النظام الشمسي (Solar System)

النظام الشمسي أو قوة الشمس واحدة من الأسباب التي تجعل الحياة على هذه الأرض ممكنة، كانت وما زالت الجهود كبيرة لتسخير الطاقة الشمسية لخدمة البشرية، فبدأت الحكومات بتكريس جهودها منذ بداية السبعينات. ووُجدت التكنولوجيات التي تعمل على الطاقة الشمسية منذ بداية القرن التاسع عشر.

لكن على الرغم من هذا الدعم الذي طال الاعتماد على الطاقة الشمسية؛ إلا أن نسبة إنتاج الكهرباء (كمثال) في الولايات المتحدة اعتماداً على الطاقة الشمسية هي 1% فقط من إنتاج الكهرباء الكلي، لكن قبل أن نصل إلى هذا التطور بالإنتاج الكهربائي، قد نتساءل كيف بدأت المجموعة الشمسية أو النظام الشمسي؟ وبالأحرى ما هو النظام الشمسي وكيف يعمل؟ هذا ما سنتعرف عليه في هذا المقال.

هناك العديد من الأجسام التي تسبح في فضاء المجموعة الشمسية

يحتوي النظام الشمسي على كائنات صغيرة أيضاً، فهناك حزمة من الكويكبات تقع بين مداري المريخ والمشتري؛ أشبه بتكوينها بالكواكب الأرضية (الأقرب إلى الشمس) إذ تتألف من الصخور والمعادن، فيما وراء مدار نبتون يقع حزام كويبر، وهو عبارة عن أقراص متناثرة تتألف في معظمها من الثلوج، كما أن هناك عشرات الآلاف من الأجسام الكبيرة التي ضُمت إلى الكواكب الأخرى لجاذبيتها الكبيرة، بالإضافة لذلك هناك المذنبات، القنطور، سحب الغبار بين الكواكب، كواكب قزمية والعديد من الأجسام الصغيرة التي تدور حول المجموعة الشمسية، وجميع هذه الكواكب محاطة بحلقات من الغبار والأشياء الصغيرة الأخرى.

أما بالنسبة للرياح الشمسية، فهي عبارة عن تيار من الجسيمات المشحونة التي تتدفق من الشمس باتجاه الخارج، تشكل هذه الرياح ما هو أشبه بالفقاعات بين النجوم التي تعرف باسم الغلاف الجوي للشمس، كما أن حافة الغلاف الشمسي هي النقطة التي يتساوى فيها ضغط الرياح الشمسية مع متوسط ضغط النجوم، ويمتد هذا الضغط إلى سحابة أورت التي اعتبرت لفترة طويلة مصدراً للمذنبات، وهي موجودة على مسافة أبعد بألف مرة عن الغلاف الجوي للشمس، ويقع النظام الشمسي في ذراع أوريون الذي يبعد 26 ألف سنة ضوئية عن مركز مجرة درب التبانة.

النظام الشمسي مقسم إلى مناطق منفصلة

العنصر الرئيسي والأساسي في النظام الشمسي هو الشمس، وهي تشكل مع الكواكب العملاقة نسبة 99.86% من النظام الشمسي، فيما تشكل الكواكب الأرضية والكواكب القزمية والأقمار والكويكبات والمذنبات نسبة 0.002% من كتلة النظام الشمسي، والنسبة المتبقية تشمل الغبار.

معظم الأجسام الكبيرة تكون بالقرب من الشمس أي في مسار الشمس، في حين تكون المذنبات والأجزاء الصغيرة في زوايا أخرى بعيداً عن الشمس، وجميع هذه الكواكب تدور حول الشمس في نفس الاتجاه في عكس اتجاه عقارب الساعة، الكواكب الأربع الداخلية الصغيرة محاطة بحزام من الكويكبات الصخرية، بينما الكواكب الخارجية الأكبر محاطة بحزام كويبر الجليدي، في حين يقسم علماء الفلك المجموعة الشمسية إلى مناطق منفصلة تشمل النظام الشمسي الداخلي، حزام الكويكبات، النظام الشمسي الخارجي. كل الكواكب تقع على يسار الشمس باستثناء نبتون على اليمين، كما أن السفر للكواكب القريبة من الشمس يتطلب سرعة كبيرة لأنها أكثر الكواكب تضرراً من جاذبية الشمس.

الجاذبية السبب الرئيسي لتشكل المجموعة الشمسية

تشكل النظام الشمسي قبل 4.6 بليون سنة بعد انهيار الجاذبية لسحابة جزيئية كبيرة، وكانت هذه السحابة على الأرجح تعود لعدة سنوات ضوئية وأنشأت سابقاً العديد من النجوم، كما كانت هذه السحابة في معظمها مؤلفة من الهيدروجين مع بعض الهيليوم وكميات صغيرة من العناصر الأثقل منها، فانهارت هذه المنطقة أو السديم الذي أصبح النظام الشمسي؛ فأدى ذلك إلى دوران الكتل بشكل سريع حول مركز واحد، فتجمعت الكتل الساخنة في المركز، ثم جذبت الغبار والغازات واندمجت فشكلت الكواكب.

