آية اختلاف الليل والنهار في ضوء علوم الفضاء2

فقد خلق الله سبحانه وتعالى في المملكة النباتية نباتات تحتاج إلى فترة إظلام يومية لا تقل عن عدد معين من الساعات حتى تزهر ولذلك سميت هذه النباتات بنباتات الليل الطويل . وتوجد أيضاً نباتات تحتاج إلى فترة إضاءة يومية لا تقل عن عدد معين من الساعات حتى تزهر ولذلك سميت بنباتات النهار الطويل. إذا نقلنا نبات من نباتات الليل الطويل إلى بيئة فيها النهار أطول فإن هذه النباتات تفشل في تكوين الأزهار والثمار والحبوب .

توجد في الكائنات الحية الأخرى غير النبات كائنات حية لا تنشط إلا في الليل وأخرى لا تنشط إلا في النهار. توجد جراثيم لا تخرج من مكامنها إلا ليلاً وأخرى لا تخرج إلا نهارا. وجد بالتجربة أن طبقة الأوزون تحمي كائنات الأرض من شدة الإضاءة ونوعيتها وزيادة الضوء عن الحد المقدر يؤدي إلى هلاك الكائنات الحية، فعندما زادت كمية الضوء وتغيرت نوعيتها بالنسبة إلى بعض النباتات انخفضت نسبة البروتين فيها 20% عن المعدل ووجد أن الليل ضروري لحماية تلك النباتات والحفاظ عليها من الهلاك [5].

الغلاف الجوي للارض … واختلاف الليل والنهار

يقسم الغلاف الجوي للارض الى سبع مناطق هي:

1- طبقة التروبوسفيرTroposphere: هي الطبقة الملاصقة لسطح الأرض، ويبلغ متوسط ارتفاعها حوالي 11كم فوق سطح البحر، وتمتاز هذه الطبقة بوجود بخار الماء وثاني اوكسيد الكاربون وغاز الاوكسجين والنتروجين. تقل درجة حرارة الهواء وكثافته وضغطه والجزيئات الثقيلة كلما ارتفعنا إلى الأعلى في هذه الطبقة.

2- طبقة الستراتوسفيرStratosphere: يتراوح ارتفاعها ما بين 11كم و50 كم فوق سطح البحر وتحتوي على طبقة الأوزون حيث له القدرة على امتصاص 99% من الأشعة فوق البنفسجية المهلكة الصادرة من الشمس، ويتراوح ارتفاع غاز الأوزون داخل طبقة الستراتوسفير بين 20 و 30 كم فوق سطح البحر. وتتميز طبقة الستراتوسفير بالاستقرار التام في جوها، حيث ينعدم بخار الماء فيها، وتخلو من الظواهر الجوية.

3- طبقة الميزوسفيرMesophere: هي الطبقة التي تعلو الستراتوسفير، ويتراوح ارتفاعها بين 50 ـ 85 كم، فوق سطح البحر. وتتميز بتناقص مستمر في درجات الحرارة مع الارتفاع فوق سطح البحر، حتى تصبح درجة الحرارة في أعلى هذه الطبقة منخفضة جداً(حوالي 90 درجة مئوية تحت الصفر)، وهي أقل طبقات الغلاف الجوي في درجة حرارتها.

4- طبقة الأيونوسفيرIonosphere: تمتد هذه الطبقة من ارتفاع 85 كيلومتر إلى 700 كيلومتر تقريبا فوق سطح البحر، وتحتوي على كميات كبيرة من الأوكسجين والنيتروجين المتأين والإلكترونات الحرة(بعد تأين جزيئات الأكسجين والنيتروجين المتعادلة بفعل الأشعة السينيةX-ray)، وهي مقسمة إلى ثلاث طبقات داخلية D.E.Fولكل منها خصائصه المميزة، ويتغير سمكها بتغير الليل والنهار وبتغير الفصول والنشاط في الشمس (البقع والانفجاريات الشمسية).

5- طبقات الثرموسفير:Thermosphere: وهي الطبقة الممتدة من ارتفاع 80 كم وحتى 200 كم فوق سطح البحر، ودرجة حرارة هذه الطبقة تتراوح ما بين 180كلفن و1800كلفن، وان سبب هذه الزيارة في درجة الحرارة يعود الى امتصاص المكونات الجوية في هذه الطبقة للأشعة فوق البنفسجية ذات الطاقة العالية (والمسماة XUVأو EUV) وقد تنفذ الجسيمات عالية الطاقة في المجال المغناطيسي للأرض، وتتفاعل مع المناطق العليا من الغلاف الجوي مولدة حرارة إضافية.

