مریخ

سیاره مریخ، مانند زمین، دارای ابر در اتمسفر و رسوبات یخ در قطبها می باشد. اما بر خلاف زمین، مریخ در سطح خود آب مایع ندارد. قرمز بودن رنگ این سیاره به دلیل وجود مقادیر زیاد آهن در خاک آن است.
عکس از ناسا

مریخ

مریخ چهارمین سیاره از سمت خورشید در منظومه شمسی است. این سیاره یکی از همسایه های نزدیک زمین در فضا می باشد. مانند بقیه اجرام موجود در منظومه شمسی عمر مریخ نیز در حدود 6/4 بیلیون سال تخمین زده می شود.

رومیان باستان به تقلید از یونانیان، نام خدای جنگ خود یعنی مارس را بر روی این سیاره گذاشتند. دلیل این نامگذاری رنگ سرخ تداعی کننده خون این سیاره است. سرخ بودن این سیاره به دلیل وجود مقادیر زیاد آهن در خاک آن می باشد.

 دانشمندان این سیاره را از طریق تلسکوپ های مستقر در زمین و فضا مشاهده کرده اند. سفینه هایی نیز تلسکوپ و تجهیزاتی دیگر را با خود به این سیاره برده اند. سفینه های نخستین طوری طراحی شده بودند که با گذر از کنار مریخ به مشاهده آن بپردازند. بعدها، سفینه هایی در مداری به دور مریخ شروع به گردش نموده و یا حتی بر سطح آن فرود آمده اند اما تا کنون هیچ انسانی پای بر روی این سیاره نگذاشته است.دانشمندان شواهدی را مبنی بر اینکه زمانی در سطح مریخ آب جریان داشته است، پیدا نموده اند. شواهدی شامل کانال ها، دره ها و آبگذرها بر سطح مریخ. اگر این بیان از شواهد درست باشد، این امکان وجود دارد که همچنان در لایه های زیرین این سیاره آب مایع یافت شود. ضمنا یک سفینه مقادیر زیادی از یخ را در سنگهای زیرین مریخ که بیشتر نزدیک قطب جنوب این سیاره می باشند کشف کرده است.

به علاوه، یک گروه از دانشمندان ادعا کرده اند که مدرکی پیدا نموده اند که نشان می دهد زمانی در مریخ موجودات زنده اقامت داشته اند. این مدرک شامل مواد موجود در سنگ های آسمانی پیدا شده در زمین می باشد. اما تشریح این گروه از این سنگ آسمانی هنوز نتوانسته است که بقیه دانشمندان را متقاعد کند.

سطح مریخ نشانه ها و خصوصیات برجسته ای از قبیل یک تنگه بسیار عمیق تر و بلند تر از تنگه های موجود در زمین و کوه هایی بسیار مرتفع تر از اورست دارد.

بر فراز سطح این سیاره اتمسفری وجود دارد که 100 مرتبه از اتمسفر زمین رقیق تر است. با این حال این اتمسفر به اندازه ای تراکم دارد که بتواند یک سیستم آب و هوایی شامل ابرها و بادها را ایجاد نماید. طوفانهایی مهیب همراه با گرد و خاک گاهی همه سطح این سیاره سرخ را در بر می گیرند.مریخ از زمین بسیار سرد تر است. دمای آن از 125- درجه سانتیگراد در نزدیک قطبها در فصل زمستان تا 20 درجه سانتیگراد در میان روز و نزدیک استوا متغیر است. میانگین دمای مریخ حدود 60- درجه سانتیگراد می باشد.

مریخ با زمین تفاوت های زیادی دارد و این تفاوت ها بیشتر از فاصله دور مریخ از خورشید و کوچکتر بودن آن نسبت به زمین ناشی می شود. میانگین فاصله مریخ از خورشید حدود 227.920.000 کیلومتر می باشد این فاصله تقریبا 5/1 برابر فاصله زمین تا خورشید است. میانگین شعاع مریخ 3.390 کیلومتر یعنی تقریبا نصف شعاع کره زمین می باشد.

 مشخصات مریخ

غروب خورشید در مریخ به سبب وجود ذرات ریز غبار در اتمسفر، درخشش خاصی ایجاد می نماید. این عکس از ترکیب چهار تصویری که رهیاب مریخ آنها را تهیه نموده است، ایجاد شده است.
عکس از ناسا

مدار و گردش

مانند دیگر سیارات منظومه شمسی مدار مریخ نیز به شکل بیضی می باشد. اما کشیدگی بیضی مدار مریخ از همه سیارات بیشتر است. فاصله مریخ تا خورشید در کمترین حالت 206.620.000 کیلومتر و در بیشترین حالت 249.230.000 کیلومتر می باشد. مریخ در هر 687 روز زمینی یک دور کامل به دور خورشید گردش می کند. این مدت زمان یکسال در مریخ است.

فاصله مریخ تا زمین به موقعیت هر دو سیاره در مدار خود بستگی دارد. کمترین فاصله بین این دو سیاره همسایه از یکدیگر 54.500.000 کیلومتر و بیشترین فاصله آنها از هم 401.300.000 کیلومتر میباشد.

مانند زمین، مریخ نیز حول محور طولی از غرب به شرق د رحرکت است. روز خورشیدی مریخ 24 ساعت و 39 دقیقه و 35 ثانیه طول می کشد. این مدت زمانیست که مریخ یک دور کامل حول محور خود نسبت به خورشید طی می کند.

محور طولی مریخ نسبت به صفحه مداری آن عمود نیست بلکه زاویه ای تقریبا برابر 19/25 درجه دارد. انحراف این سیاره باعث می شود که در زمانهای مختلف، تابش نور خورشید به قسمتهای مشخص، متغیر باشد. در نتیجه در مریخ نیز مانند زمین شاهد تغییر فصل می باشیم. 

 جرم و چگالی

 جرم مریخ معادل 10²⁰*42/6 تن می باشد این عدد را می توان به صورت 642 همراه با 18 صفر مقابل آن نوشت. جرم زمین حدودا 10 برابر جرم مریخ است. چگالی مریخ 933/3 گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد که این رقم تقریبا معادل 70 درصد چگالی زمین می شود.

 نیروی گرانش

 از آنجائیکه مریخ بسیار کوچکتر و کم جرم تر از زمین است لذا نیروی گرانش آن نیز از زمین ضعیف تر و تنها 38 درصد گرانش زمین می باشد. بنابراین اگر شخصی در سطح مریخ بایستد تصور می کند که 62 درصد از وزن خود را از دست داده است. همینطور اگر سنگی در مریخ رها شود بسیار کندتر از زمین به سطح سیاره می رسد.

 خصوصیات فیزیکی مریخ

 دانشمندان هنوز مطالب زیادی در مورد درون مریخ نمی دانند. یک روش خوب برای شناسایی درون این سیاره کار گذاشتن تجهیزات لرزه سنج در سطح مریخ است. این تجهیزات کوچکترین حرکات و تکان های سطح و درون سیاره را ثبت کرده و به این شکل به دانشمندان برای تشخیص آنچه که درون مریخ است کمک می کند. محققان اخیرا از این روش برای مطالعه درون زمین نیز استفاده کرده اند.

دانشمندان چهار منبع اصلی اطلاعاتی برای مطالعه درون سیاره سرخ دارند: 1) محاسبات شامل جرم، چگالی، گرانش و ویژگی های گردش مریخ. 2) دانش ما از دیگر سیارات. 3) آنالیز سنگ های آسمانی پیدا شده در زمین که از مریخ آمده اند. 4) اطلاعات جمع آوری شده توسط ماهواره هایی که دور مریخ در گردشند. آنها فکر می کنند که احتمالا مریخ نیز مانند زمین دارای سه لایه است: 1) پوسته سنگی 2) جبه ای متشکل از سنگهای متراکم تر که در زیر پوسته قرار گرفته است 3) هسته ای که بیشتر از آهن تشکیل شده است.

 پوسته

 دانشمندان بر این گمانند که میانگین ضخامت پوسته مریخ در حدود 50 کیلومتر می باشد. از آنجا که ارتفاعات بیشتر در نیمکره جنوبی قرار گرفته اند در نتیجه میتوان گفت که ضخامت پوسته نیمکره شمالی کمتر است.

بیشتر پوسته احتمالا از سنگهای آتشفشانی به نام بازالت تشکیل شده است. بازالت علاوه بر مریخ در سطح زمین و ماه نیز وجود دارد. بعضی دیگر از سنگهای سطح مریخ، به ویژه در نیمکره شمالی، آندزیت (Andesite) نام دارند. آندزیت نیز نوعی سنگ آتشفشانی است که در زمین نیز یافت شده است. مقدار سیلیکای موجود در این سنگ نسبت به بازالت بیشتر است. سیلیکا ترکیبی از سیلیکون و اکسیژن می باشد.

 جبه

 جبه مریخ نیز احتمالا شبیه به ترکیب های جبه زمین است. بیشتر جبه زمین متشکل از سنگی به  نام پرایدوتیت (peridotite) است. این سنگ عموما از سیلیکون، اکسیژن، آهن و منیزیوم تشکیل شده. فراوان ترین ماده معدنی در پرایدوتیت الیوین (olivine) می باشد.

منبع اصلی گرمای درون مریخ باید شبیه به زمین باشد یعنی فعل و انفعالات هسته ای اتمهایی مانند اورانیوم، پتاسیوم و تریوم. در حین این فعل و انفعالات، میانگین دمای جبه مریخ می تواند حدود 1500 درجه سانتیگراد باشد.

 هسته

 مریخ احتمالا دارای هسته ای با ترکیبات آهن، نیکل و سولفور است. چگالی مریخ به نوعی مبین اندازه هسته آن می باشد. چگالی این سیاره از زمین بسیار کمتر است. در نتیجه، شعاع هسته آن نیز نسبت به شعاع هسته زمین کوچکتر است. شعاع هسته مریخ احتمالا بین 1500 و 2000 کیلومتر می باشد.برخلاف زمین که هسته آن عمدتا مایع و مذاب است، هسته مریخ احتمالا به صورت جامد می باشد چرا که مریخ میدان مغناطیسی چشمگیری ندارد. میدان مغناطیسی تاثیری است که یک جسم مغناطیسی در اطراف و پیرامون خود ایجاد می نماید. حرکت یک سیاره با هسته مذاب منجر به شکل گیری میدان مغناطیسی در اطراف سیاره می گردد. اطلاعات به دست آمده توسط پیمایشگر سراسری (Global Surveyor) نشان می دهند که برخی از قدیمی ترین سنگهای موجود در سیاره مریخ در شرایطی شکل گرفته اند که میدان مغناطیسی شدیدی در محیط وجود داشته است. بنابراین، در گذشته دور، مریخ می توانسته است که دارای درونی داغ تر و هسته مذاب باشد.

 خصوصیات سطح مریخ

دره های مریخی با طولی حدود 4000 کیلومتر (تقریبا یک پنجم مسافت دور سیاره) با 10 کیلومتر عمق.
عکس از ناسا

 سطح مریخ دارای ویژگی های متعددی است که اغلب آنها در زمین نیز وجود دارند نظیر دشتها، دره ها، آتشفشانها، آبگذرها و یخ های قطبی. البته چاله هایی نیز در مریخ وجود دارند که در اثر برخورد سنگهای آسمانی با این سیاره به وجود آمده اند. این چاله ها به ندرت بر روی زمین دیده می شوند. گردی متمایل به رنگ قرمز تقریبا همه سطح این سیاره را فرا گرفته است.

 دشتها

 بسیاری از نواحی مریخ به صورت دشت می باشد. بیشتر این مناطق در نیمکره شمالی قرار گرفته اند. در قسمتهای شمالی نیمکره شمالی، مسطح ترین و صاف ترین مناطق منظومه شمسی قرار گرفته اند. صاف بودن این مناطق به احتمال قوی به این دلیل است که رسوبات به وجود آورنده آنها بوده اند. دلایل فراوانی وجود دارد که زمانی در سطح مریخ آب جاری بوده است. وجود آب مسبب تشکیل و جمع شدن رسوبات بوده است.

 دره ها

 در امتداد استوا نمادی چشمگیر در این سیاره قرار گرفته است. یک مجموعه بزرگ از دره ها به نام دره های مریخی. سفینه فضایی مارینر 9 در سال 1971 این پدیده را در سطح مریخ کشف نمود. دره از شرق به غرب کشیده شده و طول آن حدود 4000 کیلومتر یعنی به اندازه عرض استرالیا و یا به اندازه فاصله بین فیلادلفیا تا سندیگو است.

دانشمندان بر این باورند که این سیستم بر اثر شکاف خوردن قسمتی از پوسته ایجاد شده است. دره های منحصر به فرد در مجموعه دره های مریخی عرضی به بزرگی 100 کیلومتر دارند. دره ها در قسمت مرکزی، جاییکه 600 کیلومتر عرض دارد به یکدیگر وصل می شوند. عمق دره ها در برخی نقاط به 8 تا 10 کیلومتر می رسد.

کانال های بزرگی در انتهای شرقی دره ها به چشم می خورند و همچنین در برخی نقاط، دره ها لایه های رسوبی دارند. وجود این کانالها و رسوبات حاکی از این است که زمانی قسمتهایی از این دره ها پر از آب بوده است.

 آتشفشانها

 مریخ بزرگترین کوه های آتشفشانی موجود در منظومه شمسی را در خود جای داده است. بلندترین آنها الیمپوس(Olympus)، ارتفاعی معادل 27 کیلومتر و قطری به اندازه 600 کیلومتر دارد که با دشتهای مسطح احاطه شده است. سه آتشفشان بزرگ دیگر مریخ آرسیا (Arsia)، آسکرئوس (Ascraeus) و پاونیز (Pavonis) نام دارند و در منطقه مرتفعی به نام تارسیس (Tharsis) قرار گرفته اند.

همه این آتشفشانها، مانند آتشفشانهای هاوایی، دارای شیبی هستند که به تدریج زیادتر می شود. مریخ همچنین انواع زیاد دیگری از آتشفشانها را دارا می باشد. از تپه های مخروطی کوچک تا دشتهای پوشیده شده با مواد مذاب منجمد شده. دانشمندان نمی دانند که آخرین فوران آتشفشانی چه زمانی در مریخ به وقوع پیوسته است اما فورانهای جزئی ممکن است همچنان در این سیاره به وقوع بپیوندد.

