دائرة البروج

مستوى مسار الشمس الظاهري هو المسار الظاهري للشمس على الكرة السماوية ، الناتج عن دوران الأرض حول الشمس. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ أ ]} وقد كان مفهومًا محوريًا في عدد من العلوم القديمة، حيث وفّر الإطار اللازم لإجراء قياسات أساسية في علم الفلك والتنجيم وصنع التقاويم. سُمّي مستوى مسار الشمس بهذا الاسم لأن القدماء لاحظوا أن الخسوف لا يحدث إلا عندما يعبره القمر. ^{[ 3 ]}

يمكن تتبع مسار الشمس على خلفية النجوم ، وخاصةً أبراج دائرة البروج . ^{[ 4 ]} يمكن رؤية كواكب المجموعة الشمسية على طول مسار الشمس الظاهري لأن مستويات مداراتها قريبة جدًا من مستوى مدار الأرض. كما يظهر القمر بالقرب من هذا المستوى، حيث يميل مستوى مداره بزاوية 5.1 درجة فقط، ويتقاطع مع مسار الشمس الظاهري عند عقدتي القمر .

يُعدّ مسار الشمس الظاهري مستوى مرجعيًا هامًا ، وهو أساس نظام الإحداثيات الظاهرية . وقد تمكّن العلماء القدماء من حساب ميل محور الأرض بمقارنة زاوية مسار الشمس الظاهري (حوالي 23.4 درجة) بزاوية المستوى الاستوائي .

مسار الشمس الظاهري هو المسار الظاهري للشمس على مدار السنة . ^{[ 5 ]}

بما أن الأرض تستغرق عامًا كاملًا للدوران حول الشمس، فإن الموقع الظاهري للشمس يستغرق عامًا لإكمال دورة كاملة على مسارها الظاهري. وبما أن السنة تتكون من أكثر من 365 يومًا بقليل، فإن الشمس تتحرك أقل بقليل من درجة واحدة شرقًا ^{كل يوم. هذا الاختلاف الطفيف في موقع الشمس بالنسبة للنجوم يجعل أي نقطة معينة على سطح الأرض تلحق بالشمس (وتصبح شمالها أو جنوبها مباشرة )} متأخرة حوالي أربع دقائق كل يوم عما لو لم تكن الأرض تدور حولها؛ ولذلك فإن اليوم على الأرض يبلغ 24 ساعة بدلًا من اليوم النجمي الذي يبلغ حوالي 23 ساعة و56 دقيقة . مع ذلك، هذا تبسيط مبني على افتراض أن الأرض تدور حول الشمس بسرعة زاوية منتظمة. تختلف السرعة الفعلية التي تدور بها الأرض حول الشمس اختلافًا طفيفًا خلال العام، وبالتالي فإن السرعة التي تبدو بها الشمس وكأنها تتحرك على طول مسارها الظاهري تختلف أيضًا. فعلى سبيل المثال، تقع الشمس شمال خط الاستواء السماوي لحوالي 185 يومًا من كل عام، وجنوبه لحوالي 180 يومًا. ^{[ 6 ]} ويُفسر تغير سرعة دورانها جزءًا من معادلة الزمن . ^{[ 7 ]}

بسبب حركة الأرض حول مركز كتلة الأرض والقمر ، يتذبذب المسار الظاهري للشمس تذبذباً طفيفاً، بدورة زمنية تقارب الشهر . وبسبب اضطرابات أخرى من الكواكب الأخرى في المجموعة الشمسية، يتذبذب مركز كتلة الأرض والقمر تذبذباً طفيفاً حول موقع متوسط ​​بطريقة معقدة.

تدور معظم الأجرام الرئيسية في النظام الشمسي حول الشمس في مستوى واحد تقريبًا. ويُعتقد أن هذا يعود إلى تكوّن الكواكب من قرص كوكبي أولي ، حيث يدور كل الغبار والغاز حول الشمس في مستوى واحد تقريبًا. ^{[ 8 ]} المستوى الثابت للنظام الشمسي هو المستوى الذي يمر بمركز كتلته عموديًا على متجه زخمه الزاوي . ^{[ 9 ]} يميل مدار الأرض، وبالتالي مستوى مسار الشمس الظاهري، بزاوية تزيد قليلًا عن درجة واحدة عن المستوى الثابت، بينما يقع مدار المشتري ضمن نطاق يزيد قليلًا عن نصف درجة منه، ويقع مدار عطارد، الكوكب ذو الميل الأكبر، بزاوية تقارب 6 درجات. ^{[ 10 ]} ولهذا السبب، تظهر معظم أجرام النظام الشمسي قريبة جدًا من مستوى مسار الشمس الظاهري في السماء.