6- طبقة الإكسوسفيرExosphere: يتراوح ارتفاعها بين 700 كم و35000 كم فوق سطح البحر، وهي قليلة الكثافة لذلك فإن الجزيئات في هذه الطبقة تكون لها حرية في الحركة تسمح بهروبها من الغلاف الجوي للأرض (إذا كانت سرعتها الحرارية أكبر من السرعة الحرجة اللازمة للتغلب على جاذبية الأرض). ومن الطبيعي أن تتركز جزيئات الغازات الخفيفة (مثل الهيدروجين والهليوم) في طبقات الجو العليا، وبسرعات عالية.

7- الماجنتوسفير Magnetosphere: يمتد المجال المغناطيسي للأرض ويشكل غلافاً حولها إلى مسافة 50000 كم ويقوم هذا الغلاف المغناطيسي إما بصد الجسيمات المشحونة القادمة من الفضاء الخارجي، وإما باصطيادها واقتيادها ناحية قطبي الأرض المغناطيسي وقد أطلق على هذه الأحزمة الإشعاعية اسم (أحزمة فان ألن) [6].
[

صورة توضيحية لطبقة الماجنتوسفير واحزمة فان الن

url=https://servimg.com/view/12782522/63][/url]

صورة توضيحية للغلاف الجوي الأرضي وطبقاته وارتفاعاتها النسبية

ان اية اختلاف الليل والنهار تتجلى في اختلاف مكونات هذه الطبقات من كثافة الكترونية ودرجة حرارة وضغط ما بين الليل والنهار وقد اوضحت الدراسات الحديثة هذا الاختلاف ما بين الليل والنهار وبالاخص ما يتعلق بطبقة الايونوسفير لاهميتها للانسان لاحتواءها على طبقة الاوزون التي تعتبر من نعم الله الكبيرة على الإنسان وسائر المخلوقات بالأرض التي تمتص الاشعة الفوق البنفسجية ذات الطاقة العالية ويمكنها أن تهلك الحياة على الأرض والتي تسبب سرطان الجلد اذا تعرض لها الانسان، وتقسم مناطق الايونوسفير الى عدة طبقات حسب اختلاف الكثافة الالكترونية فيها فهي في النهار ثلاث طبقات Dو Eو Fوتنقسم طبقة F الى طبقتين F1و F2 وان حدود الارتفاعات التقريبية للطبقات عن سطح الارض هي على النحو الاتي والموضحة بالشكل

الشكل يبين اختلاف في الكثافة الالكترونية لطبقات الايونوسفير مع الارتفاع بين الليل والنهار

1- طبقة D تمتد من الارتفاع 50 كم الى 90 كم

2- طبقة E وتمتد من ارتفاع 90 كم الى 140 كم

3- طبقة F1 تمتد من ارتفاع 140 كم الى 210 كم

4- طبقة F2 وتمتد الى ما فوق 210 كم

وفي بعض الاحيان في ساعات النهار ترصد طبقة تظهر في طبقة E وتكون متقطعة وهي طبقة Es اما في ساعات الليل فأن كل من الطبقات Dو Eو F1 تستنفذ جزءا كبيرا من الكتروناتها الحرة بسبب عمليات اعادة الاتحاد وتبقى طبقة F2 فقط مما جعل اهميتها بالاتصالات العالية التردد (HF) بكون لها القابلية على عكس الموجات الراديوية بأطوالها الموجية المختلفة (ابتداءا من الملمتر وحتى الكيلومتر) والاية الكريمة تشير الى هذه الظاهرة (وَالسَّمَاءِ ذَاتِ الرَّجْعِ) [الطارق:11]

