الفلك

كيف تحسب مقدار سطح الأرض (أو كوكب آخر) المرئي؟

كيف تحسب مقدار سطح الأرض (أو كوكب آخر) المرئي؟

بقيت أسئلتي الثلاثة الأخيرة بلا إجابة لكنني لن أنتظر هذا السؤال ، أود أن أتعلم الصيغة وأتمنى هذا السؤال يحصل على إجابة.

مع تقدمك بعيدًا عن الأرض على التوالي ، يصبح المزيد والمزيد من سطح الأرض مرئيًا. على مسافة لا نهائية ، ستكون النسبة المئوية للسطح المرئي 50٪. الآن أود أن أعرف كيف تحسب النسبة المرئية من الارتفاع / المسافة ، وكيف تحسب الارتفاع / المسافة من مقدار السطح المرئي.

على سبيل المثال ، ما مقدار سطح الأرض المرئي عند ارتفاع 3000 ميل (4800 كم) أو على أي ارتفاع ترى 38٪ من سطح الأرض؟


سطح الأرض الذي يمكن رؤيته عندما تنظر إلى الكوكب من مسافة معينة هو غطاء كروي من حيث الهندسة. ها هو باللون الأزرق:

دولار أسترالي هو موقف المراقب ،
$ H $ هي المسافة من المراقب إلى سطح الكرة ،
$ O $ هي مركز الكرة ،
$ r $ هو نصف قطر الكرة ،
$ AB $ هي المسافة إلى الأفق الحقيقي ،
$ الزاوية ABO = 90 ° $,
$ زاوية ثيتا $ هي الزاوية بين الأشعة من مركز الكرة إلى قمة الغطاء (القطب) وحافة القرص التي تشكل قاعدة الغطاء.

منطقة الغطاء $ A_c $ يمكن العثور عليها وفقًا لهذه الصيغة: $$ A_c = 2 pi r ^ 2 (1- cos theta) $$

$ cos theta $ في المثلث الأيمن $ ABO $ هي نسبة القسطرة المجاورة $ OB = r $ إلى الوتر OA دولار = r + H $، هذا هو، $ cos theta = frac {r} {r + H} $، وبالتالي $$ A_c = 2 pi r ^ 2 (1- frac {r} {r + H}) $$

النسبة المئوية $ R _ ٪ $ من المنطقة المرئية $ A_c $ إلى المساحة الكاملة للكرة $ A_s $ هو $$ R _ ٪ = frac {A_c} {A_s} times 100 ٪ $$ منذ أن المساحة الكاملة للكرة هي $ A_s = 4 pi r ^ 2 $، نحن لدينا: $$ R _ ٪ = frac {2 pi r ^ 2 (1- frac {r} {r + H})} {4 pi r ^ 2} times 100 ٪ $$ 2 دولار pi r ^ 2 $ أعلى وأسفل السطر ملغى ، لذا فإن الصيغة النهائية هي كما يلي: $$ bbox [7px، border: 2px أحمر خالص] {R _ ٪ = frac {1} {2} times (1- frac {r} {r + H}) times 100 ٪} $$


الإجابة على سؤالك ، من ارتفاع 3000 ميل (4800 كم) يمكن للمرء أن يرى 21.4842 دولارًا أمريكيًا ٪ تقريبًا 21.5 ٪ $ من سطح الأرض.

لقد قمت بكتابتها في حاسبة Google هنا ، لذا يمكنك استخدامها ، فقط استبدل نصف قطر الأرض البالغ 6371 كم والارتفاع 4800 كم بالأرقام التي تريدها.

أيضًا ، يوجد هنا رسم بياني يوضح كيفية رؤية المنطقة من الأرض ($ ص = 6371 كم $) يتغير مع الارتفاع ، مقياس واسحب الرسم البياني بالماوس.

بالنسبة لإيجاد الارتفاع الذي تظهر منه النسبة المئوية المعطاة لسطح الأرض ، فهذه هي مجرد تحول الصيغة النهائية لهذا السبب $ H $ على جانب واحد من $=$ وكل ما تبقى من ناحية أخرى فقط $ R $ هذه مجرد نسبة ، لا نسبة مئوية ، لذا ستضع 0.38 ، وليس 38٪ في الصيغة: $$ H = 2r / ( frac {1} {R} - 2) $$ تقول الآلة الحاسبة إنه لرؤية 38٪ من سطح الأرض ، يجب أن تكون 20174.83 كم (12536 ميل) فوق السطح.


أسئلة مشابهة

الفيزياء

على سطح كوكب معين ، تبلغ عجلة الجاذبية g مقدار 12.0 m / s ^ 2. جرس نحاسي يزن 21.0 كجم يتم نقله إلى هذا الكوكب. ما هي (أ) كتلة الكرة النحاسية على الأرض وعلى الكوكب ، و (ب)

الفيزياء

الكوكب X له نفس كتلة الأرض ، لكن نصف قطره لا يتجاوز نصف قطره. كيف تقارن الجاذبية على هذا الكوكب بالجاذبية على كوكب الأرض؟

مساعدة الفيزياء 3 !! **

استنادًا إلى البيانات التالية حول الكوكب X (الذي يدور حول الشمس): مسافة الكوكب X من الشمس = 3.6 * 1012 م نصف قطر الكوكب X = 2 * 106 م كتلة الكوكب X = 8.2 * 1022 كجم أ.) ابحث عن gx ، الحجم من التسارع بسبب الجاذبية

الفيزياء

تزن 526 نيوتن على الأرض. تبلغ كتلة الكوكب X ضعف كتلة الأرض ونصف قطر الأرض. ما هو وزنك بالنيوتن على الكوكب X؟

الفيزياء

يزن الشخص 526 نيوتن على الأرض. كوكب آخر لديه ضعف كتلة الأرض ونصف قطر الأرض. ابحث عن الوزن على الكوكب الآخر. أحتاج إلى مساعدة في صيغة أيضًا.

الفيزياء

كتلة معلقة على مقياس زنبركي. يُظهر المقياس قراءة 5 نيوتن ويمتد مسافة 0.2 متر من طوله المريح. 1) ما هو ثابت الربيع في المقياس؟ ) إذا تم نقل هذا المقياس إلى كوكب يحتوي على

الفيزياء

إذا تم اكتشاف كوكب صغير كانت مدته المدارية ضعف الفترة المدارية للأرض ، فكم مرة سيكون هذا الكوكب بعيدًا عن الشمس؟

علم

إذا كانت جميع الكواكب التخيلية التالية على مسافة واحدة من الشمس ، فأي قوة جاذبية ستواجهها بسبب الشمس؟ الكوكب أ: كتلته 3500 كجم الكوكب ب: كتلته 50000 كجم كوكب ج: كتلته 750 كجم كوكب د:

الفيزياء

أجد صعوبة في حل هذه المشكلة. يتناسب وزن الجسم الموجود على سطح الكوكب مع كتلة الكوكب ويتناسب عكسًا مع مربع نصف قطر الكوكب. نصف قطر كوكب المشتري 11 مرة

أرض

يحدد مسافر في الفضاء نصف قطر الكوكب ليكون نصف الأرض. بعد الهبوط على سطحه ، وجد أن التسارع الناتج عن الجاذبية يساوي ضعف تسارع سطح الأرض. أوجد نسبة كتلة الكوكب إلى

مساعدة العلوم من فضلك

8. أي مما يلي يقارن بشكل صحيح بين كتل الأجسام المختلفة في الكون؟ القمر أقل كتلة من نجم وكتلة أكبر من الكوكب الذي يدور حوله. ب- كوكب له كتلة أقل من مجرة ​​وكتلة أكبر من كتلة نجمها

الفلك

لنفترض أنك تسافر إلى كوكب تبلغ كتلته 4 أضعاف كتلة الأرض و 4 أضعاف نصف قطر الأرض. احسب مقدار وزنك على هذا الكوكب أكثر أو أقل مقارنةً بوزنك على الأرض. عبر عن إجابتك كعامل


هل اكتشفت ناسا أرضًا أخرى؟ ربما

النقاط الرئيسية للقصة

  • هذا العالم المكتشف حديثًا ، Kepler-1649c ، يبعد 300 سنة ضوئية عن الأرض.
  • قالت ناسا إن هذا العالم يشبه الأرض من حيث الحجم ودرجة الحرارة المقدرة.
  • & quot ؛ يمنحنا هذا العالم البعيد المثير للاهتمام المزيد من الأمل في أن الأرض الثانية تقع بين النجوم. & quot

مقارنة بين Earth و Kepler-1649c ، وهو كوكب خارج المجموعة الشمسية لا يزيد قطره عن 1.06 ضعف قطر الأرض. (الصورة: ناسا / مركز أبحاث أميس / دانيال روتر)

كشفت دراسة جديدة أن علماء الفلك اكتشفوا كوكبًا بنفس حجم الأرض تقريبًا يدور في المنطقة الصالحة للسكن لنجمه ، حيث يمكن أن توجد المياه السائلة على سطحه.

