شكل الأرض وأبعادها الدقيقة

شكل الأرض وأبعادها

لطالما شغلت الأرض مكانة محورية في وعي الإنسان عبر العصور، بوصفها الكوكب الذي احتضن الحياة بكل تنوعها وتعقيدها، وباعتبارها النقطة التي انطلقت منها حضارات ومعارف علمية أسهمت في تشكيل فهمنا للكون. ومن بين أبرز الأسئلة التي أُثيرت منذ فجر التاريخ: ما هو شكل الأرض؟ وما هي أبعادها؟ هذه الأسئلة لم تكن مجرد فضول فكري، بل كانت بمثابة أساس للتطور العلمي في مجالات الجغرافيا والفلك والفيزياء وعلوم الأرض.

إنّ فهم شكل الأرض وأبعادها لم يكن ثابتاً عبر العصور، بل مرّ بمراحل من التخمينات البدائية إلى النماذج الرياضية الدقيقة المدعومة بالتقنيات الحديثة. وسيتناول هذا المقال الطويل، بشيء من التفصيل، تطوّر فهم شكل الأرض، وخصائصها الهندسية، والأدلة العلمية التي دعمت هذا الفهم، وأبعاد الأرض الدقيقة ومكوناتها، مع إبراز أثر هذه المعطيات على العلوم الحديثة.

الشكل الهندسي للأرض

خلافاً للتصورات البسيطة، فإن شكل الأرض ليس كروياً تماماً، بل يُعرف بشكل أكثر دقة باسم “الجيود” (Geoid). الجيود هو الشكل الذي تأخذه الأرض نتيجة توازن قوى الجاذبية وقوى الطرد المركزي الناتجة عن دوران الأرض حول محورها. يتميز هذا الشكل بعدم انتظام سطحه بدقة بسبب تفاوت توزيع الكتلة الأرضية والاختلافات الطبوغرافية.

ورغم أن الشكل القريب من الجيود معقّد في تمثيله الهندسي، إلا أن العلماء يستخدمون عادة نموذج “القطع الناقص أو الإهليلجي المفلطح” (Oblate Spheroid) لوصف الأرض من منظور رياضي. ويعني هذا أن الأرض مفلطحة قليلاً عند القطبين ومنتفخة عند خط الاستواء، نتيجة دورانها حول نفسها.

تطور فهم شكل الأرض عبر التاريخ

في العصور القديمة

في الحضارات القديمة، سادت تصوّرات مختلفة حول شكل الأرض. ففي الثقافات البابلية والمصرية، كانت الأرض تُصوّر على شكل قرص مسطح يعلوه قبة السماء. أما الفلاسفة الإغريق، فقد بدأوا بطرح تصورات علمية أكثر تطوراً؛ ويُعزى إلى الفيلسوف فيثاغورس أول اقتراح بأن الأرض كروية، وهو اقتراح دعّمه لاحقاً أفلاطون وأرسطو.

أحد أكثر الاكتشافات دقة جاء من العالم الإغريقي إراتوستينس في القرن الثالث قبل الميلاد، الذي قام بقياس محيط الأرض باستخدام الظلال في موقعين مختلفين في مصر، وقدّر محيطها بنحو 40,000 كيلومتر، وهي قيمة قريبة جداً من القيم الحديثة.

في العصور الإسلامية والوسطى

واصل العلماء المسلمون البناء على إرث الإغريق، وقدموا إضافات مهمة في الجغرافيا والقياس. فعلى سبيل المثال، قام الخليفة العباسي المأمون بإجراء قياسات دقيقة لمحيط الأرض من خلال فرق علمية استخدمت وسائل رياضية وفلكية متقدمة.

في العصور الحديثة

مع تطور علوم الفلك ورصد الأقمار الصناعية، أصبح بالإمكان قياس أبعاد الأرض وشكلها بدقة فائقة. وفي القرن السابع عشر، أثبت الفيزيائي إسحق نيوتن أن الأرض ليست كرة تامة، بل مفلطحة قليلاً عند القطبين، وهو ما أكدته الرحلات العلمية والاستكشافات الجغرافية لاحقاً.

الأبعاد الدقيقة للأرض

تُقدّر أبعاد الأرض بناءً على نموذج القطع الناقص المفلطح، حيث يتغيّر نصف القطر تبعاً للموقع الجغرافي، ما بين نصف القطر الاستوائي ونصف القطر القطبي. وتُقدّر هذه الأبعاد كما يلي:

تمكّنت الأقمار الصناعية مثل GRACE وLAGEOS وGOCE من تقديم نماذج دقيقة لشكل الأرض وتوزيع كتلتها، مما سمح بتعزيز فهمنا لمجال الجاذبية الأرضي وتحسين النماذج المناخية والجيولوجية.

الطبقات المكوّنة للأرض

لا يقتصر فهم الأرض على شكلها الخارجي فقط، بل يمتد إلى بنية طبقاتها الداخلية، والتي تؤثر أيضاً على سلوكها الفيزيائي والجيوفيزيائي. وتتكون الأرض من:

1. القشرة الأرضية: وهي الطبقة السطحية، وتتراوح سماكتها بين 5 إلى 70 كيلومتراً.

