نظام إحداثيات الكواكب

نظام إحداثيات كوكبية (يشار إليه أيضًا باسم نظام إحداثيات كوكبية أو نظام إحداثيات كوكبية أو نظام إحداثيات مركزية الكوكب ) ^{[1] [2]} هو تعميم لأنظمة الإحداثيات الجغرافية والجيوديسية ومركزية الأرض للكواكب الأخرى غير الأرض. يتم تعريف أنظمة إحداثيات مماثلة للأجرام السماوية الصلبة الأخرى ، مثل الإحداثيات السيلينوغرافية للقمر . تم إنشاء أنظمة الإحداثيات لجميع الأجرام السماوية الصلبة تقريبًا في النظام الشمسي بواسطة ميرتون إي ديفيز من مؤسسة راند ، بما في ذلك عطارد ، ^{[3] [4]} الزهرة ، ^[5] المريخ ، ^[6] والأقمار الجليلية الأربعة للمشتري ، ^[7] وتريتون ، أكبر قمر لنبتون . ^[8] البيانات الكوكبية هي تعميم للبيانات الجيوديسية للأجرام الكوكبية الأخرى ، مثل بيانات المريخ ؛ يتطلب تحديد نقاط مرجعية مادية أو أسطح ذات إحداثيات ثابتة، مثل فوهة محددة لخط الزوال المرجعي أو أفضل جهد جغرافي مناسب كسطح عند مستوى الصفر. ^[9]

يحتاج هذا القسم إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة في هذا القسم. قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ( يناير 2020 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

تم تعريف أنظمة خطوط الطول لمعظم تلك الأجسام ذات الأسطح الصلبة القابلة للملاحظة من خلال الإشارة إلى سمة سطحية مثل الحفرة . القطب الشمالي هو قطب الدوران الذي يقع على الجانب الشمالي من المستوى الثابت للنظام الشمسي (بالقرب من مسار الشمس ). قد يختلف موقع خط الزوال الرئيسي وكذلك موضع القطب الشمالي للجسم على الكرة السماوية بمرور الوقت بسبب تقدم محور دوران الكوكب (أو القمر الصناعي). إذا زادت زاوية موضع خط الزوال الرئيسي للجسم بمرور الوقت، فإن الجسم له دوران مباشر (أو تقدمي )؛ وإلا يُقال إن الدوران رجعي .

في غياب أي معلومات أخرى، يُفترض أن يكون محور الدوران عموديًا على المستوى المداري المتوسط ؛ ويندرج عطارد ومعظم الأقمار ضمن هذه الفئة. وبالنسبة للعديد من الأقمار، يُفترض أن معدل الدوران يساوي متوسط ​​الفترة المدارية . وفي حالة الكواكب العملاقة ، نظرًا لأن سمات سطحها تتغير باستمرار وتتحرك بمعدلات مختلفة، يتم استخدام دوران مجالاتها المغناطيسية كمرجع بدلاً من ذلك. وفي حالة الشمس ، يفشل حتى هذا المعيار (لأن مجالها المغناطيسي معقد للغاية ولا يدور حقًا بطريقة ثابتة)، ويتم استخدام قيمة متفق عليها لدوران خط استوائها بدلاً من ذلك.

بالنسبة لطول الكواكب ، تُستخدم خطوط الطول الغربية (أي خطوط الطول المقاسة بشكل إيجابي إلى الغرب) عندما يكون الدوران تقدميًا، وخطوط الطول الشرقية (أي خطوط الطول المقاسة بشكل إيجابي إلى الشرق) عندما يكون الدوران رجعيًا. بعبارات أبسط، تخيل مراقبًا بعيدًا غير مداري يراقب كوكبًا أثناء دورانه. افترض أيضًا أن هذا المراقب موجود داخل مستوى خط استواء الكوكب. النقطة على خط الاستواء التي تمر مباشرة أمام هذا المراقب في وقت لاحق لها خط طول كوكبي أعلى من النقطة التي فعلت ذلك في وقت سابق.