 چاله ها و حوزه های برخوردی

 بسیاری از سنگ های آسمانی که در طول تاریخ سیاره مریخ با آن برخورد کرده اند منجر به ایجاد چاله هایی در سطح این سیاره شده اند. این چاله های برخوردی به دو دلیل در زمین بسیار اندک می باشند:1) چاله هایی که قبلا ایجاد شده اند در اثر فرسایش از بین رفته اند. 2) اتمسفر متراکم زمین مانع برخورد سنگها و در نتیجه تشکیل چاله ها می گردد.چاله های موجود در سطح مریخ بسیار شبیه به چاله های موجود در ماه، عطارد و دیگر اجرام منظومه شمسی است. چاله ها عمیق و کاسه ای شکلند. چاله های بزرگتر می توانند دارای قله های مرکزی باشند که در اثر ارتجاع پوسته پس از برخورد به وجود می آیند.در مریخ، شمار چاله ها از جایی به جای دیگر به شدت متغیر است. سطح مریخ در نیمکره جنوبی بسیار قدیمی و در نتیجه دارای چاله های بسیار زیادی است. بقیه جاها به ویژه در نیمکره شمالی جوانتر و دارای تعداد کمتری چاله می باشد.برخی از کوه های آتشفشانی نیز دارای چاله هایی می باشند و این امر نشان دهنده این است که زمان زیادی از فوران آنها نگذشته است. مواد مذاب آتشفشانها می تواند همه چاله های موجود را بپوشاند. پس زمان زیادی از آخرین فوران ها نگذشته است چون در غیر اینصورت تعداد چاله ها بر روی کوه های آتشفشانی بیشتر بود.

در اطراف برخی از چاله ها رسوبات غیر معمولی به چشم می خورد. این رسوبات موادی می باشند که به هنگام برخورد سنگ آسمانی از چاله تشکیل شده به بیرون پرتاب شده اند. این شکل از رسوبات می تواند مبین این باشد که سنگ آسمانی به هنگام برخورد با آب و یا یخ در زیر زمین مواجه شده است.مریخ تعدادی چاله بسیار بزرگ دارد. بزرگترین این چاله ها پلانیتیا (Planitia) به معنای دشت یا حوزه پائین نام گرفته است. این چاله در نیمکره جنوبی قرار دارد و قطر آن 2300 کیلومتر می باشد. کف این چاله 9 کیلومتر پائین تر از سطح است.کانالها، دره ها و آبگذرهایی که در نتیجه سایش و فرسایش آب به وجود می آیند در بسیاری از مناطق مریخ به چشم می خورند. از مهمترین این شواهد می توان به "کانال های طغیان" اشاره نمود. این کانالها می توانند عرضی معادل 100 کیلومتر و طولی به اندازه 2000 کیلومتر داشته باشند. گمان می رود که این کانالها در پی سیلهایی مهیب شکل گرفته باشند. در بسیاری موارد به نظر می رسد که آب به طور ناگهانی در این مناطق از زیر زمین فوران کرده است.در نواحی دیگری از مریخ پدیده های بسیار کوچکتری به نام شبکه های دره ای وجود دارند. این شبکه ها بسیار شبیه به سیستم های رودخانه ای در روی زمین می باشند. شبکه های دره ای مریخ عرضی برابر چندین کیلومتر و طولی برابر چند صد کیلومتر دارند. این شبکه ها به نوعی پدیده هایی باستانی در مریخ به حساب می آیند. وجود آنها می تواند بیانگر این باشد که روزگاری هوا در مریخ به قدری گرم بوده که امکان وجود آب به شکل مایع وجود داشته است.آبگذرها از شبکه های دره ای نیز کوچکترند. آنها اغلب در ارتفاعات قرار دارند. احتمالا وجود آنها بر اثر تراوشات آب از زیر زمین به سطح، ظرف چند میلیون سال پیش می باشد.

 رسوبات قطبی

 جالب ترین پدیده در مناطق قطبی مریخ، توده های ضخیمی از لایه های رسوبی مواد می باشد. دانشمندان بر این باورند که این لایه ها با ترکیبی از یخ آب و ذرات خاک تشکیل شده اند. این رسوبات تا ارتفاع 80 درجه از هر دوقطب گسترش یافته اند.احتمالا اتمسفر در طی مدتهای طولانی منجر به رسوب لایه هایی گردیده است. این لایه ها ممکن است مدارکی برای فعالیتها و تغییرات فصلی آب و هوا در طی گذشت زمانهای بسیار طولانی باشد. یکی از احتمالات تغییر آب و هوا در مریخ تغییر زاویه محور طولی این سیاره می باشد. این تغییرات منجر به تغییر مقدار تابش نور خورشید به قسمتهای مختلف سیاره و در نتیجه تغییرات کلی آب و هوا در مریخ می گردد. مقدار رسوباتی که اتمسفر ایجاد می کند با تغییرات گذشته در آب و هوا ارتباط مستقیم دارد.در بالای لایه های رسوبی موجود در هر دو نیمکره کلاهک یخ آب وجود دارد که در تمام سال به شکل یخ باقی می مانند. این لایه ها و کلاهک روی آنها چندین کیلومتر ضخامت دارد.در فصل زمستان کلاهک های فصلی که از لایه های یخ زده تشکیل می شوند نیز ظاهر می گردند. این کلاهک ها به خوبی توسط تلسکوپ های مستقر بر روی زمین قابل رویت می باشند. کلاهک های فصلی شامل دی اکسید کربن منجمد یا یخ خشک که از دی اکسید کربن موجود در اتمسفر به وجود می آید، می باشد. در سردترین روزهای زمستان این لایه ها تا ارتفاع 45 درجه به سمت استوا گسترش می یابند.

 اتمسفر

 اکسیژن موجود در اتمسفر مریخ در قیاس با زمین بسیار اندک است. این گاز تنها 13/0 درصد از کل اتمسفر مریخ را تشکیل می دهد در حالیکه 21 درصد از جو زمین ما از اکسیژن تشکیل شده است. دی اکسید کربن 3/95 درصد از اتمسفر این سیاره را شامل می شود. بقیه گازها عبارتند از نیتروژن، 7/2 درصد، آرگون، 6/1 درصد، مونوکسید کربن، 07/0 درصد و بخار آب، 03/0 درصد.

 فشار

 در سطح مریخ، فشار جو عمدتا حدود تنها 7/0 کیلوپاسکال یعنی تقریبا 7/0 درصد فشار جوی سطح زمین می باشد. با تغییر فصل در مریخ این مقدار بین 20 تا 30 درصد دستخوش تغییر می گردد.

در هر زمستان تغلیظ گاز دی اکسید کربن در قطبها منجر به کاخش میزان این گاز در اتمسفر می گردد. در نتیجه فشار هوا به شکل قابل ملاحظه ای کم می شود. متضاد این فرایند در فصل تابستان صورت می گیرد. علاوه بر تغییرات فصلی، در طی روز نیز بنا به تغییر شرایط آب و هوا فشار اتمسفر نیز تغییر می کند. این پدیده در سیاره زمین نیز رخ می دهد.

 دما

 سردترین قسمتهای مریخ در ارتفاعات 65 تا 125 کیلومتری آن می باشد. در این ارتفاعات دمای هوا 130- درجه سانتیگراد است. با کم شدن ارتفاع نسبت به سطح، دما افزایش یافته و در طی روز به 30- تا 40- درجه سانتیگراد می رسد.

دمای اتمسفر مریخ در زمانهایی که با مقدار زیادی گرد و خاک آمیخته شده است، می تواند گرمتر از مواقع عادی باشد. گرد و خاک نور خورشید را جذب کرده و بیشتر آنرا به گازهای موجود در اتمسفر منتقل می نماید.

 ابرها

 در جو مریخ، ابرهایی ساخته شده از ذرات یخ زده دی اکسید کربن در ارتفاعات بالا شکل می گیرند. به علاوه تشکیل ابر و مه با ذرات یخ آب بسیار رایج است. بیشترین زمانی که مه در هوا وجود دارد اوایل صبح می باشد. در آن زمان هوا در سردترین حالت خود است درنتیجه بخار آب غلیظ می گردد.

 باد

 اتمسفر مریخ، مانند زمین، یک چرخه عمومی و الگوی بادی که همه سیاره را در می نوردد، دارد. دانشمندان با مشاهده حرکات باد و تغییرات آن به مطالعه الگوی وزش آن پرداخته اند.

چرخه عمومی وزش باد در مریخ با دلیلی مشابه فرایند تشکیل باد در سیاره زمین شکل می گیرد. خورشید ارتفاعات پائین تر اتمسفر را بیش از ارتفاعات بالای آن گرم می کند. هوای گرم به بالا می رود، و هوای سرد به پایین آمده و جای هوای گرم را می گیرد. این روند ادامه پیدا کرده و منجر به تشکیل باد می شود.

در مریخ، تغلیظ و تبخیر گاز دی اکسید کربن در قطبها تاثیر بسزایی در چرخه کلی دارد. با شروع زمستان، دی اکسید کربن موجود در جو در دو قطب متمرکز و غلیظ می شود. در نتیجه دی اکسید کربن بیشتری به سمت قطبها برای پر شدن جای خالی این گاز جریان می یابد. وقتی بهار از راه می رسد، دی اکسید کربن یخ زده بخار می شود و در نتیجه این گاز به سمتی دور از قطبها جریان پیدا می کند.

بادهایی که در سطح مریخ می وزند عمدتا آرامند و سرعتی در حدود 10 کیلومتر در ساعت دارند. دانشمندان تندبادهایی با سرعت 90 کیلومتر در ساعت را نیز مشاهده کرده اند. با اینحال نیروی این تندبادها بسیار کمتر از تندبادهای مشابه از لحاظ سرعت در زمین می باشد. چرا که چگالی و تراکم اتمسفر مریخ از اتمسفر زمین بسیار کمتر است.

 طوفان خاک

 یکی از بارزترین جلوه های آب و هوایی در مریخ وزش بادهای همراه با گرد و خاک است. گردبادهای کوچک می توانند برای مدت کوتاهی خاک را از سطح سیاره بالا ببرند. این بادهای کوچک شبیه به گردبادهای زمینی هستند.

طوفانهای شدید خاک زمانی آغاز می شوند که باد گرد و خاک را با خود تا اتمسفر بالا ببرد. در این هنگام هوای پیرامون ذرات خاک به دلیل جذب نور خورشید گرم می شود. هنگامیکه هوای گرم به بالا می رود، باد شدیدتر می شود و گرد و خاک بیشتری را نیز با خود به بالا می برد. در نتیجه طوفان شدید و شدیدتر می شود.

در مقیاسهای شدیدتر، طوفان خاک می تواند منطقه ای بیش از 320 کیلومتر و یا حتی تا چندین هزار کیلومتر را در بر گیرد. طوفانهای بزرگتر می توانند همه سطح سیاره را در فرا بگیرند. چنین طوفانهایی غیر معمول هستند اما می توانند تا ماهها ادامه داشته باشند. شدیدترین طوفانها قادرند همه سطح سیاره را غیر قابل رویت نمایند. چنین طوفانهایی یکبار در سال 1971 و بار دیگر در سال 2001 وزیدند.

طوفانهای شن بیشتر در زمانهایی که فاصله مریخ از خورشید کم است رخ می دهند. دلیل این امر نیز این است که در آن زمانها خورشید بیشتر اتمسفر را گرم می نماید.

قمر ها

 مریخ دو قمر کوچک به نامهای فوبوس (Phobos) و دیموس (Deimos) دارد. ستاره شناس آمریکایی آزف هال (Asaph Hall) در سال 1877 این دوقمر را کشف نمود و نامهای پسران آرس (Ares ،خدای جنگ یونانیان) را بر آنها نهاد. هر دوی این قمر ها دارای شکلی غیر متعارف و غیر هندسی می باشند. بزرگترین قطر فوبوس 27 کیلومتر و بزرگترین قطر دیموس 15 کیلومتر می است.

هر دو قمر دارای چاله های فراوانی می باشند که در اثر برخورد سنگهای آسمانی با آنها تشکیل شده اند. سطح قمر فوبوس دارای شیارهای پیچیده ایست. این شیارها احتمالا ترکهایی هستند که پس از برخورد بزرگترین سنگ آسمانی با این قمر به وجود آمده اند.

دانشمندان هنوز نمی دانند که این دو قمر در کجا تشکیل شده اند. دو احتمال وجود دارد. یا هر دوی آنها همزمان با تشکیل خود سیاره به وجود آمده اند. یا این دو قمر در حقیقت سنگ های آسمانی سرگردانی بوده اند که در میدان گرانش مریخ گیر افتاده اند. رنگ فوبوس و دیموس خاکستری تیره و تقریبا همرنگ بقیه سنگهای آسمانی می باشد.

 تکامل مریخ

 دانشمندان دانشی کلی در مورد تکامل این سیاره از 6/4 بیلیون سال پیش تا کنون دارند. این دانش با مطالعه چاله ها و دیگر پدیده ها و مشخصات سطح این سیاره به دست آمده است. پدیده هایی که در دوران مختلف تکامل به وجود آمده اند همچنان در سطح این سیاره موجودند. محققین یک سناریوی تکامل برای این سیاره تهیه نموده اند که در برگیرنده ابعاد، شکل و مکان پدیده های سطح آن می باشد.

دانشمندان نسبت دوره های زمانی مناطق موجود در سطح را با توجه به چاله های برخوردی مشاهده شده، دسته بندی کرده اند. هر چه در یک منطقه تعداد چاله بیشتر باشد، عمر آن منطقه نیز بیشتر است.

با اینحال دانشمندان هنوز نمی توانند تشخیص دهند که هر یک از دوره های تکامل دقیقا چه زمانی رخ داده اند. برای این کار آنها به دانستن سن سنگهای موجود در سطح مریخ، که در دوره های مختلف تشکیل شده اند، نیاز دارند. آنها باید این سنگها را در آزمایشگاه های پیشرفته آنالیز نمایند ولی متاسفانه تا کنون هیچ سنگی از مریخ توسط سفینه ها به زمین آورده نشده است.

دانشمندان طول عمر مریخ را به سه دوره زمانی تقسیم کرده اند. 1) نواکیان (Noachian). 2) هسپرین (Hesperian). 3) آمازونین (Amazonian). هر دوره با نام منطقه ای که در همان دوره تشکیل شده ، نام گرفته است.

دوره نواکیان بر اساس منطقه نواکیس (Noachis) که منطقه ای مرتفع در نیمکره جنوبی است نام گرفته. در طول دوره نواکیان، تعداد بیشماری اجرام سنگی در ابعاد مختلف با مریخ برخورد کرده اند. برخورد این اجرام چاله هایی در ابعاد گوناگون در منطقه ایجاد کرده است. در این دوره همچنین چندین آتشفشان عظیم فعال بوده اند.

