نکات کلیدی
- زمین، سومین سیاره از خورشید، در توانایی‌اش برای حفظ زندگی منحصر به فرد است و در حالی که قوانین فیزیکی را با سایر اجرام آسمانی به اشتراک می‌گذارد، ویژگی‌های دیگری نیز دارد که آن را متمایز می‌کند.
- زمین از چهار لایه تشکیل شده است: پوسته (Crust)، گوشته (Mantle)، هسته خارجی (Outer Core) و هسته داخلی (Inner Core). پوسته جایی است که ما در آن زندگی می‌کنیم و هسته داخلی از آهن جامد ساخته شده است. حرکت صفحات تکتونیکی بر روی پوسته، منجر به تغییرات مداوم در چیدمان قارّه‌ها و اقیانوس‌های زمین میشود.
- باور بر این است که منشأ زمین از یک ابر گردان گرد و غبار به نام سحابی خورشیدی (Solar Nebula) است، که محصول انفجار بزرگ (Big Bang) است. با گذشت زمان، با خنک شدن گاز از انفجار و چسبیدن ذرات به هم، ستارگان، از جمله خورشید ما، تشکیل شدند. زمین و سایر سیارات احتمالاً درون سحابی خورشیدی شکل گرفتند، و زمین در ابتدا داغ و آتشفشانی بود و سپس خنک شد تا پوسته جامد و در نهایت سطحی که امروز می‌شناسیم را تشکیل دهد.
همانطور که ستاره‌شناس فقید کارل سیگان (Carl Sagan) یک بار گفت: “زمین تنها خانه‌ای است که تاکنون شناخته‌ایم.” پیشرفت‌های فناوری به بشر اجازه داده است که هر سیاره‌ای را در منظومه شمسی مطالعه کند. ما لکه بزرگ قرمز مشتری را عکاسی کرده‌ایم و کاوشگرهایی از هوای جهنمی زهره عبور داده‌ایم.
چنین تلاش‌هایی بر زیبایی عجیب دنیایی که انسان‌های خردمند در آن تکامل یافته‌اند، تأکید می‌کند. شما به ما نیاز ندارید تا بگوییم زمین شبیه مریخ یا زحل یا هر جسم دیگری که به دور خورشید می‌چرخد نیست. با این حال، تحت قوانین فیزیکی مشابه اداره میشود.
بنابراین امروز، تصمیم گرفتیم نگاهی به روش‌هایی که زمین گرانبهای ما از دیدگاه علمی هم عادی و هم غیرعادی است، بیندازیم.
زمین در قیاس با دیگر سیارات چه وضعیتی دارد؟
بیایید با جایگاه زمین در منظومه شمسی شروع کنیم. در اواخر دهه 1990، برنامه طنز بزرگ جان لیتگو هر هفته به ما یادآوری می‌کرد که خانه ما سومین سیاره از خورشید است. عطارد اولین، زهره دومین و مریخ چهارمین سیاره هستند.
(گیج‌کننده است، اما عطارد کوچک بیشتر اوقات نزدیک‌ترین سیاره به زمین است، اما اگر بخواهیم بیشتر توضیح دهیم از مسیر اصلی بحث خارج می‌شویم.)
عطارد، زهره، زمین و مریخ چهار سیاره داخلی منظومه شمسی هستند. فراتر از مریخ، سیارات خارجی قرار دارند: مشتری، زحل، اورانوس و نپتون.
از نظر اندازه، زمین در مقایسه با همسایگان نزدیکش شرایط خوبی دارد. با اندازه محیطی 24,901 مایل (40,075 کیلومتر) در اطراف استوا – و با شعاع 3,959 مایل (6,371 کیلومتر) – زمین بزرگترین سیاره داخلی و پنجمین سیاره بزرگ در منظومه شمسی است.
اما این بزرگی واقعاً چیزی نیست که به آن افتخار کنیم. مشتری عظیم، 121.9 برابر بزرگ‌تر از دنیای ما از نظر مساحت کل است.
و خورشید؟ کافی است بگوییم که اگر این توپ عظیم پلاسمایی توخالی بود، می‌توانستید تقریباً 1.3 میلیون زمین را در آن جا دهید.