ومع ذلك، فإن خط الطول الذي يدور حول الكوكب يقاس دائمًا بشكل موجب إلى الشرق، بغض النظر عن الاتجاه الذي يدور به الكوكب. ويُعرَّف الشرق بأنه الاتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة حول الكوكب، كما يُرى من أعلى قطبه الشمالي، والقطب الشمالي هو القطب الذي يتماشى بشكل أوثق مع القطب الشمالي للأرض. وقد جرت العادة على كتابة خطوط الطول باستخدام "E" أو "W" بدلاً من "+" أو "-" للإشارة إلى هذه القطبية. على سبيل المثال، تعني الخطوط −91° و91°W و+269° و269°E نفس الشيء.

المعيار الحديث لخرائط المريخ (منذ عام 2002 تقريبًا) هو استخدام إحداثيات مركز الكوكب. مسترشدًا بأعمال علماء الفلك التاريخيين، حدد ميرتون إي ديفيز خط الزوال للمريخ عند فوهة إيري-0 . ^{[10] [11]} بالنسبة لعطارد ، الكوكب الوحيد الآخر ذو السطح الصلب المرئي من الأرض، يتم استخدام إحداثيات مركزية حرارية: يمر خط الزوال الرئيسي عبر النقطة على خط الاستواء حيث يكون الكوكب في أشد حالاته سخونة (بسبب دوران الكوكب ومداره، تتراجع الشمس لفترة وجيزة عند الظهر في هذه النقطة أثناء الحضيض ، مما يمنحها المزيد من ضوء الشمس). وفقًا للاتفاقية، يتم تعريف خط الزوال هذا على أنه عشرين درجة بالضبط من خط الطول شرق هون كال . ^{[12] [13] [14]}

تتمتع الأجسام المقفولة مديًا بخط طول مرجعي طبيعي يمر عبر النقطة الأقرب إلى جسمها الأم: 0 درجة مركز نصف الكرة المواجه للجسم الأساسي، و90 درجة مركز نصف الكرة الأمامي، و180 درجة مركز نصف الكرة المضاد للجسم الأساسي، و270 درجة مركز نصف الكرة الخلفي. ^[15] ومع ذلك، فإن الاهتزاز الناتج عن المدارات غير الدائرية أو الميل المحوري يتسبب في تحرك هذه النقطة حول أي نقطة ثابتة على الجسم السماوي مثل أنالما .

هذا القسم يحتاج إلى التوسعة ، يمكنك المساعدة بإضافة المزيد إليه. ( مايو 2021 )

يمكن تعريف خط العرض الكوكبي وخط العرض المركزي للكوكب على نحو مماثل. يمكن تعريف مستوى خط العرض الصفري ( خط الاستواء ) بأنه متعامد على المحور المتوسط ​​للدوران ( أقطاب الأجرام الفلكية ). الأسطح المرجعية لبعض الكواكب (مثل الأرض والمريخ ) عبارة عن مجسمات بيضاوية ذات دوران يكون نصف قطرها الاستوائي أكبر من نصف قطرها القطبي، بحيث تكون كروية مفلطحة .

يمكن التعبير عن الموضع الرأسي بالنسبة إلى نقطة بيانات رأسية معينة ، عن طريق كميات فيزيائية مماثلة للمسافة الجغرافية المركزية (مقارنة بنصف قطر الأرض الاسمي الثابت أو نصف القطر الجغرافي المركزي المتغير لسطح القطع الناقص المرجعي) أو الارتفاع / الارتفاع (فوق وتحت الجيود ). ^[16]

تم قياس الشكل الإهليلجي (الجيود الخاص بالمريخ ) ^[17] باستخدام مسارات طيران بعثات الأقمار الصناعية مثل مارينر 9 وفايكنج . الانحرافات الرئيسية عن الشكل الإهليلجي المتوقع للسائل المثالي تأتي من هضبة ثارسيس البركانية، وهي منطقة بحجم قارة من التضاريس المرتفعة، ونقيضها. ^[18 ]

تم قياس المذنب الخيطي (الجيود القمري) بطريقة الجاذبية بواسطة قمري GRAIL التوأميين . [ ^19]

كما أن القطع الناقص المرجعية مفيدة أيضًا في تحديد الإحداثيات الجيوديسية ورسم خرائط الأجسام الكوكبية الأخرى بما في ذلك الكواكب وأقمارها والكويكبات ونوى المذنبات. والآن أصبحت بعض الأجسام التي تمت ملاحظتها جيدًا مثل القمر والمريخ تحتوي على قطع ناقص مرجعية دقيقة للغاية.