به علاوه در این دوره فرسایش سطح توسط آب منجر به شکل گیری شبکه های دره ای در مریخ شده است. وجود این شبکه بیان گر این است که دمای مریخ در دوره نواکیان بسیار گرمتر از دمای کنونی سیاره بوده است.

دوره هسپرین

 بمباران های شدید دوره نواکیان تدریجا به پایان رسید و دوره هسپرین آغاز شد. این دوره بنا به منطقه هسپریا پلانیوم (Hesperia Planum) اینچنین نامگذاری شده است. دشتی مرتفع در عرضهای پائین جغرافیایی نیمکره جنوبی.

در طی دوره هسپرین فعالیتهای آتشفشانی ادامه داشته اند و مواد مذاب بیشتر چاله های به وجود آمده در دوره نواکیان را پوشاندند. اغلب بزرگترین کانالهای موجود در سیاره مربوط به دوره هسپرین می باشند.

دوره آمازونین همراه با تشکیل چاله های کوچک است و تا به امروز ادامه یافته است. نام این دوره بر اساس نام منطقه آمازونیس پلانیتیا(Amazonis Planitia)، که دشت کم ارتفاعی در عرضهای پائین جغرافیایی نیمکره شمالی است گرفته شده.

فعالیتهای آتشفشانی در این دوره نیز ادامه داشته اند و برخی از بزرگترین آتشفشانها مربوط به این دوره هستند. جوانترین عناصر موجود در مریخ، شامل رسوبات یخ در قطبها نیز به این دوره تعلق دارند.

 امکان وجود حیات

 احتمالا روزگاری در مریخ حیات وجود داشته است. حتی ممکن است موجودات زنده هنوز در این سیاره دوام آورده و وجود داشته باشند. مریخ تقریبا به طور قطعی سه عامل اصلی را که دانشمندان برای وجود حیات ضروری می دانند دارا می باشد: 1) عناصر شیمیایی مانند کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن 2) منبع انرژی 3) آب مایع.

عناصر شیمیایی در طول تاریخ این سیاره همیشه در آن وجود داشته اند. نور خورشید نیز منبع انرژی به حساب می آید. علاوه بر نور خورشید گرمای درون سیاره نیز نوعی منبع انرژی ثانوی است. در زمین، گرمای درونی سیاره ما، زندگی گونه های زیستی اعماق دریا و شکاف پوسته ها را تضمین می کند.

آب مایع به شکلی واضح مسبب به وجود آمدن پدیده های سطح مریخ از جمله کانالهای بزرگ، دره های کوچک و آبگذرهای جوان آن است. به علاوه مقادیر زیادی یخ آب در نزدیک قطب جنوب و احتمالا قطب شمال آن وجود دارد. بنابراین آشکار است که زمانی آب مایع در این سیاره جاری بوده است. احتمالا امروزه در زیر لایه های رویی این سیاره آب مایع هنوز یافت می شود.

در سال 1996، گروهی به سرپرستی دیوید مک کی (David S. McKay)، زمین شناس مرکز فضایی جانسون ناسا در هوستون، اعلام نمودند که مدرکی از وجود جانوران میکروسکوپی در مریخ پیدا کرده اند. آنها این مدرک را در درون یک قطعه سنگ آسمانی که خود را به زمین رسانده بود، کشف کردند. این قطعه سنگ به احتمال زیاد در اثر برخورد سنگی بزرگتر با مریخ از سطح این سیاره کنده شده و پس از میلیونها سال سفر در فضا سرانجام وارد جو زمین شده است.

 این مدرک شامل مولکولهای بنیانی پیچیده، ذراتی از نوعی ماده معدنی به نام مگنتیت (magnetite) که درون برخی از انواع باکتریها تشکیل می شود و سازه های بسیار ریزی که فسیلهای میکروسکوپی هستند می باشد. استنتاج دانشمندان جدال آمیز است اما در هر صورت تا کنون برای اثبات وجود حیات در مریخ هیچ توافق علمی جامعی پیدا نشده است.

شیء میله ای شکل در مرکز تصویر از نظر گروهی از دانشمندان فسیل یک موجود مریخی است. طول این موجود 200 بیلیونیوم متر است و در سنگی پیدا شده که از مریخ به زمین آمده است.
عکس از ناسا

 تاریخ مطالعات مریخ

مشاهده از زمین

نخستین ستاره شناسان به کمک تلسکوپ هایی بر روی زمین به وجود کلاهک های قطبی و تغییرات آنها در فصول مختلف پی برده بودند. آنها همینطور نشانه ها تیره و روشنی کشف نمودند که شکل و مکان آنها در تغییر بود.

در اواخر قرن 19 ستاره شناس ایتالیایی به نام شیاپارلی (Giovanni V. Schiaparelli) اعلام کرد که شبکه ای از خطوط تیره را در سطح مریخ مشاهده کرده است. بسیاری از ستاره شناسان نیز رویت چنین پدیده ای را تائید کردند. درمیان آنان ستاره شناس امریکایی به نام پرسیوال لاول (Percival Lowell) نیز حضور داشت. او وجود این کانالها را به ساکنین مریخ نسبت داد.

نشانه های تیره و روشن متغیری که ستاره شناسان در گذشته وجود آنها را گزارش کرده بودند در واقع بادهای مریخی بودند که در گستره سطح این سیاره می وزند. برخی از ستاره شناسان نخستین اعتقاد داشتند که تغییر این نشانه ها به دلیل رشد و نابودی گونه های گیاهی است.

 مشاهده بوسیله فضاپیما

 سفینه های روبوتیک از دهه هفتاد قرن پیش شروع به مشاهده دقیق این سیاره نمودند. ایالات متحده در سال 1964 مارینر 4 و در سال 1969 مارینر 6 و مارینر 7 را ارسال کرد. هر کدام از آنها حدود 6 ماه بعد به مدار مریخ رسیدند. تصاویر تهیه شده توسط این سفینه ها نشان داد که مریخ سیاره ایست خشک و سترون، دارای چاله هایی فراوان نظیر ماه و بدون هیچ گونه اثر و آثاری از حیات.

در سال 1971، مارینر 9 به مدار مریخ ارسال شد. این سفینه توانست از 80 درصد سطح این سیاره نقشه برداری کند. برای اولین بار آتشفشانها و سیستم های دره ای این سیاره توسط این سفینه کشف شدند. همچنین نواحی دیده شد که شبیه به بسترهای خشک رودخانه بود.

ماموریت بعدی به مریخ، ماموریت وایکینگ بود که توسط ایالات متحده در سال 1975 صورت گرفت. وایکینگ شامل دو مدارگرد و دو مریخ نشین بود. هدف اصلی آن پیدا کردن حیات در این سیاره بود. محل فرود مریخ نشینها توسط مدارگردها تعیین شد و آنها در جولای و سپتامبر 1976 در سطح سیاره سرخ فرود آمدند. مریخ نشینها توانستند برای نخستین بار تصاویری را از نزدیک در این سیاره تهیه کنند. آنها از خاک مریخ نمونه گیری کردند. هیچ نشانی از حیات توسط آنها پیدا نشد.

دو ماموریت موفقیت آمیز دیگر، مریخ نشین رهیاب (Pathfinder) و مدارگرد پیمایشگر سراسری مریخ (Mars Global Surveyor) بود. ایالات متحده هر دوی آنها را در سال 1996 ارسال نمود. بخش اساسی ماموریت رهیاب انجام دادن سیستم جدید فرود بر این سیاره بود. این مریخ نشین در جولای 1997 به کمک بالشت های بزرگ بادی در مریخ  با موفقیت فرود آمد. رهیاب یک خودروی کوچک به نام سوجورنر (Sojourner) به معنای ساکن موقتی یا آدم سیار را نیز با خود به سطح مریخ برد. رهیاب تصاویر منحصر به فردی را از مریخ به زمین ارسال کرد و سوجورنر آنالیزهایی را در سنگها و خاک مریخ به انجام رساند. مردم در سرتاسر جهان از تلوزیون های خود تصاویر سوجورنر را در حال کار مشاهده می کردند.

پیمایشگر مریخ تعدادی از وسایل و تجهیزات اندازه گیری علمی را با خود حمل می کرد. یک دستگاه لیزر ارتفاع سنج با ارسال امواج لیزری ارتفاعات موجود در سطح سیاره را معین نمود. این دستگاه نقشه ای از ارتفاعات سطح مریخ تهیه کرد که در آن همه ارتفاعاتی که حداقل یک متر بلندی دارند مشخص گردید. یک طیف سنج مادون قرمز ترکیب بندی بعضی از مواد معدنی موجود در سطح مریخ را مشخص نمود. یک دوربین با حساسیت بسیار بالا نیز توانست تصاویری از یک منطقه جدید ژئولوژیک تهیه نماید. این منطقه شامل لایه هایی رسوبی بود که احتمالا توسط آب مایع و رسوبات آن تشکیل شده است به اضافه آبگذرهای کوچکی که آنها نیز توسط آب مایع شکل گرفته بودند.

در اپریل 2001، ایالات متحده سفینه ادیسه مریخ را ارسال کرد. این سفینه تجهیزاتی را برای آنالیز شیمیایی ترکیب بندی سطح مریخ و لایه های زیرین آن به منظور کشف وجود یخ آب در سطح و یا زیر سطح این سیاره و همچنین مطالعه پرتوهای پیرامون مریخ به همراه داشت. ادیسه مریخ در اکتبر 2001 در مداری نزدیک سیاره قرار گرفت. در سال 2002، این سفینه مقادیر زیادی یخ آب در زیر سطح مریخ کشف نمود. بیشتر یخ کشف شده در منطقه جنوبی سیاره و در قسمت جنوب 60 درجه عرض جغرافیایی قرار دارد. دانشمندان انتظار دارند که در نیمکره شمالی، قسمت شمال 60 درجه عرض جغرافیایی، نیز یخ وجود داشته باشد. به هرحال در زمانی که اکتشاف صورت می گرفت مقادیر زیادی دی اکسید کربن منجمد در منطقه وجود داشت و مانع از شناسایی لایه های زیرین می شد. یخ آب پیدا شده در یک متری زیر خاک وجود دارد. 50 درصد از حجم این خاک را یخ آب تشکیل می دهد. کل حجم یخ کشف شده 10.400 کیلومتر مکعب است، یعنی دو برابر حجم لازم برای پر کردن دریاچه میشیگان.

پیمایشگر مریخ نتوانست در عمق بیش از 1 متر یخ پیدا کند. به همین دلیل دانشمندان هنوز نمی توانند حجم کلی یخ موجود در مریخ را تخمین زنند.

در آگوست سال 2003 مریخ به زمین نزدیکتر شد. فاصله آن در 60.000 سال اخیر به این نزدیکی نبوده است. در آن سال دانشمندان سه سفینه جدید را به این سیاره ارسال کردند. ماموریت مارس اکسپرس مربوط به آژانس فضایی اروپا بود و شامل یک مدارگرد مجهز به تجهیزات علمی و یک مریخ نشین به منظور آنالیز خاک سیاره و کشف مدارک وجود حیات می شد. ایالات متحده نیز دو مریخ نورد به نامهای اسپریت (Spirit) و آپورچونتی (Opportunity) به مریخ ارسال کرد تا به کاوش در مناطق مختلف سطح مریخ بپردازند.

در دسامبر 2003، مارس اکسپرس به مداری پیرامون مریخ رسید و مریخ نشین بیگل 2 (Beagle) را به سطح سیاره فرستاد. مارس اکسپرس بلافاصله شروع به ارسال تصاویر و دیگر اطلاعات به زمین نمود اما سرپرستان این ماموریت موفق به برقراری ارتباط با بیگل نشدند و این مریخ نشین در سیاره گم شد. در اوایل ژانویه 2004، مریخ نورد امریکایی اسپریت با موفقیت فرود آمد. آپورچونتی کمی دیرتر ارسال شد و در همان ماه آن نیز با موفقیت فرود آمد. این دو مریخ نورد تصاویر دقیقی از پدیده های سطح مریخ ارسال کردند و شروع به آنالیز سنگها و خاک آنجا به منظور پیدا کردن مدرکی حاکی بر وجود حجم زیادی آب مایع در سطح مریخ در گذشته های نه چندان دور نمودند.

در مارس 2004، دانشمندان امریکایی اعلام کردند که آنها به این نتیجه رسیده اند که در منطقه مریدیانی پلانیوم (Meridiani Planum) یعنی جائیکه مریخ نورد آپورچونتی در آن فرود آمد، زمانی مقادیر زیادی آب مایع وجود داشته است. مدرک آنها برای این ادعا سنگی بود که از قسمتهای زیرین به بیرون سر زده بود. آنالیزهای آپورچونتی نشان داد که این سنگ حاوی مقادیر زیادی نمک سولفات است که دارای سولفور و اکسیژن می باشد. در سیاره زمین، این مقدار نمک سولفات تنها در سنگهایی یافت می شود که یا در درون آب شکل گرفته اند و یا مدتها در معرض جریان آب بوده اند.

ماموریت مریخ نوردها تنها برای 90 روز زمانبندی شده بود اما از آنجا که هر دوی آنها به خوبی کار می کردند مدت ماموریتشان تمدید شد. در ژوئن 2004، آپورچونتی به داخل چاله ای بزرگ رفت و به آنالیز سنگهای زیرین آن منطقه پرداخت. اسپریت نیز در همان ماه با طی مسیری به طول 3 کیلومتر به مجموعه ای از تپه های مشهور به تپه های کلمبیا رسید. آنها ماهها به کاوش خود در این مناطق ادامه دادند.

منبع:
Squyres, Steven W. "Mars." World Book Online Reference Center. 2004. World Book, Inc.

ترجمه: لنا سجادیفر

خورشید گرفتگی

گرفتگی کامل خورشید را باید یکی از منظره‌های زیبا و در عین حال ترسناک طبیعت دانست. تنها موقعی می‌توان این پدیده را دید که عوامل زیادی با هم انطباق پیدا کنند. خورشید کره فروزان بسیار بزرگی است با قطری در حدود 109 برابر قطر زمین که در فاصله 150 میلیون کیلومتری زمین واقع شده است.

