مفهوم

مدار

المسار المنحني لجسم حول نجم أو كوكب، ويحدده الجاذبية.
12 مقالات ذات صلة

الوصف

المدار هو المسار المنحني الذي يسلكه جسم حول نجم أو كوكب أو أي جرم ضخم آخر، ويخضع لجاذبية ذلك الجرم. في جوهره، هو سقوط مستمر: الجسم ينجذب باستمرار نحو الجرم المركزي، لكن حركته الجانبية تمنعه من الاصطدام به. المدارات ليست مجرد دوائر — بل يمكن أن تكون إهليلجية، وفي بيئات الجاذبية المعقدة، قد تتمايل أو تميل أو حتى تنعكس اتجاهها بالنسبة لدوران النجم المضيف.

التاريخ

وصف يوهانس كيبلر لأول مرة المدارات الكوكبية بأنها إهليلجية في أوائل القرن السابع عشر، استنادًا إلى ملاحظات تايكو براهي الدقيقة. لاحقًا، فسّر إسحاق نيوتن سبب اتخاذها هذا الشكل، موضحًا أن الجاذبية وحدها يمكن أن تنتج مثل هذه المسارات.

كيف يعمل

يتحدد شكل المدار واتجاهه بتوازن بين سرعة الجسم وجاذبية الكتلة المركزية. إذا تحرك الجسم بسرعة كافية، فإنه يهرب؛ وإذا كان بطيئًا جدًا، فإنه يحلّق نحو الداخل. في الأنظمة متعددة الأجرام، مثل الأنظمة الكوكبية التي تضم عدة كواكب، يمكن للتفاعلات الجاذبية أن تغيّر المدارات ببطء مع مرور الوقت، مما يسبب تحولات في الميل أو الانحراف المداري أو حتى قلبها تمامًا.

في التطبيق

تُستخدم ميكانيكا المدارات لتصميم مسارات الأقمار الصناعية، وتخطيط المهام بين الكواكب، والتنبؤ بحركة الكويكبات أو المذنبات التي قد تهدد الأرض.

حقيقة طريفة

بعض الكواكب تدور حول نجومها في الاتجاه المعاكس لدوران النجم، وهي ظاهرة تُعرف بالمدار الرجعي، والتي غالبًا ما تنتج عن لقاء جاذبي عنيف في وقت مبكر من تاريخ النظام.