يُحدد المستوى الثابت بالزخم الزاوي للنظام الشمسي بأكمله، وهو في الأساس المجموع الاتجاهي لجميع الزخم الزاوي المداري والدوراني لجميع أجرام النظام؛ ويأتي أكثر من 60% من المجموع من مدار كوكب المشتري. ^{[ 10 ]} يتطلب هذا المجموع معرفة دقيقة بكل جرم في النظام، مما يجعله قيمة غير مؤكدة إلى حد ما. ونظرًا لعدم اليقين بشأن الموقع الدقيق للمستوى الثابت، ولأن دائرة البروج محددة جيدًا بالحركة الظاهرية للشمس، تُستخدم دائرة البروج كمستوى مرجعي للنظام الشمسي من أجل الدقة والسهولة. العيب الوحيد لاستخدام دائرة البروج بدلًا من المستوى الثابت هو أنها ستتحرك على مدى فترات زمنية جيولوجية طويلة، بالنسبة لنقاط مرجعية ثابتة في خلفية السماء البعيدة. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

مناظر علوية وجانبية لمستوى مسار الشمس الظاهري، تُظهر كواكب عطارد والزهرة والأرض والمريخ . تدور معظم الكواكب حول الشمس في نفس المستوى تقريبًا الذي تدور فيه الأرض، وهو مستوى مسار الشمس الظاهري .

ميل مستوى المجرة

يميل مستوى مسار الشمس الظاهري عن مستوى المجرة بزاوية 60 درجة. ^{[ 14 ]}

لأن محور دوران الأرض ليس عموديًا على مستوى مدارها ، فإن مستوى خط استواء الأرض لا يقع في نفس مستوى دائرة البروج، بل يميل عنها بزاوية تقارب 23.4 درجة، تُعرف بميل دائرة البروج . ^{[ 15 ]} إذا تم إسقاط خط الاستواء على الكرة السماوية ، مُشكِّلًا خط الاستواء السماوي ، فإنه يتقاطع مع دائرة البروج عند نقطتين تُعرفان بالاعتدالين . تعبر الشمس، في حركتها الظاهرية على طول دائرة البروج، خط الاستواء السماوي عند هاتين النقطتين، إحداهما من الجنوب إلى الشمال، والأخرى من الشمال إلى الجنوب. ^{[ ب ]} يُعرف العبور من الجنوب إلى الشمال باعتدال مارس ، المعروف أيضًا بنقطة الحمل الأولى والعقدة الصاعدة لدائرة البروج على خط الاستواء السماوي. أما العبور من الشمال إلى الجنوب فهو اعتدال سبتمبر أو العقدة الهابطة . ^{[ 16 ]}

المستوى المرجعي السماوي

يشكل مسار الشمس الظاهري أحد المستويين الأساسيين المستخدمين كمرجع لتحديد المواقع على الكرة السماوية، والآخر هو خط الاستواء السماوي . ويقع قطبا مسار الشمس الظاهري عموديين على مسار الشمس الظاهري ، حيث يمثل القطب الشمالي لمسار الشمس الظاهري القطب الواقع شمال خط الاستواء. ومن بين المستويين الأساسيين، يُعد مسار الشمس الظاهري أقرب إلى الثبات بالنسبة للنجوم الخلفية، إذ تبلغ حركته الناتجة عن ترنح الكواكب حوالي 1/100 من حركة خط الاستواء السماوي. ^{[ 17 ]}

تُستخدم الإحداثيات الكروية ، المعروفة باسم خط الطول وخط العرض الظاهريين أو خط الطول وخط العرض السماويين، لتحديد مواقع الأجرام السماوية على الكرة السماوية بالنسبة لدائرة البروج. يُقاس خط الطول باتجاه الشرق ^{[ b ]} من 0° إلى 360° على طول دائرة البروج من الاعتدال الربيعي، وهو نفس الاتجاه الذي تبدو فيه الشمس وكأنها تتحرك. يُقاس خط العرض عموديًا على دائرة البروج، إلى +90° شمالًا أو -90° جنوبًا إلى قطبي دائرة البروج، حيث تُمثل دائرة البروج نفسها خط عرض 0°. لتحديد موقع كروي كامل، يلزم أيضًا تحديد المسافة. تُستخدم وحدات مسافة مختلفة لأجرام مختلفة. داخل النظام الشمسي، تُستخدم الوحدات الفلكية ، وبالنسبة للأجرام القريبة من الأرض ، تُستخدم أنصاف أقطار الأرض أو الكيلومترات . كما يُستخدم نظام إحداثيات مستطيلة يمينية مقابلة في بعض الأحيان. يتجه المحور السيني نحو الاعتدال الربيعي، والمحور الصادي بزاوية 90 درجة شرقًا، والمحور العيني نحو القطب الشمالي لدائرة البروج؛ والوحدة الفلكية هي وحدة القياس. رموز إحداثيات دائرة البروج موحدة إلى حد ما؛ انظر الجدول. ^{[ 18 ]}