گرفتگی کامل خورشید را باید یکی از منظره‌های زیبا و در عین حال ترسناک طبیعت دانست. تنها موقعی می‌توان این پدیده را دید که عوامل زیادی با هم انطباق پیدا کنند. خورشید کره فروزان بسیار بزرگی است با قطری در حدود 109 برابر قطر زمین که در فاصله 150 میلیون کیلومتری زمین واقع شده است. ماه فقط یک چهارم اندازه زمین را دارد. ولی 400 بار نزدیکتر از خورشید به زمین است. البته بدیهی است که اجسام را از فاصله‌های دورتر کوچکتر می‌بینیم. اختلاف فاصله‌های ماه و خورشید نیز سبب می‌شود تا اندازه‌هایشان با هم برابری کنند. از این رو ، آن دو در آسمان تقریبا به یک اندازه دیده می‌شوند.

تاریخچه

در طول تاریخ ، این پدیده همواره مورد توجه اقوام و ملل مختلف بوده است. اغلب تمدن‌های کهن خورشید گرفتگی را پدیده‌ای شوم می‌پنداشتند و درباره آن اعتقادات خرافی داشتند. چینی‌ها عقیده داشتند که هنگام خورشید گرفتگی اژدهایی خورشید را می‌بلعد. در بسیاری از فرهنگ‌ها خورشید گرفتگی بلایی آسمانی پنداشته می‌شده است. مردم هند در خلال گرفتگی خود را تا گردن در آب فرو می‌کردند و اعتقاد داشتند که با این کار به خورشید و ماه کمک می‌کنند تا در برابر اژدها از خود دفاع کنند.

خورشید گرفتگی از دیدگاه علمی

اندازه ظاهری خورشید و ماه از زمین با هم برابر است. علت این امر آن است که فاصله این دو جسم از کره ما متفاوت است. در نتیجه در زمانهایی که ماه مسقیما از جلوی خورشید عبور می‌کند قرص خورشید در پس آن پنهان می‌شود. شرط لازم و کافی برای وقوع پیوستن کسوف آن است که زمین ، خورشید و ماه در یک خط یا تقریبا یک خط راست قرار بگیرند، به طوری که سایه ماه بر بخشی از زمین بیافتد کل این سایه از دو قسمت نیم سایه که در قسمت بیرونی است نیمه درونی که تاریک و سیاه است تشکیل شده است.

در محدوده نیم سایه ماه تنها قسمتی از خورشید را پوشانده است که به آن خورشید گرفتگی جزیی می‌گویند. در خلال گرفت بر اثر حرکت ماه و چرخش زمین سایه ماه ، زمین را از غرب به شرق طی می‌کند به این سیر حرکتی سیر گرفتگی کلی می‌گویند. هر کسی که در این مسیر باشد خورشید را در حالت گرفت کلی خواهد دید این مسیر در بیشترین حالت به 320 کیلومتر می‌رسد و حدود نیم در صد سطح زمین را می‌پوشاند. معمولا هر 1.5 سال خورشد گرفتگی کلی روی می‌دهد اما ما در طول عمرمان شاید یک بار شانس تماشا این پدیده را داشته باشیم.

کسوف تنها برای زمین

تصادف شگفت‌آوری است که اندازه ظاهری قمر زمین ، یعنی ماه ، به اندازه ظاهری خورشید برابر است. گرچه خورشید 400 بار دورتر از ماه است اما 400 بار هم بزرگتر از آن است. قطر بسیار بزرگ خورشید ، در اثر مشاهده از این فاصله زیاد ، کاملا کوچک دیده می‌شود. اگر این پدیده جالب توجه وجود نداشت‌، نمی‌توانستیم اطلاعات بیشتری در مورد جو بیرونی خورشید به دست می‌آوریم. به جز زمین ، در هیچ یک از سیارات منظومه شمسی پدیده گرفتگی خورشید روی نمی‌دهد.

علل کسوف

حدود 30 روز طول می‌کشد تا ماه یک بار زمین را دور بزند. دو یا سه بار در هر سال ، ماه در مسیر خود ، مستقیما از فاصله بیان زمین و خورشید می‌گذرد. در این هنگام گرفت خورشید رخ می‌دهد. قرص تاریک ماه برای مدت کوتاهی همه خورشید یا بخشی از آنرا می‌پوشاند.

چرا هرگاه ماه از میان زمین و خورشید می‌گذرد این پدیده اتفاق نمی‌افتد؟

دلیل این امر اینست که مدار ماه و زمین با هم زاویه دارد و در بسیاری از حالات ماه از بالا یا پایین قرص خورشید می‌گذرد. مدار زمین و ماه در دو نقطه به هم بر خورد می‌کنند که به این دو نقطه گره‌های مداری می‌گویند و ماه هر گاه در این گره با زمین و خورشید در یک خط قرار بگیرد خورشید گرفتگی صورت می‌گیرد.

انواع کسوف

کسوف کامل :
در این حالت ماه در نزدیک‌ترین فاصله خود به زمین قرار دارد و در یک خط راست نیز قرار دارند. در این حالت کل قرص خورشید در پشت ماه پنهان می‌شود. سایه ماه فقط چند کیلومتر از سطح زمین را در بر می‌گیرد و به موازات حرکت ماه در مدار خود ، یک مسیر طولانی منحنی شکل در روی زمین می‌پیماید. تنها کسانی می‌توانند گرفتگی خورشید را ببینند که در جایی از این مسیر باریک و طولانی واقع باشند.

در هر نقطه ، مدت گرفتگی کامل ، بیشتر از دو تا پنج دقیقه طول نمی‌کشد. هر چه گرفتگی کامل نزدیکتر می‌شود، آسمان تاریک‌تر می‌شود. و ستارگان بیشتری پدیدار می‌شوند. هنگامی که قرص خورشید کاملا پوشانده می‌شود. هاله سفید رنگ درخشانی در اطراف ماه می‌درخشد. این همان تاج است که به صورت هاله‌ای از گازهای رقیق و داغ از خورشید جریان دارند. در کنار قرص سیاه ماه ، حلقه باریک و سرخرنگی از گازهای خورشید به چشم می‌خورد که فام سپهر نام دارد.
کسوف جزئی :
ساعتی پیش از آغاز گرفتگی کامل ، ماه شروع به پوشاندن بخشی از خورشید می‌کند. در این مرحله گرفتگی صرفا حالت جزئی دارد. در نواحی وسیعی در هر دو سوی مسیر گرفتگی ، تنها گرفتگی جزئی قابل روئیت است. در بر خی گرفتگی‌ها فقط نیم سایه با زمین در تماس است و تمام سایه از افراز قطبین می گذرد. طبعا این نوع خورشید گرفتگی در قطبین صورت می‌گیرد.
کسوف حلقه‌ای :
فاصله خورشید تا زمین و نیز فاصله تا ماه ثابت نیست. این فاصله‌ها اندکی تغییر می‌کنند. هنگامی که زمین از حالت عادی خورشید نزدیکتر و از ماه دورتر است. اندازه ظاهری ماه کوچکتر از اندازه ظاهری خورشید می‌شود. اگر در این مواقع گرفتگی رخ دهد، ماه نمی‌تواند قرص خورشید را به طور کامل بپوشاند. در نتیجه حلقه درخشانی از نور خورشید دور تا دور ماه را فرا می‌گیرد. این حالت را گرفت حلقه‌ای می‌نامند. در گرفت حلقه‌ای ، آسمان همچنان روشن است و تاج خورشیدی نیز دیده نمی‌شود. به این دلیل ، ارزش علمی گرفت حلقه‌ای کم است.

ثبت کسوف

مردم در زمانهای قدیم از گرفتگی خورشید می‌ترسیدند. آنها علت گرفتگی را نمی‌دانستند و خیال می‌کردند که ممکن است خورشید برای همیشه ناپدید شود. امروزه گرفتگی کامل ، برای اخترشناسان فرصت گرانبهایی است تا بخشهای کم نورتر تاج و نیز لایه فام سپهر را مطالعه کنند. مدتها پیش از آنکه گرفتگی رخ دهد. برنامه ریزی دقیقی صورت می‌گیرد، تا چندین هیئت در مسیر گرفت مستقر شوند.

اخترشناسان تلاش می‌کنند تا محلهایی را انتخاب کنند که در مدت کوتاهی ، گرفتگی ابری نباشد. طی چند دقیقه قابل استفاده ، دوربینها و دستگاه ها ، همزمان به عکسبرداری و آزمایشهای مختلف مشغول می‌شوند. حتی برخی از گروههای پژوهشگر در حالی که دستگاهها را در هواپیما جای می‌دهند. مطالعات خود را هنگام پرواز انجام می‌دهند. آنها با این روش می توانند از مزاحمت ابرها به دور باشند و نیز با پرواز هواپیما ، مسیر سایه ماه را دنبال کنند. از این رو به مدت مشاهده گرفتگی چندین دقیقه افزوده می‌شود.

اهمیت علمی کسوف

ارزش علمی خورشید گرفتگی به بررسی‌هایی است که هنگام گرفتگی کلی می‌توان انجام داد که در مواقع دیگر عملا غیر ممکن است. وقتی ماه قرص خورشید را می‌پوشاند لایه‌های خارجی جو خورشید را می‌توان رصد کرد. با پدیدار شدن ستاره‌ها می‌توان انحنای فضا - زمان را اندازه گیری کرد با محاسبه زمان تماس اول ماه با خورشید می‌توان به جزئیاتی در حرکت مداری ماه و زمین پی‌برد. می‌توان ستارگان دنباله‌داری را که در حضیض هستند را بررسی کرد. و ...

در قرن اخیر مهمترین سنجش های خورشید گرفتگی اندازه گیری مکان ستاره‌های قابل روئیت در اطراف خورشید و تایید تجربی نسبیت عام انیشتین است. نسبیت عام پایه کهکشان شناسی نوین است.

زمین، گهواره ای برای ما

سیاره ما زمین. دانشمندان ناسا تصاویر ماهواره ای را با اطلاعات سطح زمین ترکیب نموده و این تصویر را از اقیانوسها و قاره ها تهیه کرده اند. توده ابر چرخانی که در غرب مکزیک مشاهده می کنید یک طوفان شدید است.

عکس از ناسا

زمین سیاره ایست کوچک در بیکران فضا و یکی از نه سیاره ای که در عرصه فضا به دور خورشید درحال گردش می باشند. خورشید یکی از بیلیونها ستاره ایست که کهکشان راه شیری را شکل می دهند و کهکشان راه شیری یکی از 100 بیلیون کهکشانیست که جهان را تشکیل داده اند. سیاره زمین تنها ذره کوچکی از عالم است، اما خانه انسان و در واقع خانه ای برای تنها گونه های یافت شده حیات در کل جهان می باشد. حیوانات، گیاهان و دیگر ارگانیزم های حیات تقریبا در همه جای سطح زمین وجود دارند. آنها می توانند در روی زمین به حیات ادامه دهند چرا که این سیاره در فاصله مناسبی نسبت به خورشید قرار گرفته است. بیشتر گونه های حیات به گرما و نور خورشید برای ادامه زندگی خود نیاز دارند. اگر زمین اندکی به خورشید نزدیک تر بود گرما و حرارت زیاد آن همه این گونه ها را می سوزاند و اگر قدری از خورشید دورتر بود بر اثر کمبود انرژی خورشید حیات در روی آن از بین می رفت. برای ادامه حیات وجود آب نیز ضروری می باشد که زمین سرشار از آن است. آب بیشتر سطح زمین را پوشانده است. مطالعه زمین، زمین شناسی یا ژئولوژی نام دارد. زمین شناسان با بررسی عوامل فیزیکی زمین، به چگونگی پیدایش و تغییرات آنها پی می برند. بر روی بیشتر قسمتهای زمین مانند قسمتهای درون آن، نمی توان به طور مستقیم تحقیق نمود. زمین شناسان با بررسی نشانه ها و صخره ها به روش هایی برای شناخت غیر مستقیم این سیاره می پردازند. البته امروزه، زمین شناسان می توانند با اطلاعات به دست آمده از فضا نیز به بررسی زمین بپردازند.

سیاره ای به نام زمین

در میان نه سیاره موجود در منظومه شمسی، زمین رتبه پنجم از لحاظ اندازه را به خود اختصاص می دهد. قطر آن حدود 13.000 کیلومتر است. مشتری، بزرگترین سیاره منظومه شمسی قطری 11 برابر قطر زمین را دارد و پلوتو به عنوان کوچکترین سیاره دارای قطری کمتر از یک پنجم زمین می باشد.

زمین نیز مانند بقیه سیاره ها در مداری با فاصله 150 میلیون کیلومتر به دور خورشید در گردش است و هر دور خود را در مدت 365 روز تکمیل می کند. فاصله پلوتو، دورترین سیاره از خورشید 40 برابر فاصله زمین از خورشید است و در هر 248 روز زمینی یکبار دور خود را تکمیل می نماید.

حرکت زمین

زمین دارای سه نوع حرکت است: 1) حرکت وضعی حول محوری فرضی که از دو قطب شمال و جنوب آن عبور می کند. 2) حرکت انتقالی در مداری به دور خورشید. 3) حرکت در راه شیری به همراه خورشید و دیگر اجرام منظومه شمسی.

24ساعت زمان لازم است تا زمین یک دور وضعی خود را تکمیل کند. این زمان را روز خورشیدی می گویند. در طی یک روز خورشیدی، زمین مقداری نیز در مدار خود حرکت می کند بنابراین مکان ستارگان درآسمان هرشب دچار اندکی تغییر می شود. مدت زمان واقعی یک دور حرکت وضعی زمین معادل 23 ساعت و 56 دقیقه و 09/4 ثانیه می باشد. این زمان را روز نجومی زمین می نامند. روز نجومی از روز خورشیدی کوتاه تر است بنابراین ستارگان هر روز 4 دقیقه زودتر در آسمان دیده می شوند.

گردش زمین به دور خورشید 365 روز و 6 ساعت و 9 دقیقه و 54/9 ثانیه به طول می انجامد. این دوره زمانی سال نجومی خوانده می شود. از آنجائیکه حرکت وضعی زمین در انتهای هر سال به

یک عدد کامل نمی رسد، ترتیب تقویم در هر سال معادل 6 ساعت نسبت به ترتیب فصول متفاوت می شود. برای هماهنگی تقویم و فصول، هر چهار سال یکبار 1 روز به تقویم اضافه می شود تا عدم تناسب برطرف گردد. سالهایی که یک روز اضافی دارند سال کبیسه نامیده می شوند. در تقویم میلادی یک روز اضافه در آخر دومین ماه سال یعنی فوریه قرار می گیرد و در تقویم خورشیدی یک روز به آخر اسفند ماه اضافه می گردد.

