هييت جديد

در تاريخ علم نجوم تاسيس هييت جديد به کشيش لهستاني, کوپرنيک در قرن شانزدهم ميلادي, نسبت داده شده است. او براي اولين بار در کتاب خود با نام درباره افلاک آسماني , فرضيه حرکت زمين را مطرح کرد. گرچه اين فرضيه در ابتدا پخته نبود ولي منشا ايجاد شک در هييت بطلميوسي شد. کمتر از يک قرن ديگر دانشمند بزرگ آلماني, يوهانس کپلر با مطالعات فراوان و تکيه بر رصدهاي دانشمند دانمارکي تيکو براهه , توانست مدل کوپرنيکي را تکميل نمايد. او همچنين موفق به وضع قوانين حرکت سيارات شد. اين قوانين به نام کپلر ثبت شده و هنوز هم در تحليل حرکت مداري, از اهميت ويژه اي برخوردار است. همزمان با او دانشمند ايتاليايي, گاليله توانست با استفاده از تلسکوپ دست ساز خود, اسرار بيشتري از آسمان را روشن نمايد. او با يافتن چهار قمر مشتري, اشکال عمده اي که به هييت کوپرنيکي در مورد حرکت ماه بطور همزمان به گرد زمين و خورشيد, وارد مي شد, پاسخ داد. زيرا با کشف اقمار مشتري, عين اين اشکال بر هييت بطلميوسي هم وارد مي شد. از طرف ديگر او براي اولين بار توانست با کشف حالات هلالي سياره زهره, حرکت زهره به گرد خورشيد را اثبات کند. اين دليل قاطعي بر بطلان هييت بطلميوسي بود. در نهايت دانشمند انگليسي, نيوتن در اواخر قرن هفدهم ميلادي با وضع قوانين حرکت و قانون جاذبه عمومي, توانست دستاوردهاي دانشمندان پيشين را تکميل نمايد. او همچنين توانست توجيه علمي حرکت مداري را بيان کند. قانون جاذبه نيوتن سرمنشا پيشرفت هاي دانش جديد بشري در زمينه هاي مختلف از جمله اختراع ماهواره ها بود.  

قوانين کپلر

اين قوانين عليرغم تکميل و اصلاحاتي که در برخي موارد در آن به عمل آمده است, هنوز هم روشنگر بسياري از اصول حرکت مداري است.

قانون اول : مدار يک سياره به شکل بيضي است و خورشيد در يکي از کانون هاي اين بيضي قرار گرفته است.

نسبت فاصله کانون تا مرکز بيضي را به نيم قطر بزرگ بيضي, خروج از مرکز بيضي مي نامند. خروج از مرکز که با حرف e نشان داده مي شود بين صفر و يک تغيير مقدار مي دهد. هرچه مقدار خروج از مرکز کمتر باشد, بيضي به دايره شبيه مي شود و هرچه بيشتر باشد, کشيده تر مي شود. (e = CS/CA)

مقدار خروج از مرکز مدار زمين 17/0 است.

قانون دوم : شعاع حامل سياره در زمان هاي مساوي مسافت هاي مساوي را روي مدار سياره جاروب مي کند.

يعني اگر دو مسافت AB و CD در يک زمان طي شده باشد, مساحت مثلث هاي FAB و FCD برابر خواهد بود. اين نشاندهنده اين

واقعيت است که سرعت حرکت سياره در نزديک

خورشيد بيشتر از سرعت حرکت آن در بخش دورتر است.

قانون سوم : مکعب فاصله متوسط سياره تا خورشيد, با مجذور دوره تناوب گردش آن متناسب است.

بنابراين هرچه فاصله سياره تا خورشيد دورتر باشد, دوره تناوب گردش آن طولاني تر است. مثلا عطارد هر 59 روز يک بار به دور خورشيد مي گردد, ولي مشتري هر 86/11 سال يک بار به گرد خورشيد مي گردد.  

قوانين نيوتن :

قوانين نيوتن پايه گذار علم مکانيک جديد بوده است و جز در موارد جزيي که توسط انيشتن تغييراتي در آن پيش آمده است, هنوز به قوت خود باقي است.