Concept graph →

مقالات ذات صلة · 12

لماذا تتحرك الكواكب في مدارات إهليلجية؟ دليل جديد
الحجر المقذوف يطير في قوس، بينما الكوكب حول الشمس يتحرك في منحنى مغلق. لماذا الإهليلج تحديدًا، وليس دائرة أو حلزونيًا؟ الجواب يقدمه قانون كبلر الأول، لكن برهانه عادة يتطلب حسابات معقدة. هذا العمل يقدم طريقًا أقصر — عبر نسبة سرعات بسيطة.
كيف تكشف المدارات انحناء الكون
الحجر المقذوف يطير في قوس ويسقط. الكوكب حول النجم هو نفس الحجر، لكنه يسقط إلى ما لا نهاية، ملتفًا حول النجم في منحنى مغلق. في عالم نيوتن، هذا المنحنى هو قطع ناقص مثالي، ويعود الكوكب إلى نفس النقطة في كل دورة. في الواقع، يدور المدار قليلًا — نقطته الأقرب إلى النجم، الحضيض، تنزاح. عند عطارد، هذا الانزياح حوالي 43 ثانية قوسية في القرن.
ثقب أسود بنواة ناعمة يغيّر موسيقى الموجات الثقالية
الدوامة التي ينساب عبرها الماء إلى البالوعة تزداد سرعة دورانها كلما اقتربنا من المركز. في الثقب الأسود العادي، ينتهي هذا القمع بنقطة حادة بلا حدود — التفرد (singularity) — حيث تنهار قوانين الفيزياء. لكن في الدراسة الجديدة، نُظر إلى صورة مختلفة: القمع لا يتلاشى في إبرة، بل ينتهي بفقاعة ملساء منتفخة.
الثقوب السوداء تدور عشوائياً، متجاهلةً المجرات
لطالما بنى علماء الفيزياء الفلكية على مدى عقود صورة متناسقة: المجرة، مثل دوامة الخيل العملاقة، تدور بإيقاع واحد، والثقب الأسود فائق الكتلة الموجود في مركزها يرث هذه الرقصة. الغاز من القرص، عند سقوطه في قرص التراكم، يُفترض أنه يسحب محور الثقب معه عبر تأثير لينز-ثيرينغ، محاذياً الدوران مع العزم الكلي.
كيف تلتصق فقاعة مرتجفة بطيّة
على ملاءة مشدودة تجري طيّة وحيدة — انحدار حاد في الارتفاع لا يتبدد بل يتحرك ككل. يسمي الفيزيائيون هذه الطيّة «كينك» (kink). إذا جذبت الملاءة فجأة في مكان واحد، ستنتشر تموجات عليها. لكن في بعض الأوساط، لا تتبدد هذه التموجات بل تتجمع في كتلة وترتجف في مكانها لعشرات ومئات الدورات. هذه الكتلة هي أوسيلون. لفترة طويلة، اعتُبرت الأوسيلونات أجسامًا مستقلة تعيش بنفسها في الفضاء الفارغ.
حلقة تسافر بنفسها وتفرض الطاقة
الجسيم الكمومي، عندما يجري عبر حلقة مغلقة، يترك على مساره «سجلين» مختلفين. الأول – كبصمة إصبع على مقبض الباب: يبقى دون تغيير مهما أدرت المقبض، ويخبر فقط عن الشكل والمادة. في الفيزياء، يُسمى هذا هولونوميا ويلسون (Wilson holonomy) – وهو مسؤول عن تداخل الموجات ونقل السبين الداخلي (الإبرة المغناطيسية الصغيرة للجسيم) دون النظر إلى الطاقة.
المقاومة داخل الكرة الدوارة
داخل الأرض يوجد لب حديدي صلب بحجم القمر. يطفو في معدن سائل ويتمايل قليلاً — مثل نواة الخوخ عندما تهز الثمرة. تسمى هذه التمايلات بأنماط سليتر (Slater modes): يتحرك اللب إما على طول محور الكوكب أو عبره. تعيق الحركة ثلاث قوى في وقت واحد. السائل اللزج يغلف اللب مثل العسل يغلف الملعقة. دوران الأرض يجعل السائل يتحرك بشكل حلزوني. والمجال المغناطيسي يخترق المعدن ويقاوم الإزاحة.
قلب لا يغرق
قلب بلاستيكي يطفو على الماء ولا ينقلب مهما أدرته. يبقى ثابتًا في أي وضع، وكأن الماء يمسكه بخيوط غير مرئية. هذه الحيلة ممكنة بفضل منحنى زيندلر — وهو شكل جميع الخطوط التي تقسم مساحته إلى نصفين لها نفس الطول. منحنى زيندلر هو منحنى مغلق حيث أي وتر يقسم المساحة إلى نصفين له نفس الطول.
فورتونات: حلقات المادة المظلمة غير المرئية
الفورتونات هي أطواق كونية غير مرئية، حلقات مغلقة من الزمكان المنحني. أرق من الذرة لكنها أثقل من النجوم، تدور هذه البقايا من الانفجار العظيم مثل دوامات عملاقة، ملتفة بكل ما حولها. معادلات أينشتاين تصف كيف ترقص الجسيمات قرب هذا الطوق: المسارات إما تلتف في لوالب أو تتحرك بفوضوية.
ثلث النجوم الشبيهة بالشمس تولد بأقراص مائلة
قمة دوّارة مائلة فوق طاولة، حولها قرص غبار. هكذا يبدو النظام النجمي الفتي حيث لا يتطابق محور دوران النجم مع مستوى القرص الكوكبي الأولي. حتى وقت قريب، لم يكن علماء الفلك يعرفون مدى شيوع هذا المشهد في الطبيعة. الآن حصلنا على الإجابة: حوالي كل ثالث نجم شبيه بالشمس يولد بقرص مائل.
رقصة كمومية أمام جدار مرآوي: الزخم الزاوي في كون مغلق
قبل مئة عام، منحت ميكانيكا الكم العالم صورة متناسقة: دوران جسيم حول نقطة لا يمكن أن يتم إلا بكميات محددة من الزخم الزاوي، وهي أعداد صحيحة مضروبة في ثابت بلانك. بدت هذه القاعدة ثابتة مثل قانون الجاذبية، وكانت تُشتق من اعتبارات جبرية بسيطة.