مسافت مدار زمین به دور خورشید 940میلیون کیلومتر است و زمین این مسافت را با سرعت 107.000 کیلومتر در ساعت و یا 30 کیلومتر در ثانیه طی می کند.

محور طولی زمین به شکل عمودی، صفحه مداری را قطع نمی کند بلکه نسبت به آن زاویه ای حدود 5/23 درجه دارد. این شیب و حرکت زمین به دور خورشید باعث پدیدار گشتن فصول می شوند. در دی ماه، نیمکره شمالی زمین، به دلیل شیب محور طولی، دورتر از خورشید قرار می گیرد. نور خورشید با شدت کمتری به نیمکره شمالی می رسد و در این هنگام این بخش از زمین، زمستان را پشت سر می گذراند. در خرداد ماه وضعیت شیب زمین تغییر می کند و این بار نیمکره جنوبی در قسمتی از شیب قرار می گیرد که از خورشید دورتر است در نتیجه نوبت به این نیمکره می رسد که زمستان را تجربه نماید.

مدار زمین دایره کامل نیست. در اوایل دی ماه زمین به خورشید نزدیکتر و در خرداد ماه کمی دورتر است. فاصله زمین از خورشید در ماه دی 1/147 میلیون کیلومتر و در ماه خرداد 1/152 میلیون کیلومتر می باشد. تاثیر این پدیده در سرما یا گرمای زمین بسیار کمتر از پدیده شیب زمین است.

زمین و منظومه شمسی عضو یک صفحه ستاره ای وسیع به نام کهکشان راه شیری می باشند. درست همانگونه که ماه به دور زمین و سیارات به گرد خورشید در چرخشند، خورشید و دیگر ستارگان به دور مرکز راه شیری در گردش می باشند. منظومه شمسی حدودا در فاصله دو پنجم از مرکز راه شیری قرار گرفته و با سرعت 249 کیلومتر در ثانیه حول مرکز آن در گردش است. منظومه شمسی در هر 220 میلیون سال یکبار حول مرکز کهکشان گردش می کند.

شکل و اندازه زمین

بیشتر مردم زمین را مانند یک توپ، با قطب شمال در بالا و قطب جنوب در پایین آن به تصویر می کشند. در واقع زمین، دیگر سیارات، قمرهای بزرگ و ستارگان و هر جرم دیگری که قطر آن بیشتر از 320 کیلومتر باشد، گرد است و این به دلیل نیروی گرانش آن جرم می باشد. گرانش همه مواد را به داخل و به سمت مرکز می کشد.

قمرهای کوچک مانند دو قمر مریخ، گرانش بسیار کمی دارند. کمتر از آنچه باعث گرد شدنشان شود. برای بدن های ما "پایین" همیشه در راستای مسیر کشش گرانش و به سمت مرکز زمین است. ساکنین اسپانیا و نیوزیلند دقیقا در دوسمت مخالف زمین قرار گرفته اند ولی هر دوی آنها "پایین" را به سمت مرکز زمین و "بالا" را به سمت آسمان می دانند. گرانش در سیارات دیگر و اقمار آنها نیز به همین شیوه عمل می کند.

با این حال زمین به طور کامل گرد نیست. گردش وضعی آن باعث گردیده است که قسمت مرکزی آن یا استوا، دچار برآمدگی گردد. قطر زمین از قطب شمال تا قطب جنوب آن 54/12.713 کیلومتر است در حالیکه قطر آن در منطقه استوا 32/12.756 کیلومتر می باشد. این اختلاف 78/42 کیلومتری تنها 298/1 ام قطر زمین است. این مقدار بسیار اندک است به همین دلیل در عکسهایی که در فضا از زمین گرفته شده اند محسوس نمی باشد و این سیاره کاملا گرد به نظر می رسد.

برآمدگی زمین همچنین باعث می شود که محیط زمین پیرامون استوا بیشتر از محیط آن پیرامون قطبها باشد. محیط این سیاره دور استوا 16/40.075 کیلومتر و دور قطبها 40.008 کیلومتر است. از آنجائیکه محیط زمین در جنوب استوا بیشتر است، زمین اندکی گلابی شکل است. زمین همچنین دارای کوهستانها و دره هایی در سطح می باشد ولی از آنجائیکه ابعاد این قسمتها نسبت به اندازه کل زمین بسیار ناچیز است لذا این سیاره از فضا مسطح به نظر می آید.

قمر زمین

زمین و پلوتو دارای یک قمر می باشند. عطارد و ونوس هیچ قمری نداشته و سایر سیارات منظومه شمسی هر کدام دارای دو یا چندین قمر هستند. قطر ماه، قمر زمین، 3.474 کیلومتر، حدود یک چهارم قطر زمین است.

گرانش خورشید با ماه و زمین به مانند یک جرم واحد رفتار می کند. جرم واحدی که مرکز آن در نقطه 1.600 کیلومتری زیر سطح زمین قرار گرفته است. این نقطه "مرکز مشترک" ماه و زمین است. مسیر حرکت نقطه "مرکز مشترک" به دور خورشید، یک منحنی صاف است. زمین و ماه همانطور که به دور خورشید در گردشند، دور "مرکز مشترک" نیز می چرخند. حرکت ماه و زمین حول "مرکز مشترک" باعث لرزش در مسیر حرکت آن دو حول خورشید می گردد.

لایه های زمین

زمین از لایه ها یا پوسته های متعددی تشکیل شده است. لایه هایی شبیه به پیاز. بخش جامد زمین شامل لایه نازک خارجی یعنی پوسته زمین و لایه ضخیم سنگی در زیر پوسته، یعنی جبه آن می باشد. پوسته و لایه بالایی جبه را "سنگ کره" یا لیتوسفر (lithosphere) می گویند. در مرکز زمین، هسته قرار دارد. قسمت بیرونی هسته، مایع و قسمت داخلی آن جامد است. بیشتر سطح زمین پوشیده از آب و یخ می باشد و هیدروسفر (hydrosphere) یا "آب کره" نامیده می  شود. زمین با لایه ای نازک از هوا به نام جو یا اتمسفر (atmosphere) احاطه شده است. به مجموع بخش های هیدروسفر، جو و قسمتهای جامد که حیات در آنها جریان دارد، بایوسفر (biosphere) یا "زیست کره" اطلاق می گردد.

جو زمین

هوا زمین را احاطه نموده و به طور تصاعدی از سطح زمین به سمت بالا نازک تر می شود. بیشتر انسانها در ارتفاعاتی بلندتر از 3 کیلومتر از سطح دریا دچار مشکل تنفسی می شوند. در ارتفاع حدودا 160 کیلومتری، لایه هوا به قدری نازک است که ماهواره ها تقریبا بدون هیچ مقاومتی در سفرند. با اینحال ذراتی از هوا در ارتفاع 600 کیلومتری سطح زمین شناسایی شده است. اتمسفر یا جو مرز بیرونی مشخصی ندارد بلکه کم کم در فضا محو می شود.

نیتروژن 78 درصد و اکسیژن 21 درصد از هوای زمین را تشکیل می دهند. 1 درصد باقیمانده مملو از آرگون و مقادیر اندکی از دیگر گازها می باشد. جو زمین همچنین شامل بخار آب، دی اکسید کربن، قطرات ریز آب و مقدار کمی از گازها و مواد شیمیایی خارج شده از آتشفشانها، آتش، مواد مانده و فعالیت های انسانی می باشد.

لایه های پائینی جو، تروپوسفر (troposphere)  نامیده می شود. این لایه در حرکت دائمیست. خورشید سطح زمین و هوای بالای آن را گرم می کند. هوا در اثر گرم شدن بالا می رود. هنگامیکه هوای گرم شده به بالا رفت دچار افت فشار می گردد در نتیجه سرد می شود. هوای سرد از هوای اطراف خود چگال تر و سنگین تر است بنابراین به سمت پائین فرو می آید و چرخه مجددا تکرار می شود. این چرخه دائمی "آب و هوا" را ایجاد می کند.

در بالای تروپوسفر، حدودا 48 کیلومتر بالاتر از سطح زمین، لایه ثابتی به نام استراتوسفر (stratosphere) یا "هوا کره" وجود دارد. "هوا کره" شامل لایه ایست که در آنجا پرتوهای فرابنفش تابیده شده از خورشید، با مولکولهای هوا برخورد کرده و گازی به نام "ازون" تولید می گردد. ازون ورود پرتوهای زیانبار فرابنفش به سطح زمین را سد می کند. با اینحال بعضی از این پرتوها به داخل وارد شده و منجر به عوارضی از جمله آفتاب سوختگی و سرطان پوست در بین انسانها می گردد. مقدار اندکی از مواد شیمیایی که انسان تولید می کند، باعث آسیب دیدن ازون شده است. افراد زیادی متوجه نازک شدن لایه ازون و در نتیجه ورود پرتوهای فرابنفش و آسیب های جدی برای انسان و دیگر جانداران شده اند.

بخار آب، دی اکسید کربن، متان و دیگر گازهای موجود در جو، باعث گیر افتادن گرما و حرارت خورشید در سطح زمین شده و منجر به گرم ماندن آن می گردند. محبوس شدن گرما به دلیل تاثیرات گلخانه ای ایجاد می شود. بدون تاثیرات گلخانه ای جو، زمین احتمالا برای تشکیل حیات بسیار سرد بود.

آب کره یا هیدروسفر

زمین تنها سیاره منظومه شمسی است که دارای مقادیر زیادی آب مایع در سطح خود می باشد. آب، رکن اساسی تشکیل و ادامه حیات در زمین، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی می باشد که این خواص در هیچ یک از گونه های دیگر مواد دیده نشده است. آب توانایی زیادی برای جذب گرما دارد. اقیانوسها بیشتر گرمایی را که زمین از خورشید می گیرد در خود ذخیره می کنند. بارهای الکتریکی موجود در مولکولهای آب منجر به جذب اتم از مواد دیگر می شود. این توانایی آب باعث حل شدن مواد زیادی می گردد. قدرت حل کنندگی زیاد آب باعث خرد شدن و حل شدن سنگها و صخره ها می شود. آب مایع نه تنها بر روی زمین تاثیر گذار است بلکه بر لایه های زیرین زمین نیز تاثیر می گذارد. آب موجود در سنگها دمای ذوب آنها را پایین می آورد. آب به طور هیجان انگیزی سنگها را ضعیف کرده و باعث حل شدن آنها در لایه های زیرین سطح می گردد.

حدود 71 درصد از سطح زمین پوشیده از آب است که بیشتر آن در اقیانوسها موجود می باشد. آب اقیانوسها برای نوشیدن شور است. تنها 3 درصد از آبهای سطح زمین برای نوشیدن مناسبند که بیشتر این میزان به راحتی برای انسان قابل دسترس نیست. زیرا بیشتر آن به شکل یخ در کوه های قطب ها و یا در زیر زمین می باشد. مناطق قطبی و کوهستانهای بلند آنقدر سرد می باشند که آب در این مناطق به طور دائمی به شکل یخ باقی می ماند. به این مناطق از زمین کرایوسفر (cryosphere) می گویند.

سنگ کره یا لیتوسفر

پوسته و قسمت بالایی جبه از سطح زمین تا عمق حدود 100 کیلومتر، سنگ کره را تشکیل می دهد. لایه نازک پوسته از مواد شیمیایی طبیعی به نام مواد معدنی، تشکیل شده از عناصر گوناگون، شکل گرفته است. اکسیژن فراوان ترین عنصر شیمیایی در سنگهای پوسته بوده و حدود 47 درصد از وزن همه سنگها را به خود اختصاص می دهد. عنصر بعدی سیلیکون با فراوانی 27 درصد است و پس از آن به ترتیب آلومینیوم (8 درصد)، آهن (5 درصد)، کلسیوم (4 درصد) و سدیوم، پتاسیوم و منیزیوم ( هر کدام حدود 2 درصد) می باشند. این عناصر 99 درصد از وزن کل سنگ های موجود در سطح زمین را تشکیل می دهند.

دو عنصر سیلیکون و اکسیژن تقریبا سه چهارم پوسته را تشکیل می دهند. ترکیبات این دوعنصر برای زمین شناسان بسیار پر اهمیت بوده و با نام "سیلیکا" شناخته می شوند. مواد معدنی که شامل سیلیکا می باشند "سیلیکات" نامیده می شوند. بیشترین ماده معدنی یافت شده در سطح زمین کوارتز است که از سیلیکای خالص ساخته می شود. گروهی دیگر از سیلیکاتها موادی می باشند که از سیلیکا، آلومینیوم، کلسیوم، سدیوم و پتاسیوم تشکیل شده اند. دو نوع دیگر از سیلیکات های رایج در سطح زمین پایراکسین (pyroxene) و آمفایبول (amphibole) نامیده می شوند که هر دو ترکیبی از سیلیکا، آهن و منیزیوم هستند.

گروه دیگری از مواد معدنی رایج کربنات ها می باشند که از کربن و اکسیژن به همراه مقدار اندکی از عناصر دیگر تشکیل می شوند. مهمترین نوع از این گروه ترکیباتی متشکل از کلسیوم، کربن و اکسیژن هستند که می توان سنگ آهک را که در ساخت و ساز ساختمان ها بسیار به کار می رود، در این گروه نام برد.

زمین دارای دو نوع پوسته است. زمینهای خشک قاره ها که اغلب از گرانیت و سیلیکات ها ساخته شده اند و کف اقیانوسها که از ترکیبات تیره و پر چگال سنگ های آتشفشانی با نام بازالت پوشیده شده اند. میانگین ضخامت پوسته قاره ای 40 کیلومتر است که این مقدار در بعضی جاها کمتر و در بعضی جاها بیشتر است. میانگین پوسته اقیانوسی تنها 8 کیلومتر است.

زیست کره یا بایوسفر

زمین تنها مکان و سیاره شناخته شده است که دارای گونه های حیات می باشد. منطقه ای که  حیات در آن جریان دارد از اعماق اقیانوس تا چند کیلومتری جو است. تا به حال چندین میلیون گونه حیاتی در زمین کشف شده است با این حال دانشمندان معتقدند که گونه های دیگری نیز وجود دارد که هنوز کشف نشده اند.

زندگی به شیوه های مختلفی بر روی زمین تاثیر گذار است. در واقع وجود گونه های مختلف موجودات زنده، جو پیرامون ما را می سازد. گیاهان آب و دی اکسید کربن را که هر دو حاوی اکسیژن می باشند، جذب می کنند. آنها کربن موجود در دی اکسید کربن و هیدروژن موجود در آب را برای تولید گونه های مختلف مواد شیمیایی مصرف می کنند و اکسیژن را به صورت ماده زائد پس می دهند. حیوانات برای تامین انرژی گیاهان را می خورند و آب و دی اکسید کربن را به محیط باز می گردانند. همه گونه های زنده به نوعی بر روی سطح زمین تاثیر گذارند.