الشكل يبين طبقة الأيونوسفير يظهر فيها أهمية هذه الطبقة لعكس موجات الرادار

المجال المغناطيسي للارض … واختلاف الليل والنهار

تتجلى قدرة الله تعالى بعظمته ورحمته في خلقه بأن جعل لهذه الارض التي نعيش عليها درعا واقيا الا وهو المجال المغناطيسي المحيط بها (طبقة الماجنتوسفير) او ما يسمى بأحزمة فان آلن التي تم اكتشافها في الستينيات من القرن العشرين وهو امتداد لخطوط القوة المغناطيسية الخارجية من الأرض لآلاف الكيلومترات في الفضاء الخارجي المحيط بها، ولا يمكن رؤيتها. وصدق الله العظيم إذا يقول (اللَّهُ الَّذِي رَفَعَ السَّمَاوَاتِ بِغَيْرِ عَمَدٍ تَرَوْنَهَا ثُمَّ اسْتَوَى عَلَى الْعَرْشِ وَسَخَّرَ الشَّمْسَ وَالْقَمَرَ كُلٌّ يَجْرِي لِأَجَلٍ مُسَمًّى يُدَبِّرُ الْأَمْرَ يُفَصِّلُ الْآَيَاتِ لَعَلَّكُمْ بِلِقَاءِ رَبِّكُمْ تُوقِنُونَ) [الرعد:2]. إن ظاهرة اختلاف الليل والنهار هي نعمة من نعم المولى عز وجل ينبغي التفكر فيها، وهذا يشهد على إعجاز هذه الآية الكريمة (إِنَّ فِي خَلْقِ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضِ وَاخْتِلَافِ اللَّيْلِ وَالنَّهَارِ لَآَيَاتٍ لِأُولِي الْأَلْبَابِ) [آل عمران: 190].

صورة توضيحية للغلاف المغناطيسي الأرضي وطريقة التفافه حول الأرض بشكل منتظم

ولدراسة ومعرفة الاختلاف الذي يحدث في هذا المجال المغناطيسي المحيط بالارض بين الليل والنهار فمن الضروري ان نتعرف على التأثيرات التي تحدثها الشمس على هذا المجال، ولنتطرق بعض الشيء على اهم الظواهر التي يمكن ملاحظتها على سطح الشمس خلال نشاطها المرتفع والمنخفض وهي:

التأججات الشمسية: عبارة عن تدفقات مؤقتة وشديدة من الطاقة، تلاحظ بشكل مساحات مضيئة على سطح الشمس في الاطوال الموجية البصرية، وبشكل انفجارات من الضوضاء عند الاطوال الموجية الراديوية وتبقى هذه التأججات من دقائق الى ساعات.

التأججات الشمسية وفي الإطار توضيح لتفاصيل الانفجار

البقع الشمسية: وهي مناطق داكنة تظهر على سطح الشمس (الفوتوسفير)، والبقعة النموذجية لها مركز مظلم يسمى بمنطقة الظل محاط بمساحة اقل ظلاما مسمى منطقة شبه الظل. والبقع الشمسية تأخذ احجاما مختلفة من نقطة صغيرة الى مائة الف كيلومتر وعددها يختلف من دورة واخرى وتستغرق الدورة تقريبا 11سنة. درجة حرارة البقعة تقريبا 4500 كلفن فهي ابرد من حرارة سطح الشمس بحوالي 1500 كلفن ولهذا تبدو لبقع داكنة، كما في الشكل.

البقع الشمسية

الانقذافات الاكليلية: وهي عبارة عن مادة من غاز مؤين ساخن (البلازمة) تقذف من الغلاف الخارجي للشمس وتنتقل بسرعة من 100-1000 م/ ثانية ويستغرق وصولها للارض عدة ايام وان هذه الايونات الموجبة والسالبة تكون تيار مستمر يطلق عليه بالرياح الشمسية.

الرياح الشمسية وما تسببه من اختلاف بين مناطق الليل والنهار على الكرة الارضية

الانبعاثات الصادرة من الشمس ذات تأثير على الارض: وهي على ثلاث انواع

1- الاشعة الكهرومغناطيسية وبالاخص الاشعة السينية والفوق البنفسجية ذات الطاقة العالية التي تؤدي الى تأين الذرات والجزيئات الموجودة في طبقات الجو العليا وتنتقل هذه الاشعاعات الى الارض بسرعة الضوء ويستغرق وصولها 8 دقائق. اثناء النشاط الشمسي العالي يزداد تأين الطبقات مما يؤدي الى حدوث تشويش في الاتصالات الراديوية.

