الانقلاب الشمسي

كان مفهوم الانقلابين الشمسيين متأصلًا في الملاحة الفلكية اليونانية القديمة . فبمجرد اكتشافهم كروية الأرض ^{[ 17 ]،} ابتكروا مفهوم الكرة السماوية ^{[ 18 ]} ، وهي سطح كروي وهمي يدور وتثبت فيه الأجرام السماوية ( أورانيوي ) (الكرة الحديثة لا تدور، لكن النجوم التي بداخلها تدور). وطالما لم تُوضع أي افتراضات بشأن المسافات بين هذه الأجرام والأرض أو فيما بينها، يُمكن قبول الكرة على أنها حقيقية، وهي في الواقع لا تزال قيد الاستخدام. وقد استخدم اليونانيون القدماء مصطلح "ηλιοστάσιο" (هيليوستاسيو) ، والذي يعني موقع الشمس .

تتحرك النجوم عبر السطح الداخلي للكرة السماوية على طول محيط دوائر في مستويات متوازية ^{[ 19 ]} عمودية على محور الأرض، تمتد بلا حدود في السماء وتتقاطع مع الكرة السماوية في قطب سماوي. [ ^{20 ] لا} تتحرك الشمس والكواكب في هذه المسارات المتوازية ، بل على طول دائرة أخرى، هي دائرة البروج، التي يميل مستواها بزاوية، تُسمى ميل دائرة البروج ، بالنسبة للمحور، مما يجعل الشمس والكواكب تعبر مسارات النجوم وبينها.*

يقول كليوميدس : ^{[ 21 ]}

يقع حزام البروج ( zōdiakos kuklos ، "دائرة البروج") بزاوية مائلة ( loksos ) لأنه يقع بين الدوائر الاستوائية ودائرة الاعتدال، ويلامس كل دائرة استوائية في نقطة واحدة ... يتميز هذا البروج بعرض محدد (محدد بـ 8 درجات اليوم) ... ولهذا السبب يتم وصفه بثلاث دوائر: تسمى الدائرة المركزية "هيلياكال" ( hēliakos ، "الشمس").

يُستخدم مصطلح الدائرة الفلكية للإشارة إلى دائرة البروج، التي تقع في مركز دائرة الأبراج، والتي تُصوَّر على أنها نطاق يضم الأبراج المعروفة التي سُميت بأسماء أسطورية. ويستخدم مؤلفون آخرون مصطلح البروج للدلالة على دائرة البروج، وقد ظهر هذا المصطلح لأول مرة في شرحٍ لمؤلف مجهول في فقرة من كتابات كليوميدس، حيث يشرح أن القمر يقع أيضًا في دائرة الأبراج ويعبر مسار الشمس دوريًا. ولأن بعض هذه التقاطعات تُمثل كسوفًا للقمر، فقد أُعطي مسار الشمس مرادفًا له، وهو الكسوف (أو الكسوف) المشتق من كلمة " إكليبسيس " التي تعني "كسوف".

يمكن تمييز الانقلابين الشمسيين من خلال أزواج مختلفة من الأسماء، وذلك حسب السمة التي يرغب المرء في التأكيد عليها.

• يُعدّ الانقلاب الصيفي والانقلاب الشتوي أكثر الأسماء شيوعًا، إذ يشيران إلى الفصول المرتبطة بهما. مع ذلك، قد يكون هذان الاسمان مُبهمين، لأنصيف نصف الكرة الشمالي هو شتاء نصف الكرة الجنوبي ، والعكس صحيح.الأسماء اللاتينية " الانقلاب الصيفي " و" الانقلاب الشتوي " للدلالة على نفس المعنى، ^{[ 22 ]} كما هو الحال مع "منتصف الصيف " و "منتصف الشتاء" .
• يشير الانقلاب الصيفي في يونيو والانقلاب الشتوي في ديسمبر إلى شهري السنة اللذين يحدثان فيهما، ^{[ 23 ]} دون أي لبس بشأن نصف الكرة الأرضية المعني. ومع ذلك، فهما ليسا عالميين، إذ لا تستخدم جميع الثقافات تقويمًا شمسيًا يحدث فيه الانقلابان كل عام في الشهر نفسه (كما هو الحال في التقويم الإسلامي والتقويم العبري ، على سبيل المثال).
• يشير الانقلاب الشمالي والانقلاب الجنوبي إلى نصف الكرة الأرضية الذي تقع فيه الشمس. ^{[ 24 ]} يقع الانقلاب الشمالي في شهر يونيو، عندما تكون الشمس عمودية تمامًا فوق مدار السرطان في نصف الكرة الشمالي ، ويقع الانقلاب الجنوبي في شهر ديسمبر، عندما تكون الشمس عمودية تمامًا فوق مدار الجدي في نصف الكرة الجنوبي . ^{[ 25 ]} يمكن استخدام هذه المصطلحات بشكل واضح للكواكب الأخرى.
• تشير النقطة الأولى من برج السرطان والنقطة الأولى من برج الجدي إلى الأبراج الفلكية التي "تدخلها" الشمس (وهو نظام متجذر في تواريخ العصر الروماني الكلاسيكي). ^{[ 26 ]} وبسبب تقدم الاعتدالين ، تظهر الشمس حاليًا في برج الثور في يونيو وبرج القوس في ديسمبر.

