بررسي علل كاهش دما در سطح زمین پس از تماس سوم در گرفت هاي كلي خورشيد

غلامحسین رستگار نسب *

منصوره بنازاده

مقدمه  

درگرفت كلي خورشيد، تغيير در روشنايي و دما مشاهده می شود. این تغییر شبيه انتقال از روز به شب نيست، زيرا در طول تغييرات روزانه، زاويه ارتفاع خورشيد بزرگ و آهسته است. ولي در طول گرفت كلي خورشيد، كه  خورشيد در پشت ماه پنهان مي‌شود، زاويه و ارتفاع خورشيد چندان تغيير نمي‌كند و تاريك و روشن شدن و كاهش دما زود اتفاق مي‌افتد. والتر فرناندز كاهش دما را در گرفت كلي 11 جولاي 1991 در 9 منطقه اندازه گيري كرد. او كاهش دما را از 5/3 تا 5/8 درجه و طول زمان كاهش را از 10 تا 30 دقيقه ثبت كرد. در ثبت اين گرفتها به زمان پايين‌ترين دما و دلايل اين كاهش اشاره نشده است. گياهي يزدي كاهش دما را تا 3 درجه نوشته است. در این پژوهش، كاهش دما از هنگام گرفت كلي، هر يك دقيقه يك بار ثبت شده است و تا پايين ترين دما بعد از كنتاكت سوم ادامه داشته است. مشاهده ی اتفاقی این پدیده در اولین ثبت، سبب شد تا این مسئله توسط پژوهشگرانش در گرفت های دیگر خورشید به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گیرد.

مكانها و تاريخ اندازه گيري دما در گرفت خورشيد
 اولین مکان ثبت تغییرات دما، در سال 1378، سایت رصدی تربیت معلم شهید آیت، شهر نجف آباد اصفهان بود. دومین ثبت در سال 1385در روستای کمر که در کناره ی دریای مدیترانه و نزدیک شهر آنتالیاي ترکیه است صورت پذيرفت. سومين و چهارمين ثبت به ترتيب درسالهاي 1387 و 1388 در كشور چين و در شهر هاي تانگ چوان و تانگلينگ انجام شد. تصويرهاي ا تا 4 مربوط به محلهاي جغرافيايي شهرهاي  مورد اندازه گیری دما مي باشد و از سایت ناسا گرفته شده است.

تصویر 1:نقشه جغرافیایی سایت رصدی شهر نجف آباد اصفهان

تصویر 2: نقشه جغرافیایی روستای کمر در نزدیک شهر آنتالیا ترکیه

تصویر3: نقشه جغرافیایی شهر تانگ چوان در   چین

تصویر 4 : نقشه جغرافیایی شهر تانگلینگ در چین

اطلاعات اندازه گيري زمان                                                                                                
گرفت كلي اصفهان(3) كه در 20 مرداد 1378 به وقوع پيوست در ساعت 15:14 دقيقه شروع  در ساعت 17:43 دقيقه پايان يافت. اطلاعات مربوط به طول و عرض جغرافيايي اين مكان و ديگر مكانهاي گرفت در جدول شماره 1 آمده است.  گرفت دوم(4)در نزديكي آنتاليا ساعت 12:37 به وقت محلي شروع شد. به دلیل ابری شدن هوا در زمان گرفت خورشيد، تعیین زمان پایان آن به روش تجربی امکان پذیر نبود. سومین خورشید گرفتگی(5) که در شهر تانگ چوان چین اتفاق افتاد، در ساعت 18:29 به وقت محلی شروع شد. همانطور که در جدول1 مشخص شده است تماس چهارم این گرفت ثبت نشده است و علت آن غروب خورشید قبل از کنتاکت چهارم بود. شهر تانگلینگ چین چهارمین(6) مکان ثبت اندازه گیری های دما است. خورشید گرفتگی در ساعت 8:18 به وقت محلی شروع شد و در ساعت 10:53پایان یافت. در گرفت های اول و چهام طول مدت گرفت مشخص است.

