست بمقياس واحد؛ والزهرة معروضة خريطةً بالرادار — إذ تخفي غيومها الأرض). الصور: NASA (ملك عام).
الشمس، نجمنا
عطارد
عطارد
الزهرة
الزهرة
الأرض
الأرض
المريخ
المريخ
المشتري
المشتري
زحل
زحل
أورانوس
أورانوس
نبتون
نبتون
الوجوه الحقيقية للشمس وكواكبها الثمانية، مصوَّرةً بمسبارات فضائية (والأحجام والمسافات ليست بمقياس واحد؛ والزهرة معروضة خريطةً بالرادار — إذ تخفي غيومها الأرض). الصور: NASA (ملك عام).

مثال 26.6 (الأقمار ليست كواكب)

قمرنا يدور حول الأرض، لا حول الشمس مباشرة — فهو إذن ليس كوكبًا بل قمرًا، رفيقًا لكوكب. ولكواكب أخرى أقمارها الخاصة: فللمريخ قمران صغيران، وللمشتري وزحل عشرات لكل منهما. فالقمر تابع لكوكبه؛ والكوكب تابع للشمس.

26.2 كم يبلغ البعد

طريقة 26.7 (نموذج مصغّر للمجموعة الشمسية)

المسافات بين الكواكب هائلة — ملايين الكيلومترات. ولكي تحسّ بها، ابنِ نموذجًا مصغّرًا للمجموعة الشمسية في حديقة، مصغّرًا كل حجم وكل مسافة بالعامل نفسه:

  1. اجعل الشمس كرة قدم موضوعة عند البوّابة؛
  2. فتكون الأرض حبّة فلفل — ولوضعها بعدل، امشِ نحو 3030 خطوة كبيرة من كرة القدم؛
  3. ويقف عطارد، وهو رأس دبّوس، على نحو 1212 خطوة من كرة القدم؛ والمشتري، وهو كرة زجاجية، على نحو 150150 خطوة؛ ونبتون، وهو خرزة صغيرة، على نحو 900900 خطوة — أي أكثر من نصف كيلومتر بعيدًا!

امشِ المسافة، وتحسّس ما لا يُظهره أي رسم: أن المجموعة الشمسية فضاء خالٍ كلها تقريبًا، وفيها عوالِم دقيقة متباعدة جدًّا. وفي هذا النموذج تمثّل خطوة كبيرة واحدة نحو خمسة ملايين كيلومتر من الفضاء الحقيقي.

النموذج المصغّر: صغّر الشمس حتى تصير كرة قدم، فتسع المجموعة الشمسية كلها في حديقة — بالكاد.
النموذج المصغّر: صغّر الشمس حتى تصير كرة قدم، فتسع المجموعة الشمسية كلها في حديقة — بالكاد.

مثال 26.8 (الهائمات في سمائنا)

الزهرة كثيرًا ما تكون أول “نجم” في المساء، متوهّجة في الغرب بعد الغروب — وهي بهذا السطوع لأنها أقرب جيراننا، ملفوفة بغيوم بيضاء تردّ ضوء الشمس ردًّا سخيًّا. والمريخ يتوهّج برتقاليًّا خافتًا؛ والمشتري وزحل يسطعان سطوعًا ثابتًا ساطعًا. راقب واحدًا منها بضعة أسابيع في مواجهة النجوم الثابتة: تجده ينزاح — وهو الهيام بعينه الذي أعطى الكواكب اسمها القديم.

ملاحظة 26.9 (صورة قديمة أُعيد رسمها)

كان الناس في معظم التاريخ يضعون الأرض في مركز كل شيء، والشمس والقمر والكواكب تدور حولنا. لكن المتأنّين في مراقبة الهائمات وجدوا تلك الصورة تئنّ — فالكواكب تنزاح أحيانًا إلى الوراء مدة، ويصعب تفسير ذلك والأرض متوّجة في الوسط. أما الصورة التي تتوسّطها الشمس، وقد تعلّمتها توًّا، ففسّرت الهيام تفسيرًا بسيطًا، وهي من أجرأ الأفكار التي قبلها البشر يومًا: أن بيتنا ليس المركز — إنما هو الكوكب الثالث من الشمس.

26.3 تمارين

تمرين 26.2

اذكر الكواكب الثمانية بالترتيب من الشمس. وأيّها كوكبنا؟

حل

حل التمرين 26.2.

عطارد، والزهرة، والأرض، والمريخ، والمشتري، وزحل، وأورانوس، ونبتون — وكوكبنا هو الثالث، الأرض.

تمرين 26.3

أيّ الكواكب صغيرة صخرية؟ وأيّها العمالقة الغازية؟ وسمِّ أكبرها جميعًا، والذي له الحلقات المشهورة.

حل

حل التمرين 26.3.