تقسم التقاويم التقليدية لشرق آسيا السنة إلى 24 فصلاً شمسياً . يُعدّ فصل " شيازهي " ( بالصينية واليابانية :夏至؛ بالكورية : 하지 ؛ بالفيتنامية : Hạ chí ؛ ويعني حرفياً " ذروة الصيف " ) الفصل الشمسي العاشر، ويُشير إلى الانقلاب الصيفي . يبدأ هذا الفصل عندما تصل الشمس إلى خط طول سماوي 90 درجة ( حوالي 21 يونيو) وينتهي عندما تصل إلى خط طول 105 درجات (حوالي 7 يوليو). ويُشير مصطلح "شيازهي" تحديداً إلى اليوم الذي تكون فيه الشمس عند خط طول سماوي 90 درجة بالضبط.

دونغتشي ( بالصينية واليابانية :冬至؛ بالكورية : 동지(Dongji) ؛ بالفيتنامية : Đông chí ؛ وتعني حرفيًا : ذروة الشتاء ) هو الفصل الشمسي الثاني والعشرون ، ويُشير إلى الانقلاب الشتوي . يبدأ عندما تصل الشمس إلى خط الطول السماوي 270° (حوالي 22 ديسمبر ) وينتهي عندما تصل إلى خط الطول 285° (حوالي 6 يناير). يُشير مصطلح دونغتشي غالبًا إلى اليوم الذي تكون فيه الشمس بالضبط عند خط الطول السماوي 270°.

يمثل الانقلابان الشمسيان (وكذلك الاعتدالان ) منتصف الفصول في التقاويم الآسيوية الشرقية. هنا، تعني الكلمة الصينية至"التطرف"، لذا فإن مصطلحات الانقلابين الشمسيين تشير مباشرة إلى ذروة الصيف والشتاء.

يمكن استخدام مصطلح الانقلاب الشمسي بمعنى أوسع، ليشير إلى تاريخ (يوم) حدوث هذه الظاهرة. يرتبط الانقلابان الشمسيان، إلى جانب الاعتدالين، بالفصول. في بعض اللغات، يُعتبران بداية أو نهاية الفصول؛ وفي لغات أخرى، يُعتبران نقطتي مركز (في إنجلترا ، في نصف الكرة الشمالي، على سبيل المثال، تُعرف الفترة المحيطة بالانقلاب الشمالي بمنتصف الصيف). يُصادف يوم منتصف الصيف ، الذي يُعرف في الكنيسة المسيحية بيوم القديس يوحنا ، في 24 يونيو، أي بعد حوالي ثلاثة أيام من الانقلاب نفسه. وبالمثل، يُعدّ 25 ديسمبر بداية احتفالات عيد الميلاد ، وهو اليوم الذي تبدأ فيه الشمس بالعودة إلى نصف الكرة الشمالي. كانت أيام العطلات والاجتماعات الرئيسية التقليدية في بريطانيا وأيرلندا، والتي تُعرف بـ" أيام الفصول الأربعة المعتادة "، غالبًا هي أيام الانقلابين الشمسيين والاعتدالين.