سنگ های زمین

قسمتهای جامد زمین از سنگهایی تشکیل می شوند که گاهی از یک نوع ماده معدنی و در اغلب موارد با ترکیبی از چندین نوع مختلف ماده معدنی به وجود آمده اند. زمین شناسان سنگ ها را بر اساس منشا آنها طبقه بندی کرده اند. سنگهای آتشفشانی، سنگهایی هستند که در اثر انجماد مواد مذاب شکل گرفته اند. سنگهای رسوبی، هنگامی به وجود می آیند که مواد شیمیایی حل شده یا ذرات سنگها ، توسط باد، آب و یا توده های یخ به صورن لایه لایه به مرور زمان رسوب کرده و جامد می شوند. سنگهای دگردیس نیز به سنگهایی گفته می شود که در اعماق پوسته زمین، تحت حرارت و فشار از نوعی به نوعی دیگر تبدیل می شوند.

سنگهای آذرین یا آتشفشانی از انجماد مواد مذابی به نام "مگما" یا "خمیر مواد معدنی" به وجود می آیند. درون زمین جامد است نه مذاب اما بسیار داغ است. در پائین پوسته دما 1000 درجه سانتیگراد می باشد. در برخی قسمتهای پوسته، به ویژه قسمتهایی که آب در آن جریان دارد، شرایط برای ذوب شدن سنگها مهیا می باشد چراکه نقطه ذوب در آن نواحی پائین تر است. 

در جاهائیکه شرایط مناسب است، مگما بخش های زیرین و داخلی پوسته را شکل می دهد. قسمتی از این مگما، توسط آتشفشانها به صورت مواد مذاب از دهانه آتشفشانها بیرون آمده و به سطح زمین می رسند. البته قسمت اعظم مگما هرگز به سطح زمین نمی رسد. آنها اغلب تدریجا در پوسته سرد می شوند و ممکن است که در اثر فرسایش متلاشی گردند. به این سنگ های آتشفشانی پلاتونیک (Plutonic) می گویند. سنگ های پلاتونیک به آهستگی سرد می شوند. در طی این سرد شدن تدریجی، مواد معدنی آنها کریستالهای بزرگی را به وجود می آورند. پلاتونیک ها از دیگر سنگ های آتشفشانی زبر تر و خشن ترند.

سنگ های آتشفشانی یا با سیلیکا غنی شده و مقدار کمی آهن و منیزیوم دارند یا بالعکس.  به سنگهای آتشفشانی که از لحاظ آهن، غنی و از لحاظ سیلیکا ضعیفند، بازالت گفته می شود و به پلاتونیک هایی که سرشار از سیلیکا می باشند، گرانیت گفته می شود. گرانیت تقریبا لایه های زیرین اغلب قاره ها را پوشانده است و بازالت در کف همه اقیانوسها پیدا می شوند.

سنگ های رسوبی

سنگ های سطح زمین دائما در معرض حمله نیروهای شیمیایی و مکانیکی می باشند. به فرایند تجزیه سنگها فرسایش گفته می شود. آب در حل شدن مواد معدنی تاثیر گذار است. هنگامیکه آب یخ می زند، منبسط می شود. این انبساط کمک می کند تا دانه های مواد معدنی موجود در سنگها از هم جدا شوند. به علاوه، موجودات زنده مواد شیمیایی به وجود می آورند که به حل شدن سنگها کمک می کنند.

هنگامیکه سنگها تجزیه می شوند، مواد معدنی اغلب به همراه عامل فرسایش حرکت کرده و جریان پیدا می کنند. جریان آب سنگها را سایش می دهد. باد و توده های یخی نیز در فرسایش شرکت می کنند. فرسایش معمولا فرایند کند و آهسته ای می باشد اما در طی میلیونها سال، این فرایند می تواند حتی سنگ هایی که در چندین کیلومتری عمق سطح زمین می باشند را تحت تاثیر قرار دهد.

مواد معدنی که همراه عوامل فرسایش جاری شده اند در نهایت با ته نشین شدن و رسوب کردن به سنگهای رسوبی تبدیل می شوند. سنگ ماسه از نمونه های سنگ های رسوبی است که با چسبیدن ذرات شن و ماسه به یکدیگر تشکیل می گردد.

به برخی از سنگهای ر سوبی، بیوژنتیک می گویند. این سنگها در اثر کنشهای موجودات زنده به وجود می آیند. زغال سنگ باقیمانده گیاهان چوبیست که بر اثر گرما و فشار در طی سالها به سنگ تبدیل می شوند. سنگ آهک توسط موجودات دریایی میکروسکوپی شکل می گیرد. این موجودات از خود پوسته ای محافظ از جنس کربنات کلسیوم ترشح می کنند. پس از مرگ این جانداران، پوسته باقی مانده و تبدیل به سنگ آهک می شود.

سنگ های دگردیس

وقتی سنگها به عمق زمین می رسند، داغ می شوند. پوسته زمین در هر یک کیلومتر به سمت عمق، 25 درجه سانتیگراد گرمتر می شود. در عمق 6/1 کیلومتری عمق سطح زمین، فشار برابر 360/41 کیلوپاسکال می باشد. هنگامیکه سنگها در معرض چنین فشار و گرمایی قرار می گیرند، مواد معدنی شروع به واکنش نموده و سنگها تبدیل به سنگهای دگردیس می شوند. شماری از این سنگها حاوی بخشهای قابل شناسایی می باشند که بیان گر منشا آنها می باشد اما بعضی از آنها به قدری دستخوش تغییرات می شوند که تنها ترکیبات شیمیایی آنها مدارکی برای شناسایی منشا آنها در اختیار می گذارند.

چرخه های زمین

زمین می تواند مانند یک سیستم غول پیکر از چرخه های فعال تصور شود. در هر چرخه، ماده و انرژی از جایی به جایی دیگر منتقل می شود و ممکن است که تغییر شکل دهد. در نهایت ماده و انرژی به جای نخستین خود بازگشته و چرخه از اول آغاز می شود. چرخه ها بر همه چیز در این سیاره تاثیر می گذارند از وضعیت آب و هوا تا شکل مناظر . چرخه های گوناگونی روی زمین و درون آن وجود دارند تعدادی از مهمترین آنها عبارتند از 1) گردش جوی 2) جریان اقیانوسها 3) انتقال حرارت سراسری 4) چرخه آب 5) چرخه سنگ ها

گردش جوی

هوای گرم شده توسط خورشید نزدیک استوا، بالا آمده و به سمت قطبهای زمین حرکت می کند و دوباره به سطح زمین برگشته و به سمت استوا جریان پیدا می کند. این حرکت، به همراه حرکت وضعی زمین، گرما و رطوبت را در سرتاسر سیاره به حرکت در آورده و منجر به ایجاد بادها و الگوهای وضعیت آب و هوا می شود.

در برخی مناطق، جهت وزش بادها در فصول تغییر می کند. این الگوها را بادهای موسمی می نامند. در تابستان هوا بر فراز آسیا توسط خورشید گرم شده، بالا می رود و هوای مرطوب را از اقیانوس هند با خود می کشد و منجر به بارندگی های روزانه در اغلب کشورهای جنوب آسیا می گردد. در زمستان، هوا بر فراز آسیا سرد می شود و بیشتر رطوبت موجود را دور کرده در نتیجه هوا خشک می شود. مشابه این الگو در اقیانوس آرام نزدیک مکزیک نیز رخ داده و هوای مرطوب و طوفان را در تابستان به جنوب غربی ایالات متحده می برد.    

جریان اقیانوسها

جریان اقیانوسها با وزش بادها حرکت نموده و الگوی مشابهی را پیش می گیرد. قاره ها مسیر حرکت اقیانوسها را سد می کنند. جریان اقیانوسها در نزدیک استوا در جهت غرب است و سپس به سمت قطب ها می روند، هنگامیکه به یک قاره برخورد کنند به سمت شرق می روند و سپس به استوا باز می گردند.

انتقال حرارت سراسری

انتقال حرارت سراسری، چرخه بزرگ آب اقیانوسهاست که گرما را در همه زمین توزیع می کند. آب در نواحی قطبی بسیار سرد، شور و سنگین است. این آب به زمین فرو می رود و با حرکت در مسیر کف دریا به استوا می رسد. در نهایت، آب در قسمتهای مرزی قاره ها بالا آمده و با آبهای جاری در سطح زمین ترکیب می شود. وقتی که این آب به مناصق قطبی می رسد، دوباره فرو می رود. این حرکت سه بعدی آب گرما را در اقیانوسها مخلوط می کند و آبهای قطبی را گرم می کند. این چرخه همچنین منجر به بالا آمدن مواد مغذی از عمق اقیانوسها به سطح زمین می گردد که در اختیار گیاهان دریایی و جانوران قرار می گیرند.

چرخه آب

آب اقیانوسها تبخیر شده و به جو می روند و نهایتا به شکل برف یا باران به زمین می ریزند. آبی که به زمین می رسد باعث تجزیه سنگها، تغذیه گیاهان و پوشش دادن مناظر می شود. سرانجام این آبها به دریاها رفته و چرخه از اول آغاز می گردد.

چرخه سنگ ها

تنوع سنگ ها در زمین به دلیل وجود فرایندهای فعال، نسبت به سایر سیارات بسیار بیشتر است. زمین شناسان برای توضیح نسبتهای گونه های مختلف سنگها با یکدیگر از چرخه سنگها صحبت می کنند. این چرخه می تواند از جریان مواد مذاب آتشفشانی و سرد شدن آنها برای تشکیل سنگهای آذرین آغاز شود. هنگامیکه این سنگها در معرض آب قرار می گیرند تجزیه شده در نتیجه مواد معدنی با رسوب تبدیل به سنگهای رسوبی می شوند. این سنگها در نهایت به اعماق زمین می رسند و در اثر گرما و فشار به سنگهای دگردیس تبدیل شده و در نهایت مذاب گشته و به موادی برای تشکیل سنگهای آذرین تبدیل می شوند. سنگها به ندرت در یک چرخه کامل قرار می گیرند. در عوض بعضی از مراحل حذف و بعضی تکرار می شوند.

درون زمین

زمین شناسان قادر به مطالعه مستقیم اعماق زمین نمی باشند. عمیق ترین چاه حفر شده 13 کیلومتر است. زمین شناسان می دانند که قسمتهای زمین با لایه نازک پوسته آن متفاوتند. در اعماق زمین فشار به قدری زیاد است که مواد معدنی با فشرده شدن به موادی با چگالی بسیار زیاد، که در سطح زمین یافت نمی شوند، تبدیل می گردند.

یکی از راه های شناخت ترکیب بندی زمین، آنالیزهای شیمیایی سنگهای آسمانی است. گونه های خاصی از این سنگها که کندریت (chondrite) نامیده می شوند، پیش از برخورد با زمین در منظومه شمسی بدون هیچ تغییری از قرنها پیش باقی مانده اند. زمین شناسان می توانند با استفاده از کندریت ها، منشا ترکیب بندی های شیمیایی زمین را تخمین زنند.

علیرغم کندریت ها، زمین با لایه هایی که مشتمل از مواد گوناگون شیمیایی می باشند، شکل گرفته است. زمین شناسان با مطالعه لرزش های ناشی از زمین لرزه ها، به کمک تجهیزاتی که لرزه نگار نامیده می شوند، در مورد عمق زمین پی به نکات جدیدی می برند. سرعت و حرکت لرزش های درون زمین به ترکیب بندی و چگالی موادی که لرزه ها در میان آن قرار گرفته اند بستگی دارد. زمین شناسان با آنالیز کردن این لرزش ها به جزئیات فراوانی از عمق زمین پی می برند.

جبه

در زیر پوسته، تا عمق 2.900 کیلومتری، لایه ای ضخیم به نام جبه وجود دارد. جبه به طور کامل سفت نیست بلکه می تواند به آرامی جریانهایی داشته باشد. پوسته زمین بر روی جبه معلق است درست مانند تخته ای بر روی آب. همانگونه که یک تخته ضخیم بیشتر از یک تخته نازک از سطح آب بالا می آید، پوسته ضخیم قاره ای بالاتر از پوسته اقیانوسی قرار می گیرد. حرکت آرام سنگها در جبه باعث حرکت قاره ها و درنتیجه بروز زمین لرزه، آتشفشان و شکل گیری محدوده کوهستانها می شود.

هسته

در مرکز زمین هسته قرار دارد. هسته بیشتر از آهن، نیکل و احتمالا مقدار کمی عناصر سبکتر نظیر سولفور و اکسیژن تشکیل شده است. قطر هسته حدودا 7.100 کیلومتر، کمی بیشتر از نصف قطر زمین و تقریبا به اندازه مریخ می باشد. حدودا 2.250 کیلومتر از قسمت بیرونی هسته مایع است. حرکت هسته باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می گردد. زمین شناسان معتقدند که حدود 2.600 کیلومتر از بخش داخلی هسته با همان مواد تشکیل دهنده قسمتهای بیرونی هسته ساخته شده اما به شکل جامد است. بخش داخلی تقریبا چهار پنجم ماه است.

زمین به سمت هسته رفته رفته داغ و داغ تر می شود. در زیر پوسته قاره ای دما حدود 1000 درجه سانتیگراد است. در زیر پوسته دما تقریبا در هر کیلومتر به سمت عمق 1 درجه سانتیگراد گرمتر می شود. زمین شناسان بر این باورند که دمای هسته زمین بین 3700 تا 4300 درجه سانتیگراد می باشد. قسمت داخلی هسته می تواند دمایی معادل 7000 درجه سانتیگراد یعنی گرمتر از دمای سطح خورشید داشته باشد که البته این قسمت به علت فشار بی اندازه زیاد همچنان به شکل جامد است.

پوسته

سنگهای داغ در جبه زمین به آهستگی به سمت بالا حرکت می کنند در حالیکه سنگهای سردتر نزدیک سطح به درون فرو می روند چرا که مواد داغ سبکتر از مواد سرد می باشند. به این بالا آمدن و فرو رفتن در دماهای مختلف انتقال گرما گفته می شود. با جریان جبه زمین، پوسته زمین به تکه هایی تقسیم می شود که به آنها صفحه های تکتونیک (tectonic) می گویند. این صفحه ها مانند شکسته شدن یخ در یک دریاچه یخ بسته است. حرکات آهسته جبه منجر به حرکت پوسته و در نتیجه حرکت قاره ها، شکل گیری کوهستانها، آتشفشانها و زلزله ها می گردد.