كنتاكتها                                                                                                   
 وقتي ماه و خورشيد از روي زمين در يك راستا قرار مي‌گيرند، آنها در حال برخورد با يكديگر مشاهده می شوند. به اين برخورد اصطلاحاً كنتاكت گفته می شود. هنگامي كه ماه به سمت خورشيد مي‌رود و با آن مماس مي‌شود، كنتاكت اول ناميده مي‌شود. کنتاکت دوم زمانی روی می دهد که ماه روی خورشید را می پوشاند و از یک طرف مماس می شود.هنگامي كه ماه بر روي خورشيد حركت مي‌كند و از طرف ديگرمماس مي‌شود كنتاكت سوم گفته مي شود. هنگامی که ماه در حرکت خود، از خورشید جدا می شود، کنتاکت چهارم نامیده می شود. زمان شروع هر کتناکت در جدول1 مشخص شده است.

جدول1: اطلاعات مربوط بهمکان های اندازه گیری زمان شروع کنتاکت ها در گرفت های خورشیدی

ابزارهاي اندازه گيري                                                                                                 

 ابزارهاي اندازه گيري، که برای ثبت تغییرات دما، دراین پژوهش استفاده شدند، عبارت از: دما سنج‌های الكلي، دماسنج‌هاي جيوه‌اي، دماسنج‌هاي مينيم ماكزيمم بودند. ابزارها و كاليبره كردن آنها، با دقت بسيار زيادي انجام شد. به منظور انتخاب دماسنج های مناسب، کارایی تمام دماسنج های موجود، با یک دما سنج دقیق و با حساسیت بالا، که توسط کارشناسان سازمان هوا شناسی تایید شده بود، مقایسه و دقت اندازه گیری دماسنج 5/0 درجه برآورد شد. از بين حدود 300 دماسنج جيوه‌اي والكلي، 50 دماسنج كه دقيقاً دمای محيط را، مطابق استاندارد نشان مي‌دادند انتخاب شد. از بين دماسنج هاي مينمم وماكزيمم نيز 10 دماسنج انتخاب شد. در زمان اندازه گيري‌ها، ضمن اينكه دماسنج‌ها با هواي آزاد در تماس بودند، ولي در معرض تابش مستقيم نور خورشيد و وزش باد قرار نداشتند. در واقع هر 4 دماسنج در درون يك جعبه، بدون درب و رو به شمال قرار داشتند. همچنين شرایط جوی در هر چهار گرفت خورشید مناسب بود. در گرفت اصفهان هوا صاف و کاملا آرام بود، اما در سه گرفت دیگر، باد ملایمی می وزید و هنگام گرفت نیز سرعت باد قدری بيشتر شد، ولی  شرایط به گونه ای نبود که بتواند روی نتایج، تاثیر چشمگیری داشته باشد. همکارانی که در ثبت دما، در گرفت های مختلف پژوهشگران را یاری دادند عبارتند بودند از: در گرفت اصفهان 6 دبیر و تعدادی از دانش آموزان، در گرفت ترکیه 6 دانشجو، آماتور در نجوم، در تانگ چوان 2 افسر محلی  و در چهارمین گرفت،4 دانشجو از دانشگاه علم و تکنولوژی استان حیفی چین، کار ثبت دما را انجام دادند.