بالنسبة للأجسام شبه الكروية ذات السطح الصلب، والتي تشمل جميع الكواكب الصخرية والعديد من الأقمار، يتم تعريف القطع الناقص من حيث محور الدوران ومتوسط ​​ارتفاع السطح باستثناء أي غلاف جوي. المريخ في الواقع على شكل بيضة ، حيث يختلف نصف قطر القطب الشمالي والجنوبي بحوالي 6 كم (4 أميال)، ومع ذلك فإن هذا الاختلاف صغير بما يكفي لاستخدام نصف قطر القطب المتوسط ​​لتحديد القطع الناقص. قمر ​​الأرض كروي فعليًا، حيث لا يوجد انتفاخ تقريبًا عند خط استوائه. حيثما أمكن، يتم استخدام ميزة سطحية ثابتة يمكن ملاحظتها عند تحديد خط الطول المرجعي.

بالنسبة للكواكب الغازية مثل المشتري ، يتم اختيار سطح فعال للقطع الناقص باعتباره الحد الذي يساوي الضغط المتساوي لبار واحد . ونظرًا لعدم وجود سمات قابلة للملاحظة بشكل دائم، يتم اختيار خطوط الطول الأولية وفقًا لقواعد رياضية.

بالنسبة لنموذج WGS84 البيضاوي لنمذجة الأرض ، فإن القيم المحددة هي ^[20]

أ (نصف القطر الاستوائي): 6 378 137.0 م

${\displaystyle {\frac {1}{f}}\,\!}$(التسطيح العكسي): 298.257 223 563

من أي شيء يستمد المرء

ب (نصف القطر القطبي): 6 356 752.3142 م،

وبالتالي فإن الفرق بين نصفي المحور الرئيسي والمحور الثانوي هو 21.385 كم (13 ميل). وهذا يمثل 0.335% فقط من المحور الرئيسي، وبالتالي فإن تمثيل الأرض على شاشة الكمبيوتر سيكون بحجم 300 بكسل × 299 بكسل. وهذا لا يمكن تمييزه عن الكرة المعروضة بحجم 300  بكسل × 300  بكسل. وبالتالي فإن الرسوم التوضيحية تبالغ عادة في تسطيح الشكل لتسليط الضوء على مفهوم تسطيح أي كوكب.

القيم الأخرى لـ f في النظام الشمسي هي 1 ⁄ 16 لكوكب المشتري ، و 1 ⁄ 10 لزحل ، و 1 ⁄ 900 للقمر . إن تسطيح الشمس يبلغ حوالي9 × 10 ⁻⁶ .

في عام 1687، نشر إسحاق نيوتن كتابه "المبادئ" الذي تضمن دليلاً على أن الجسم السائل الدوار الذي يتحرك بجاذبية ذاتية في حالة توازن يأخذ شكل شكل بيضاوي مفلطح للثوران ( شكل كروي ). ^[21] تعتمد كمية التسطح على الكثافة وتوازن قوة الجاذبية وقوة الطرد المركزي .