در بعضی جاها، مخصوصا ته اقیانوسها، تکتونیکها از هم جدا می شوند. مگما از جبه به بالا می آید تا شکافهای بین صفحه ها را پر کند. به قسمتهایی که تکتونیکها از هم جدا شده اند، مرکز گسترش می گویند. بسیاری از آتشفشانها در این قسمتها رخ می دهند. با سرد شدن مواد بیرون آمده از این آتشفشانها پوسته های اقیانوسی ساخته شده از سنگهای بازالت شکل می گیرند.  

سابداکشن (Subduction)

پوسته زمین نمی تواند در هر کجا و هر سمت گسترده شود. در بعضی قسمتها مقداری از پوسته باید برداشته شود. وقتی دو صفحه یکدیگر را هل می دهند، یکی از آنها به درون جبه فرو می رود. به این فرایند سابداکشن می گویند. صفحه فرو رفته درون زمین نهایتا ذوب می شود و به شکل مگما در می آید. بیشتر مگمای ایجاد شده بر اثر سابداکشن به سطح زمین نمی رسد بلکه در پوسته آن سرد شده و سنگهای پلاتونیک را ایجاد می نماید.

پوسته قاره ای به دلیل ضخامت و سبک بودن در زمین فرو نمی رود بلکه پوسته سنگین اقیانوسی دچار سابداکشن می گردد. مرز بین دو صفحه در محل برخورد با شیاری بسیار عمیق در کف اقیانوس مشخص می شود. این شیارها عمیق ترین بخشهای اقیانوس هستند و عمق آنها تا11.000 متر نیز می رسد.

صفحه بالاتری که در سطح زمین باقی می ماند ممکن است پوسته قاره ای و یا اقیانوسی باشد. این صفحه به زیر نمی رود ولی تحت تاثیر سابداکشن قرار می گیرد. وقتی دو صفحه به سمت هم حرکت می کنند، لبه های پوسته بلند تر تحت فشار قرار می گیرد. صفحه ضخیم تر و بلند تر می شود و مناطق کوهستانی بر سطح آن ایجاد می گردند. وقتی سنگهای صفحه فرو رونده به عمق 100 کیلومتری زمین می رسند، شروع به ذوب شدن و تشکیل مگما می نمایند. بخشی از این مگما به سطح رسیده و منجر به وقوع فورانهای آتشفشانی می گردد. مناطقی با آتشفشانهای فراوان مانند پرو، ژاپن و شمال غربی ایالات متحده، در نزدیکی مناطقی قرار دارند که سابداکشن رخ می دهد.

ساختمان کوهستانها

کوهستان آلپ

گاهی، هنگامیکه یک صفحه به درون جبه فرو می رود، یک قاره و یا قسمتی کوچک تر را با خود می کشد. همانطور که گفته شد پوسته قاره ای ضخیم تر و سبک تر از آن است که به درون زمین فرو رود. اما ممکن است با صفحه های دیگر برخورد کند. برخورد صفحه ها با یکدیگر اغلب رشته کوه های عظیمی را در وسط قاره ها ایجاد می کند. برای مثال هیمالیا زمانی شکل گرفت که دو صفحه قاره ای با یکدیگر برخورد نمودند.

مجموعه رویدادهایی که در طی تشکیل یک رشته کوهستان رخ می دهد را اروژنی (orogeny) یا تشکیل کوه می گویند. اروژنی شامل بلند شدن و مرتفع شدن کوه ها، تا شدن و چین خوردگی سنگها، فعالیتهای آتشفشانی و شکل گیری پلاتونیک ها و سنگهای دگردیس که هنگام برخورد صفحه ها ایجاد می شوند، می باشد. سالها پس از اینکه کوهستانها بر اثر فرسایش ناپدید شدند، زمین شناسان همچنان می توانند تغییراتی را که اروژنی در سنگها به وجود می آورد مشاهده کنند.

زمین لرزه

زمین لرزه هنگامی رخ می دهد که سنگهای دو قسمت مقابل هم در یک شکاف، که گسل نامیده می شود، به یکدیگر برخورد کنند یا به هم کشیده شوند. گسلها هم در مرزهای بین صفحات هستند و هم در میان صفحات قرار دارند. گاهی نیز نیروهای موجود در صفحه ها باعث شکسته شدن و لرزیدن سنگهایی می شود که به گسلها نزدیک نیستند. به مرز دو صفحه که به یکدیگر کشیده می شوند گسل انتقالی می گویند. گسل سن آندراس در کالیفرنیا یک گسل انتقالی است. در منطقه ای به نام صفحه آرام، قسمت کوچکی از شمال غربی کالیفرنیا در حال کشیده شدن توسط بقیه آمریکای شمالیست.

شکل قاره ها

چندین بار در تاریخ زمین، تصادف بین قاره ها منجر به ایجاد قاره های بزرگ گردیده است. گرچه پوسته قاره ای ضخیم است اما به مراتب آسان تر از پوسته اقیانوسی شکسته می شود آنگونه که قاره های بزرگ سریعا شکسته شده و به قاره های کوچک تبدیل شده اند. مواد موجود در جبه قسمتهای خالی را پر می کند و پوسته های جدید اقیانوسی را به وجود می آورد. هنگامیکه یک قاره شکسته و قسمتها از هم جدا می شوند، حوزه های جدید اقیانوسی در بین آنها ایجاد می گردد. حدود یک سوم از سطح زمین را پوسته قاره ای پوشانده است، بنابراین این تکه ها نمی توانند بدون برخورد حرکت نمایند. وقتی دو قاره به هم برخورد می کنند، یک حوزه قدیمی اقیانوسی از بین می رود. فرایند جدا شدن قاره ها و پیوستن آنها به یکدیگر به نام زمین شناس کانادایی جان ویلسون (Wilson John) که برای نخستین بار این پدیده را توضیح داد، چرخه ویلسون نام گرفت.

قاره ها احتمالا از حدود 2 میلیارد سال پیش تاکنون در حرکت بوده اند، با این حال زمین شناسان تنها مدارکی در دست دارند که بیان کننده حرکت قاره ها از 800 میلیون سال پیش است. بیشتر پوسته های اقیانوسی قبل از این تاریخ دچار سابداکشن شده و در جبه زمین فرو رفته اند.

زمین شناسان تعیین نموده اند که حدود 800 میلیون سال پیش، قاره ها به صورت یک قاره بسیار بزرگ به نام ردینیا (Rodinia) بوده اند. آنچه ما اکنون به عنوان آمریکای شمالی می شناسیم ، زمانی مرکز ردینیا بوده است. جریان مواد در جبه باعث شکسته شدن و تقسیم ردینیا به قسمتهای کوچک شد. این قسمتها بین 500 میلیون تا 250میلیون سال پیش به یکدیگر برخورد کردند. برخورد بین آنچه اکنون آمریکای شمالی، اروپا و آفریقا نامیده می شود، منجر به ایجاد کوهستان آپالاچین در آمریکای شمالی شد. برخورد بین قسمتی از سیبری کنونی و اروپا نیز کوهستان اورال را ایجاد کرد.

در 250 میلیون سال پیش، قاره ها با برخورد با یکدیگر ابر قاره دیگری را با نام پانژه آ (Pangaea) شکل دادند. در آن هنگام تنها یک اقیانوس که همه زمین پیرامون پانژه آ را احاطه می نمود به نام پانتالاسا (Panthalassa) وجود داشت. حدود 200 میلیون سال پیش، پانژه آ شروع به شکستن و تکه تکه شدن نمود. این ابر قاره به دو قسمت بزرگ به نامهای گوندوانالند (Gondwanaland) و لوراسیا (Laurasia) تقسیم شد. به مرور زمان گوندوانالند تقسیم شده و قاره های آفریقا، آنتارکتیکا، استرالیا، آمریکای جنوبی و شبه قاره هند را به وجود آورد. لوراسیا نیز در نهایت تقسیم شد و یوراسیا و آمریکای شمالی را ایجاد نمود. هنگامیکه صفحه های قاره ای از یکدیگر جدا می شوند، پوسته اقیانوسی جدیدی در بین آنها ایجاد می گردد.

تغییرات آب و هوایی زمین

عصر یخبندان

در خلال تاریخ، آب و هوای زمین بار ها دستخوش تغییرات اساسی شده است. بین 800 تا 600 میلیون سال پیش در طی دوره ای به نام پیش کامبریان (Precambrian)، زمین تغیراتی فراوانی را با عنوان عصر یخبندان تجربه کرده است. آب و هوا به شدت سرد شده است و دانشمندان معتقدند که بخش عمده و یا همه زمین چندین بار یخ زده است. زمین شناسان تخمین می زنند که زمین تا کنون چهار بار یخ زده است.

بیشتر اوقات، زمین بدون یخ بوده است. دو دوره یخبندان جزئی حدود 450 میلیون سال پیش و 250 میلیون سال پیش رخ داده اند. در چند میلیون سال اخیر دمای زمین سرد شده است. از حدود 2 میلیون سال پیش، با شروع دوره ای به نام پلیستوسن (Pleistocene) یا دوره چهارم زمین شناسی، تجمع و انباشته شدن یخ در قاره ها آغاز گردید.

آخرین دوران کامل یخبندان حدود 70.000 سال پیش آغاز شد و گسترش آن تا 18.000 سال پیش به طول انجامید. توده ها و لایه های عظیم یخ به بیرون از بستر دریاچه های بزرگ آمده و مسیر رودخانه ها بسته شدند. رودخانه های می سی سی پی، میسوری و اهایو کاملا دگرگون شدند. این دوران 11.500 سال پیش به پایان رسید. اغلب دانشمندان معتقدند که زمین هم اکنون در دوران بین دو عصر یخبندان به سر می برد و عصر جدید یخبندان در راه است.

چرا دوران یخبندان به وقوع می پیوندد

دانشمندان علت واقعی این پدیده را به طور کامل درنیافته اند. اغلب آنان بر این باورند که تغییرات جزئی در مدار و زاویه محور طولی زمین در اثر تاثیر گرانش سیارات دیگر، باعث می شود که میزان انرژی دریافتی از خورشید تغییر کند و عصر یخبندان آغاز شود.

برخی دانشمندان نیز معتقدند که تغییرات مقدار دی اکسید کربن در جو زمین عامل وقوع تغییرات طولانی مدت در آب و هوای زمین می شود. دی اکسید کربن، یک گاز گلخانه ای، گرمای خورشید را به دام انداخته و جو زمین را گرم می کند. بیشتر دی اکسید کربن موجود در زمین در سنگهای کربناتی مانند سنگ آهک حبس شده اند. آب و هوای امروز زمین می توانست بسیار گرم تر باشد اگر دی اکسید محبوس در سنگهای آهک در جو زمین آزاد می شد.

وقتی کوهستانهایی با سیلیکات فراوان در اثر فرسایش تجزیه می شوند، کلسیوم و منیزیوم از سنگها آزاد می شوند. این عناصر با آب شسته شده و به دریا می رسند یعنی جاییکه ارگانیزم های زنده برای ساخت صدف های کربنات محافظ، این مواد شیمیایی را جذب می کنند. این ارگانیزم در نهایت مرده و به کف دریا می رود و در آنجا با تجمع و رسوب در تشکیل سنگ های آهکی شرکت می کند. این فرایند که چرخه کربنات - سیلیکات نام دارد، دی اکسید کربن موجود در هوا را جذب می کند. با کم شدن دی اکسید کربن در هوا، گرمای خورشید در زمین باقی نمی ماند در نتیجه هوا آنقدر سرد می شود که می تواند یک دوران یخبندان را آغاز کند.

سنگ آهک پس از فرسایش، دی اکسید کربن را به هوا پس می دهد و به این صورت گرما را در زمین توزیع می کند. به علاوه قسمتی از این سنگها بر اثر سابداکشن به درون جبه فرو می روند. در آنجا به سبب گرما و فشار زیاد به مگما تبدیل می شوند. دی اکسید کربن موجود در مگما می تواند از طریق فوران های آتشفشانی به هوا باز پس داده شود.

تئوری پردازان می گویند در خلال دوران پیش کامبریان آتشفشانها مقادیر زیادی دی اکسید کربن را به جو زمین فرستاده اند. این گاز به دلیل تاثیرات گلخانه ای هوای زمین را گرم و باعث ذوب شدن یخهای عصر یخبندان شده است.

تاریخ زمین

تاریخ زمین در سنگهای پوسته آن ثبت شده است. این سنگها از زمان تشکیل زمین تا کنون در حال شکل گیری، فرسایش و شکل گیری مجددند. به محصول فرسایش رسوب می گویند. رسوب در لایه هایی به نام استراتا تجمع می کند. استراتا ها حاوی مدارکی می باشند که به زمین شناسان در شناخت گذشته زمین کمک می کنند. این مدارک حاوی ترکیب بندی استراتا، جهت رسوب استراتا و نوع فسیلهای موجود در استراتا می باشند.

کاوش های فضایی نیز فهم ما را از زمین تا حد زیادی افزایش داده اند. تلسکوپ فضایی هابل نقش ستاره ها را در اجرای فرایند سیاره سازی مشاهده کرده است. از اواسط سالهای 1990، دانشمندان ستاره های دیگری را که دارای سیاره می باشند کشف کرده اند. این اکتشافات به دانشمندان کمک می کند که تئوری های خود درباره تشکیل زمین را گسترش و پیشرفت دهند.

سن زمین

دانشمندان فکر می کنند که احتمالا زمین همزمان با اجرام دیگر منظومه شمسی شکل گرفته است. آنها متوجه شده اند که سنگ های آسمانی کندریت، بازمانده هایی از تشکیل منظومه شمسی که دستخوش تغییر نشده اند، سنی معادل 6/4 بیلیون سال دارند. دانشمندان بر این باورند که زمین و دیگر سیارات نیز احتمالا چنین سنی دارند. آنها سن سنگها را با اندازه گیری مواد رادیواکتیو موجود در آنها مانند اورانیوم، تخمین می زنند. عناصر رادیواکتیو با یک سرعت و روال مشخص به عناصر دیگر تبدیل می شوند. برای مثال اورانیوم با از دست دادن تشعشع، به سرب تبدیل می شود. دانشمندان زمانی که برای این تبدیل لازم است را می دانند. آنها می توانند سن سنگ را با مقایسه نسبت اورانیوم به سرب تشخیص دهند.

