بخش قابل رؤیت ماه: همان چیزی که از زمین میبینیم
ماه، همسایه و آیینهی زمین
ماه تنها قمر طبیعی کرهی زمین است و نزدیکترین جرم آسمانی به ما محسوب میشود. این کرهی سنگی و خاکستری، نوری از خود ندارد و آنچه ما میبینیم، بازتاب نور خورشید از سطح آن است. یکی از اولین پرسشهایی که برای هر رصدگر آسمان پیش میآید این است: چرا شکل ماه تغییر میکند؟ و پرسش بعدی، چرا همیشه عکسهای یکسانی از سطح آن میبینیم؟ پاسخ این پرسشها به حرکتهای نسبی زمین، ماه و خورشید و نیز پدیدهی شگفتانگیز قفل جزرومدی برمیگردد.
ریشهی پدیده: قفل جزرومدی چگونه کار میکند؟
اصطلاح قفل جزرومدی ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما مفهوم آن ساده است. ماه در گذشتههای دور سریعتر به دور خود میچرخید. اما نیروی گرانش زمین با ایجاد برآمدگیهای جزرومدی بر روی ماه (همانند کشندی که در اقیانوسهای زمین ایجاد میکند)، بهتدریج مانند یک ترمز عمل کرد و سرعت چرخش ماه را کاهش داد تا جایی که دورهی چرخش ماه به دور خودش دقیقاً با دورهی گردش ماه به دور زمین برابر شد. این برابر بودن دو دوره است که باعث میشود ماه همیشه یک سمت خود را به سمت زمین نگه دارد.
این رابطه را میتوان با یک فرمول ساده نشان داد: $T_{\text{چرخش}} = T_{\text{گردش}}$ که در آن $T$ نشاندهندهی دورهی تناوب است. برای ماه، هر دو دوره تقریباً 27.3 روز زمینی طول میکشند. این زمان برابر با یک ماه نجومی[5] است.
| نوع حرکت | مدت زمان (روز زمینی) | نتیجهی قابل مشاهده |
|---|---|---|
| گردش ماه به دور زمین (ماه نجومی) | 27.3 | بازگشت ماه به موقعیت مشابه نسبت به ستارگان |
| چرخش ماه به دور خودش | 27.3 | یک بار دیدن همهی سطح ماه توسط خودش (قفل شدن) |
| دورهی هلالی[6] ماه (ماه قمری) | 29.5 | تغییر فازها (ماه نو تا بدر) که ما میبینیم |
فراتر از ۵۰٪: چرا ما میتوانیم کمی بیشتر از یک نیمه را ببینیم؟
این یک باور رایج است که ما دقیقاً ۵۰٪ از سطح ماه را میبینیم. اما در واقعیت، به دلیل حرکتهای ظریف ماه، ما در طول زمان حدود 59٪ از سطح آن را میتوانیم مشاهده کنیم. این پدیدهی جالب لرزش یا لیبراسیون نام دارد. لرزش باعث میشود گویی ماه به آرامی به چپ و راست و بالا و پایین «تکان» میخورد و لبههای پنهان آن برای مدت کوتاهی نمایان میشود. سه نوع لرزش اصلی وجود دارد:
۱. لرزش در طول: این لرزش به دلیل بیضیشکل بودن مدار ماه رخ میدهد. وقتی ماه در حضیض[7] (نزدیکترین نقطه به زمین) است، سرعت مداری آن بیشتر از سرعت چرخشش است و ما کمی از لبهی شرقی آن را میبینیم. وقتی در اوج[8] (دورترین نقطه) است، سرعت چرخش از سرعت مداری پیشی میگیرد و کمی از لبهی غربی آشکار میشود.
۲. لرزش در عرض: محور چرخش ماه نسبت به صفحهی مداری آن حدود 6.7 درجه کج است. این کجی باعث میشود در طول یک ماه، گاهی قطب شمال و گاهی قطب جنوب ماه کمی به سمت زمین خم شود و دیده شود.
۳. لرزش روزانه: این سادهترین نوع است. ناظر زمینی به دلیل چرخش زمین، از زوایای مختلفی به ماه نگاه میکند. وقتی ماه در افق طلوع میکند، از زاویهای متفاوت با زمانی که در بالای سر (سربالا) قرار دارد دیده میشود. این تغییر موقعیت ناظر نیز باعث آشکار شدن لبههای اضافی میشود.
از تقویم قمری تا سفرهای فضایی: کاربردهای عملی شناخت بخش مرئی
شناخت دقیق بخش قابل رؤیت ماه و چرخهی فازهای آن، تنها یک کنجکاوی نجومی نبوده، بلکه در طول تاریخ کاربردهای عملی بسیار داشته است.