تحتفل العديد من الثقافات بمناسبات مختلفة تجمع بين الانقلابين الشتوي والصيفي، والاعتدالين، واللحظات التي تقع بينهما، مما يؤدي إلى ظهور أعياد متنوعة مرتبطة بهذه الأحداث. خلال الانقلاب الشتوي ، يُعدّ عيد الميلاد أكثر الأعياد المعاصرة انتشارًا، بينما تُحتفل أيضًا بأعياد يلدا ، وساتورناليا ، وكاراتشون ، وحانوكا ، وكوانزا ، ويولي في نفس الفترة تقريبًا. وفي ثقافات شرق آسيا، يُحتفل بمهرجان دونغتشي في الانقلاب الشتوي. أما في الانقلاب الصيفي ، فتحتفل الثقافات المسيحية بعيد القديس يوحنا من 23 إلى 24 يونيو (انظر: ليلة القديس يوحنا ، يوم إيفان كوبالا )، بينما يحتفل الوثنيون المعاصرون بمنتصف الصيف، المعروف باسم ليثا لدى أتباع الويكا . يُحتفل بالعديد من المهرجانات الربيعية بمناسبة الاعتدال الربيعي، مثل عيد النوروز الفارسي ، وعيد الفصح اليهودي ، وطقوس عيد القيامة في معظم الكنائس المسيحية، بالإضافة إلى عيد أوستارا الوثني . أما الاعتدال الخريفي فيرتبط بعيد المظال اليهودي وعيد مابون الوثني .

في أقصى جنوب أمريكا الجنوبية ، يحتفل شعب المابوتشي برأس السنة الجديدة ( وي تريبانتو ) بعد أيام قليلة من الانقلاب الشتوي، في 24 يونيو. وإلى الشمال، كان شعب أتاكاما يحتفل بهذا التاريخ بمهرجان صاخب، لاستدعاء الشمس. وإلى الشرق، يحتفل شعب الأيمارا برأس سنتهم الجديدة في 21 يونيو. ويُقام الاحتفال عند شروق الشمس، عندما تُشرق الشمس مباشرةً من خلال بوابة الشمس في تيواناكو . وتُقام احتفالات أخرى برأس السنة الجديدة لشعب الأيمارا في جميع أنحاء بوليفيا ، بما في ذلك في موقع حصن سامايباتا .

في التقويم الهندوسي ، يُطلق على الانقلابين الشمسيين اسمي ماكارا سانكرانتي، الذي يُشير إلى بداية فصل أوتارايانا، وكاركا سانكرانتي ، الذي يُشير إلى بداية فصل داكشينايانا . يقع الأول في حوالي 14 يناير من كل عام، بينما يقع الثاني في حوالي 14 يوليو من كل عام. ويُشير هذان الحدثان إلى حركة الشمس على طول دائرة الأبراج الثابتة فلكيًا ( مع تجاهل حركة التبادر ) إلى برج ماكارا، الذي يُقابل برج الجدي ، وإلى برج كاركا، الذي يُقابل برج السرطان ، على التوالي.

يُحتفل بالانقلاب الشتوي في 21 يونيو/حزيران كيوم منتصف الشتاء في محطات أنتاركتيكا ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، المحطات الأمريكية ( محطة ماكموردو ، محطة بالمر ، محطة أموندسن-سكوت في القطب الجنوبي )، ^{[ 27 ]} والمحطات الأسترالية ( محطة كيسي )، ^{[ 28 ]} والمحطات البريطانية ( جزيرة بيرد ، محطة روثيرا للأبحاث ، نقطة الملك إدوارد ، هالي 6 ). ^{[ 29 ] [ 30 ]} يُكرس هذا الاحتفال للانقلاب الشتوي الجنوبي، ^{[ 30 ]} الذي ينتج عنه أقصر يوم في أنتاركتيكا. ^{[ 29 ] [ 31 ]}

يقام موكب الانقلاب الصيفي في فريمونت كل عام في يوم الانقلاب الصيفي في فريمونت، سياتل، واشنطن في الولايات المتحدة .

يُعدّ موقع كاهوكيا وود هينج المُعاد بناؤه ، وهو عبارة عن دائرة خشبية كبيرة تقع في موقع كاهوكيا الأثري التابع لحضارة المسيسيبي بالقرب من كولينزفيل، إلينوي ، ^{[ 32 ]} موقعًا للاحتفال السنوي بشروق الشمس في الاعتدالين الربيعي والخريفي والانقلابين الصيفي والشتوي. واحترامًا لمعتقدات السكان الأصليين، لا تتضمن هذه المناسبات أي طقوس أو احتفالات من أي نوع. ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

على عكس الاعتدالين، يصعب تحديد وقت الانقلاب الشمسي. تقلّ التغيرات في ميل الشمس كلما اقتربت من أقصى/أدنى ميل لها. في الأيام التي تسبق الانقلاب الشمسي وتليه، تكون سرعة الميل أقل من 30 ثانية قوسية في اليوم ، أي أقل من 1/60 من الحجم الزاوي للشمس، أو ما يعادل ثانيتين فقط من الصعود المستقيم . ^{[ 36 ]}