يشير وجود الماء السائل أيضًا إلى أن الكوكب يمكن أن يدعم الحياة.

هذا العالم المكتشف حديثًا ، Kepler-1649c ، يبعد 300 سنة ضوئية عن الأرض ويدور حول نجم يبلغ حجمه ربع حجم شمسنا.

وقالت ناسا إن الأمر المثير هو أنه من بين 2000 كوكب خارجي زائد تم اكتشافه باستخدام الملاحظات من تلسكوب كبلر الفضائي ، فإن هذا العالم يشبه الأرض إلى حد كبير من حيث الحجم ودرجة الحرارة المقدرة.

كوكب خارج المجموعة الشمسية هو كوكب خارج نظامنا الشمسي.

قال توماس زوربوشن ، المدير المشارك لمديرية المهام العلمية التابعة لوكالة ناسا في واشنطن العاصمة: "يمنحنا هذا العالم البعيد المثير للفضول أملًا أكبر في أن أرضًا ثانية تكمن بين النجوم ، في انتظار العثور عليها".

على الرغم من أن وكالة ناسا قالت إن هناك كواكب خارجية أخرى يُقدر أنها أقرب إلى الأرض من حيث الحجم - والبعض الآخر قد يكون أقرب إلى الأرض في درجة الحرارة - لا يوجد كوكب خارجي آخر أقرب إلى الأرض في كلتا القيمتين الموجودتين أيضًا في المنطقة الصالحة للسكن. النظام.

هذا العالم الذي تم الكشف عنه حديثًا أكبر بمقدار 1.06 مرة فقط من كوكبنا. أيضًا ، كمية ضوء النجوم التي تتلقاها من نجمها المضيف هي 75٪ من كمية الضوء التي تتلقاها الأرض من شمسنا - مما يعني أن درجة حرارة كوكب خارج المجموعة الشمسية قد تكون مماثلة لدرجة حرارة كوكبنا أيضًا.

تصور فني لما يمكن أن يبدو عليه Kepler-1649c من سطحه. (الصورة: ناسا / مركز أبحاث أميس / دانيال روتر)

لكن على عكس الأرض ، فهي تدور حول قزم أحمر. على الرغم من عدم ملاحظة أي شيء في هذا النظام ، إلا أن هذا النوع من النجوم معروف بثورات نجمية قد تجعل بيئة الكوكب صعبة لأي حياة محتملة.

اكتشف العلماء هذا الكوكب عند النظر في الملاحظات القديمة من تلسكوب كبلر الفضائي ، الذي تقاعدت عنه الوكالة في عام 2018. (على الرغم من انتهاء مهمة كبلر التابعة لناسا في عام 2018 عندما نفد الوقود ، لا يزال العلماء يقومون باكتشافات بينما يواصلون فحص المعلومات التي أعاد كبلر إلى الأرض).

قال المؤلف الرئيسي للدراسة أندرو فاندربرج ، الباحث في جامعة تكساس في أوستن: "كلما حصلنا على المزيد من البيانات ، زادت الإشارات التي تشير إلى فكرة أن الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن وحجم الأرض شائعة حول هذه الأنواع من النجوم".

وقال: "مع وجود الأقزام الحمراء في كل مكان تقريبًا حول مجرتنا ، وهذه الكواكب الصغيرة والصخرية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن حولها ، فإن فرصة عدم اختلاف أحدهم كثيرًا عن الأرض تبدو أكثر إشراقًا".

نُشرت الدراسة الجديدة يوم الأربعاء في مجلة The Astrophysical Journal Letters.

تصور فنان لـ Kepler-1649c (في المقدمة) يدور حول النجم القزم الأحمر المضيف. يقع هذا الكوكب الخارجي المكتشف حديثًا في المنطقة الصالحة للسكن لنجمه وهو الأقرب إلى الأرض من حيث الحجم ودرجة الحرارة الموجودة حتى الآن في بيانات Kepler & # 39. (الصورة: ناسا / مركز أبحاث أميس / دانيال روتر)


كيف تحسب مقدار سطح الأرض (أو كوكب آخر) المرئي؟ - الفلك

الكوكب الذي نعرفه أكثر ، نظرًا لقدرتنا على استكشاف باطنه وخارجه ، هو كوكب الأرض ، وسوف يقارن معظم هذا المقرر القيم والعمليات على الكواكب الأخرى بتلك الموجودة على الأرض ، أي أنه مقياسنا للفهم عوالم أخرى. لذلك ، فإن معرفة عالمنا الأصلي أمر بالغ الأهمية لتقدير الكون ، إلى جانب كونه ضروريًا لبقائنا على قيد الحياة.

من نواح كثيرة ، تعتبر الأرض فريدة من نوعها في النظام الشمسي. الميزة الأكثر وضوحًا لها هي الكميات الهائلة من الماء السائل على سطحها ، فضلاً عن قدرتها على الحفاظ على حياة ذكية.

تم الحصول على الصورة الملونة أعلاه للأرض بواسطة مركبة الفضاء جاليليو عندما كانت على بعد حوالي 1.3 مليون ميل من الكوكب ، وهي تعرض عالمنا كما يراه مسبار فضائي من نظام شمسي آخر. كان جاليليو يقوم بأول رحلة طيران من أصل طائرتين على الأرض في طريقه إلى كوكب المشتري. تقع أمريكا الجنوبية بالقرب من مركز الصورة ، وتقع قارة أنتاركتيكا البيضاء المضاءة بنور الشمس أدناه. تظهر جبهات الطقس الخلابة في جنوب المحيط الأطلسي ، أسفل اليمين.

ما سبق هو صورة بالأشعة تحت الحمراء للأرض تم التقاطها بواسطة القمر الصناعي GOES 6 في 21 سبتمبر 1986. تم استخدام عتبة درجة حرارة لعزل السحب. تم فصل الأرض والبحر ثم تم تلوين السحب والأرض والبحر بشكل منفصل وتم دمجها معًا لإنتاج هذه الصورة.

شكل الأرض كروي مفلطح تقريبًا. بسبب الدوران ، يتم تسطيح الأرض على طول المحور الجغرافي وانتفاخ حول خط الاستواء. يبلغ قطر الأرض عند خط الاستواء 43 كيلومترًا (27 ميلًا) أكبر من قطرها من قطب إلى قطب. وبالتالي ، فإن النقطة الموجودة على السطح الأبعد عن مركز كتلة الأرض هي قمة بركان شيمبورازو الاستوائي في الإكوادور. يبلغ متوسط ​​قطر الأرض 12742 كيلومترًا (7918 ميلًا). تنحرف التضاريس المحلية عن هذا الشكل الكروي المثالي ، على الرغم من أن هذه الانحرافات على المستوى العالمي صغيرة مقارنة بنصف قطر الأرض: الحد الأقصى للانحراف بنسبة 0.17٪ فقط هو عند خندق ماريانا (10911 مترًا (35797 قدمًا) تحت مستوى سطح البحر المحلي) ، في حين أن جبل إيفرست (8،848 مترًا (29،029 قدمًا) فوق مستوى سطح البحر المحلي) يمثل انحرافًا بنسبة 0.14٪.