اندازه گيري دما و زمان  در هنگام گرفت خورشيداندازه گيری دما از كنتاكت اول تا كنتاكت دوم، هر 10 دقيقه يك بار انجام ‌گرفت. كاهش دما در همه گرفتها تقريبا آهسته بود. از كنتاكت دوم تا كنتاكت سوم و بعد از آن، تا هنگامي كه دما به پايين ترين حد خود مي رسيد، هر يك دقيقه، ثبت دما انجام  گرفت. كاهش دما از كنتاكت دوم تا سوم، طبق جدول شماره 2چشمگير بود و بعد از كنتاكت سوم انتظار مي رفت، دما متوقف و سير صعودي دما آغاز شود. اما طبق  جدول شماره 2 ، از 4 تا 8 دقيقه بعد از كنتاكت سوم، كاهش دما ادامه داشت. و اين كاهش از 1 درجه الي 3 درجه ثبت شد و از آن به بعد، تا كنتاكت چهارم، هر 10دقيقه يك باردما ثبت شد. تغییرات دما بر حسب زمان، در طول خورشید گرفتگی، براي همه مناطق در جدول شماره 2، و نمودارهاي 1 تا 4 ، مربوط به شهرهاي اصفهان ، تركيه ، تانگ چوان و تانگ لينگ  مي باشد.

جدول 2: اندازه گيري  دما در 4 گرفت

 در جدول زير دما بر حسب درجه، زمان بر حسب دقيقه و ثانيه است

نمودار1:تغییرات دما برحسب زمان در خورشید گرفتگی اصفهان

نمودار 2:تغییرات دما برحسب زمان در خورشید گرفتگی ترکیه

نمودار3: تغییرات دما برحسب زمان خورشید گرفتگی در تانگ چوان     

نمودار4: تغییرات دما برحسب زمان، خورشید گرفتگی در تانگلینگ

بحث وبررسي   

با توجه به نمودارها، مشخص شد که  كمترين كاهش دما، حدود هشت الي ده دقيقه بعد از كنتاكت سوم اتفاق مي افتد. با اينكه دقت دماسنج ها در حد نيم درجه بود، ولي كاهش دما كاملا مشهود است. بنابراین، نتایج بدست آمده را نمی توان به خطاهای اندازه گیری نسبت داد. از آنجا که آزمایش در نقاط مختلف، و با شرایط اقلیمی و جغرافیایی خاص خود، انجام شده است، اما در تمام آنها نتیجه یکسان است، و کاهش دما بعد از کنتاکت چهارم تایید می شود. علاوه بر این، ثبت کنندگان دما نیز در نقاط مختلف، متفاوت بوده و شرایط متفاوتی نیز داشته اند. بنابراین خطای سیستماتیک ناشی از آزمایشگران را نیز می توان با احتمال بالا رد کرد. برای بررسی این پدیده، پژوهشگران به مطالعه و تحلیل پدیده پرداخته، و با متخصصان و صاحب نظران داخلی و خارجی در این حوزه، مکاتبه کرده، و به دلایل احتمالی تبیین کننده ی پدیده دست یافتند. برطبق این مطالعات، هنگامی که کنتاکت سوم پايان مي پذيرد، سير نزولي دماسنج ها متوقف نمي شود. اين سير نزولي تا حدود  8 دقيقه ادامه دارد، و سپس سير صعودي آغاز مي شود. در واقع، اگر چه «خورشيد بخشی از انرژي خود را به صورت فرابنفش به زمين مي دهد(UV) ، زمين انرژي خود را به صورت مادون قرمز (IR) از دست مي دهد((7» «زمين براي جبران گرماي از دست رفته در گرفت خورشيد، ‌به ميزان كافي، بعد از باز شدن خورشيد زمان نياز دارد. در واقع پس از کنتاکت سوم، چند ثانيه،  براي جبران ميزان و سرعتي كه زمين انرژي خود را از دست مي دهد كافي نيست   و حدوداً 8 دقيقه وقت لازم است(8)». چنانچه در نظر بگيريم كه در حال گرفت خورشيد، زمين به ميزان E ژول بر ثانيه انرژي از دست دهد، و خورشيد به ميزان S ژول بر ثانيه انرژي دهد، زماني كه خورشيد در حدود يك درصد باز مي شود، مكان گرفت به ميزان 1% × S ژول بر ثانيه انرژي دريافت مي كند. اگر اين مقدار كمتر از E باشد، دما هنوز هم به ميزان اندكي كاهش پيدا خواهد كرد. بعد از 5 دقيقه 10 درصد خورشيد باز مي شود، در اين هنگام مكان گرفت، 10%× S ژول بر ثانيه، انرژي دريافت خواهد كرد. بعد از 7 دقيقه و يا اندكي كمتر يا بيشتر 15%  خورشيد باز مي شود. در اين هنگام S = E مي شود و دما ثابت مي ماند و از اين مرحله به بعد، دما افزايش مي يابد. افزايش يا كاهش دماي هوا، تابعي از انرژي خالص دريافتي است (تفاضل انرژي دريافتي از خورشيد و انرژي تابشي زمين ). افزايش دماي هوا به مفهوم مثبت بودن انرژي خالص دريافتي و كاهش دماي هوا گوياي منفي بودن انرژي خالص است. بعد از کنتاکت سوم درگرفت کلی خورشيد، با اينكه دريافت انرژي خورشيد آغاز شده و روند افزايشي دارد، ولي هنوز اين مقدار انرژي، كمتر از انرژي ارسالي از زمين به هوا است. به سبب اينكه توان تابشي خورشيد خيلي بيشتر از زمين است، اين توازن منفي به سرعت به حالت بي تفاوت و به توازن مثبت مي رسد كه افزايش دماي هوا را به دنبال دارد. مطابق تجربه اي كه در 4 رخدادهاي مختلف كسب شده ، زمان لازم براي عبور از توازن منفي حدود هشت دقيقه است.