مدار و محور زمین
از فاصله دور، خورشید و همه سیاراتش ممکن است مانند کره‌های کامل به نظر برسند. اما اینطور نیستند. نیروی گریز از مرکز و “گرانش ذاتی” با هم ترکیب می‌شوند تا آنها را به شکل یک بیضی‌گون نگه دارند. این اشیاء ممکن است شبیه کره‌های واقعی باشند، اما کمی فشرده و پَخ شده‌اند.
زمین را در نظر بگیرید. شعاع استوای سیاره ما حدود 13 مایل (22 کیلومتر) طولانی‌تر از شعاع قطب به قطب آن است. بنابراین، زمین دارای کمی برآمدگی استوایی است که آن را از نظر کروی ناقص می‌کند. بنابراین در استوا، زمین 0.3 درصد ضخیم‌تر از مسیر قطب به قطب است. در برخی از سیارات دیگر این اختلاف بسیار شدیدتر است. (به زحل و مشتری نگاه کنید.)
شیب یا کجی محوری (Axial tilt) یکی دیگر از ویژگی‌هایی است که زمین با همسایگان کیهانی خود به اشتراک می‌گذارد. اکنون برای همه واضح است که (الف) زمین هر 24 ساعت یک بار نسبت به خورشید حول محوری می‌چرخد و (ب) زمین هر 365.25 روز یک بار به دور خورشید می‌چرخد. همانطور که زمین حول محور خود می‌چرخد، بخش‌هایی از سیاره در نور خورشید هستند در حالی که دیگر بخش‌ها در سایه هستند. به عبارت دیگر، به نظر می‌رسد خورشید طلوع و غروب می‌کند. بخش‌هایی از جهان که در روشنایی روز هستند گرم‌تر می‌شوند در حالی که بخش‌های تاریک به تدریج حرارتی که در طول روز جذب کرده‌اند را از دست می‌دهند.
شیب محوری زمین دلیل وجود فصول است. محور زمین کمی خم است – حدود 23.5 درجه. بر اثر ایین کجی، یک نیمکره به سمت خورشید نزدیک میشود در حالی که نیمکره دیگر دور میشود. نیمکره‌ای که به سمت خورشید است گرم‌تر است و نور بیشتری دریافت می‌کند؛ آنجا تابستان است، و در نیمکره دیگر زمستان است. این اثر در نزدیکی استوا کمتر محسوس است، زیرا استوا تقریباً تمام سال مقدار نور خورشید یکسانی را دریافت می‌کند. قطب‌ها، از سوی دیگر، در طول ماه‌های زمستان هیچ نوری دریافت نمی‌کنند، که این بخشی از دلیل یخ‌زدگی آنها است.
این بدان معنا نیست که همه چیز ثابت است. برعکس، شیب یا کجی محوری سیاره ما هر 40,000 سال از زاویه 22.1 درجه به زاویه 24.5 درجه تغییر می‌کند. این تغییر محور تأثیر عمیقی بر آسمان شب ما دارد. در حالی که قطب شمال زمین در حال حاضر به سوی سیستم ستاره‌ای پولاریس یا قطبی (Star System Polaris) اشاره دارد، دو هزار سال بعد با گاما سپه‌ای (Gamma Cephei) هم‌راستا خواهد شد. برنامه‌های رصد ستاره‌های خود را به‌طور متناسب تنظیم کنید!
همانطور که زمین تنها بیضی‌گون در جهان نیست، شیب محوری آن هم خاص نیست. سیارات دیگر هم این ویژگی را دارند؛ اورانوس دورافتاده، با شیب محوری به شدت عجیب و غریب 97.77 درجه!
همه سیارات توسط گرانش، در مدار خود حول خورشید نگه داشته می‌شوند. گرانش زمین، ماه را در مدار خود حول سیاره نگه می‌دارد و نیروی جاذبه ماه دریاهای نزدیک به خود را می‌کشد که باعث جزر و مد اقیانوس‌ها میشود. گرانش همچنین سیارات را با کشیدن مواد تشکیل‌دهنده آنها به سوی هم ایجاد کرده است.
زمین از چه ساخته شده است؟
مانند دیگر سیارات زمینی، زمین دارای یک هسته‌ی داخلی داغ است که دمای آن می‌تواند به ۹۰۰۰ درجه فارنهایت (۴۹۸۲ درجه سلسیوس) برسد.