الصورة أعلاه هي خريطة لأمريكا الشمالية والجنوبية باستخدام قياس الارتفاع بالرادار لتعكس التضاريس الأساسية للمحيطات والقارات.

تبلغ مساحة سطح الأرض الإجمالية حوالي 510 مليون كيلومتر مربع (197 مليون ميل مربع). من هذا ، 70.8٪ ، أو 361.13 مليون كيلومتر مربع (139.43 مليون ميل مربع) ، تحت مستوى سطح البحر ومغطاة بمياه المحيط. يوجد تحت سطح المحيط نظام من الجروف القارية والجبال والبراكين والخنادق المحيطية والأودية المغمورة والهضاب المحيطية والسهول السحيقة وتلال منتصف المحيط الممتدة على الكرة الأرضية. 29.2٪ المتبقية (148.94 مليون كيلومتر مربع أو 57.51 مليون ميل مربع) غير مغطاة بالمياه لها تضاريس تختلف اختلافًا كبيرًا من مكان إلى آخر وتتكون من الجبال والصحاري والسهول والهضاب والتضاريس الأخرى. تعد التكتونية والتعرية والانفجارات البركانية والفيضانات والعوامل الجوية والتجلد ونمو الشعاب المرجانية وتأثيرات النيازك من بين العمليات التي تعيد تشكيل سطح الأرض باستمرار بمرور الوقت الجيولوجي.

تتكون القشرة القارية من مادة منخفضة الكثافة مثل الصخور النارية (مثل الجرانيت). أقل شيوعًا هو البازلت ، وهو صخرة بركانية أكثر كثافة هي المكون الأساسي لقاع المحيط. تتكون الصخور الرسوبية من تراكم الرواسب التي يتم دفنها وضغطها معًا. ما يقرب من 75 ٪ من الأسطح القارية مغطاة بصخور رسوبية ، على الرغم من أنها تشكل حوالي 5 ٪ من القشرة. الشكل الثالث من المواد الصخرية الموجودة على الأرض هو الصخور المتحولة (أي الرخام) ، والتي يتم إنشاؤها من تحول أنواع الصخور الموجودة مسبقًا من خلال الضغوط العالية أو درجات الحرارة المرتفعة أو كليهما. أكثر معادن السيليكات وفرة على سطح الأرض تشمل الكوارتز والفلسبار والأمفيبول والميكا والبيروكسين والزبرجد الزيتوني. تشمل معادن الكربونات الشائعة الكالسيت (الموجود في الحجر الجيري) والدولوميت.

يختلف ارتفاع سطح الأرض من النقطة المنخفضة البالغة -418 مترًا في البحر الميت ، إلى أقصى ارتفاع يبلغ 8848 مترًا عند قمة جبل إيفرست. متوسط ​​ارتفاع الأرض عن سطح البحر 840 م.

غلاف الأرض هو الطبقة الخارجية من السطح القاري للأرض ويتكون من التربة ويخضع لعمليات تكوين التربة (أي المواد النباتية المتحللة). يبلغ إجمالي مساحة الأراضي الصالحة للزراعة 10.9٪ من مساحة الأرض ، منها 1.3٪ أراضي زراعية دائمة. ما يقرب من 40 ٪ من سطح الأرض يستخدم للأراضي الزراعية والمراعي.

الصورة أعلاه هي جزء من سلسلة جبال روكي في إقليم يوكون بكندا وهي مثال ممتاز للجبال الفتية على الأرض. تم التقاط صورة مكوك الفضاء هذه عندما كانت الشمس منخفضة في الأفق ، وتوضح الظلال الحادة على القمم المغطاة بالثلوج مدى خشونة المنطقة وتفاوتها.

الصورة أعلاه هي صورة مكوك فضائي لنهر كولورادو في ولاية أريزونا يلتقط جراند كانيون. يبلغ عرض الوادي 30 كيلومترا (18 ميلا) في أوسع نقطة له وعمق 1.6 كيلومتر (1 ميل) في قاع الصخر. يبلغ طوله 446 كم (277 ميلاً) ويغطي مساحة تزيد عن 5000 كيلومتر مربع (حوالي 2000 ميل مربع). تم إنشاء جراند كانيون من خلال حركة تآكل نهر كولورادو على السطح حيث استمرت هذه المنطقة في الارتفاع فوق مستوى سطح البحر على مدى عدة ملايين من السنين الماضية.

اين يعيش الناس؟ أي أين التجمعات السكانية؟ أسرع طريقة للتحقق من ذلك هي مراقبة الولايات المتحدة في الليل

هناك عدد من الحقائق الثابتة عن الأرض والتي تم تحديدها على مدار سنوات المسوحات الجيولوجية:

    متوسط ​​الكثافة = كتلة الأرض / الحجم = 5.5 جم / سم مكعب (لاحظ أن cc هو تدوين مختصر لـ cm إلى القوة الثالثة). يبلغ متوسط ​​كثافة الجرانيت 3.0 ، وهو في الغالب ما تتكون منه قشرتنا. لذلك ، نظرًا لأن متوسط ​​كثافة الأرض بأكملها أكبر من الجرانيت ، يجب أن يتكون قلب الأرض من شيء أكثر كثافة من الجرانيت -> الحديد (Fe) والنيكل (Ni).

تنتقل الموجات الزلزالية بسرعة 10 كم / ثانية ، ومن خلال رسم خرائط توقيت ونوع الموجة حول العالم ، يمكننا رسم خريطة باطن الأرض. التغييرات في انكسار الموجات الزلزالية ناتجة عن التغيرات الحادة في الكثافة = الانقطاعات بسبب التركيب الكيميائي.

والنتيجة أننا نعلم أن باطن الأرض يتكون من 4 مكونات:

  1. قشرة رقيقة بكثافة 3.3 جم / سم مكعب تتكون من معادن ، السيليكات (مادة تسمى البازلت)
  2. عباءة شبه صلبة بكثافة 3.5 إلى 5.5 جم / سم مكعب مكونة من أكاسيد الحديد الزبرجد الزيتوني
  3. قلب خارجي سائل بكثافة 9 إلى 11 جم / سم مكعب مكون من الحديد المنصهر
  4. لب داخلي صلب كثافته 17 جم / سم مكعب مكون من الحديد والنيكل.

تبلغ درجة حرارة اللب الداخلي 6200 كلفن. تطفو الطبقات ذات الكثافة المنخفضة فوق الطبقات ذات الكثافة الأعلى ، مثل الفلين على الماء. لذلك تكون القشرة الصخرية من الخارج.

على سبيل المثال: يتحلل اليورانيوم 238 ليقود 206 بنصف عمر 4.5 × 10 9 سنوات. لذلك ، إذا كانت الصخرة 1/2 U 238 و 1/2 Pb 206 فإن عمرها يكون 4.5 × 10 9 سنوات.

يتكون سطح الأرض من 71٪ ماء و 29٪ أرض (كان يجب أن نطلق على كوكبنا محيط). يبدو المقطع العرضي النموذجي للقشرة كما يلي:

لاحظ أن القشرة رقيقة تحت المحيطات ، سميكة تحت الجبال. تسبب الحركة الحملية للوشاح تحت البقع الرقيقة انتشار قاع البحر / الانجراف القاري. كيف نعرف أن القارات تتحرك؟ انظر إلى سجل الحفريات. توزيع الحفريات باتباع الخطوط العريضة للتكوينات القديمة للقارات.