ونتيجة الغليان في بعض الأجزاء تشكلت المعادن بشكل صلب في النظام الشمسي الداخلي، بالتالي تشكلت الكواكب الصخرية مثل عطارد والزهرة والأرض والمريخ، في حين الكواكب العملاقة متل زحل والمشتري، نبتون وبلوتو واورانوس تشكلت خلف خط الصقيع حيث المواد باردة، مما جعل تركيبة هذه الكواكب جليدية صلبة، كما كانت الثلوج وفيرة بالمعادن التي شكلت الكواكب الداخلية فحملت نسبة كبيرة من الهيدروجين والهيليوم، بينما الحطام المتبقي تجمع في مناطق أخرى ليشكل الكويكبات والمذنبات وغيرها من الأشكال الصغيرة.

وبعد 50 مليون سنة أدى ضغط وكثافة الهيدروجين إلى اندماج حراري نووي، ومع درجة الحرارة زاد معدل التفاعل وزاد الضغط فتحقق بذلك التوازن الهيدروستاتيكي (حالة التوازن في ميكانيكيا الموائع أو السوائل بمعنى سرعة التدفق والجريان في كل نقطة ثابتة عبر الزمن بفعل قوى مثل الجاذبية)؛ مما جعل الشمس النجم الرئيسي في النظام الشمسي، كذلك الرياح الشمسية خلقت الغلاف الجوي للشمس، وجرفت الغاز والغبار المتبقي في الفضاء فأنهت بذلك عملية تشكيل الكواكب. النظام الشمسي بقي كما هو، لكن قبل 5 مليار سنة من الآن تحول الهيدروجين الموجود في الشمس بالكامل إلى هيليوم؛ مما أدى إلى زيادة مساحتها وزيادة إنتاج الطاقة، فكان سطوعها يشكل سابقاً 70% نسبة ليومنا هذا.

مصطلحي الغلاف الجوي للشمس والرياح الشمسية

يوجد فراغ قريب بين الكواكب في المجموعة الشمسية يشع فيه تيار مستمر من الجسيمات المشحونة (البلازما) المعروفة باسم الرياح الشمسية، التي ينتجها الضوء الصادر عن الشمس، هذا التيار ينتشر بسرعة 1.5 مليون كم/سا، كما يخلق هذا التيار النشاط على سطح الشمس مثل التوهجات الشمسية، تعكر الغلاف الجوي للشمس، العواصف المغناطيسية الأرضية، كما أن الغلاف الجوي يتوقف بعيداً عن المجال المغناطيسي للأرض بسبب الرياح الشمسية، كذلك الزهرة والمريخ لا يملكان حقولاً مغناطيسية، والسبب في ذلك أن الرياح الشمسية تبعد الغلاف الجوي بعيداً في الفضاء.

الغلاف الجوي للشمس والمجالات المغناطيسية لبعض الكواكب تحمي النظام الشمسي من الجزئيات الموجودة بين النجوم، تلك الجزئيات عالية الطاقة وتسمى بالأشعة الكونية، فكثافة الأشعة الكونية بين النجوم والحقل المغناطيسي تغيرت عبر فترات زمنية طويلة، بالتالي فإن مستوى اختراق الأشعة الكونية للنظام الشمسي يختلف؛ كما أنه غير معروف.

الأرض كانت ثابتة عند القدماء والفيزياء ساعدت على إيجاد الحقيقة

لفترة تاريخية طويلة، لم تعرف البشرية مفهوم النظام الشمسي، فاعتقد البشر لوقت متأخر من العصور الوسطى وعصر النهضة أن الأرض ثابتة في مركز الكون وتختلف عن الكائنات الإلهية التي تتحرك عبر السماء، في حين وضع الفيلسوف اليوناني أريستارخوس ساموس تخميناً وأعاد ترتيب النظام الشمسي لكن بشكل مسطح، بينما كان نيكولاس كوبرنيكوس أول من وضع نظام شمسي متنبئاً به بشكل رياضي أشبه بالترتيب الحالي.

ثم تمكن غاليليو غاليلي، يوهانز كبلر وإسحاق نيوتن من إثبات كروية الأرض، وبعد فهم الفيزياء أدى ذلك إلى القبول التدريجي لفكرة أن الأرض تتحرك حول الشمس، وأن الكواكب تحكمها نفس القوانين الفيزيائية التي تحكم كوكب الأرض، وفيما بعد أدى اختراع التلسكوب إلى اكتشاف المزيد من الكواكب والأقمار، كما اُستخدمت المركبات الفضائية للتحقيق في الظواهر الجيولوجية مثل الجبال والحفر، والظواهر الجوية الموسمية مثل الغيوم والعواصف الترابية والقمم الجليدية على كواكب أخرى.