الميل المحوري

في علم الفلك ، يُعرف الميل المحوري ، أو الميل المحوري ، بأنه الزاوية بين محور دوران الجسم ومحور مداره ، وهو الخط العمودي على مستوى مداره ؛ أو بعبارة أخرى، هو الزاوية بين مستوى خط استوائه ومستوى مداره. ^{[ 1 ]} وهو يختلف عن ميل المدار .

عند ميل قدره 0 درجة، يشير المحوران في نفس الاتجاه؛ أي أن محور الدوران يكون عموديًا على مستوى المدار.

على سبيل المثال، محور دوران الأرض هو الخط الوهمي الذي يمر عبر كل من القطب الشمالي والقطب الجنوبي ، في حين أن محور مدار الأرض هو الخط العمودي على المستوى الوهمي الذي تتحرك الأرض من خلاله أثناء دورانها حول الشمس ؛ وميل محور الأرض هو الزاوية بين هذين الخطين.

خلال فترة مدارية ، لا يتغير ميل محور الأرض عادةً بشكل ملحوظ، ويبقى اتجاه المحور ثابتًا بالنسبة لخلفية النجوم . وهذا ما يجعل أحد قطبي الأرض أكثر توجهاً نحو الشمس على جانب من المدار، وأكثر ابتعاداً عنها على الجانب الآخر، وهو ما يُفسر الفصول على الأرض .

هناك طريقتان قياسيتان لتحديد ميل محور الكوكب. تعتمد إحدى الطريقتين على القطب الشمالي للكوكب ، المحدد بالنسبة لاتجاه القطب الشمالي للأرض، وتعتمد الطريقة الأخرى على القطب الموجب للكوكب ، المحدد بقاعدة اليد اليمنى :

• يُعرّف الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) القطب الشمالي للكوكب بأنه ذلك الذي يقع على الجانب الشمالي للأرض من المستوى الثابت للنظام الشمسي ؛ ^{[ 2 ]} وبموجب هذا النظام، يميل كوكب الزهرة بزاوية 3 درجات ويدور في اتجاه معاكس لمعظم الكواكب الأخرى. ^{[ 3 ] [ 4 ]}
• يستخدم الاتحاد الفلكي الدولي أيضًا قاعدة اليد اليمنى لتحديد القطب الموجب ^{[ 5 ]} لغرض تحديد الاتجاه. وباستخدام هذا الاصطلاح، تميل الزهرة بزاوية 177 درجة ("مقلوبة") وتدور في اتجاه الحركة.

يُعرف مستوى مدار الأرض باسم مستوى مسار الشمس ، ويُعرف ميل الأرض لدى علماء الفلك باسم ميل مسار الشمس ، وهو الزاوية بين مسار الشمس وخط الاستواء السماوي على الكرة السماوية . ^{[ 6 ]} ويُرمز إليه بالحرف اليوناني ε .

يبلغ ميل محور الأرض حاليًا حوالي 23.44 درجة. ^{[ 7 ]} وتبقى هذه القيمة ثابتة تقريبًا بالنسبة لمستوى مداري ثابت خلال دورات التبادر المحوري . ^{[ 8 ]} لكن مستوى مسار الشمس (أي مدار الأرض) يتحرك نتيجةً لاضطرابات الكواكب ، وميل هذا المستوى ليس قيمة ثابتة. في الوقت الحالي، يتناقص بمعدل 46.8 ثانية قوسية تقريبًا ^{[ 9 ]} لكل قرن (انظر التفاصيل في قسم المدى القصير أدناه) .