هسته‌ی داخلی زمین از آهن جامد تشکیل شده است. اطراف هسته‌ی داخلی، هسته‌ی خارجی مذاب قرار دارد. این دو لایه، در عمق بسیار زیاد درون زمین قرار دارند و توسط یک گوشته‌ی ضخیم از پوسته‌ی آن جدا شده‌اند. گوشته جامد است اما قابلیت تغییر شکل دارد، مانند پلاستیک، و منبع ماگما است که از آتشفشان‌ها خارج میشود.
همانطور که زمین حول محور خود می‌چرخد، هسته‌ی داخلی زمین نیز می‌چرخد. هسته‌ی خارجی نیز می‌چرخد، و با سرعتی متفاوت از هسته‌ی داخلی حرکت می‌کند. این وضعیت باعث ایجاد اثر دینامو (Dynamo Effect) یا جریانات همرفتی درون هسته میشود. این موضوع به نوبه خود نیز میدان مغناطیسی زمین را ایجاد می‌کند — مانند یک آهنربای غول‌پیکر. هنگامی که باد خورشیدی به زمین می‌رسد، با میدان مغناطیسی یا مگنتوسفر (Magnetosphere) برخورد می‌کند و نه با اتمسفر (به بالاترین بخش تشکیل دهنده یا همان جو زمین اتمسفر گفته میشود – مترجم).
نازک‌ترین لایه، پوسته‌ی خارجی زمین است، جایی که ما زندگی می‌کنیم. به همراه بخش بالایی گوشته، این پوسته لایه‌ی لیتوسفر را تشکیل می‌دهد.
در این سطح، شرایط بسیار هیجان‌انگیز میشود. لیتوسفر از تکه‌هایی به نام “صفحات تکتونیکی” تشکیل شده است. این صفحات به طور مداوم از هم دور می‌شوند، به هم می‌سایند یا به هم برخورد می‌کنند. در نتیجه، چیدمان قارّه‌ها و اقیانوس‌های زمین در طول تاریخ زمین‌شناسی تغییر می‌کند. سیستم صفحات تکتونیکی یکی از ویژگی‌های غیرمعمول زمین است. هنوز وجود صفحات تکتونیکی مشابه زمین، در هیچ سیاره یا قمری تأیید نشده است.
تقریباً ۷۱ درصد از سطح زمین را آب پوشانده است. به همین دلیل خانه ما اغلب “سیاره آبی” (the Blue Planet) نامیده میشود. منبع این همه آب یک راز حل‌نشده است؛ شاید درصد زیادی از آن توسط دنباله‌دارهای یخ‌زده یا سیارک‌ها آورده شده باشد.
آب در حل‌کردن چیزهای مختلف، بسیار خوب عمل می‌کند. و می‌تواند در انواع واکنش‌های شیمیایی پیچیده شرکت کند. چنین ویژگی‌هایی آب را برای حیاتی که می‌شناسیم، ضروری می‌کند.
ساکنان زمین از اتمسفر ما نیز بهره‌مند می‌شوند. این سپر بزرگ، به پنج لایه اصلی تقسیم میشود: تروپوسفر (Troposphere)، استراتوسفر (Stratosphere)، مزوسفر (Mesosphere)، ترموسفر (Thermosphere) و اگزوسفر (Exosphere). این سپر ما را از تشعشعات UV یا فرابنفش زیادی (اشعه‌های مضر خورشید – مترجم) محافظت می‌کند. همزمان، اجازه می‌دهد که زمین دمای قابل سکونت خود را حفظ کند و اکثر خرده‌سنگ‌های فضایی که به سمت ما می‌آیند را نابود کند.
حدود ۳.۷ میلیارد سال است که سیاره زمین حیات را در خود جای داده است. شاید از این نظر منحصر به فرد باشد. یا شاید هم نباشد! اگر حیات فرازمینی واقعاً در جایی در این جهان پهناور وجود داشته باشد، ما هنوز نتوانسته‌ایم آن را پیدا کنیم.
زمین اولیه چگونه بود؟
تعیین قدمت با روش‌های پرتوسنجی به ما می‌گوید که زمین حدود ۴.۵۴ میلیارد سال قدمت دارد. بر اساس مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۰ در مجله Science Advances منتشر شده است، سیستم صفحات تکتونیکی ما ممکن است خیلی جوان‌تر از این نباشد.
