اگر از خورشید که در مرکز منظومه‌ی شمسی قرار دارد، به سمت خارج منظومه حرکت کنیم، پس از عطارد و زهره، زمین سومین سیّاره منظومه‌ی شمسی است. زمین سیاره‌ی ماست؛ سیاره‌ای بسیار زیبا که به عقیده‌ی خیلی‌ها زیباترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است ...
زمین، گرانش، جو
زمین گهواره حیات
اگر از خورشید که در مرکز منظومه‌ی شمسی قرار دارد، به سمت خارج منظومه حرکت کنیم، پس از عطارد و زهره، زمین سومین سیّاره منظومه‌ی شمسی است. زمین سیاره‌ی ماست؛ سیاره‌ای بسیار زیبا که به عقیده‌ی خیلی‌ها زیباترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است. زمین ما در کنار این زیبایی، ویژگی منحصر به فرد دیگری هم دارد. آیا شما این ویژگی زمین را می‌دانید؟ کمی فکر کنید؟ بله؛ درست حدس زدید. در کمال فروتنی، باید گفت مهمترین ویژگی زمین، خود ما هستیم؛ یعنی در واقع مهمترین ویژگی زمین، وجود جانداران شامل حیوانات، گیاهان و ما انسان‌ها بر روی آن است.
حتی اگر زمین را با دیگر سیاره‌های منظومه مقایسه نکنیم، باز هم زمین سیاره‌ی زیبایی است.
البته زمین ما در ویژگی‌های دیگری هم، دست كم در منظومه‌ی خورشیدی، بی‌نظیر و یکتاست. برای نمونه اقیانوس‌های بزرگی از آب بر روی آن وجود دارد. یا اینکه جـوّ آن دارای گاز اکسیژن است. و ویژگی‌های دیگری که در ادامه به آنها می‌پردازیم. به یاد داشته باشید اگر این ویژگی‌ها نبود هرگز حیات به گونه‌ای كه ما امروز آن را می‌شناسیم، بر روی زمین شکل نمی‌گرفت و گیاهان و جانوران و انسان‌ها وجود نداشتند.
ماه؛ قمر زمین
"قمر" سیاره‌ی بسیار کوچکی است که به دور سیاره‌ی دیگری می‌چرخد. در منظومه‌ی شمسی، در میان سیّاره‌‌هایی که تا اندازه‌ای شبیه به زمین هستند، زمین دارای یک قمر و مریخ دارای دو قمر واقعی هستند. نام قمر زمین، ماه است. شاید فکر کنید ماه هیچ تأثیری بر زمین و زمینیان ندارد و تنها به کار شاعران می‌آید؛ اما بد نیست بدانید که این قمر زیبا یكی از مهمترین عوامل ادامه‌ی حیات در زمین است؛ حتماً می‌پرسید چطور؟ برای فهمیدن این موضوع باید نکته‌ای را توضیح دهیم: همانطور که می‌دانید کج بودن محور دوران زمین به دور خودش، باعث به وجود آمدن فصل‌ها می‌شود. ولی اگر این کجی بیش از حد باشد، تابستان‌ها بسیار گرم و زمستان‌ها بسیار سرد می‌شود به طوری که همه‌ی جانداران نابود می‌شوند. در واقع اگر ماه وجود نداشت این اتفاق می‌افتاد؛ یعنی تغییرات محور چرخش زمین به‌اندازه‌ای زیاد می‌شد كه زمستان‌ها و تابستان‌های زمین بسیار طولانی می‌شد و پیامد آن، شرایط محیطی بسیار سخت و دشواری برای حیات بود. ماه نزدیک به 384400 كیلومتر از مركز زمین فاصله دارد و هر 3/27 روز یك بار زمین را دور می‌زند. البته فاصله مدار ماه تا زمین، با سرعت كمی به میزان 38 میلی‌متر در هر سال، افزایش می‌یابد. اما در حال حاضر ماه كامل در آسمانِ زمین، هم‌اندازه‌ی خورشید دیده می‌شود (چرا كه قطر خورشید 400 برابر قطر ماه است و فاصله‌ی آن نیز تقریباً 400 برابر فاصله‌ی زمین تا ماه است) و به همین دلیل بشر امروزی شاهد گرفت‌های زیبای خورشید در آسمان است.