تتكون الأرض الجافة بشكل أساسي من:

  1. الصخور النارية - تتكون من مادة منصهرة ، مثل البازلت والجرانيت
  2. الصخور الرسوبية - معادن مثبتة بالضغط ، مثل الحجر الرملي والحجر الجيري
  3. الصخور المتحولة - الصخور النارية أو الرسوبية التي تعرضت لدرجات حرارة وضغوط عالية ، مثل الرخام

يتم إعطاء دورة الحياة النموذجية لهذه الأنواع من الصخور في الرسم البياني التالي:

بالإضافة إلى ذلك ، تشكلت القشرة بالعمليات التالية (والتي ستكون مهمة للعوالم الأرضية الأخرى):

1. اصطدام الحفرة في النظام الشمسي المبكر

2. التعرية - الرياح والماء والانهيار (الجاذبية) - تمحى معظم الفوهات المبكرة بسبب التعرية على الكواكب ذات الأغلفة الجوية السميكة

3. النشاط التكتوني الحراري (الصفائح التكتونية) - تدفق الحرارة الخارج من القلب المنقول إلى الحركة الحرارية في الوشاح.

يتم تحويل الحركة في حركة خطية للصفائح القشرية. هناك 12 لوحة تطفو جميعها على الوشاح بسرعة بضعة سنتيمترات لكل 100 عام.

هناك أربعة (4) أنواع من الحدود بين اللوحات والتي تؤدي إلى ظهور سمات سطحية معينة. على سبيل المثال ، تشكل الألواح المتصادمة الجبال.

النظام الجبلي الصغير حاد وغير منتظم (مثل جبال الهيمالايا) ، والأنظمة الجبلية القديمة منخفضة ومستديرة (مثل جبال الأبلاش)

مثال على النشاط التكتوني في شكل نشاط بركاني على الأرض = Mt. سانت هيلينز:

في وقت مبكر من عشرينيات القرن الماضي ، لاحظ العلماء أن الزلازل تتركز في مناطق ضيقة محددة جدًا ، والمعروفة الآن باسم حواف الصفائح. في عام 1954 ، نشر عالم الزلازل الفرنسي جي بي روث هذه الخريطة التي توضح تركيز الزلازل على طول المناطق المشار إليها بالنقاط والمناطق المتقاطعة. يعرض هذا مخططًا خامًا لبنية اللوحة الأساسية.

لطالما عرف الناس أن الغلاف الجوي يضعف ويصبح أكثر برودة مع الارتفاع الأعلى. خلال الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي ، كانت الصواريخ تحقق مستويات أعلى وأعلى ، مقارنة بالجبال ، في كل اختبار. وهكذا ، أثير السؤال ، أين يبدأ الفضاء الخارجي؟ تعتمد الإجابة على هذا السؤال على من تناقش الموضوع معه. قد يذكر الطبيب أن الفضاء الخارجي يبدأ عندما لا يعود الجسم البشري قادرًا على البقاء في الغلاف الجوي. قد يقول مهندس الدفع أن الفضاء يبدأ عندما لا يعود بإمكان المحرك النفاث الذي يحتاج إلى الهواء من الغلاف الجوي ليعمل. قد يقول مهندس ديناميكي هوائي أن الفضاء يبدأ عندما لا يكون هناك ما يكفي من الغلاف الجوي لأسطح التحكم في الطائرة لتشغيل المركبة. قد يكون للوكالة البيروقراطية تعريف واحد وقد يكون للمنظمة الدولية تعريف آخر.

من الواضح أن الفضاء لا يبدأ على سطح الأرض لأن هذا هو المكان الذي يبدأ فيه غلافنا الجوي بشكل عملي. إذا صعدنا إلى حوالي 3000 متر (م) (10000 قدم) ، نجد أن كمية الأكسجين الموجودة والضغط الذي يدخل به هذا الأكسجين إلى أجسامنا لا يكفي حقًا للحفاظ على عمل جسم الإنسان بكفاءة ، على الرغم من أن العديد من الأشخاص قد تكيفوا مع ذلك. العيش والعمل في هذا المستوى (مثل لاباز ، بوليفيا كيتو ، إكوادور كاتماندو ، نيبال). أصدرت إدارة الطيران الفيدرالية لائحة تنص على أنه عندما يطير الطيارون فوق 3000 متر (10000 قدم) سيكون لديهم أكسجين إضافي متاح لهم ولركابهم. يذهب سلاح الجو الأمريكي إلى أبعد من ذلك بقليل ويذكر أن طياريهم سيكونون على أكسجين فوق ارتفاع ضغط الكابينة 10000 قدم. مع زيادة الارتفاع ، تزداد أيضًا الحاجة إلى الأكسجين الإضافي.

على ارتفاع 5000 متر (17000 قدم) نصف كتلة الغلاف الجوي أقل من هذا الموقف. في هذه المرحلة ، يجب أن يكون الطيار الموجود على ارتفاع المقصورة هذا على الأكسجين أو حالة تعرف باسم نقص الأكسجين (نقص الأكسجين في الدم أو الدورة الدموية) ستجعل الطيار فاقدًا للوعي في غضون 30 دقيقة.
على ارتفاع 16000 م (16 كم أو تسعة أميال) فشل استخدام الأكسجين التكميلي كمعزز لحياة الإنسان. عند هذا الارتفاع ، فإن الضغط المشترك لثاني أكسيد الكربون وبخار الماء في الرئتين يساوي الضغط الجوي الخارجي ولا يمكن للأكسجين الإضافي وحده الوصول إلى الدم دون ضغط إضافي. لذلك ، يجب أن يكون الفرد في مقصورة مضغوطة أو يرتدي بدلة ضغط.
عند 20 كم (12 ميلاً) الضغط الجوي الخارجي يساوي ضغط بخار جسم الإنسان أو حوالي 47 ملم من الزئبق. في هذه البيئة ، تبدأ فقاعات من الماء والغازات الأخرى بالتشكل في الجسم. تبدأ سوائل الجسم بالغليان حرفيًا. تعتبر المقصورة المضغوطة أو بدلة الضغط مطلبًا لحماية الفرد على هذا الارتفاع من هذه الحالة العنيفة.
عند 24 كم (15 ميلاً) لم يعد نظام الضغط للطائرة يعمل اقتصاديًا. يوجد القليل من الأكسجين والنيتروجين على هذا الارتفاع بحيث لا يمكن ضغطه لحماية الطيار أو الطاقم أو الركاب من العناصر الخارجية. أيضًا عند هذا الارتفاع ، تبدأ طبقة الأوزون بالتشكل في الغلاف الجوي. على الرغم من أن الأوزون يتكون من ثلاث ذرات من الأكسجين لكل جزيء ، إلا أن هذه المادة سامة لجسم الإنسان وضغط الأوزون من شأنه أن يسمم المقصورة وركابها. في هذا الارتفاع ، يجب أن يكون للكابينة أو البدلة الفضائية ضغطها الخاص والأكسجين المستقل عن الغلاف الجوي الخارجي. لأن مساحة جسم الإنسان تبدأ عند هذه النقطة لأنه فوق هذا الارتفاع يجب على الإنسان أن يحمل كل شيء حتى يتمكن الجسم من البقاء على قيد الحياة. ربما يكون هذا هو التعريف الطبي للمكان الذي يبدأ منه الفضاء.
عند 32 كم (20 ميلاً) لم تعد الطائرات النفاثة قادرة على العمل. تستخدم اليوم كوسيلة للدفع لجميع الطائرات النفاثة الحديثة ، حيث تقوم المحركات النفاثة بسحب الهواء وتضغطه بواسطة مراوح لتختلط بالوقود من أجل الاحتراق. على ارتفاع 32 كم ، لا يوجد هواء كافٍ للضغط للاختلاط بالوقود فوق هذا الارتفاع ، يجب أن تستخدم الطائرات نفاثات نفاثة. تعمل النفاثة النفاثة بشكل مشابه لمحرك نفاث نفاث باستثناء أن طائرة نفاثة تضغط الهواء باستخدام موجات صدمة تفوق سرعة الصوت بدلاً من المراوح. تضغط سرعة الهواء الذي يمر عبر الموجة الصدمية بشكل أكثر كفاءة من المحرك النفاث النفاث الميكانيكي.
عند 45 كم (28 ميلاً) لا يوجد ما يكفي من الهواء حتى لتشغيل نفاث نفاث. فوق هذا الارتفاع ، يحتاج نظام الدفع إلى توفير الأكسجين الخاص به ، والمعروف أيضًا باسم المؤكسد ، وكذلك الوقود ، أي الصاروخ. يبدأ الفضاء فوق هذا الارتفاع لمهندس الدفع.
عند 81 كم (50 ميلاً) تقول إحدى الوكالات الحكومية ، وزارة الدفاع الأمريكية ، إن الفضاء يبدأ لأنه يكافئ جميع الطيارين الذين يحلقون فوق أجنحة رواد الفضاء هذه. لا تشمل هذه المجموعة فقط جميع الأشخاص الذين طاروا مكوك الفضاء ومركبات أخرى مختلفة إلى الفضاء ، ولكن أيضًا طيارو X-15 الذين طاروا فوق هذا الارتفاع.
عند 100 كم (62 ميلاً) لم تعد القوى الديناميكية الهوائية فعالة بما يكفي لتحريك أسطح التحكم المختلفة للتحكم في الطائرة. لم تعد الدفة والجنيح والمصعد فعالة بسبب عدم وجود جو كافٍ لرفع أو سحب القوتين الهوائيتين الرئيسيتين لتكون فعالة. في هذا الارتفاع ، تكون السماء مظلمة ، ولم تعد النجوم تلمع ، بل هي نقاط صلبة من الضوء. بخلاف المعدات الموجودة على متن الطائرة ، لا يوجد صوت ولا يمكن سماع دوي اختراق حاجز الصوت أو انفجارات أو موجات صدمية في الفضاء.