زمین اولیه مکانی بسیار متفاوت نسبت به دنیای امروز بود. این زمانی بود که زمین جامد هنوز در نتیجه فعالیت‌های زمین‌شناسی شدید که سطح آن را شکل می‌داد در حال تشکیل بود. زمانی که به دور خورشید جوان می‌چرخید، جاذبه زمین نقش مهمی در جذب و انباشتن خرده‌سنگ‌های کیهانی که در نهایت سیاره ما را تشکیل داد، ایفا می‌کرد.
دانشمندان معتقدند که زمین با گازهایی مانند دی‌اکسید کربن (محتوای دی‌اکسید کربن آن ممکن است تا ۷۰ درصد بوده باشد)، بخار آب و متان، پر شده بود و این‌ها ایجاد اثر گلخانه‌ای می‌کردند و سیاره را بسیار گرم‌تر از حالا نگه می‌داشتند. این اتمسفر ضخیم، سطح زمین را از سنگ‌های فضایی بزرگ که در دوره بمباران سنگین ۴ میلیارد سال پیش بر زمین می‌باریدند و ۲۰ میلیون تا ۲۰۰ میلیون سال به طول انجامید، محافظت می‌کرد. این یک رویداد فرضی است که تعداد زیادی از سیارک‌ها و دنباله‌دارها با سیارات زمینی اولیه مانند زمین، مریخ و زهره برخورد کرده و سطح آنها را دستخوش تغییر می‌کردند. (اخیراً دانشمندان شروع به سوال درباره این رویداد کرده‌اند و فکر می‌کنند که ممکن است دوره کوتاه‌تری بوده باشد.)
پوسته زمین تغییرات قابل توجهی را تجربه کرده است، زیرا صفحات تکتونیکی حرکت کرده و برخورد کرده‌اند، که منجر به ایجاد اولین قارّه‌ها می‌شد. این صفحات همچنین باعث تغییر و خم شدن سطح زمین می‌شدند و کوه‌ها و گودال‌های عمیق اقیانوسی را ایجاد می‌کردند. کجی محور زمین اولیه، متفاوت از حالا بود، که منجر به الگوی متفاوتی از فصول و اقلیم می‌شد.
زمین همچنین اکسیژن بسیار کمی داشت. اکسیژن فقط زمانی که حیات شکل گرفت شروع به انباشت کرد. دانشمندان فکر می‌کنند که حدود ۲.۷ میلیارد سال پیش، میکروب‌های فتوسنتز کننده به نام سیانوباکتری‌ها (Cyanobacteria) توانستند انرژی خورشید را برای تبدیل دی‌اکسید کربن و آب به غذا استفاده کنند و گاز اکسیژن را به عنوان محصول زائد آزاد کنند. وجود اکسیژن باعث شکوفایی اشکال پیچیده‌تر حیات شد.
در حالی که زمین اولیه آب مایع داشت، تنها سیاره در منظومه شمسی نبود که این منبع ارزشمند را داشت. با این حال، زمین به عنوان اولین سیاره در منظومه شمسی که می‌توانست میزبان حیات به شکلی که ما می‌شناسیم باشد، متمایز بود. وجود آب مایع، همراه با ترکیب مناسبی از اتمسفر و دیگر عوامل، محیطی منحصربه‌فرد ایجاد کرد که در آن حیات می‌توانست پتانسیل ظهور و شکوفایی داشته باشد.
زمین و ماه
زندگی فرازمینی موضوعی بحث‌برانگیز است. آینده اکتشافات فضایی نیز همین‌طور است. اگر مأموریت آرتیمیس (Artemis mission) ناسا طبق برنامه پیش برود، در سال ۲۰۲۴ فضانوردان برای اولین بار از سال ۱۹۷۲ بر ماه فرود خواهند آمد.
ماهواره طبیعی زمین، یعنی ماه، نسبتاً بزرگ است. این پنجمین ماه بزرگ در کل منظومه شمسی نسبت به ۱۹۰ ماه مختلف کشف شده است.
چیز دیگری که ماه زمین را برجسته می‌کند این است که هر سیاره دیگری که به دور خورشید می‌چرخد یا هیچ ماهی ندارد یا چندین ماه دارد. اما زمین فقط یک ماه دارد.