2- الجسيمات ذات الطاقة العالية وهي عبارة عن الكترونات وبروتونات ونيوترونات وذرات عناصر خفيفة كالهيليوم والليثيوم مؤينة وهي تهرب من جاذبية الشمس كسحابة عند الانفجارات العنيفة وتسبح في الفضاء حتى تصل الارض، ولا يمكن رصد هذه الجسيمات الا عند القطبين كما هو الحال في الاشعة الكونية التي تخترق المجال المغناطيسي للارض .

3- تيار البلازما ذات الطاقة المنخفضة وهو ما يعرف بالرياح الشمسية وهي في حالة الهدوء تتكون من غاز متأين معظمة غاز الهيدروجين تنتقل من الشمس بسرعة 300-600 كم في الثانية، اما في حالة النشاط الشمسي فتتضاعف كثافة الغاز وتزداد سرعته فهي تستغرق عدة ايام حتى تصل الارض.

ويمكن من الشكل ان نلاحظ التغيرات التي تحدث في خطوط المجال المغناطيسي الارضي بسبب دخول هذه الانواع من الجسيمات غلاف الارض.

التغيرات التي تحدث في خطوط المجال المغناطيسي الارضي عند حدوث العواصف المغناطيسية

عند وصول الرياح الشمسية إلى الأرض تواجه الحقل المغناطيسي للأرض ويبدأ التفاعل بين الرياح الشمسية وبلازما الغلاف المغناطيسي ويتصرّفان كمولّد كهربائي ، ويمكن ان نلاحظ من الشكل بأن أغلب الجسيمات الصغيرة في الرياح الشمسية تنحرف بمسار منحني حول الأرض بسبب هذا الحقل المغناطيسي. وأن هذه الجسيمات تبدأ رحلتها حول الارض بتقوّس وعلى شكل منحني امام الارض وتسمى "صدمة القوس" ويمكن تشبيها بالماء الذي يكون قوّس موجة أمام المركب المتحرك في الماء. ويمكن ان نلاحظ من الشكل بأن الغلاف المغناطيسي شكله غير كروي فالجانب الذي يواجه الشمس منه (النهار) يمتد الى حدود 70000 كم (10-12 من نصف قطر الارض RE)، اما في جهة الارض البعيدة عن الشمس (الليل) فأنها تمتد من (20-25 RE) وعلى شكل ذيل بسبب تدفق الرياح الشمسية. هناك أيضا فجوات في الذيل المغناطيسي ويطلق عليها اسم (المنخفضات troughs)، حيث لا وجود للتدفق المادي في هذه المنطقة، وان هذه المنخفضات تكون متغيّرة في الحجم والموقع اليست هذه معجزة إلهية والتي لم يتمكن العلماء من كشف أسرارها إلا في أواخر القرن العشرين وجل من قائل (صُنْعَ اللَّهِ الَّذِي أَتْقَنَ كُلَّ شَيْءٍ) [7].

تعقيب

لقد عكف العلماء والباحثين في مجال دراسة الفضاء على وضع النماذج الرياضية بناءا على المعلومات المأخوذة من الاقمار الصناعية للتنبأ ببعض المعاملات مثل البقع الشمسية والترددات الحرجة للسنوات القادمة وذلك لمعرفة على سبيل المثال مدى التأثير الذي يحدثه النشاط الشمسي على الارض او على رواد الفضاء او على بعض الاقمار الصناعية ومن ثم توخي الحذر واتخاذ ما هو لازم. وبالرغم من ذلك فأن هنالك الكثير والكثير من الامور التي عجز العلماء عن التوصل لتفسير لها كظاهرة الانفجار الشمسي وظهور البقع الشمسية وما يتعلق بها من احداث، لندرك عظمة وقدرة الخالق عز وجل مرة اخرى في تدبير هذا الكون (إِنَّا كُلَّ شَيْءٍ خَلَقْنَاهُ بِقَدَرٍ * وَمَا أَمْرُنَا إِلَّا وَاحِدَةٌ كَلَمْحٍ بِالْبَصَر) [القمر:49،50].

ختاما

اود ان اعبر عن شكري وتقديري للمهندس الباحث عبد الدائم الكحيل لتدقيقه هذا العمل المتواضع وتشجيعي على الكتابة والنشر في هذا المجال وفقنا الله واياكم لكل ما هو خير للامة الاسلامية (وقل اعملوا فسيرى الله عملكم ورسوله والمؤمنون).

بقلم د. نجاة محمد رشيد رؤوف العبيدي

جامعة بغداد/ كلية العلوم/ قسم الفلك والفضاء

منفول......................................................