شکل گیری زمین

سطح زمین در سالهای نخستین شکل گیری

بیشتر دانشمندان بر این باورند که منشا منظومه شمسی یک لایه ابر نازک در فضا بوده است. خود خورشید نیز از همین ابر و قسمتی از آن که ضخیم تر از بقیه بوده است، به دنیا آمده. گرانش این ابر سبب انقباض آن و کشیده شدن ذرات و غبار به سمت مرکز آن شد. بیشتر این ابر در مرکز آن برای تشکیل خورشید جمع گردید اما حلقه بزرگی از مواد نیز در حال گردش دور آن باقی ماند. ذرات این حلقه با یکدیگر برخورد کرده و منجر به تشکیل اجرام بزرگتر شدند. این اجرام نیز به نوبه خود باهم برخورد کردند و سیارات منظومه شمسی را طی فرایندی با نام "رشد پیوسته" تشکیل دادند.

پیشرفت های زمین

زمین در ابتدا کره ای آتشین بوده که مدام در معرض بمباران سنگهای آسمانی قرار می گرفته است.

دانشمندان به این تئوری دست یافته اند که زمین در آغاز جرمی سنگی، بدون آب و احاطه شده با گاز بوده است. مواد رادیواکتیو در سنگ ها و فشار افزاینده درون زمین گرمای لازم را برای ذوب شدن داخل آن فراهم نمودند. عناصر سنگین مانند آهن، فرو رفتند. سنگهای سیلیکات سبک نیز به سطح زمین آمده و پوسته اولیه آن را شکل داده اند. گرمای درون زمین باعث گردید که مواد شیمیایی دیگری از اعماق زمین به سطح آن برسند. بعضی از این مواد شیمیایی منجر به تشکیل آب شدند و بقیه گازهای جو زمین را به وجود آوردند.

در سال 2001، یک تیم بین المللی از دانشمندان، کشف کریستالهای زیرکن (zircon) با قدمت 4/4 بیلیون سال را اعلام کردند. زیرکن از عناصر زیرکنیوم، سیلیکون و اکسیژن ساخته شده، بسیار سخت است و در برابر عوامل فرسایش بسیار پایدار و با دوام است. با آنالیز شیمیایی زیرکن، دانشمندان تشخیص دادند که در زمان تشکیل کریستالها، در سطح زمین آب وجود داشته است. آنها نتیجه گرفتند که پوسته زمین و اقیانوسها 200 میلیون سال پس از شکل گیری سیاره ایجاد شده اند.

ستاره شناسان معتقدند که خورشید در اوایل تشکیل زمین حدود 30درصد ضعیف تر از امروز بوده است. قدیمی ترین سنگها گواه این امر می باشند که زمین به اندازه ای گرم بوده است که آب مایع در سطح آن وجود داشته. دانشمندان همچنین بر این باورند که اتمسفر زمین برای جذب گرما، ضخیم تر از زمان فعلی بوده است. طی میلیونها سال رفته رفته آب در قسمتهای گود پوسته زمین جمع شده و اقیانوسها را شکل داده است.

پس از دوره اصلی شکل گیری سیارات، بیشتر اجرام باقیمانده در منظومه شمسی به سمت سیارات تازه شکل گرفته متمایل شدند. برخوردهای پی در پی سیارات با این اجرام با انفجارهای زیادی همراه بود. همین برخوردها باعث ایجاد چاله های فراوان در سطح ماه، مریخ، ونوس و عطارد شده اند. زمین نیز در معرض این برخوردها قرار گرفته است اما چاله های به وجود آمده در اثر برخوردها، در طی مرور زمان و به واسطه فرسایش و صفحات تکتونیک از بین رفته اند. زمین شناسان معتقدند که قسمت زیادی از پوسته قاره ای در 5/3 بیلیون سال پیش شکل گرفته است. شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه صفحات تکتونیک از 2 بیلیون سال پیش فعال شده اند.

بعضی از  دانشمندان باور دارند که جو اولیه زمین شامل هیدروژن، هلیوم، متان و آمونیاک، شبیه به جو کنونی سیاره مشتری، بوده است. بعضی دیگر از دانشمندان معتقدند که جو اولیه حاوی مقادیر زیادی دی اکسید کربن، مانند جو فعلی ونوس، بوده است. چیزی که همه دانشمندان آن را باور دارند این است که در جو اولیه زمین مقدار نا چیزی اکسیژن وجود داشته است.

دانشمندان تشخیص داده اند که در حدود 2 بیلیون سال پیش، تغییر شدیدی در جو زمین پدید آمده است. دلیل این ادعا این است که تشکیل نوعی خاص از سنگ آهن که در شرایط کمبود اکسیژن ایجاد می شود، در آن تاریخ متوقف شده است. در عوض مقادیر زیادی رسوب سنگ ماسه قرمز شروع به شکل گیری نمود. رنگ قرمز به دلیل واکنش آهن با اکسیژن و ایجاد اکسید آهن یا زنگ آهن ناشی می شود. وجود سنگ ماسه مدرکی برای وجود مقداری اکسیژن در جو زمین است. هوا در آن موقع قابل استنشاق نبود اما حدود 1 درصد حاوی اکسیژن بود.   

بیشتر اکسیژن فعلی موجود در هوا توسط گیاهان و ارگانیزم های میکروسکوپی تامین می شود. این ارگانیزم ها دی اکسید کربن هوا را استفاده کرده و در روندی به نام فتوسنتز اکسیژن تولید می کنند. به این صورت مقدار اکسیژن موجود در هوا افزایش پیدا نموده و با پیشرفت ارگانیزم های تولید کننده اکسیژن، این گاز در هوا به حد وفور رسیده است.

 زندگی در زمین

سنگ های زیادی وجود دارند که دارای فسیل می باشند. فسیلهایی بیانگر تاریخ حیات در زمین. یک فسیل ممکن است بدن یک حیوان یا یک دندان و یا قسمتی از استخوان آن باشد. یا حتی می تواند اثر برجای مانده از یک گیاه بر روی سنگ، از زمانیکه آن سنگ رسوبی نرم بوده است، باشد. فسیلها به دانشمندان کمک می کنند تا آنها متوجه شوند که چه نوع جاندارانی در زمانهای گذشته بر روی زمین می زیسته اند.  

خیلی از دانشمندان براین باورند که حیات در روی زمین به محض به وجود آمدن شرایط آن، پدید آمده است. مدارکی وجود دارند که در آنها مواد شیمیایی ساخته شده توسط موجودات زنده در 8/3 بیلیون سال پیش پیدا شده است. همچنین در استرالیا و کانادا فسیلهای بر جای مانده از جانواران میکروسکوپی که حدود 5/3 بیلیون سال پیش می زیسته اند کشف شده است.

در بیشتر تاریخ زمین، حیات تنها به شکل موجودات ریز تک سلولی بوده است. قدیمی ترین فسیلهای به دست آمده از موجوداتی که دارای چندین سلولند، مربوط به دوره پیش کامبریان در حدود 600 میلیون سال پیش می باشند. بیشتر این موجودات با همه گونه های فعلی حیات تفاوت داشته اند.

دوره اول زمین شناسی یا دوره پالئوزوئیک (Paleozoic)

از سنگ های کامبریان در حدود 544 تا 505 میلیون سال پیش، فسیلهای فراوانی به دست آمده است. به این افزایش چشمگیر گونه های زنده در زمین، انقلاب کامبریان می گویند و آن را آغاز دوره پالئوزوئیک می دانند. انقلاب کامبریان در واقع طی دهها میلیون سال به وقوع پیوست اما فسیلهای به دست آمده این انقلاب را به صورت ناگهانی نشان می دهند. قدیمی ترین انبوه فسیلها تنها مختص به چند نوع ارگانیزم می باشند. با گذشت صدها میلیون سال، تنوع فسیلها افزایش تدریجی گونه های حیات را نشان می دهد.

بیشتر فسیلهای دوره پالئوزوئیک مربوط به جانوران بی مهره مانند مرجان ها، حلزون ها و خرچنگ ها می باشند. ماهی ها، نخستین جانوران مهره دار بر روی زمین، حدود 450 میلیون سال پیش به عرصه پیوستند. نخستین گیاهان بزرگ در خشکی نیز 440 میلیون سال پیش به وجود آمدند و دوزیستان 380 میلیون سال پیش به دنیا آمدند.

فسیلهای به دست آمده پدیدار گشتن جنگلها و مرداب ها بر روی زمین در حدود 300 میلیون سال پیش را به اثبات رسانده اند. امروزه توده های رسوبی زغال سنگ در ایالات متحده، کانادا، انگلستان و دیگر نقاط دنیا بازمانده همان جنگلها به شمار می روند. به دلیل این حجم فراوان رسوب زغال سنگ، به این دوره زمانی دوره زغال زایی می گویند.

اولین فسیلهای به دست آمده از خزندگان در دوره زغال زایی به وجود آمده اند. بر خلاف دوزیستان، خزندگان از بدن فلس دار که باعث حفظ رطوبت و جلوگیری از خشک شدن بدن می شوند، برخوردار و تخم گذار بودند. این خصوصیات به آنها کمک کرد تا بتوانند همه عمر خود را در خشکی و خارج از آب بگذرانند. در اواخر دوره پالئوزوئیک و در دوران پرمیان (Permian) فسیلهای خزندگان نشانه ها و خصوصیاتی از پستانداران را نیز در خود داشت.

چندین بار در تاریخ زمین انقراض های بزرگ گونه های حیاتی پدید آمده است. شدیدترین نوع این پدیده که انقراض پرمیان نام دارد حدود 250میلیون سال پیش رخ داد. تقریبا 90 درصد از گونه های حیاتی در مدت نسبتا کوتاهی منقرض شدند. دلیل این انقراض همچنان به صورت یک راز باقی مانده است. البته بعضی از دانشمندان گمان می کنند که ممکن است فوران های عظیم آتشفشانی در محل سیبری کنونی سبب تغییر آب و هوا و در نتیجه از بین رفتن ارگانیزم ها شود.

 دوره مززوئیک (Mesozoic)

به دنبال انقراض پرمیان، اطلاعات ثبت شده در فسیلها نشان میدهند که حیوانات خزنده حکمفرمایان روی زمین بوده اند. مهمترین این خزندگان، دایناسورها بودند. دوره مززوئیک را گاهی عصر دایناسورها نیز می نامند اما پستانداران و پرندگان نیز در فسیلها و بر سنگهای 200 تا 140 میلیون سال پیش ثبت شده اند.

 فسیلها نشان می دهند که دو گروه عمده از گیاهان در دوره مززوئیک وجود داشته اند. گیاهان بازدانه و گیاهان نهان دانه. گیاهان بازدانه دانه هایی بدون محافظ دارند و بیشتر گیاهان مخروطیند. آنها شامل انواع کاجها، شجرالمعبد یا ژنگو ها و سرخس ها بودند. گیاهان بازدانه در اواخر دوره پالئوزوئیک نمو نمودند و در اوایل دوران کرتاسه (Cretaceous) حکمفرما بودند. گیاهان نهان دانه، دانه های خود را می پوشانند و شامل گیاهان گلدار می باشند. این نوع از گیاهان در طی دوران کرتاسه حکفرمایی نموده و نسل خود را تا به امروز ادامه داده اند.

دایناسورها در پی یک انقراض بزرگ حدود 65 میلیون سال پیش از بین رفتند. بیشتر دانشمندان بر این باورند که برخورد یک سنگ آسمانی با زمین منجر به انقراض دایناسورها شده است. این برخورد احتمالا غبار زیادی را وارد جو کرده است طوری که محیط برای ماه ها تاریک و سرد شده است. در نتیجه گیاهان و جانورانی که از آنها تغذیه می کردند نابود شدند. بسیاری از دانشمندان معتقدند چاله منطقه یوکاتان در مکزیک، که چیکشولوب (Chicxulub) نام دارد، مکانی است که سنگ آسمانی مذکور به آن اصابت نموده. ذرات باقیمانده از این برخورد همه جای دنیا یافت شده اند و رسوبات به وجود آمده توسط موجهای عظیم دریا که بر اثر برخورد به وجود آمده بودند در قسمتهای مختلفی از خلیج مکزیک کشف شده اند.

دوره سنوزوئیک (Cenozoic)

بخش عمده ای از گیاهان و حیواناتی که ما امروزه می شناسیم در دوره سنوزوئیک پا به عرصه حیات گذاشته اند. پستانداران از حوادثی که باعث انقراض دایناسورها شد، جان سالن به در برده و تا به امروز حکمفرمایان حیوانات روی زمین بوده اند. تاریخ تکامل پستانداران در فسیلهای دوره سنوزوئیک ثبت شده است.

ابتدا اجداد اسبها، کرگدن ها و شترها در اروپا و آمریکای شمالی پا به زندگی گذاشتند. پس از آن سگها و گربه ها در کنار اسبهای سه انگشتی که هر کدام اندازه یک گوسفند بودند پدیدار شدند. جثه پستانداران به تدریج بزرگتر و تنوع آنها بیشتر شد و به همان میزان نیز دشتها بر روی زمین گسترده تر شدند. بسیاری از پستانداران غول پیکر شدند. حیواناتی شبیه به فیل مثل ماموت ها و تنبل های عظیم الجثه در دشتهای پهناور و جنگلهای انبوه پرسه می زدند.

فسیل نخستین موجودات شبیه به انسان مربوط به  2 میلیون سال پیش، یافت شده است. نخستین گونه ای که کاملا شبیه به انسان بوده است شاید کمتر از 200.000 سال قدمت داشته باشد. قدمت پیدایش انسان بر روی زمین در مقایسه با بیلیونها سال عمر زمین، تنها مانند چند دقیقه کوتاه است. 

جدول آماری زمین
جرم	5.976e+24
شعاع استوایی	6,378.14
میانگین چگالی (گرم در سانتیمتر مکعب)	5.515
میانگین فاصله از خورشید (کیلومتر)	149,600,000
گردش وضعی (ساعت)	23.9345
گردش مداری (روز)	365.256
زاویه محور طولی (درجه)	23.45
شتاب فرار (کیلومتر در ثانیه)	11.18
میانگین دمای سطح	15°C
نیتروژن موجود در جو	77%
اکسیژن موجود در جو	21%
دیگر گازهای موجود در جو	2%

منابع:

Dutch, Steven I. "Earth." World Book Online Reference Center. 2004. World Book, Inc.
www.solarviews.com

ترجمه: لنا سجادیفر