جزرومد

Tides

در میان سیارات منظومه شمسی، سیاره زمین تنها سیاره ای است که دارای مقادیر بسیار زیاد آب در سطحش می باشد بطوریکه تقریبا" سه چهارم سطح آن از آب پوشیده شده است.بیشتر مردم با تغییرات روزانه سطح آب دریاها بعنوان جزرومد آشناهستند.تقریبا" در تمام نقاط ساحلی دنیا جزرومد بصورت دو بار مد(بالا آمدن آب) ودوبار جزر(پایین آمدن آب) وجود دارد.مقدار اختلاف بالا وپایین آمدن آب بین چند سانتی متر تا چند متر ودر نقاط مختلف دنیا متفاوت است.برای نمونه درمنطقه ای در مرز کانادا وآمریکا این مقدار به حدود 20 متر می رسد.واما دلیل جزرومد چیست؟

جزرومد نتیجه مستقیم اثر گرانشی ماه وخورشید روی زمین است.همانطور که می دانید مقدار نیروی گرانش به فاصله دو جسم بستگی دارد.بنابراین در مورد ماه و زمین (همین طور خورشید و زمین)جاذبه ماه روی قسمتی از زمین که رو به ماه است بیشتر از قسمت دیگر که در حدود 12800 کیلومتر(قطر زمین) دورتر است می باشد.تفاوت این نیرو ناچیز ودر حدود 3 درصد است اما دارای اثری قابل توجه است.

همانطور که از شکل آشکار است نتیجه  این است که زمین مقداری تغییر شکل داده وکشیده می شود ومحور بزرگ شکل ویژه آن هم به سمت ماه خواهد بود. تغییر شکل، خود را به شکل برآمدگی آب اقیانوسها نشان می دهد (البته پوسته زمین هم در حدود صد بار ضعیفتر دارای برآمدگی خواهد شد)ودلیل اینکه در هر منطقه شاهد بالا وپایین رفتن روزانه آب دریا هستیم چرخش روزانه زمین حول محور خود است.با توجه به اینکه ماه در مدار خود در آسمان به سمت شرق جابجا می شود وهر روز در حدود50 دقیقه باید صبر کرد تا ماه از  دید یک ناظر در یک مکان مشخص به موقعیت روز پیش خود برسد جزر ومد هر روز با حدود 50 دقیقه تاخیر در هر مکان رخ می دهد.برای نمونه اگر امروز مد در ساعت 2 رخ دهد فردا در ساعت 2 و50 دقیقه رخ خواهد داد.بعضی مسائل آب وهوایی بعلاوه بعضی مسائل جغرافیایی می توانند زمان جزرومد را تحت تاثیر قرار دهند.پیش بینی زمان رخ دادن پدیده جزر ومد از لحاظ کارهای دریانوردی وحمل ونقل دریایی بسیار مهم است.

دلیل اینکه در هر منطقه روزانه شاهد دوبار جزر ودوبار مد هستیم چیست؟یا به گفته دیگر،دلیل برآمدگی سطح آب دریاهادر سمت مقابل ماه یعنی سمتی که از ماه دور تر است چیست؟

به کمک شکل بالا به توضیح این مسئله می پردازیم.در این شکل طول کمانها نشاندهنده شدت نسبی نیروی گرانش ماه روی زمین است.در قسمت بالای شکل، نیروی گرانشی ماه بر قسمتهای مختلف زمین اثر می کند.مقدار نیرو در نقاطی که به ماه نزدیکتر باشد بیشتر ودر نقاط دور کمتر خواهد بود.از کم کردن نیروهایی که بر قسمتهای مختلف زمین اثر می گذارند با نیرویی که بر مرکز زمین وارد می شود یا در واقع با در نظر گرفتن نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش زمین وماه دور مرکز ثقل مشترکشان شکل پایینی بدست می آید. باید در نظر داشت که مرکز ثقل مشترک زمین وماه نقطه ای است که در فاصله 1720 کیلومتری از سطح زمین فاصله دارد.اگر  زمین وماه  بدون حرکت بودند گرانش ماه موجب میشد که در سمتی از زمین که به ماه نزدیکتر بود آب به حالت برآمده باشد.عملا" بدلیل چرخش زمین وماه حول مرکز جرم مشترکشان ،بدلیل وجود نیروی گریز از مرکز ،آب اقیانوسها به سمت دور از ماه زمین کشیده می شود .در عمل بدلیل تعادل دو عامل نیروی گرانشی ماه ونیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش زمین وماه حول مرکز جرم مشترکشان ،شاهد دو جزرومد هستیم.

همانطور که در بالا اشاره شد خورشید نیز در شکل گیری جزرومد اثر دارد.گرچه خورشید 375 برابر دورتر از ماه است ولی بدلیل اینکه جرم آن حدود 27 میلیون برابر جرم ماه است اثرات گرانشی آن نصف اثرات ماه است.بنابراین جزرومدی که در سطح زمین شاهد هستیم نتیجه اثر همزمان نیروهای گرانشی ماه وخورشید است.در نتیجه چرخش ماه دور زمین و تغییر موقعیت آن نسبت به خورشید طی ماه  ودر ماههای مختلف شاهد حالتهای مختلف بالا وپایین رفتن آب در ساحل هستیم.