ملخص الرموز المستخدمة في إحداثيات مسار الشمس ^{[ 19 ]}

	كروي			مستطيل
	خط الطول	خط العرض	مسافة
مركزية الأرض	λ	β	Δ
مركزية الشمس	ل	ب	ر	x ، y ، z [ ملاحظة 1 ]
↑ استخدام عرضي؛عادةً ما يتم حجز x و y و z للإحداثيات الاستوائية .

تُعدّ الإحداثيات الكسوفية ملائمة لتحديد مواقع أجرام النظام الشمسي، إذ تميل مدارات معظم الكواكب قليلاً عن مستوى الكسوف، وبالتالي تظهر دائمًا قريبة نسبيًا منه في السماء. ولأن مدار الأرض، وبالتالي مستوى الكسوف، يتحرك حركة طفيفة جدًا، فإنه يُشكّل مرجعًا ثابتًا نسبيًا بالنسبة للنجوم.

بسبب حركة الاعتدالين ، تتغير إحداثيات مسار الشمس للأجرام السماوية على الكرة السماوية باستمرار. يتطلب تحديد موقع ما في إحداثيات مسار الشمس تحديد اعتدال معين، أي اعتدال تاريخ محدد، يُعرف باسم الحقبة ؛ وتُنسب الإحداثيات إلى اتجاه الاعتدال في ذلك التاريخ. على سبيل المثال، يُدرج التقويم الفلكي الموقع الشمسي المركزي للمريخ في الساعة 0:00 بالتوقيت الأرضي ، 4 يناير 2010، على النحو التالي: خط الطول 118°09′15.8″، خط العرض +1°43′16.7″، المسافة الشمسية المركزية الحقيقية 1.6302454 وحدة فلكية، متوسط ​​الاعتدال ومسار الشمس في ذلك التاريخ. يُحدد هذا متوسط ​​الاعتدال في 4 يناير 2010 الساعة 0:00 بالتوقيت الأرضي كما ذُكر أعلاه ، دون إضافة التذبذب. ^{[ 20 ]}

يتناقص ميل دائرة البروج البالغ 23.4 درجة حاليًا بمقدار 0.013 درجة (47 ثانية قوسية) لكل مائة عام بسبب الاضطرابات الكوكبية. ^{[ 21 ]}

تُحدد القيمة الزاوية لميل محور الأرض من خلال رصد حركات الأرض والكواكب الأخرى على مدى سنوات عديدة. ويُنتج علماء الفلك جداول فلكية أساسية جديدة مع تحسن دقة الرصد وازدياد فهم الديناميكيات ، ومن هذه الجداول تُستخلص قيم فلكية متنوعة، بما في ذلك ميل محور الأرض. ^{[ 22 ]}

حتى عام 1983، كان يتم حساب ميل محور الأرض لأي تاريخ من خلال عمل نيوكومب ، الذي قام بتحليل مواقع الكواكب حتى حوالي عام 1895:

ε = 23°27′08.26″ − 46.845″ T − 0.0059″ T ² + 0.00181″ T ³

حيث ε هي زاوية الميل المحوري و T هي عدد القرون الاستوائية من عام 1900.0 قبل الميلاد إلى التاريخ المعني. ^{[ 23 ]}

ابتداءً من عام 1984، أصبحت سلسلة DE من الجداول الفلكية المُولّدة حاسوبياً من مختبر الدفع النفاث هي الجداول الفلكية الأساسية للتقويم الفلكي . وتم حساب الميل المحوري بناءً على DE200، الذي حلل الملاحظات من عام 1911 إلى عام 1979.

ε = 23°26′21.45″ − 46.815″ T − 0.0006″ T ² + 0.00181″ T ³

حيث يمثل T فيما يلي القرون اليوليانية من J2000.0 . ^{[ 24 ]}

يتم تحديث جداول الإحداثيات الأساسية لمختبر الدفع النفاث باستمرار. ويحدد التقويم الفلكي لعام 2010 ما يلي: ^{[ 25 ]}

ε = 23°26′21.406″ − 46.836769″ T − 0.0001831″ T ² + 0.00200340″ T ³ − 0.576×10 ⁻⁶ ″ T ⁴ − 4.34×10 ⁻⁸ ″ T ⁵

تهدف هذه الصيغ لحساب ميل محور الأرض إلى تحقيق دقة عالية على مدى فترة زمنية قصيرة نسبيًا، ربما عدة قرون. ^{[ 26 ]} وقد حسب ج. لاسكار صيغة لترتيب T ¹⁰ بدقة تصل إلى 0.04 ثانية قوسية لكل 1000 عام على مدى 10000 عام. ^{[ 22 ]}