عطارد و زهره؟ آنها کاملاً بدون ماه هستند. از طرف دیگر، مریخ، مشتری، زحل، اورانوس و نپتون به ترتیب دارای ۲، ۹۲، ۱۲۴، ۲۷ و ۱۴ ماه هستند.
با این اوصاف، اینکه ما این قمر را “ماه (Moon)” بنامیم شاید کمی مغرورانه باشد. بیگانگان حق دارند جسارت ما را محکوم کنند.
زمین چگونه شکل گرفت؟
برجسته‌ترین نظریه علمی درباره منشأ زمین شامل یک ابر گرد و غبار چرخان به نام سحابی خورشیدی است. این سحابی، محصول انفجار بزرگ (بیگ بنگ) است. فیلسوفان، عالمان دینی و دانشمندان ایده‌های زیادی درباره منشأ جهان دارند، اما پرطرفدارترین نظریه علمی، نظریه بیگ بنگ است. طبق این نظریه، جهان در یک انفجار عظیم به وجود آمده است.
پیش از بیگ بنگ، تمام ماده و انرژی موجود در جهان در یک تکینگی جمع شده بود. تکینگی (Singularity) نقطه‌ای با دمای بسیار بالا و چگالی بی‌نهایت است. این همان چیزی است که در مرکز یک سیاه‌چاله یافت میشود. این تکینگی در یک خلا کامل شناور بود تا اینکه منفجر شد و گاز و انرژی را به همه جهات پرتاب کرد. تصور کنید یک بمب داخل یک تخم مرغ منفجر شود: ماده در همه جهات با سرعت بالا حرکت خواهد کرد.
همانطور که گاز ناشی از انفجار سرد شد، نیروهای فیزیکی مختلف باعث چسبیدن ذرات به هم شدند. با ادامه سرد شدن، آنها کندتر شدند و سازماندهی بیشتری یافتند و در نهایت به ستاره‌ها تبدیل شدند. این فرآیند حدود یک میلیارد سال طول کشید.
حدود ۵ میلیارد سال پیش، مقداری از این گاز و ماده به خورشید ما تبدیل شد. در ابتدا، یک ابر گرم چرخان از گاز بود که شامل عناصر سنگین‌تر نیز بود. همانطور که ابر چرخید، به دیسک تبدیل شد؛ یعنی به همان سحابی خورشیدی که چند پاراگراف قبل ذکر کردیم. احتمالاً سیاره ما و دیگر سیارات در داخل این دیسک شکل گرفتند. مرکز ابر به تراکم خود ادامه داد و در نهایت اشتعال یافت و به یک خورشید تبدیل شد.
هیچ مدرک قطعی برای نحوه دقیق تشکیل زمین در داخل این سحابی وجود ندارد. دانشمندان دو نظریه اصلی دارند. هر دو شامل تراکم، یا چسبیدن مولکول‌ها و ذرات به هم هستند. آنها ایده اساسی یکسانی دارند: زمانی که خورشید مشتعل شد، تمام ذرات اضافی را دور کرد و منظومه شمسی را به شکلی که می‌شناسیم تبدیل کرد. ماه ما نیز در سحابی خورشیدی شکل گرفت.
در ابتدا، زمین بسیار گرم و آتشفشانی بود. زمانی که سیاره سرد شد، یک پوسته جامد تشکیل شد و برخوردهای ناشی از سیارک‌ها و دیگر خرده‌سنگ‌های فضایی باعث ایجاد حفره‌های زیادی شدند. با ادامه سرد شدن سیاره، آب، حوضه‌های تشکیل شده در سطح را پر کرد و اقیانوس‌ها را به وجود آورد.
از طریق زلزله‌ها، فوران‌های آتشفشانی و عوامل دیگر، سطح زمین در نهایت به شکلی که امروز می‌شناسیم رسید. جرم آن جاذبه‌ای را فراهم می‌کند که همه چیز را کنار هم نگه می‌دارد و سطح آن مکانی برای زندگی ما فراهم می‌کند. اما تمام این فرآیند بدون خورشید شروع نمی‌شد.
حالا این جالب است!
هفت سیاره دیگر در منظومه شمسی همگی به نام خدایان یونانی یا رومی نامگذاری شده‌اند و در واقع زمین این روند نامگذاری را شکسته است.