قانون اول : هر جسم تا زماني به حالت سکون خود يا حرکت يکنواخت در يک خط مستقيم ادامه مي دهد که با يک نيروي خارجي که برروي آن تاثير مي گذارد, مجبور به تغييري در آن حالت شود.

قانون دوم : ميزان تغيير اندازه حرکت جسم, با نيروي وارده متناسب است و در جهتي صورت مي گيرد که آن نيرو در آن جهت وارد مي شود.

قانون سوم : هر عملي را عکس العملي است که برابر آن و در جهت مخالف آن ميباشد.

قانون جاذبه عمومي : هر ذره از ماده در طبيعت, ذره ديگري را با نيرويي به سوي خود جذب مي کند که با حاصل ضرب جرمها نسبت مستقيم و با مجذور فاصله بين آنها نسبت عکس دارد. بنابراين براي دو ذره به جرم هاي M1 و M2 که با فاصله r از يک ديگر قرار گرفته اند, خواهيم داشت:

F = G 

M1*M2

r

مقدار G را ضريب عمومي جاذبه مي نامند.  

توسعه و بسط قوانين مداري

در سه قرني که پس از نيوتن سپري شده است, قوانين وضع شده توسط او و کپلر بارها در محک تجربه سنجيده شده و همواره مسير تکاملي خود را پيموده است. حقيقت آنست که کپلر و نيوتن مدار سيارات را دو جسمي در نظر گرفته بوده اند و وجود اجرام ديگر در اطراف مدار را در نظر نگرفته بودند. امروزه براي محاسبه حرکت ماه, علاوه بر محاسبه ميزان جاذبه زمين و خورشيد, جاذبه زهره و مريخ نيز دقيقا محاسبه مي شود.

يکي از دستاوردهاي قانون جاذبه عمومي اختراع ماهواره ها بوده است. چنانچه مي دانيد ماهواره فقط با سرعت اوليه ثابتي در مدار قرار مي گيرد و از آن پس بدون احتياج به نيروي محرکه اي فقط با استفاده از نيروي جاذبه عمومي به مدت نامحدودي در مدار خود ادامه حرکت مي دهد. نيوتون بيش از 300 سال پيش با اتکا به قانون جاذبه عمومي, حرکت ماهواره اي را پيش بيني کرده بود. او در کتاب اصول خود مي گويد: اگر گلوله اي را با سرعت مناسب بوسيله يک توپ از بالاي قله يک کوه که ارتفاع آن به حدي بلند باشد که توپ خارج از جو زمين قرار گيرد, شليک کنيم, آن گلوله حرکتي دايره اي يا بيضوي به دور زمين خواهد داشت و چنانچه به چيزي برخورد نکند, تا ابد به دور زمين خواهد چرخيد.

امروزه ماهواره ها توسط يک موشک به خارج جو انتقال يافته, با سرعت اوليه مناسب در مدار قرار مي گيردند و درست طبق قانون نيوتن تا مدت نامحدودي به حرکت خود ادامه مي دهند. هرچه سرعت اوليه بيشتر باشد, حالت مدار بيضي تر مي شود, يا به عبارت ديگر خروج از مرکز مدار بيشتر مي شود. ماهواره هايي که در مدارهاي کوتاهتري قرار داده مي شوند, طبق قانون سوم کپلر سرعت حرکت بيشتري دارند. اگر ارتفاع ماهواره حدود 35000 کيلومتر از سطح زمين باشد, سرعت حرکت آن به دور زمين مانند سرعت حرکت وضعي خود زمين مي باشد. به اين ماهواره ها , اقمار ساکن گفته مي شود و از آنها براي اهداف مخابراتي يا تقويت امواج تلويزيوني براي يک منطقه خاص استفاده مي شود.

پر واضح است که با احاطه بشر به حرکت مداري, موقعيت ماه و خورشيد و سيارات و ماهواره ها مي تواند با دقت محاسباتي خارق العاده اي در حد کمتر از ثانيه زماني محاسبه شود. در جلسات آينده دقت اين محاسبات را در مورد خصوص حرکات ماه بيشتر پيگيري مي نماييم.

آرتور کوستلر, خوابگردها, ترجمه منوچهر روحاني .- تهران: انتشارات کتابهاي جيبي, 1351.