المواسم

يظل محور الأرض مائلاً في نفس الاتجاه بالنسبة للنجوم الخلفية طوال العام (بغض النظر عن موقعها في مدارها ) - وهذا ما يُعرف بالتوازي المحوري . يعني هذا أن أحد قطبي الأرض (والنصف الكروي المرتبط به ) سيكون متجهاً بعيداً عن الشمس في أحد جانبي المدار، وبعد نصف مدار (نصف عام) سيتجه هذا القطب نحو الشمس. هذا هو سبب فصول السنة على الأرض . يحدث الصيف في نصف الكرة الشمالي عندما يكون القطب الشمالي متجهاً نحو الشمس والقطب الجنوبي متجهاً بعيداً عنها. يمكن أن تؤثر التغيرات في ميل محور الأرض على الفصول، ومن المرجح أن تكون عاملاً في التغيرات المناخية طويلة المدى (انظر أيضاً دورات ميلانكوفيتش ) .

التذبذب

على المدى القصير

تُحدد القيمة الزاوية الدقيقة لميل محور الأرض من خلال رصد حركات الأرض والكواكب على مدى سنوات عديدة. ويُصدر علماء الفلك جداول فلكية أساسية جديدة مع تحسن دقة الرصد وازدياد فهم الديناميكيات ، ومن هذه الجداول تُستخلص قيم فلكية متنوعة، بما في ذلك ميل محور الأرض.

تُنشر التقاويم السنوية التي تسرد القيم المشتقة وطرق الاستخدام. وحتى عام 1983، كانت القيمة الزاوية للميل المحوري المتوسط ​​لأي تاريخ في التقويم الفلكي تُحسب بناءً على عمل نيوكومب ، الذي حلل مواقع الكواكب حتى حوالي عام 1895:

ε = 23°27′8.26″ − 46.845″ T − 0.0059″ T ² +0.001 81 ″ T ³

حيث ε هي زاوية الميل المحوري و T هي القرون الاستوائية من عام 1900.0 قبل الميلاد إلى التاريخ المعني. ^{[ 17 ]}

ابتداءً من عام 1984، أصبحت سلسلة DE من الجداول الفلكية المُولّدة حاسوبياً من مختبر الدفع النفاث هي الجداول الفلكية الأساسية للتقويم الفلكي . وتم حساب الميل المحوري بناءً على DE200، الذي حلل الملاحظات من عام 1911 إلى عام 1979.

ε = 23°26′21.448″ − 46.8150″ T − 0.00059″ T ² +0.001 813 ″ T ³

حيث يمثل T فيما يلي القرون اليوليانية من J2000.0 . ^{[ 18 ]}

تم تحديث جداول الإحداثيات الأساسية لمختبر الدفع النفاث بشكل مستمر. على سبيل المثال، وفقًا لقرار الاتحاد الفلكي الدولي في عام 2006 لصالح النموذج الفلكي P03، يحدد التقويم الفلكي لعام 2010 ما يلي: ^{[ 19 ]}

ε = 23°26′21.406″ −46.836 769 ″ T −0.000 1831 ″ T ² +0.002 003 40 ″ T ³ − 5.76″ × 10 ⁻⁷ T ⁴ − 4.34″ × 10 ⁻⁸ T ⁵

تهدف هذه التعبيرات الخاصة بالميل المحوري إلى تحقيق دقة عالية على مدى فترة زمنية قصيرة نسبيًا، ربما ± عدة قرون. ^{[ 20 ]} قام جاك لاسكار بحساب تعبير لترتيب T ¹⁰ بدقة تصل إلى 0.02 ثانية قوسية على مدى 1000 عام وعدة ثوانٍ قوسية على مدى 10000 عام.

ε = 23°26′21.448″ − 4680.93″ t − 1.55″ t ² + 1999.25″ t ³ − 51.38″ t ⁴ − 249.67″ t ⁵ − 39.05″ t ⁶ + 7.12″ t ⁷ + 27.87″ t ⁸ + 5.79″ t ⁹ + 2.45″ t ¹⁰