الصخرية: عطارد والزهرة والأرض والمريخ. والعمالقة: المشتري وزحل وأورانوس ونبتون. والأكبر: المشتري. وصاحب الحلقات: زحل.

تمرين 26.4

لماذا لا يُعدّ القمر من الكواكب؟ وحول أيّ شيء يدور؟

حل

حل التمرين 26.4.

لأنه يدور حول الأرض لا حول الشمس مباشرة — فهو قمر، رفيق لكوكب، لا كوكب.

تمرين 26.5

يتمّ عطارد دورته حول الشمس في 8888 يومًا، والأرض في 365365، ونبتون في 165165 سنة. فأيّ عادة من عادات الكواكب تبيّنها هذه الأعداد؟

حل

حل التمرين 26.5.

كلما بَعُد الطريق عن الشمس طالت الدورة: فعطارد القريب يسابق سريعًا، ونبتون البعيد يستغرق أعمارًا.

تمرين 26.6

في النموذج المصغّر في الحديقة، ما الذي يمثّل الشمس، وعلى كم خطوة تقف الأرض؟ ومِمّ تتألّف المجموعة الشمسية كلها تقريبًا من حيث الحيّز؟

حل

حل التمرين 26.6.

كرة القدم هي الشمس؛ وتقف الأرض (وهي حبّة فلفل في النموذج) على نحو 3030 خطوة كبيرة. والمجموعة الشمسية من حيث الحيّز فضاء خالٍ كلها تقريبًا.

تمرين 26.7

الزهرة تسطع سطوعًا باهرًا، ومع ذلك ليست نجمًا. فمن أين يأتي ضوءها؟ (يجيب صديق قديم: فكّر في القمر.)

حل

حل التمرين 26.7.

من الشمس: فالزهرة، مثل القمر، لا تفعل إلا أن تردّ ضوء الشمس — وغيومها البيضاء تردّه ردًّا سخيًّا حتى تفوق سطوعًا كل نجم حقيقي في سماء مسائنا.

تمرين 26.8

كيف تعرف، بمراقبة السماء بضعة أسابيع، أن ضوءًا ساطعًا كوكب لا نجم؟

حل

حل التمرين 26.8.

راقبه في مواجهة البريقات الثابتة بضعة أسابيع: فالكوكب ينزاح على مهل — يهيم — بينها، أما النجوم الحقيقية فتحفظ مواضعها في الأشكال.

تمرين 26.9

في نموذج الحديقة يقف المشتري على نحو 150150 خطوة والأرض على نحو 3030. فكم مرة تقريبًا يكون المشتري أبعد عن الشمس من الأرض؟

حل

حل التمرين 26.9.

150÷30=5150 \div 30 = 5: فالمشتري أبعد عن الشمس من الأرض بنحو خمس مرات.

تمرين 26.10 ★★

يرسم صديق المجموعة الشمسية والكواكب الثمانية كلها محشورة حول الشمس مثل صورة الفصل الأولى، ويسأل لماذا تستغرق المسبارات سنوات لتبلغ الكواكب الخارجية. صحّح له الأمر بالنموذج المصغّر في الحديقة — في أيّ شيء تكذب كل رسوم المجموعة الشمسية تقريبًا، ولماذا تضطرّ إلى ذلك؟

حل

حل التمرين 26.10.

تكذب كل الرسوم تقريبًا في المسافات: فلو رُسمت بمقياس واحد لتقلّصت الكواكب في صفحة تُظهر مدار نبتون حتى تصير نقاطًا لا تُرى — فيحشر الرسّامون المدارات حتى يُظهروا العوالِم أصلًا. والحقيقة — كما يبيّن النموذج الممشيّ — أن الكواكب تسافر في خواء واسع: حتى الضوء والمسبارات السريعة عليها أن تقطع مئات “الخطوات” من اللاشيء، وذلك يستغرق سنوات.

تمرين 26.11 ★★

حين كان يُعتقد أن الأرض في مركز كل شيء، أيّ أحجية من أحاجي مراقبة السماء كانت تئنّ في وجه تلك الصورة؟ وكيف حلّ وضعُ الشمس في المركز الأحجيةَ — وماذا كلّفتنا الصورة الجديدة من كبرياء؟

حل

حل التمرين 26.11.

الهائمات تنزاح أحيانًا إلى الوراء بين النجوم أسابيع — ويثقل تفسير ذلك وكل شيء يدور حول أرض متوّجة. أما والشمس في المركز فالانزياح إلى الوراء تجاوزٌ بسيط: فالأرض، على طريق داخلي أسرع، تتجاوز كوكبًا خارجيًّا أبطأ، فيبدو ذلك الكوكب منزلقًا إلى الوراء. والثمن: التخلّي عن المركز — وقبول أن بيتنا هو الكوكب رقم ثلاثة.

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (393) في المسرد