نتيجه گيري                                                                                                                                                             
بر اساس اندازه گیریهای انجام شده در چهار خورشید گرفتگی، که در چهار منطقه مختلف جهان روی داده، پدیده ی تغییر دمایی، قبل، بعد و در طول گرفتگی خورشید، مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که همواره، کمترین میزان دمای ثبت شده، توسط ابزارهای اندازه گیری، در حدود 7 دقیقه بعد از کنتاکت سوم روی می دهد . انتظار می رود بعد از کنتاکت سوم، دماسنج ها افزایش دما را نشان دهند، اما به دلیل تبادل گرمایی زمین و خورشید، حدود 7 دقیقه طول می کشد، تا میزان انرژی که زمین از دست می دهد (E) با میزان انرژی دریافتی از خورشید (S) برابر گردد. با توجه به متفاوت بودن شرایط آزمایش و دستیابی به نتایج یکسان، منسوب کردن این پدیده به خطاهای اندازه گیری می تواند نادرست باشد.

References

[1] W.Fernandes and V.Castro and H.Hidalgo; Air temperature and wind changes in costa rica during the Total Solar Eclipse of July 1, 1991

[2]Giyahi,yazdi.hamidreza,Eclips.spring2008

[3]Espenak, and Anderson, J. Total Solar Eclipse of 1999 August 11, NASA Refrence publ                                                [4]Espenak, and Anderson, J. Total Solar Eclipse of 2006 March 29, NASA Refrence publ                                                 [5]Espenak, and Anderson, J. Total Solar Eclipse of 2008 August 1, NASA Refrence publ                                                   [6]Espenak, and Anderson, J. Total Solar Eclipse of 2009 July 11, NASA Refrence publ                                                         [7]Harsad( letterNo:24) IUCAA university,pune, India

[8]Ministry of Roads and Transportation. Iran Meteorological Organization.parvize reza zade.16/02/2008

غلامحسین رستگار نسب

کارشناس مسئول پژوهش سرای دانش آموزی محمدبن زکریای رازی، آموزش و پرورش ناحیه یک شهر ری، اداره کل آموزش و پرورش شهرستانهای استان تهران [email protected]

منصوره بنازاده، همکار در پژوهش

دانش آموزان عضو گروه نجوم پژوهش سرا