در اوایل وچهاردهم هر ماه قمری  که ماه وخورشید تقریبا" در یک خط قرار می گیرند اثرات گرانشی آنها با هم جمع می شود و جزرومدها شدید تر می شونددر این جزر ومدها آب در زمان جزر از حالت عادی پایین تر ودر زمان مد هم از حالت عادی بالاتر خواهد آمد.این جزرو مدها به جزرومد بهاری موسومند از طرف دیگر در زمان تربیع اول وتربیع دوم هم که ماه وخورشید زاویه 90 درجه می سازند شدت جزرومدها به حداقل خود می رسند.این جزر ومدها به جزر ومد نیپ(neap)مشهورند.

با بررسی دقیق جزرومد آشکار شده است که بر آمدگی آب اقیانوسها در امتداد خط واصل ماه زمین نیست بلکه مطابق شکل زیر بر آمدگی حدود 3 درجه با این خط زاویه می سازد.دلیل وجود این زاویه اثرات  اصطکاک بین پوسته زمین با آب اقیانوسها می باشد.

به  دلیل همین 3 درجه وضعیت جزرومد با موقعیت ظاهری ماه تطابق کامل ندارد.برای نمونه در حالتی که ماه در بالای سر ناظر قرار دارد  بیشترین حالت مد نیست بلکه چند دقیقه دیگر باید انتظار وقوع مد را داشت.

مطابق شکل زیر  این 3 درجه اختلاف دارای نتایج زیر است:

1-یک برآیند نیرو با حرکت زمین بدور خود مخالفت می کند ودر نتیجه سرعت چرخش زمین بدور خود با مرور زمان کاهش می یابد بنابراین طول روز با آهنگ یک ونیم میلی ثانیه طی هرقرن افزایش می یابد.با بررسی لایه های زمین شناسی در بعضی از نقاط زمین آشکار شده است که در گذشته طول روز کوتاهتر بوده است .بررسی ها نشان می دهند در حدود نیم میلیارد سال پیش طول روز تنها 22 ساعت بوده است.به همین ترتیب در آینده نیز طول روز بمرور زمان بلند تر خواهد شد.

2-یک نیروی برآیند موجب فشار رو به جلوی ماه در مدار می شود.در نتیجه این نیروی اضافی ،ماه در هرقرن در حدود 4 سانتی متر از زمین فاصله می گیرد.( جالب است که توجه کنید در آینده زمانی فراخواهد رسید که زمینیان دیگر شاهد خورشید گرفتگی کامل نخواهند بود.)

دو فرآیند بالا یعنی کند شدن زمین وفاصله گرفتن ماه  تا زمانی که دوره چرخش زمین بدور خود با دوره چرخش ماه بدور زمین برابر شود ادامه خواهد داشت.محاسبات نشان می دهند در چند میلیارد سال آینده طول روز زمینی 47 برابر مقدار فعلی شده وماه نیز تا فاصله 550000 هزار کیلومتری از زمین فاصله خواهد گرفت .در این حالت اصطلاحا" گفته می شود که ماه  با زمین قفل می شود .در این زمان ماه در روی یک نقطه از زمین بطور ثابت در آسمان باقی خواهد ماند.

مطلبی از ناصر خسرو در خصوص جزرومد

صفت مد و جزر بصره و جویهای آن : دریای عمان را عادت است که در شبانه روزی دوباره مد برآورد ، چنانکه مقدار ده گز آب ارتفاع گیرد . و چون تمام ارتفاع گیرد ، به تدریج جزر کند و فرونشستن گیرد تا ده دوازده گز . و آن ده گز که ذکر میرود ، به بصره بر عمودی با دید آید که آن را قایم کرده باشند ، یا به دیواری . والا اگر زمین هامون بود و نه بلندی بود ، عظیم دور برود .چنان است که دجله و فرات که نرم میروند – چنانکه بعضی مواضع محسوس نیست که به کدام طرف میروند – چون دریا مد کند ، قرب چهل فرسنگ آب ایشان مد کند و چنان شوند که پندارند بازگشته است و به بالا برمیرود . اما به مواضع دیگر از کناره های دریا به نسبت بلندی و هامونی زمین باشد : هرکجا هامون باشد بسیار آب بگیرد و هرجا بلند باشد کمتر بگیرد .

و این مد و جزر ،گویند تعلق به قمر دارد که به هر وقت قمر بر سمت رأس و رجل باشد -  و آن عاشرو رابع است – آب در غایت مد باشد . و چون قمر بر دو افق یعنی افق مشرق و مغرب باشد غایت جزر باشد . دیگر آنکه چون قمر در اجتماع و استقبال شمس باشد آب در زیادت باشد یعنی مد در این اوقات بیشتر باشد و ارتفاع بیش گیرد ، و چون در تربیعات باشد ، آب در نقصان باشد . یعنی به وقت مد علوش چندان نباشد و ارتفاع نگیرد که به وقت اجتماع و استقبال بود و جزرش از آن فروتر نشیند که به وقت اجتماع و استقبال می نشست . پس بدین دلایل میگویند که تعلق این مد و جزر از قمر است ، و الله تعالی اعلم .