منذ القدم، كان الفضول متأصلاً في الإنسان. لطالما سعى لقياس وفهم أطوال الأشياء وأحجامها لنكتشف المزيد عن كوكبنا. ومن الجوانب التي لطالما حيّرت البشرية نصف قطر الأرض . ولأننا لا نستطيع الحفر عبر قشرة الأرض والوصول إلى لبها، كان علينا أن نتعلم كيفية تقدير وحساب نصف قطر الكوكب. وبفضل العلماء الذين ابتكروا نموذجًا لقياس هذا الطول، أصبح من الممكن تقديره بدقة متزايدة. علاوة على ذلك، يُعدّ الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض جانبًا مهمًا في فهم ديناميكيات الكوكب.
في هذه المقالة سوف نخبرك ما هو نصف قطر الأرض وكيف تم قياسه.
مشاكل قياس نصف قطر الأرض
كما نعلم، ورغم التطور التكنولوجي السريع، لا يزال كوكبنا يخفي الكثير من الأسرار. فمناطق عديدة لا تزال بعيدة عن متناول البشر، وقاع المحيط مثال على ذلك. إذ لا توجد حتى الآن تقنية قادرة على التغلب على ضغط الماء الهائل وقلة ضوء الشمس في أعماق البحار. وينطبق الأمر نفسه على لب الأرض. فقد وصفت العديد من الروايات رحلات إلى مركز الأرض، لكنه لا يزال بعيد المنال. ووصل أعمق حفر إلى حوالي 12 كيلومترًا، وهو ما يعادل تقريبًا تقشير قشرة تفاحة رقيقة.
بما أنه من المستحيل الحفر إلى لب الأرض، فقد استُخدمت طرق مختلفة لتقدير نصف قطرها. ومن أبرز العقبات التي تحول دون الوصول إلى اللب طبقة الصخور السميكة المقاومة، حتى أن المعدات المتطورة لا تستطيع اختراق كيلومترات من الصخور تحتها. كما تُشكل درجة حرارة لب الأرض عائقًا آخر، إذ تصل درجة حرارته الداخلية إلى حوالي 5000 درجة مئوية، وهي درجة لا يستطيع أي إنسان أو آلة تحملها. وأخيرًا، ينعدم الأكسجين القابل للتنفس في هذه الأعماق.
رغم التحديات العديدة التي تعترض قياس نصف قطر الأرض مباشرةً، فقد ثابرت البشرية على ذلك. وطُوّرت نماذج مختلفة لتقدير قيمته. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام الموجات الزلزالية لدراسة تركيب الطبقات الداخلية للأرض. وتتيح هذه الطرق تحديد عمق الزلزال بشكل غير مباشر. وبذلك، نستطيع التعرف على جوانب مختلفة من كوكبنا دون الحاجة إلى رؤية كل شيء بأعيننا. وهذا بدوره يُفيد في فهم سلوك لب الأرض وتأثيره على الظواهر الطبيعية.
نظرية الصفائح التكتونية وإراتوستينس
لقد ساهمت نظرية الصفائح التكتونية بشكل كبير في فهمنا لكيفية عمل كوكب الأرض. تنص هذه النظرية على أن القشرة القارية تنقسم إلى صفائح تكتونية مختلفة تتحرك باستمرار. وينتج هذا التحرك عن تيارات الحمل الحراري في وشاح الأرض. وتُعرف حركة هذه الصفائح باسم الانجراف القاري. علاوة على ذلك، تُعد هذه النظرية أساسية لفهم سلوك الصفائح التكتونية وعلاقتها بالزلازل.
تنشأ تيارات الحمل الحراري في غلاف الأرض نتيجةً لاختلاف كثافة المواد الموجودة في باطنها. ويمكننا تحديد كل ذلك من خلال طرق قياس غير مباشرة متنوعة. لطالما سعينا إلى إيجاد طرق مختلفة لقياس كل شيء. كان إراتوستينس أول عالم يقيس نصف قطر الأرض، ولا يزال هذا القياس يثير فضول الناس منذ القدم.
في ذلك الوقت، لم تكن التكنولوجيا المتاحة لقياس نصف قطر الأرض متطورة بشكل كبير. لذا، اعتمدت هذه الطريقة الأولى على عناصر بدائية للغاية. ومن الجدير بالذكر أن هذه الطرق البدائية كانت تُعتبر في ذلك العصر تكنولوجيا ثورية. وكان من أهم العناصر المستخدمة لقياس نصف قطر الأرض أهمية الانقلاب الصيفي.
أخذ إراتوستينس بردية من مكتبة ولاحظ أن عمودًا لا يُلقي بظلاله عليها. أدرك أن السبب هو سقوط أشعة الشمس على سطح الأرض بزاوية عمودية تمامًا. أثار هذا فضوله حول نصف قطر الأرض. لاحقًا، قاس نصف قطر الأرض عندما سافر إلى الإسكندرية. هناك، كرر التجربة ولاحظ أن زاوية ظل الشمس تبلغ 7 درجات. بعد هذا القياس، أدرك أن الفرق مقارنةً بالظل الذي لاحظه في أسوان دليل على أن الأرض كروية، وليست مسطحة كما كان يُعتقد آنذاك. يرتبط هذا الاكتشاف بدراسة ظواهر مختلفة، مثل تلك التي تُسببها العواصف الشمسية.
صيغة إراتوستينس لقياس نصف قطر الأرض
بعد إتمامه عدة تجارب، حصل على قياسات متنوعة. ومن ثم، بدأ بصياغة بعض النظريات التي ساعدته في قياس نصف قطر الأرض. استندت العملية برمتها تقريبًا إلى التقديرات والاستنتاجات. وكان استنتاجه الرئيسي مبنيًا على حقيقة أنه إذا كانت الأرض دائرة كاملة (360 درجة)، فإن واحدًا من خمسين من هذه الدائرة يساوي 7 درجات. هذا الجزء من المحيط الكلي هو ما تم قياسه في الظل في الإسكندرية.
بمعرفته أن المسافة بين مدينتي أسوان والإسكندرية تبلغ 800 كيلومتر، استطاع إراتوستينس أن يستنتج أن نصف قطر الأرض يبلغ 6.371 كيلومترًا . من المهم التذكير بأنه في العصر الذي أجرى فيه إراتوستينس حساباته، كان من الصعب للغاية الحصول على قياسات دقيقة. ومع ذلك، فقد توصل إلى أرقام قريبة جدًا مما هو معروف اليوم.
توجد اليوم طرق أخرى لقياس باطن الأرض بفضل الموجات الزلزالية . ويمكن تحديد العمق بناءً على المادة التي يتكون منها باطن الأرض وبعده عن مركز الزلزال.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد حول نصف قطر الأرض وكيف تم قياسه لأول مرة.