2. الوشاح (Mantle): يمتد حتى عمق 2,900 كيلومتر، ويتكون من صخور صلبة نسبياً، لكنها تتصرف كمواد لدنة على المدى الطويل.

3. اللب الخارجي (Outer Core): طبقة سائلة من الحديد والنيكل، تمتد من عمق 2,900 إلى 5,150 كيلومتر.

4. اللب الداخلي (Inner Core): نواة صلبة بقطر نحو 1,220 كيلومتر، تتكوّن من الحديد في حالته الصلبة بسبب الضغط الهائل.

هذه البنية الطبقية المعقدة تفسّر الظواهر الزلزالية، والحركات التكتونية، وتوليد المجال المغناطيسي الأرضي.

انبعاج الأرض: الفلطحة الاستوائية

أحد أهم السمات الهندسية المميزة لشكل الأرض هو ما يُعرف بـ “الفلطحة الاستوائية”، أي الانبعاج الطفيف عند خط الاستواء والانضغاط الطفيف عند القطبين. ويحدث هذا بسبب دوران الأرض حول محورها بسرعة تبلغ حوالي 1,674 كيلومتر/ساعة عند خط الاستواء، مما يولد قوة طرد مركزي تتسبب في هذا الانبعاج.

هذه الفلطحة ليست مجرد تفصيل هندسي، بل لها آثار عملية، حيث تؤثر على:

• توزيع الجاذبية الأرضية.

• ارتفاع الأقمار الصناعية.

• الملاحة الجوية والبحرية.

• تحديد مواقع الأقمار الاصطناعية بدقة.

• الملاحة بواسطة نظام GPS.

الجيود وتحديد المواقع

مصطلح “الجيود” يُستخدم في علوم الجيوديسيا (علم القياسات الأرضية) لوصف الشكل الحقيقي للأرض، بحيث يمثل سطح تساوي الجاذبية، وهو السطح الذي تُقاس إليه كل الارتفاعات والخرائط الطبوغرافية.

وقد ساهم تحديد هذا السطح بدقة في تطوير أنظمة الملاحة الحديثة مثل نظام التموضع العالمي (GPS) ونظام غاليليو الأوروبي، وهو ما أتاح اعتماد قياسات دقيقة للارتفاعات الجغرافية والمسافات والمسارات الجوية والبحرية.

الجاذبية وتوزيع الكتلة

شكل الأرض غير المنتظم يرتبط ارتباطاً مباشراً بتوزيع الكتلة داخلها. فالمناطق التي تحتوي على كتل صخرية كثيفة أو سلاسل جبلية، مثل جبال الهيمالايا أو أعماق المحيطات، تؤثر على قيمة الجاذبية في تلك المواقع. وهذا ما يُعرف بـ “شذوذ الجاذبية” (Gravity Anomalies).

وتُستخدم هذه الفروقات في دراسات الزلازل والبراكين والتنقيب عن الثروات الباطنية مثل النفط والمعادن. كما تتيح نماذج الجاذبية الحديثة، التي تصدرها بعثات الأقمار الصناعية، فهماً أعمق لتغيرات توزيع الكتلة الأرضية نتيجة ذوبان الجليد أو تغيرات المناخ.

أثر شكل الأرض في الظواهر الطبيعية

تُسهم الخصائص الشكلية للأرض في تفسير العديد من الظواهر الطبيعية:

• اختلاف الجاذبية: نظراً لانبعاج الأرض عند خط الاستواء، فإن الجاذبية هناك أضعف قليلاً منها عند القطبين.

• الانحراف الزاوي: أشعة الشمس لا تصل كل المناطق بشكل عمودي بسبب الشكل المفلطح للأرض، مما يفسر اختلاف درجات الحرارة وتنوع المناخات.

• المواسم والفصول: نتيجة ميل محور الأرض وشكلها، تتعاقب الفصول بين شتاء وصيف وربيع وخريف.

• المد والجزر: يتأثر سلوك المد والجزر بعلاقة الأرض بالقمر، وشكل الأرض هو عنصر رئيسي في تحديد سلوك هذه الظاهرة.

الخلاصة العلمية لشكل الأرض

إن الأرض، من منظور علمي معاصر، هي جسم مفلطح بشكل طفيف نتيجة دورانها، وشكلها الأقرب إلى الحقيقة هو “الجيود”، الذي يعبّر عن التوازن بين الجاذبية وقوة الطرد المركزي. وقد استطاع الإنسان، بفضل التقدم العلمي والتقني، أن يصل إلى نماذج دقيقة تصف أبعاد الأرض وشكلها بطريقة تسمح باستخدام هذه المعرفة في تطبيقات حيوية تشمل الملاحة، ورصد الكوارث، وتحديد الخرائط، وفهم الظواهر الجيولوجية والمناخية.

المراجع العلمية:

1. Torge, Wolfgang. Geodesy. Walter de Gruyter, 2001.

2. Vaníček, Petr, and Edward Krakiwsky. Geodesy: The Concepts. Elsevier, 1986.