يصعب رصد هذا الاختلاف باستخدام أجهزة الرؤية غير المباشرة كالسدس المزود بفرنية ، ويستحيل رصده باستخدام الأدوات التقليدية كالمزنومون [ ^{37 ] أو} الأسطرلاب . كما يصعب رصد تغيرات سمت شروق الشمس وغروبها نتيجةً لتغيرات الانكسار الجوي ^{[ 38 ]} . تجعل هذه المشكلات المتعلقة بالدقة من المستحيل تحديد يوم الانقلاب الشمسي بناءً على الملاحظات التي تُجرى خلال الأيام الثلاثة (أو حتى الخمسة) المحيطة بالانقلاب دون استخدام أدوات أكثر تعقيدًا.

لم تصلنا السجلات، لكن من المؤكد أن علماء الفلك اليونانيين استخدموا طريقة تقريبية تعتمد على الاستيفاء، ولا يزال بعض الهواة يستخدمونها. تعتمد هذه الطريقة على تسجيل زاوية الميل عند الظهيرة لعدة أيام قبل وبعد الانقلاب الشمسي، في محاولة لإيجاد يومين منفصلين لهما نفس زاوية الميل. وعند العثور على هذين اليومين، يُقدّر وقت الانقلاب الشمسي من منتصف الفترة الزمنية بين ظهيرة كل منهما. وقد رُجّح أن تكون فترة 45 يومًا هي الأنسب لتحقيق دقة تصل إلى ربع يوم في تحديد الانقلاب الشمسي. ^{[ 39 ]} في عام 2012، وجدت مجلة DIO أنه يمكن تحقيق دقة ساعة أو ساعتين مع أخطاء متوازنة من خلال مراقبة الارتفاعات المتساوية للشمس حوالي S = عشرين درجة (أو d = حوالي 20 يومًا) قبل وبعد الانقلاب الصيفي لأن متوسط ​​الوقتين سيكون مبكرًا بمقدار q دقيقة قوسية حيث q هي (πe cosA)/3 مضروبة في مربع S بالدرجات (e = انحراف مدار الأرض، A = حضيض الأرض أو أوج الشمس)، وسيكون التشويش في النتيجة حوالي 41 ساعة مقسومة على d إذا تم اعتبار حدة العين دقيقة قوسية واحدة.

اكتشف الفلكي الصيني غو شوجينغ أن طول المزولة يزيد من دقة قياس مسار الشمس. وقد صمم مزولةً بارتفاع 12.6 مترًا (41 قدمًا) بُنيت في مرصد غاوتشنغ الفلكي عام 1276 ^{[ 40 ]} . وقد حددت قياسات غاوتشنغ طول السنة بدقة تصل إلى دقيقة واحدة من القياس الحالي، وهي قيمة تتوافق مع قيمة التقويم الميلادي ، ولكنها حُصل عليها قبل 300 عام ^{[ 41 ]} . 

تُعرّف التقاويم الفلكية الانقلابين الشمسيين بأنهما اللحظتان اللتان تمر فيهما الشمس عبر اللون الانقلابي ، أي الأوقات التي يكون فيها خط الطول السماوي الظاهري للشمس مساويًا لـ 90 درجة (انقلاب يونيو) أو 270 درجة (انقلاب ديسمبر). ^{[ 42 ]} تختلف تواريخ الانقلابين سنويًا، وقد تحدث قبل يوم أو بعده بيوم واحد حسب المنطقة الزمنية . ولأن مدار الأرض حول الشمس يستغرق وقتًا أطول قليلًا من السنة التقويمية التي تبلغ 365 يومًا، فإن الانقلابين يحدثان متأخرين قليلًا كل عام، إلى أن يُضاف يوم كبيس ليُعيد محاذاة التقويم مع مدار الأرض. وهكذا، يقع الانقلابان دائمًا بين 20 و22 يونيو وبين 20 و23 ديسمبر ^{[ 43 ] [ 44 ]} في دورة مدتها أربع سنوات، حيث يُعدّ يومي 21 و22 الأكثر شيوعًا، كما هو موضح في الجدول في بداية المقال.

حالياً، تقوم المنظمات الحكومية مثل USNO ^{[ 45 ]} و IMCCE ^{[ 46 ]} بنشر تاريخ ووقت الانقلاب الشمسي.