ينص القانون الدولي على أنه لا توجد نقطة محددة حيث ينتهي الغلاف الجوي ويبدأ الفضاء. تقبل القوى الفضائية الرئيسية التعريف التالي: يبدأ الفضاء عند "أدنى نقطة حضيض تحققها المركبات الفضائية التي تدور في مدارات." ، على الرغم من أن هذا سيختلف باختلاف حجم وشكل السيارة. نقطة الحضيض هي أقرب نقطة اقتراب من الأرض في مدار بيضاوي الشكل. حدث تحدٍ محتمل لهذا التعريف في عام 1976 عندما أصدرت ثماني دول استوائية إعلانات السيادة على حزام المدار المتزامن مع الأرض الذي يقع على ارتفاع 35862 كيلومترًا فوق خط الاستواء. كما ذكرت كولومبيا وإكوادور والبرازيل وجمهورية الكونغو الشعبية وزائير وكينيا وأوغندا وإندونيسيا أنها ستدافع عن مثل هذه المناطق. ولكن في عام 1980 قررت الأمم المتحدة أن مثل هذه الادعاءات باطلة وباطلة لأن الفضاء الخارجي هو أرض دولية.

خضع الغلاف الجوي للأرض لبعض التغيرات الشديدة منذ وقت تكوينه. تتكون العملية من 7 مراحل:

    مرحلة الغلاف الجوي الأولي: نشأ الغلاف الجوي الأصلي للأرض ، الغلاف الجوي الأولي ، من مواد النظام الشمسي المبكرة وكان مشابهًا جدًا لتكوين كوكب المشتري ، سميك وغني بالعناصر الخفيفة (الهيدروجين ، الهيليوم ، النيون / H ، هو ، ني)

النتيجة النهائية هي ملف تقليص الغلاف الجوي بتركيبة نهائية تبلغ 78٪ ن 2 ، 21٪ O 2 ، 1٪ Ar ومقادير ضئيلة من H 2 O ، CO 2 (0.03٪) ، ني و Xe

على الرغم من أن CO 2 المحتوى صغير جدًا ، يلعب هذا الغاز النادر دورًا مهمًا في المناخ الأرضي ، من حيث أنه مسؤول عن تأثير الاحتباس الحراري. شركة الغلاف الجوي 2 يحبس الأشعة تحت الحمراء (الحرارة) ، وبالتالي زيادة درجة حرارة السطح إلى مستويات متوافقة مع استدامة الحياة.

يلعب الغلاف الجوي أيضًا دورًا مهمًا في حماية السطح من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة الكونية والحطام الفضائي (النيازك).

الحقل هو أحد تلك الأدوات المفاهيمية الرياضية التي تساعدنا على فهم سلوك الأشياء ذات الطاقة. يخصص المجال لكل نقطة في الفضاء قوة أو قوة زائد اتجاه. يتم استخدام الحقل لحساب الحركة الناتجة للكائن داخل الحقل ويتم العمل على أساسه بواسطة الحقل.

ينقل مفهوم المجال المعلومات حول موقع وقوة مصادره (في هذا المثال ، الأقطاب المغناطيسية).

الأرض محاطة بمجال مغناطيسي ، متولد في قلب كوكبنا ، بالشكل الموضح أدناه. تظهر خطوط المجال (باللون الأحمر في الرسم البياني أدناه) نقاط قوة مختلفة حيث تكون الخطوط الأقرب إلى الأرض أقوى من الخطوط البعيدة.

المجال المغناطيسي للأرض مشوه ، مضغوط على الجانب المواجه للشمس ، ممتد بشكل كبير على الجانب الآخر. والسبب في ذلك هو الرياح الشمسية ، وهي عبارة عن تدفق جزيئي من الشمس يتكون في الغالب من البروتونات والإلكترونات.

لاحظ أن أحزمة Van Allen تعمل كمرآة مغناطيسية لاحتجاز جزيئات الطاقة العالية وتوجيهها إلى مناطق القطب. عندما تتفاعل مع الغلاف الجوي العلوي تحصل على الشفق القطبي. كان رسم خرائط المجال المغناطيسي حول الأرض واكتشاف أحزمة Van Allen من أولى المعالم المهمة لاستكشاف الفضاء العلمي من خلال المركبات الفضائية في الخمسينيات من القرن الماضي.

أصل المجال المغناطيسي للأرض هو اللب الداخلي من الحديد / النيكل (Fe / Ni). اللب الداخلي ساخن وينتج عن دورانه احتكاك يؤين ذرات الحديد / النيكل. التأين يعني العديد من الإلكترونات الحرة في القلب. إلكترونات التدفق الحر = التيار الكهربائي. من خلال تأثير الدينامو ، ينتج مجال كهربائي متغير مجالًا مغناطيسيًا.


وزنك على عوالم أخرى

قبل أن ندخل في موضوع الجاذبية وكيفية عملها ، من المهم أن نفهم الفرق بينهما وزن و كتلة.

غالبًا ما نستخدم مصطلحي "الكتلة" و "الوزن" بالتبادل في حديثنا اليومي ، لكن بالنسبة إلى عالم الفلك أو الفيزيائي ، فهما شيئان مختلفان تمامًا. كتلة الجسم هي مقياس لمقدار المادة التي يحتوي عليها. الكائن ذو الكتلة له صفة تسمى التعطيل. إذا هزت شيئًا مثل الحجر في يدك ، فستلاحظ أن الأمر يتطلب دفعة لتحريكه ، ودفعة أخرى لإيقافه مرة أخرى. إذا كان الحجر في حالة راحة ، فإنه يريد أن يبقى في حالة راحة. بمجرد تحريكه ، فإنه يريد الاستمرار في الحركة. هذه النوعية أو "تباطؤ" المادة هي خمولها الذاتي. الكتلة هي مقياس لمقدار القصور الذاتي الذي يعرضه الجسم.