جميع هذه التعبيرات خاصة بالميل المحوري المتوسط ، أي بدون تضمين تذبذب خط الاستواء. أما الميل المحوري الحقيقي أو اللحظي فيشمل التذبذب. ^{[ 27 ]}

تُحدد اللحظات الدقيقة للاعتدالين والانقلابين عندما يكون خط الطول الظاهري للشمس على دائرة البروج (بما في ذلك تأثيرات الانحراف والترنح ) عند 0° و 90° و180° و270°. ونظرًا لاضطرابات مدار الأرض وشذوذ التقويم ، فإن تواريخ هذه الظواهر ليست ثابتة. ^{[ 31 ]}

نظرًا لأن مدار القمر يميل بزاوية 5.145 درجة فقط عن دائرة البروج، ولأن الشمس دائمًا ما تكون قريبة جدًا من هذه الدائرة، فإن الخسوف يحدث دائمًا عليها أو بالقرب منها. وبسبب ميل مدار القمر، لا يحدث الخسوف عند كل اقتران أو تقابل بين الشمس والقمر، بل فقط عندما يكون القمر قريبًا من عقدة صاعدة أو هابطة في نفس الوقت الذي يكون فيه في اقتران ( هلال ) أو تقابل ( بدر ). سُميت دائرة البروج بهذا الاسم لأن القدماء لاحظوا أن الخسوف لا يحدث إلا عندما يعبرها القمر. ^{[ 3 ]}

يمر مسار الشمس حاليًا عبر الأبراج الثلاثة عشر التالية ( الأبراج الفلكية ، باستثناء برج الحواء ): ^{[ 32 ]}

توجد اثنتا عشرة كوكبة إضافية لا تقع على دائرة البروج، ولكنها قريبة بما يكفي بحيث يمكن أن يظهر القمر والكواكب أحيانًا في بعضها. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

• سيتوس
• بيغاسوس
• أكويلا
• سكيتوم
• سيربنس
• هيدرا
• كورفوس
• فوهة بركان
• السداسيات
• الكلب الأصغر
• أوريغا
• أوريون

كوكب الزهرة هو الكوكب الوحيد الذي يمر أحيانًا عبر جميع هذه الأبراج الـ 25. ^{[ 35 ]}

يشكل مسار الشمس الظاهري مركز دائرة البروج ، وهو حزام سماوي يبلغ عرضه حوالي 20 درجة عرضية، وتبدو الشمس والقمر والكواكب وكأنها تتحرك عبره باستمرار. ^{[ 36 ]} تقليديًا، تُقسم هذه المنطقة إلى 12 برجًا ، كل منها يقع عند خط طول 30 درجة، ويقارب كل منها حركة الشمس في شهر واحد. ^{[ 37 ]} في العصور القديمة، كانت هذه الأبراج تُقابل تقريبًا 12 من الأبراج التي تقع على مسار الشمس الظاهري. ^{[ 38 ]} ولا تزال هذه الأبراج تُستخدم أحيانًا في المصطلحات الحديثة. سُميت " نقطة الحمل الأولى " بهذا الاسم عندما كانت الشمس في الاعتدال الربيعي لشهر مارس تقع فعليًا في برج الحمل ؛ وقد انتقلت منذ ذلك الحين إلى برج الحوت بسبب تقدم الاعتدالين . ^{[ 39 ]}

• تكوين وتطور النظام الشمسي
• مستوى ثابت
• القرص الكوكبي الأولي
• نظام الإحداثيات السماوية
• أناليما

• مسار الشمس السنوي على الكرة السماوية: مسار الشمس الظاهري ( قسم الفيزياء، جامعة دورهام)
• محاكاة الفصول ومسار الشمس - جامعة نبراسكا-لينكولن
• قياس السماء: دليل سريع للكرة السماوية، جيمس ب. كالر، جامعة إلينوي
• فصول الأرض (مؤرشفة بتاريخ 13 أكتوبر 2007 في أرشيف الإنترنت) - المرصد البحري الأمريكي
• الأساسيات - دائرة البروج، خط الاستواء، وأنظمة الإحداثيات AstrologyClub.Org
• كينوشيتا، هـ.؛ آوكي، س. (1983). "تعريف دائرة البروج". الميكانيكا السماوية . 31 (4): 329-338 . Bibcode : 1983CeMec..31..329K . doi : 10.1007/BF01230290 . S2CID 122913096 . مقارنة تعريفات ليفيرير، ونيوكومب، وستانديش.