۱. ساخت تقویم: بسیاری از تمدنهای باستانی مانند بابلیها و مسلمانان، تقویم خود را بر اساس چرخهی هلالی ماه (از یک ماه نو تا ماه نو بعدی، حدود 29.5 روز) بنا نهادهاند. مشاهدهی دقیق نخستین هلال ماه پس از ماه نو، تعیین کنندهی شروع ماههای قمری (مانند ماه رمضان یا محرم) بوده است.
۲. جهتیابی و زمانسنجی: دریانوردان و مسافران در گذشته، با توجه به شکل و موقعیت ماه در آسمان شب، جهتهای جغرافیایی را تخمین میزدند و حتی زمان را میسنجیدند. شکل ماه (فاز آن) اطلاعاتی دربارهی موقعیت خورشید (حتی در شب) میداد.
۳. کاوش فضایی: مهمترین کاربرد علمی در عصر جدید، برنامهریزی برای فرود روی ماه بود. دانشمندان باید به خوبی میدانستند که کدام بخش ماه در زمان پرتاب در معرض دید و ارتباط رادیویی است. آپولو ۱۱ بر روی بخش مرئی ماه فرود آمد تا فضانوردان بتوانند با زمین در تماس مستقیم باشند. در مقابل، سمت پنهان ماه محل ایدهآلی برای رادیوتلسکوپهاست، زیرا از نویز رادیویی زمین در امان است.
۴. کشاورزی سنتی: برخی روشهای کشاورزی کهن (کشت و کار بر اساس مهتاب) بر اساس میزان روشنایی ماه در شبهای مختلف تنظیم میشد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر، این یک اشتباه رایج است. «سمت پنهان» به معنای سمت رو بهپشت زمین است، نه لزوماً سمت تاریک. سمت پنهان ماه نیز چرخهی روز و شب 14 روزه را تجربه میکند و زمانی که در سمت پنهان «روز» است، خورشید کاملاً بر آن میتابد. «سمت تاریک ماه» به قسمتهایی گفته میشود که در آن لحظه زیر نور خورشید نیست.
پاسخ: خیر، ماه تنها مورد نیست. بسیاری از قمرهای دیگر در منظومه شمسی (مانند قمرهای مشتری) در قفل جزرومدی با سیارهی خود هستند. در مورد زمین و ماه، نیروی گرانش زمین بر ماه بسیار قویتر از نیروی گرانش ماه بر زمین بوده و باعث قفل شدن ماه شده است. پیشبینی میشود در آیندهای بسیار دور (میلیاردها سال بعد) چرخش زمین نیز به دلیل اثر جزرومدی ماه کند شود و ممکن است زمین نیز یک سمت خود را به سمت ماه قفل کند، اما این اتفاق به این زودیها رخ نخواهد داد.
پاسخ: فازهای ماه به دلیل تغییر زاویهی بین خورشید، زمین و ماه ایجاد میشوند، نه به دلیل چرخش ماه و دیدن بخشهای مختلف آن. بخشی از ماه که رو به زمین است، همیشه ثابت است، اما بخشی از آن که زیر نور خورشید قرار دارد، در طول ماه تغییر میکند. در «ماه نو»، سمت رو به زمین تاریک است. در «بدر»، همان سمت کاملاً روشن است.
پاورقی
[1] بخش قابل رؤیت ماه: Near side of the Moon – نیمی از ماه که به طور دائمی به سمت زمین است.
[2] قفل جزرومدی: Tidal locking – پدیدهای که در آن دورهٔ چرخش یک جرم سماوی به دور خودش با دورهٔ گردش آن به دور جرم دیگری برابر میشود.
[3] سمت دیگر / سمت پنهان: Far side of the Moon – نیمهای از ماه که از زمین دیده نمیشود. لطفاً با "سمت تاریک" اشتباه گرفته نشود.
[4] لرزش (لیبراسیون): Libration – حرکتهای ظاهری کوچک و rocking ماه که باعث دیدن کمی بیش از نیمی از سطح آن از زمین میشود.
[5] ماه نجومی: Sidereal month – مدت زمان لازم برای یک دور کامل ماه به دور زمین نسبت به ستارگان ثابت.
[6] دورهی هلالی (ماه قمری): Synodic month – مدت زمان بین دو هلال مشابه متوالی (مثلاً از یک ماه نو تا ماه نو بعدی).
[7] حضیض: Perigee – نزدیکترین نقطه در مدار ماه به زمین.
[8] اوج: Apogee – دورترین نقطه در مدار ماه از زمین.