انتفاخ استوائي للأجرام السماوية الرئيسية في النظام الشمسي

جسم	القطر (كم)		الانتفاخ الاستوائي (كم)	نسبة التسطيح	فترة الدوران (ساعة)	الكثافة (كجم/م 3 )	${\displaystyle f}$	الانحراف عن${\displaystyle f}$
	استوائي	قطبي
أرض	0 12,756.2	0 12,713.6	00 0 42.6	1 : 299.4	23.936	5515	1 : 232	-23%
المريخ	00 6,792.4	00 6,752.4	00 0 40	1 : 170	24.632	3933	1 : 175	0 +3%
سيريس	000  964.3	000  891.8	000 72.5	1 : 13.3	0 9.074	2162	1 : 13.1	0 −2%
كوكب المشترى	142,984	133,708	0 9,276	1 : 15.41	0 9.925	1326	1 : 9.59	-38%
زحل	120,536	108,728	11,808	1 : 10.21	10.56	0 687	1 : 5.62	-45%
أورانوس	0 51,118	0 49,946	0 1,172	1 : 43.62	17.24	1270	1 : 27.71	-36%
نبتون	0 49,528	0 48,682	00  846	1 : 58.54	16.11	1638	1 : 31.22	-47%

بشكل عام، فإن أي جسم سماوي يدور (وهو ضخم بما يكفي ليأخذ شكلًا كرويًا أو شبه كروي) سيكون له انتفاخ استوائي يطابق معدل دورانه.11808  كم زحل هو الكوكب الذي لديه أكبر انتفاخ استوائي في نظامنا الشمسي .

لا ينبغي الخلط بين الانتفاخات الاستوائية والتلال الاستوائية . التلال الاستوائية هي سمة لأربعة على الأقل من أقمار زحل: القمر الكبير إيابيتوس والأقمار الصغيرة أطلس وبان ودافنيس . تتبع هذه التلال عن كثب خطوط استواء الأقمار. يبدو أن التلال فريدة من نوعها لنظام زحل، ولكن من غير المؤكد ما إذا كانت الأحداث ذات صلة أم مصادفة. تم اكتشاف الثلاثة الأولى بواسطة مسبار كاسيني في عام 2005؛ تم اكتشاف سلسلة دافني في عام 2017. يبلغ عرض سلسلة إيابيتوس حوالي 20 كم وارتفاعها 13 كم وطولها 1300 كم. سلسلة أطلس أكثر بروزًا نسبيًا نظرًا لحجم القمر الأصغر كثيرًا، مما يمنحه شكلًا يشبه القرص. تُظهر صور بان بنية مماثلة لبنية أطلس، في حين أن البنية الموجودة على دافنيس أقل وضوحًا.

غالبًا ما يكون للأقمار الصغيرة والكويكبات ونوى المذنبات أشكال غير منتظمة. بالنسبة لبعض هذه الأقمار، مثل آيو التابع لكوكب المشتري ، فإن الشكل الإهليلجي غير المتساوي الأضلاع (ثلاثي المحاور) هو الأنسب من الشكل الكروي المفلطح. بالنسبة للأجسام غير المنتظمة للغاية، قد لا يكون لمفهوم الشكل الإهليلجي المرجعي أي قيمة مفيدة، لذلك في بعض الأحيان يتم استخدام مرجع كروي بدلاً من ذلك ويتم تحديد النقاط من خلال خطوط العرض والطول المركزية للكوكب. حتى ذلك يمكن أن يكون إشكاليًا بالنسبة للأجسام غير المحدبة ، مثل إيروس ، حيث لا تحدد خطوط العرض والطول دائمًا موقع سطح واحد بشكل فريد.

تميل الأجسام الأصغر ( Io و Mimas وما إلى ذلك) إلى التقريب بشكل أفضل باستخدام القطع الناقص ثلاثي المحاور ؛ ومع ذلك، فإن القطع الناقص ثلاثي المحاور من شأنه أن يجعل العديد من العمليات الحسابية أكثر تعقيدًا، وخاصة تلك المتعلقة بإسقاطات الخرائط . ستفقد العديد من الإسقاطات خصائصها الأنيقة والشائعة. لهذا السبب تُستخدم الأسطح المرجعية الكروية بشكل متكرر في برامج رسم الخرائط.

• خط الطول الظاهر
• جغرافية المريخ
• أنظمة الإحداثيات الفلكية
• قائمة أطول الجبال في النظام الشمسي
• رسم خرائط الكواكب
• سطح كوكبي
• تضاريس المريخ
• علم تضاريس القمر