الوزن شيء مختلف تمامًا. كل كائن في الكون له كتلة يجذب كل جسم آخر به كتلة. يعتمد مقدار الجاذبية على حجم الجماهير ومدى تباعدها. بالنسبة للأجسام ذات الأحجام اليومية ، فإن قوة الجاذبية هذه صغيرة جدًا ، ولكن السحب بين جسم كبير جدًا ، مثل الأرض ، وجسم آخر مثلك ، يمكن قياسه بسهولة. كيف؟ كل ما عليك فعله هو الوقوف على الميزان! المقاييس تقيس قوة الجذب بينك وبين الأرض. تسمى قوة الجذب هذه بينك وبين الأرض (أو أي كوكب آخر) بوزنك.

إذا كنت في مركبة فضائية بعيدة بين النجوم ووضعت مقياسًا تحتك ، فسيقرأ المقياس صفرًا. وزنك صفر. أنت عديم الوزن. هناك سندان يطفو بجوارك. إنه أيضًا عديم الوزن. هل أنت أو السندان أقل كتلة؟ بالطبع لا. إذا أمسكت السندان وحاولت هزّه ، فسيتعين عليك دفعه لإطلاقه وسحبه لإيقافه. لا يزال لديه خمول ، وبالتالي كتلة ، ومع ذلك ليس له وزن. ترى الفرق؟

العلاقة بين الجاذبية والكتلة والمسافة

كما هو مذكور أعلاه ، فإن وزنك هو مقياس قوة الجاذبية بينك وبين الجسم الذي تقف عليه. تعتمد قوة الجاذبية هذه على أشياء قليلة. أولاً ، يعتمد الأمر على كتلتك وكتلة الكوكب الذي تقف عليه. إذا ضاعفت كتلتك ، فإن الجاذبية تشدك بقوة مضاعفة. إذا كان الكوكب الذي تقف عليه أكبر بمرتين من الكتلة ، فإن الجاذبية تسحبك أيضًا بمقدار الضعف. من ناحية أخرى ، كلما كنت بعيدًا عن مركز الكوكب ، كلما ضعفت قوة الجذب بين الكوكب وجسمك. القوة تضعف بسرعة كبيرة. إذا ضاعفت المسافة بينك وبين الكوكب ، فإن القوة تساوي ربعًا. إذا ضاعفت انفصالك ثلاث مرات ، تنخفض القوة إلى التاسعة. عشرة أضعاف المسافة ، واحد على المائة من القوة. انظر النمط؟ تسقط القوة مع ميدان من المسافة. إذا وضعنا هذا في معادلة سيبدو كما يلي:

الحرفان "M" الموجودان في الأعلى هما كتلتك وكتلة الكوكب. "r" أدناه هي المسافة من مركز الكوكب. الكتل موجودة في البسط لأن القوة تزداد إذا كبرت. المسافة في المقام لأن القوة تقل عندما تكبر المسافة. لاحظ أن القوة لا تصبح صفرًا أبدًا بغض النظر عن المسافة التي تقطعها. ربما كان هذا هو مصدر إلهام قصيدة فرانسيس طومسون:

تخبرنا هذه المعادلة ، التي اشتقها السير إسحاق نيوتن في البداية ، بالكثير. على سبيل المثال ، قد تشك في أنه نظرًا لأن كوكب المشتري أكبر بـ 318 مرة من كتلة الأرض ، يجب أن تزن 318 ضعف ما تزنه في المنزل. سيكون هذا صحيحًا إذا كان كوكب المشتري بنفس حجم الأرض. لكن كوكب المشتري يبلغ 11 ضعف نصف قطر الأرض ، لذا فأنت أبعد 11 مرة عن المركز. هذا يقلل من الجذب بمعامل 11 2 مما ينتج عنه 2.53 ضعف قوة سحب الأرض عليك. الوقوف على نجم نيوتروني يجعلك أثقل بشكل لا يمكن تصوره. ليس فقط النجم ضخمًا جدًا لتبدأ به (تقريبًا مثل الشمس) ، ولكنه أيضًا صغير بشكل لا يُصدق (بحجم سان فرانسيسكو) ، لذا فأنت قريب جدًا من المركز و r هو رقم صغير جدًا. الأعداد الصغيرة في مقام الكسر تؤدي إلى نتائج كبيرة جدًا!


أجب على هذا السؤال

الفيزياء

على سطح كوكب معين ، تبلغ عجلة الجاذبية g مقدار 12.0 m / s ^ 2. جرس نحاسي يزن 21.0 كجم يتم نقله إلى هذا الكوكب. What is (a) the mass of the brass ball on the Earth and on the planet, and (b)

Pysics

Planet X has the same mass as earth, but its radius is only half as big. How does the gravity on this planet compare with the gravity on our planet earth?

Physics help 3!! **

Based on the following data about planet X (which orbits around the Sun): Planet X's distance from Sun = 3.6*1012 m Planet X's radius = 2*106 m Planet X's mass = 8.2*1022 kg a.) Find gx, the size of the acceleration due to gravity

Physics

you weigh 526 N on earth. Planet X has twice the mass of Earth and twice the radius of Earth. What is your weight in newtons on planet X?

Physics

person weighs 526 N on Earth. Another planet has twice the mass of Earth and Twice the radius of Earth. Find the weight on the other planet. I need help with a formula too.

Physics

A mass is suspended on a spring scale. The scale shows a reading of 5N and stretches a distance of 0.2 meters from its relaxed length. 1)What is the spring constant of the scale? )If this scale was taken to a planet that has a

Physics

If a small planet were discovered whose orbital period was twice that of Earth, how many times farther from the Sun would this planet be?

Science

if all of the following imaginary planets were the same distance from the sun, which would experience the strongest force of gravity due to the sun? planet a: mass 3,500 kg planet b: mass 50,000 kg planet c: mass 750 kg planet d:

Physics

I have a hard time solving this problem. The weight of an object at the surface of a planet is proportional to the planet's mass and inversely proportional to the square of the radius of the planet. Jupiter's radius is 11 times

Earth

a space traveller determines the radius of a planet to be half of earth . After landing on its surface , he finds the acceleration due to gravity to be twice of that of surface of earth. Find the ratio of mass of planet to the

Science Help Please

8. Which of these correctly compares the masses of different objects in the universe? A moon has less mass than a star and more mass than the planet it orbits. B A planet has less mass than a galaxy and more mass than the star it

College physics

A new planet has been discovered that has a mass one-tenth that of Earth and a radius that is one-sixth that of Earth. Determine the free fall acceleration on the surface of this planet. Express your answer in the appropriate mks


نبتون

Neptune also held a surprise in store for us, and we don’t understand yet what happened. While the planet’s magnitude stayed relatively constant before 1980, and stabilized again after 2000, in the intervening decades the planet brightened by an unexpected — and unexplained — 11%. Neptune is alone among the planets in exhibiting a significant long-term change in its inherent brightness. Astronomers have proposed some ideas to explain this peculiar variation but none are convincing. More amateur magnitude observations may help to solve this riddle.

Neptune gradually brightened from about 1980 until 2000. This illustration combines magnitudes from several different sources. The reason for the brightening is still a mystery.
Anthony Mallama


How the Earth-shaking theory of plate tectonics was born

Scientists have peppered the planet with seismometers that can detect the rumble of moving magma within a volcano, and GPS stations can spot changes in land elevation as magma swells below. But anticipating eruptions remains tricky.

BRUCE DAVIDSON/NATURE PICTURE LIBRARY/ALAMY

Share this:

January 13, 2021 at 11:00 am

Some great ideas shake up the world. For centuries, the outermost layer of Earth was thought to be static, rigid, locked in place. But the theory of plate tectonics has rocked this picture of the planet to its core. Plate tectonics reveals how Earth’s surface is constantly in motion, and how its features — volcanoes, earthquakes, ocean basins and mountains — are intrinsically linked to its hot interior. The planet’s familiar landscapes, we now know, are products of an eons-long cycle in which the planet constantly remakes itself.