به دلیل برابر بودن اندازه‌‌ی ظاهری ماه و خورشید در آسمان زمین، بشر شاهد گرفت‌های زیبای خورشید است. در طول یك گرفت كامل، جـوّ خورشید كه به آن تاج می‌گویند، آشكار می‌شود و بسیاری دیگر از سایر جزئیات كه در حالت عادی در درخشش قرص خورشید پنهان می‌مانند، به یكباره آشکار می‌گردد و دانشمندان از این فرصت‌های استثنائی برای بررسی نواحی درونی تاج، بیشترین استفاده را می‌كنند (عكس از علیرضا وفا).
سپرهای محافظتی مغناطیسی
زمین دارای سپرهای محافظتی بسیاری است. یكی از ویژگی‌های بسیار مهم زمین، میدان مغناطیسی آن است. به دلیل جریان‌های همرفتی هسته‌ی آهن- نیكل زمین، میدانی مغناطیسی، مشابه میدان مغناطیسی یك آهنربای دوقطبی، زمین را در برگرفته است. این میدان مغناطیسی نخستین سپر محافظتی در برابر ذرات پرانرژی كیهانی و بادها و فوران‌های خورشیدی است كه به سوی سیاره‌ی ما از هر طرف هجوم می‌آورند.
میدان مغناطیسی زمین مانند یك آهنربای دوقطبی است، جالب است بدانید كه قطب شمال این آهنربا در قطب جنوب زمین و قطب جنوب مغناطیسی آن در قطب شمال جغرافیایی قرار دارد.
میدان مغناطیسی زمین، نخستین سپر محافظتی در برابر ذرات پر انرژی در فضا
جـوّ
وجود جـوّ از ویژگی‌های بسیار مهم زمین است. اَزُت یا نیتروژن مقدار زیادی از جـوّ زمین یعنی نزدیک به 80 درصد آن و اکسیژن نزدیک به بیست درصد آن را تشکیل می‌دهد. در كنار این دو گاز، بخار آب، اندكی دی اكسید كربن و اُزُن نیز از تركیب‌های مهم جـوّی هستند. همچنین مقدار بسیار کمی ازگازهایی مانند آرگون، كریپتون، نئون و زنون نیز در جـوّ زمین وجود دارد. این گازها تأثیر بسیاری بر حیات در کره‌ی زمین دارند؛ زیرا پرتوهای زیان‌‌آور فرابنفش را جذب می‌کنند و در تنظیم دمای جـوّ اثرگذارند. در اهمّیّت دمای جـوّ همین بس كه اگر میانگین دمای زمین تنها چند درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش یابد، آب اقیانوس‌ها بخار می‌شود؛ چرخه‌ی آب بر هم می‌خورد؛ اثرات وحشتناكی در تركیبات جـوّی ایجاد می‌گردد و سرانجام زمین زنده و شاداب ما به بیابانی خشك و بی‌حاصل تبدیل می‌شود.
جـوّ زمین علاوه بر جلوگیری از عبور پرتوهای فرابنفش، از ما در برابر سنگ‌های آسمانی نیز محافظت می‌کند. ذرات ریز و درشت فراوانی در فضا با سرعتی بسیار بیش از گلوله‌ی تفنگ با جـوّ زمین برخورد می‌كنند، اما در ارتفاع‌های بالای جـوّ بر اثر دمای بالای ناشی از فشرده شدن هوای جلوی آنها می‌سوزند و از بین می‌روند. در واقع سوختن و تصعید همین اجرام در شب باعث ظهور شهاب در آسمان می‌شود.
همانطور که گفته شد، جـوّ فواید بسیاری برای زمینیان دارد. عاملی كه باعث نگه داشتن جـوّ، بر گرد این سیاره‌ی زیبا می‌شود و همچنین از مهمترین پارامترهای تأثیرگذار بر رفتار آن است، نیروی گرانش زمین است كه همگی ما را بر سطح زمین نگه می‌دارد و ماه و همه‌ی ماهواره‌های ساخته‌ی دست بشر را در مدارهایی بر گرد زمین به گردش در می‌آورد. به دلیل اهمّیّت و نقش به سزای این نیرو در شكل‌دهی جهان هستی و حركت اجرام سماوی از جمله ماهواره‌ها و فضاپیماها به معرفی بیشتر آن می‌پردازیم.
