لماذا تدور الكواكب في مدارات إهليلجية، أو بيضاوية؟

تتحرك كواكب نظامنا الشمسي في شكل قطع ناقص، وهذه الحركة تسمى المدارات، وكان هذا الاعتقاد منذ ابتكر يوهانس كيبلر قوانينه الخاصة بحركة الكواكب في أوائل القرن السابع عشر، كما أن هناك اعتقاد بأن المدارات التي تتحرك بها الكواكب تكون غالبًا بأشكال بيضاوية، ولكن هذا لا يعني أنها قد تكون بشكل دائري في بعض الأحيان، وهذا يعتمد على مجموعة من الأمور التي تؤثر على شكل المدار، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى الطريقة التي يتم بها تقديم النظام الشمسي عادةً، كما تدور الكواكب حول الشمس في اتجاه مُعاكس لاتجاه عقارب الساعة، فضلًا عن أنها تُرى من أعلى القطب الشمالي للشمس.^[١][٢]

سبب دوران الكواكب في مدارات إهليلجية

يمتلك كل من الدائرة والشكل البيضاوي أشكالًا منحنية مغلقة، لكن في الدائرة تكون جميع النقاط بعيدة بالتساوي عن المركز، بينما في الشكل البيضاوي يختلف الأمر؛ فتكون جميع النقاط على مسافات مختلفة من المركز،^[٣][١] أما السبب الذي يجعل الكواكب تتحرك بمدارات بيضاوية، فهو أن المدارات البيضاوية تنشأ بسبب قانون نيوتن للجاذبية الذي ينص على أن تجذب الأجسام بعضها البعض بما يتناسب مع كتلتها، وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما، وكذلك الأمر في الكواكب.^[٤]

وتم اكتشاف هذه المدارات من قبل دراسات أجراها العلماء، ثم قاموا باكتشاف هذه المدارات، أما العالم الذي درس هذه المدارات بشكل دقيق فهو كبلر، وقد توصل إلى ثلاثة قوانين من خلال دراساته، وسميت قوانين كبلر لحركة الكواكب، حيث تصف قوانين كبلر الثلاثة كيف تدور الأجسام الكوكبية حول الشمس، وفيما يلي نبذة عن هذه القوانين:^[٣][١]

• قانون كبلر الأول: ينص على أن الكواكب تتحرك في مدارات على شكل قطع ناقص حول الشمس التي تعد البؤرة المركزية.
• قانون كبلر الثاني: ينص على أن أجزاءً متساوية من منطقة ما في أوقات متساوية تكتسح الخط الذي يربط بين مركز الشمس والكوكب؛ وذلك لأن الكواكب لا تتحرك بسرعة ثابتة على طول مداراتها.
• قانون كبلر الثالث: ينص على أن الفترة المدارية للكواكب تتناسب طرديًا مع حجم مدارها.

هل جميع الكواكب تدور في مدارات إهليلجية؟

فيما يلي نوضح طبيعة حركة الكواكب، وهل تدور جميعها في مدار إهليلجي:^[٢][٥]

• لا تدور كل الكواكب في مدار إهليلجي، لكن معظمها يمتلك مدارًا إهليلجيًا يدور حوله، كما أن هناك كواكب تتحرك في مدار دائري، لكن في البداية عندما اقترح كبلر نموذجه كان من المعروف فقط أن مداري كوكب عطارد، وكوكب المريخ غير دائريين.
• يوجد لكل كوكب درجة يدور بها، فيميل محور دوران المريخ بمقدار 25 درجة بالنسبة لمستوى مداره حول الشمس.
• يدور كوكب الأرض بدرجة ميل محوري تبلغ 23.4 درجة، لذلك تتعاقب على كوكب المريخ فصول مميزة مثل التي تتعاقب على كوكب الأرض، لكنها تدوم أطول من المواسم على الأرض؛ وذلك لأن المريخ يستغرق وقتًا أطول للدوران حول الشمس.

ماذا لو كان مدار الأرض دائريًا؟

إن الذي سيحدث إذا كان المدار الذي يتحرك فيه كوكب الأرض عبارة عن دائرة مثالية هو أن الشمس ستعبر خط الزوال في الظهيرة كل يوم، وهذا سيحدث خللًا بين الليل والنهار، وفيما يلي توضيح للتغير الذي سيكون لو كانت الأرض تدور بمدار دائري وليس بيضاوي:^[٦][٧]

• يحدث التباين السنوي في الحركة الظاهرية للشمس نتيجة دوران الأرض بشكل بيضاوي، وهذا التباين وظهور الفصول يتعلق بحقيقة أن مدار الأرض ليس دائرة كاملة، ولكنه بيضاوي الشكل مع قرب الشمس من أحد طرفي القطع الناقص، كما تختلف سرعة الأرض في هذا المدار الإهليلجي من أدنى حد في أبعد مسافة إلى أقصى مسافة في أقرب مسافة من الأرض إلى الشمس.
• يستغرق كوكب الأرض ما يقارب 4 دقائق من الوقت للدوران حول هذه الزاوية الصغيرة.
• توضح الفصول التي ظهرت بسبب الدوران الإهليلجي للأرض أن الأرض أقرب إلى الشمس في يناير منها في يوليو، والفرق هو حوالي 4.8 ملايين كيلومتر؛ إذ تزداد سرعة الأرض في مدارها كلما اقتربت من الشمس نظرًا لأن الأرض تكون أقرب إلى الشمس في شهر يناير.
• تصل الأرض إلى أبعد نقطة عن الشمس في شهر يوليو نتيجة دورانها في المدار البيضاوي الذي تتحرك به الأرض، كما تتحرك الأرض بشكل أبطأ من المتوسط ​​على طول مسارها.
• تكون الأرض قد اقتربت من الشمس في شهر يناير، إذ إن الأرض تتسارع قليلاً في تقدمها المداري، ونتيجة هذا التغيير في السرعة؛ فإن الشمس تعبر خط الزوال مبكرًا أو متأخرًا قليلًا، وذلك بالاعتماد على مكان وجود كوكب الأرض في مدارها.