When plate tectonics emerged in the 1960s it became a unifying theory, “the first global theory ever to be generally accepted in the entire history of earth science,” writes Harvard University science historian Naomi Oreskes, in the introduction to Plate Tectonics: An Insider’s History of the Modern Theory of the Earth. In 1969, geophysicist J. Tuzo Wilson compared the impact of this intellectual revolution in earth science to Einstein’s general theory of relativity, which had produced a similar upending of thought about the nature of the universe.

This article is an excerpt from a series celebrating some of the biggest advances in science over the last century. For an expanded version of the story of plate tectonics, visit Century of Science: Shaking up Earth.

Plate tectonics describes how Earth’s entire, 100-kilometer-thick outermost layer, called the lithosphere, is broken into a jigsaw puzzle of plates — slabs of rock bearing both continents and seafloor — that slide atop a hot, slowly swirling inner layer. Moving at rates between 2 and 10 centimeters each year, some plates collide, some diverge and some grind past one another. New seafloor is created at the center of the oceans and lost as plates sink back into the planet’s interior. This cycle gives rise to many of Earth’s geologic wonders, as well as its natural hazards.

“It’s amazing how it tied the pieces together: seafloor spreading, magnetic stripes on the seafloor … where earthquakes form, where mountain ranges form,” says Bradford Foley, a geodynamicist at Penn State. “Pretty much everything falls into place.”

With so many lines of evidence now known, the theory feels obvious, almost inevitable. But the conceptual journey from fixed landmasses to a churning, restless Earth was long and circuitous, punctuated by moments of pure insight and guided by decades of dogged data collection.

Continents adrift

In 1912, German meteorologist Alfred Wegener proposed at a meeting of Frankfurt’s Geological Association that Earth’s landmasses might be on the move. At the time, the prevailing idea held that mountains formed like wrinkles on the planet as it slowly lost the heat of formation and its surface contracted. Instead, Wegener suggested, mountains form when continents collide as they drift across the planet’s surface. Although now far-flung, the continents were once joined together as a supercontinent Wegener dubbed Pangaea, or “all-Earth.” This would explain why rocks of the same type and age, as well as identical fossils, are found on either side of the Atlantic Ocean, for example.

The San Andreas Fault (shown) is the boundary between the Pacific and North American plates. KEVIN SCHAFER/ALAMY

In 1989, a slip of the San Andreas Fault triggered a magnitude 6.9 earthquake that rocked the San Francisco Bay area, causing 63 deaths and billions of dollars in damage (shown). David Weintraub/Science Source

This idea of drifting continents intrigued some scientists. Many others, particularly geologists, were unimpressed, hostile, even horrified. Wegener’s idea, detractors thought, was too speculative, not grounded enough in prevailing geologic principles such as uniformitarianism, which holds that the same slow-moving geologic forces at work on Earth today must also have been at work in the past. The principle was thought to demand that the continents be fixed in place.

German geologist Max Semper disdainfully wrote in 1917 that Wegener’s idea “was established with a superficial use of scientific methods, ignoring the various fields of geology,” adding that he hoped Wegener would turn his attention to other fields of science and leave geology alone.“O holy Saint Florian, protect this house but burn down the others!” he wrote sardonically.

The debate between “mobilists” and “fixists” raged on through the 1920s, picking up steam as it percolated into English-speaking circles. In 1926, at a meeting in New York City of the American Association of Petroleum Geologists, geologist Rollin T. Chamberlin dismissed Wegener’s hypothesis as a mishmash of unrelated observations. The idea, Chamberlin said, “is of the foot-loose type, in that it takes considerable liberty with our globe, and is less bound by restrictions or tied down by awkward, ugly facts than most of its rival theories.”

One of the most persistent sticking points for Wegener’s idea, now called continental drift, was that it couldn’t explain how the continents moved. In 1928, English geologist Arthur Holmes came up with a potential explanation for that movement. He proposed that the continents might be floating like rafts atop a layer of viscous, partially molten rocks deep inside Earth. Heat from the decay of radioactive materials, he suggested, sets this layer to a slow boil, creating large circulating currents within the molten rock that in turn slowly shift the continents about.

Sign Up For the Latest from أخبار العلوم

Headlines and summaries of the latest أخبار العلوم articles, delivered to your inbox

Holmes admitted he had no data to back up the idea, and the geology community remained largely unconvinced of continental drift. Geologists turned to other matters, such as developing a magnitude scale for earthquake strength and devising a method to precisely date organic materials using the radioactive form of carbon, carbon-14.

Data flood in

Rekindled interest in continental drift came in the 1950s from evidence from an unexpected source — the bottom of the oceans. World War II had brought the rapid development of submarines and sonar, and scientists soon put the new technologies to work studying the seafloor. Using sonar, which pings the seafloor with sound waves and listens for a return pulse, researchers mapped out the extent of a continuous and branching underwater mountain chain with a long crack running right down its center. This worldwide rift system snakes for over 72,000 kilometers around the globe, cutting through the centers of the world’s oceans.

Armed with magnetometers for measuring magnetic fields, researchers also mapped out the magnetic orientation of seafloor rocks — how their iron-bearing minerals are oriented relative to Earth’s field. Teams discovered that the seafloor rocks have a peculiar “zebra stripe” pattern: Bands of normal polarity, whose magnetic orientation corresponds to Earth’s current magnetic field, alternate with bands of reversed polarity. This finding suggests that each of the bands formed at different times.

The Pacific Ocean’s Mariana Trench is the deepest known subduction zone, where a tectonic plate sinks back into Earth’s interior. Here, the Deep Discoverer explores the trench at a depth of 6,000 meters in 2016. NOAA OFFICE OF OCEAN EXPLORATION AND RESEARCH

Meanwhile, growing support for the detection and banning of underground nuclear testing also created an opportunity for seismologists: the chance to create a global, standardized network of seismograph stations. By the end of the 1960s, about 120 different stations were installed in 60 different countries, from the mountains of Ethiopia’s Addis Ababa to the halls of Georgetown University in Washington, D.C., to the frozen South Pole. Thanks to the resulting flood of high-quality seismic data, scientists discovered and mapped rumbles along the mid-ocean rift system, now called mid-ocean ridges, and beneath the trenches. The quakes near very deep ocean trenches were particularly curious: They originated much deeper underground than scientists had thought possible. And the ridges were very hot compared with the surrounding seafloor, scientists learned by using thin steel probes inserted into cores drilled from shipboard into the seafloor.

In the early 1960s, two researchers working independently, geologist Harry Hess and geophysicist Robert S. Dietz, put the disparate clues together — and added in Holmes’ old idea of an underlying layer of circulating currents within the hot rock. The mid-ocean ridges, each asserted, might be where circulation pushes hot rock toward the surface. The powerful forces drive pieces of Earth’s lithosphere apart. Into the gap, lava burbles up — and new seafloor is born. As the pieces of lithosphere move apart, new seafloor continues to form between them, called “seafloor spreading.”

Research suggests that volcanic island chains form as plates move over upwellings of magma. But the origin of the Hawaiian Islands (Kilauea volcano shown) and other similar chains remains something of a geologic puzzle. ART WOLFE/GETTY IMAGES

The momentum culminated in a two-day gathering of perhaps just 100 earth scientists in 1966, held at the Goddard Institute for Space Studies in New York. “It was quite clear, at this conference in New York, that everything was going to change,” University of Cambridge geophysicist Dan McKenzie told the Geological Society of London in 2017 in a reflection on the meeting.

But going in, “no one had any idea” that this meeting would become a pivotal moment for the earth sciences, says seismologist Lynn Sykes of Columbia University. Sykes, then a newly minted Ph.D., was one of the invitees he had just discovered a distinct pattern in the earthquakes at mid-ocean ridges. This pattern showed that the seafloor on either side of the ridges was pulling apart, a pivotal piece of evidence for plate tectonics.