حيث أن t هنا هي مضاعفات 10000 سنة جوليانية من J2000.0 . ^{[ 21 ]}

تُستخدم هذه التعبيرات لوصف ما يُسمى بالميل المحوري المتوسط ، أي الميل المحوري الخالي من التغيرات قصيرة المدى. تُسبب الحركات الدورية للقمر والأرض في مدارها تذبذباتٍ أصغر بكثير (9.2 ثانية قوسية ) وقصيرة المدى (حوالي 18.6 سنة) لمحور دوران الأرض، تُعرف بالتمايل ، مما يُضيف مُركبة دورية إلى ميل الأرض المحوري. ^{[ 22 ] [ 23 ]} يشمل الميل المحوري الحقيقي أو اللحظي هذا التمايل. ^{[ 24 ]}

على المدى الطويل

باستخدام أساليب عددية لمحاكاة سلوك النظام الشمسي على مدى ملايين السنين، دُرست التغيرات طويلة الأمد في مدار الأرض، وبالتالي ميل محورها. على مدى الخمسة ملايين سنة الماضية، تراوح ميل محور الأرض بين 22°2′33″ و 24°30′16″ ، بمتوسط ​​دورة يبلغ 41,040 سنة. هذه الدورة هي مزيج من التبادر وأكبر حد في حركة مسار الشمس الظاهري . خلال المليون سنة القادمة، ستتراوح قيمة الميل بين 22°13′44″ و 24°20′50″ . ^{[ 25 ]}

للقمر تأثير مُثبِّت على ميل محور الأرض. أشارت تحليلات خرائط التردد التي أُجريت عام ١٩٩٣ إلى أنه في غياب القمر، قد يتغير ميل محور الأرض بسرعة نتيجةً للرنين المداري والسلوك الفوضوي للنظام الشمسي ، ليصل إلى ٩٠ درجة في غضون بضعة ملايين من السنين فقط ( انظر أيضًا مدار القمر ). ^{[ ٢٦ ] [ ٢٧ ]} مع ذلك، أشارت محاكاة عددية أحدث ^{[ ٢٨ ]} أُجريت عام ٢٠١١ إلى أنه حتى في غياب القمر، قد لا يكون ميل محور الأرض غير مستقر إلى هذا الحد؛ إذ يتغير بمقدار ٢٠-٢٥ درجة فقط. لحل هذا التناقض، حُسب معدل انتشار ميل المحور، ووُجد أن الأمر يستغرق أكثر من مليارات السنين حتى يصل ميل محور الأرض إلى ما يقارب ٩٠ درجة. ^{[ ٢٩ ]} سيستمر تأثير القمر المُثبِّت لأقل من ملياري سنة. مع استمرار ابتعاد القمر عن الأرض بسبب تسارع المد والجزر ، قد تحدث رنينات ستؤدي إلى تذبذبات كبيرة في ميل محور الأرض. ^{[ 30 ]}

ميل محور الأرض على المدى الطويل. اليسار: خلال الخمسة ملايين سنة الماضية؛ يتراوح الميل بين 22.0° و24.5° تقريبًا. اليمين: خلال المليون  سنة القادمة؛ لاحظ فترة التغير التي تبلغ حوالي 41,000 سنة. في كلا الرسمين البيانيين، تمثل النقطة الحمراء عام 1850. ^{[ 31 ]}

ربما شهدت الكواكب الصخرية الأربعة الأقرب إلى الشمس تغيرات كبيرة في ميل محورها في الماضي. وبما أن ميل المحور هو الزاوية بين محور الدوران والاتجاه العمودي على مستوى المدار، فإنه يتغير بتغير مستوى المدار نتيجة لتأثير الكواكب الأخرى. ولكن محور الدوران نفسه قد يتحرك ( الترنح المحوري ) بسبب عزم الدوران الذي تُمارسه الشمس على انتفاخ الكوكب عند خط الاستواء. ومثل الأرض، تُظهر جميع الكواكب الصخرية ترنحًا محوريًا. لو كان معدل الترنح سريعًا جدًا، لكان ميل المحور ثابتًا نسبيًا حتى مع تغير مستوى المدار. ^{[ 32 ]} ويتغير هذا المعدل بسبب تبديد الطاقة الناتج عن المد والجزر وتفاعل اللب مع الوشاح ، من بين عوامل أخرى. وعندما يقترب معدل ترنح الكوكب من قيم معينة، قد تُسبب الرنينات المدارية تغيرات كبيرة في ميل المحور. يتم تقسيم سعة المساهمة التي لها أحد معدلات الرنين على الفرق بين معدل الرنين ومعدل التبادر، لذا تصبح كبيرة عندما يكون الاثنان متشابهين. ^{[ 32 ]}