گرانش
گرانش، نیروی اصلی در شکل‌گیری جهان مادّی و حرکت اجرام سماوی است. این نیرو بر حرکت، تشکیل و تغییرات ساختارهای گوناگون کیهان اثرگذار است. باید گفت ویژگی‌های کیهان، به عنوان بزرگترین ساختار شناخته شده، به مقدار جرم موجود در جهان و برهمکنش گرانشی جرم وابسته است.
در طول اعصار و دوران‌های گوناگون، بشر درك مبهمی از این نیرو كه به صورت جاذبه عمل می‌كند داشته است. نخستین کسی كه به تشریح و فرمول‌بندی این نیرو پرداخت، دانشمند و ریاضی‌دان بزرگ آیزاک نیوتن بود. «قانون جهانی گرانش» نیوتن كه نخستین بیان ریاضی گرانش بود در كتاب « اصول» وی در سال 1687 منتشر شد. البته با این که قانون جهانی گرانش، نخستین بار به صراحت توسط آیزاک نیوتن بیان شد، پیش از او نیز دانشمندان دیگری پدیده‌ی گرانش را بررسی کرده بودند.
می‌گویند آیزاک نیوتن با دقّت درباره‌ی علّت و چگونگی سقوط سیب (به سرش!) به جاذبه‌ی گرانشی زمین پی برد.
برای نمونه بطلمیوس (قرن دوم پس از میلاد) درك مبهمی از نیرویی داشت كه به سوی مركز زمین گرایش دارد. به اعتقاد او این نیرو نه تنها اجسام را در سطح زمین نگه می‌دارد، بلكه به نحوی موجب نظم جهان نیز می‌شود.
براهماگوپتا (قرن هفتم میلادی) پیرو نظریه‌ی خورشید مركزی در منظومه‌ی شمسی، معتقد بود كه اجسام به سوی زمین سقوط می‌كنند؛ زیرا طبیعتِ كره‌ی زمین جذب اجسام است؛ همچنان كه طبیعت آب جاری شدن است.
یوهانس كپلر (اوایل قرن هفدهم میلادی) اخترشناس دانمارکی، دریافت كه سیارات در مدارهای خود تحت تأثیر نیرویی حركت می‌كنند كه خورشید به آنها وارد می‌كند، اما نظریه‌ی كپلر برای بیان دقیق ویژگی‌های این نیرو به قدر كافی روشن و واضح نبود.
مهمترین کشف نیوتن این بود كه او دریافت که همان نیرویی كه باعث می‌شود تا سنگ پرتاب شده به آسمان، به سوی زمین بازگردد، سیارات را نیز در مدار خودشان بر گردِ خورشید، و ماه را در مدار خود بر گرد زمین نگه می‌دارد.
قانون جهانی گرانش نیوتن تا زمان ارائه نظریه نسبیت عام اینشتین در آغاز سده بیستم به عنوان نظریه‌ی استاندارد گرانش پا برجا بود. در نظریه‌ی نسبیت عام، گرانش نه به صورت یك نیرو، بلكه به صورت تغییر در انحنای فضا - زمان بیان می‌شود. البته تغییرات در هندسه‌ی چهاربعدی فضا - زمان تنها در سرعت‌های بسیار زیاد یا میدان‌های گرانشی بسیار قوی پدید می‌آید. از این رو به دلیل اینكه اثرات نسبیتی در سرعت‌های بسیار كمتر از سرعت نور، آشکار نیست، نظریه‌ی جهانی گرانش نیوتن همچنان برای محاسبات مربوط به میدان‌های گرانشی ضعیف همچون حركت آونگ‌ها، ماهواره‌ها، پرتابگرها و ... در پیرامون زمین و سیارات منظومه‌ی شمسی به قدر کافی دقیق است.
در نظریه‌ی نسبیت عام، گرانش نه به صورت یك نیرو، بلكه به صورت تغییر در انحنای فضا - زمان بیان می‌شود. برای نمونه اگر فضا- زمان را 2 بعدی آنچنان كه در شكل بالا مشاهده می‌كنید فرض کنیم، اثر گرانشی زمین به صورت ایجاد انحناء در این هندسه است.