At the meeting, talk after talk piled data on top of data to support seafloor spreading, including Sykes’ earthquake data and those symmetrical patterns of zebra stripes. It soon became clear that these findings were building toward one unified narrative: Mid-ocean ridges were the birthplaces of new seafloor, and deep ocean trenches were graves where old lithosphere was reabsorbed into the interior. This cycle of birth and death had opened and closed the oceans over and over again, bringing the continents together and then splitting them apart.

The evidence was overwhelming, and it was during this conference “that the victory of mobilism was clearly established,” geophysicist Xavier Le Pichon, previously a skeptic of seafloor spreading, wrote in 2001 in his retrospective essay “My conversion to plate tectonics,” included in Oreskes’ book.

Plate tectonics emerges

The whole earth science community became aware of these findings the following spring, at the American Geophysical Union’s annual meeting. Wilson laid out the various lines of evidence for this new view of the world to a much larger audience in Washington, D.C. By then, there was remarkably little pushback from the community, Sykes says: “Right away, they accepted it, which was surprising.”

Scientists now knew that Earth’s seafloor and continents were in motion, and that ridges and trenches marked the edges of large blocks of lithosphere. But how were these blocks moving, all in concert, around the planet? To plot out the choreography of this complex dance, two separate groups seized upon a theorem devised by mathematician Leonhard Euler way back in the 18th century. The theorem showed that a rigid body moves around a sphere as though it is rotating around an axis. McKenzie and geophysicist Robert Parker used this theorem to calculate the dance of the lithospheric blocks — the plates. Unbeknownst to them, geophysicist W. Jason Morgan independently came up with a similar solution.

Shifting landmasses — such as the opening of the Drake Passage between South America and Antarctica (icebergs around Elephant Island shown) — can alter currents, and climates. NASA IMAGE BY JEFF SCHMALTZ, LANCE/EOSDIS RAPID RESPONSE

With this last piece, the unifying theory of plate tectonics was born. The hoary wrangling over continental drift now seemed not only antiquated, but also “a sobering antidote to human self-confidence,” physicist Egon Orowan told أخبار العلوم in 1970.

People have benefited greatly from this clearer vision of Earth’s workings, including being able to better prepare for earthquakes, tsunamis and volcanoes. Plate tectonics has also shaped new research across the sciences, offering crucial information about how the climate changes and about the evolution of life on Earth.

And yet there’s still so much we don’t understand, such as when and how the restless shifting of Earth’s surface began — and when it might end. Equally puzzling is why plate tectonics doesn’t appear to happen elsewhere in the solar system, says Lindy Elkins-Tanton, a planetary scientist at Arizona State University in Tempe. “How can something be a complete intellectual revolution and also inexplicable at the same time?”

Jupiter’s frozen moon Europa (shown) has its own form of icy plate tectonics. NASA, JPL-Caltech, SETI Institute

Crucible of life

Earth is the only known world with plate tectonics. It’s also the only one known to harbor life.

Planetary scientists puzzle over whether and how these two facts might be related — and what it means for just how unusual Earth really is, says Lindy Elkins-Tanton, a planetary scientist at Arizona State University in Tempe. “Nobody knows how plate tectonics began on Earth, and why it didn’t begin elsewhere,” she adds. “It’s a mystery that connects to a lot of other mysteries, and one of those is habitability.”

We know plate tectonics plays a powerful role in keeping Earth habitable, primarily by moving carbon around. “It’s responsible for mediating the climate on long geological time scales, making sure the climate is more or less temperate for life,” says Roger Fu, a geophysicist at Harvard University.

When two tectonic plates collide, one can slide beneath the other, carrying rocks bearing carbon deep into the planet’s interior. The subducting plate begins to melt, and volcanoes bloom on the overlying plate, belching carbon dioxide and other gases into the atmosphere. As carbon dioxide builds up, it warms the planet through the greenhouse effect.

This warmer atmosphere then speeds up weathering of rocks on Earth’s surface, by boosting the chemical reaction between carbon dioxide–rich rainwater and the rocks. Those reactions draw the gas out of the atmosphere to form new carbon minerals. The minerals wash into the ocean, where tiny ocean creatures use the carbon to build their calcium carbonate shells. Ultimately those creatures die, their shells sinking to the ocean floor and becoming carbonate rocks themselves. As more and more carbon dioxide gets sequestered away from the atmosphere in this way, the planet cools — until, eventually, the slow grind of plate tectonics carries the carbonate into the planet’s interior with a subducting plate.

Signs of plate tectonics are clearly visible on Earth’s surface (Piqiang Fault in China’s Xinjiang Province shown). Scientists wonder whether similar features on other planets could be clues to habitability. ناسا

This cycle, playing out over many millions of years, doesn’t just keep temperatures mild. The churning also keeps oxygen, nitrogen, phosphorus and other nutrients cycling through the atmosphere, oceans and rocks — and chemically transforms them into forms that living organisms can use.

“That’s not to say that life wouldn’t happen without plate tectonics,” Fu says. “But it would be very different.”

In fact, the first life on Earth may predate the onset of plate tectonics. The planet’s ancient rocks bear traces of life dating to at least 3.4 billion years ago, several hundred million years before the earliest known evidence for any plate motions, in the form of fossilized stromatolites, layered structures made of microbes and minerals. Similar microbial communities exist in modern times at hot springs, such as those of Yellowstone National Park. Some scientists to speculate that hot springs — which contain the biochemical recipe for life, including chemical elements, water and energy — may have set the stage for Earth’s earliest life.

It’s certainly theoretically possible for planets without plate tectonics — like the early Earth — to have livable atmospheres and liquid water, as well as abundant heat, says Bradford Foley, a geodynamicist at Penn State. Foley has simulated how much carbon dioxide could seep out from the interior of “stagnant lid” planets — planets like Mars and Mercury that have a single, continuous piece of lithosphere that sits like a cold, heavy lid over the hot interior. Even on these planets, Foley says, “we still have volcanism,” because there’s still hot rock circulating beneath that heavy lid. Those eruptions release carbon dioxide to the atmosphere and produce fresh new rock for weathering.

Mars shows signs of volcanic activity (Olympus Mons shown) but no known plate tectonics. JPL, NASA

Volcanism on a climate-altering scale might not last as long as it does when plate tectonics keeps things churning along, but it theoretically could persist for 1 billion or 2 billion years, Foley says. That means that some stagnant lid planets could create an atmosphere and even have temperate climates with liquid water, at least for a time.

Then there’s Europa, Jupiter’s icy moon. The surface of the moon is broken into a mosaic of plates of ice that slide past and over and under one another, much like those on Earth. “Instead of subduction, it’s referred to as subsumption,” Fu says. But the result of this icy cycle may be similar to the hard-rock recycling on Earth, moving nutrients between surface ice and liquid ocean below, which in turn could help support life on the moon.

“What exactly plate tectonics is isn’t an answered question,” Fu says. The term, he says, has become a catchall that encompasses numerous physical features on Earth — mid-ocean ridges, subduction, moving continents — as well as geochemical processes like nutrient cycling. “But there’s no guarantee they always have to happen together.”

Scientists instinctively turn to Earth as a template for studying other worlds, and as an example of what to look for in the search for habitability, Elkins-Tanton says. “So many of the things we try to explain in the natural sciences relies on us being in the middle of the bell curve,” she says. “If it turns out we’re unusual, we’re a bit of an outlier, then explaining things is much harder.”

It may be that each world has its own eclectic history, she says. Earth’s happens to include the powerful cycle of plate tectonics. But life elsewhere might have found another way. — Carolyn Gramling

Questions or comments on this article? E-mail us at [email protected]

A version of this article appears in the January 16, 2021 issue of أخبار العلوم.


شاهد الفيديو: اسئلة المسطحين 3. الارض كروية ام بيضوية - باختصار (شهر اكتوبر 2021).