من المرجح أن يكون تبدد طاقة الشمس بفعل المد والجزر قد استقر على كوكبي عطارد والزهرة . أما الأرض، فقد استقرت بفضل القمر، كما ذُكر سابقًا، ولكن قبل تكوّنها ، ربما تكون الأرض قد مرت أيضًا بفترات من عدم الاستقرار. يتغير ميل محور المريخ بشكل كبير على مدى ملايين السنين، وقد يكون في حالة فوضوية؛ إذ يتراوح بين 0° و60° على مدى ملايين السنين، اعتمادًا على اضطرابات الكواكب. ^{[ 26 ] [ 33 ]} ويشكك بعض الباحثين في أن ميل محور المريخ فوضوي، ويُبينون أن تبديد طاقة المد والجزر والترابط اللزج بين اللب والوشاح كافيان لوصوله إلى حالة استقرار تام، على غرار عطارد والزهرة. ^{[ 3 ] [ 34 ]}

يُعتقد أن التغيرات العرضية في ميل محور المريخ قد تفسر ظهور واختفاء الأنهار والبحيرات على مدار وجوده. قد يتسبب هذا التغير في انبعاث غاز الميثان إلى الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة، ولكن سرعان ما يتلاشى الميثان ويعود المناخ جافًا مرة أخرى. ^{[ 35 ] [ 36 ]}

تعتبر ميول الكواكب الخارجية مستقرة نسبياً.

تم تحديد ميل النجم ψ _s ، أي الميل المحوري للنجم بالنسبة للمستوى المداري لأحد كواكبه، لعدد قليل فقط من الأنظمة.

بحلول عام 2012، تم قياس عدم محاذاة الدوران المداري المسقط على السماء λ لـ 49 نجمًا، ^{[ 39 ]} حيث يمثل λ حدًا أدنى لـ ψ _s . اعتمدت معظم هذه القياسات على تأثير روسيتر-ماكلوغلين .

اعتبارًا من عام 2024، تم قياس الميل المحوري لأربعة كواكب خارجية، وكان أحدها ( VHS 1256 b ) ذا ميل مشابه لميل أورانوس يبلغ 90 درجة ± 25 درجة. ^{[ 40 ]}

استخدم علماء الفيزياء الفلكية نظريات المد والجزر للتنبؤ بميل محور الكواكب الخارجية . وقد تبين أن ميل محور الكواكب الخارجية في المنطقة الصالحة للسكن حول النجوم منخفضة الكتلة يميل إلى التآكل في أقل من مليار سنة، ^{[ 41 ] [ 42 ]} مما يعني أنها لن تشهد فصولًا ناتجة عن الميل كما هو الحال على الأرض.

• التوازي المحوري
• دورات ميلانكوفيتش
• الحركة القطبية
• انزياح القطب
• الدوران حول محور ثابت
• التجوال القطبي الحقيقي

• المركز الوطني لبيانات علوم الفضاء
• سيدلمان، ب. كينيث؛ أرتشينال، برنت أ.؛ أهيرن، مايكل ف.؛ وآخرون  (2007). "تقرير فريق العمل التابع للاتحاد الفلكي الدولي/الرابطة الدولية للجيوفيزياء بشأن الإحداثيات الخرائطية والعناصر الدورانية: 2006" . الميكانيكا السماوية وعلم الفلك الديناميكي . 98 (3): 155-180 . Bibcode : 2007CeMDA..98..155S . doi : 10.1007/s10569-007-9072-y .
• ميل دائرة البروج