كيف تعمل مراحل القمر: العلم وراء الدورة القمرية

القمر لا ينتج ضوءه الخاص به. ما يسميه الناس على الأرض بضوء القمر هو في الواقع أشعة الشمس المنعكسة عن سطح القمر، وفقاً لمديرية ناسا لمهام العلوم. في أي لحظة معينة، تضيء الشمس بالضبط نصف القمر، تماماً كما تضيء نصف الأرض. يتغير جزء هذا النصف المضاء المرئي من الأرض باستمرار أثناء تحرك القمر في مداره، وهذا التغيير في وجهة النظر هو الذي ينشئ التسلسل المعروف باسم مراحل القمر.

لماذا يبدو القمر أنه يغير شكله

وفقاً لناسا، سبب مراحل القمر هندسة بسيطة: المواضع النسبية للشمس والأرض والقمر تتغير كل يوم أثناء دوران القمر حول الأرض. عندما يجلس القمر بين الأرض والشمس، يواجه جانبه المضاء بعيداً عنا، مما ينتج قمراً جديداً. بعد حوالي أسبوعين، عندما تجلس الأرض بين الشمس والقمر، يواجه الجانب المضاء بالكامل الأرض، مما ينتج قمراً اكتمل. كل مرحلة بينها تعكس زاوية مشاهدة مختلفة على تلك الكرة نفسها نصف المضاءة.

تلاحظ ناسا أيضاً أن القمر مقفول تدّياً بالأرض: فهو يدور حول محوره الخاص به في نفس الوقت تقريباً الذي يستغرقه للدوران حول الأرض، لذا يواجه نفس الكرة الأرضية للقمر دائماً كوكبنا. يشرح القفل التدّي سبب عدم رؤية الناس على الأرض أبداً للجانب البعيد من القمر، لكنه ظاهرة منفصلة عن هندسة الشمس والأرض والقمر التي تنتج المراحل.

المراحل الثماني المعترف بها

تصف ناسا الشهر القمري على أنه يحتوي على ثماني مراحل مسماة، مقسمة إلى أربع مراحل أساسية وأربع وسيطة. تحدث المراحل الأساسية — القمر الجديد، والربع الأول، والقمر الاكتمال، والربع الثالث (أو الأخير) — في لحظة محددة وقابلة للحساب. المراحل الوسيطة تصف الانتقالات التدريجية بينها.

• القمر الجديد — القمر بين الأرض والشمس؛ الجانب القريب غير مضاء.
• الهلال المتنامي — شريط رفيع من الضوء ينمو على الجانب الأيمن (منظور نصف الكرة الشمالي).
• الربع الأول — نصف القرص المرئي مضاء؛ القمر بزاوية 90° من الشمس في السماء.
• محدب متنامي — أكثر من نصف مضاء، المنطقة المضاءة لا تزال تنمو.
• القمر الاكتمال — الأرض تقريباً بين الشمس والقمر؛ الجانب القريب بالكامل مضاء.
• محدب متناقص — أكثر من نصف مضاء، المنطقة المضاءة تتقلص.
• الربع الثالث (الأخير) — النصف الآخر من القرص مضاء.
• هلال متناقص — شريط رفيع يبقى قبل القمر الجديد التالي.

تصف المصطلحات المتنامية والمتناقصة ببساطة الاتجاه: المتنامية تعني أن الجزء المضاء يكبر، من القمر الجديد نحو القمر الاكتمال، بينما المتناقصة تعني أنه ينكمش، من القمر الاكتمال عودة إلى القمر الجديد، وفقاً لوصف ناسا.

لماذا تستغرق الدورة 29.5 يوماً وليس 27.3

رقمان مختلفان يصفان حركة القمر، والخلط بينهما مصدر شائع للارتباك. الشهر النجمي — 27.32166 يوماً، أو 27 يوم و7 ساعات و43 دقيقة و12 ثانية — هو المدة التي يستغرقها القمر لإكمال مدار واحد بالنسبة للنجوم الثابتة، وفقاً لموقع الخسوف بناسا في مركز جودارد لرحلات الفضاء. الشهر الاقتراني — 29.53059 يوماً، أو 29 يوم و12 ساعة و44 دقيقة و3 ثوان — هو المدة التي يستغرقها نفس الطور (قل، قمر جديد إلى قمر جديد) للعودة.

الشهر الاقتراني أطول لأن الأرض نفسها تتحرك حول الشمس بينما يدور القمر حول الأرض. بعد إكمال مدار كامل بزاوية 360° بالنسبة للنجوم، يجب على القمر أن يسافر مسافة إضافية — تقريباً 2.2 يوم إضافي — للحاق بمحاذاة الشمس والأرض والقمر نفسها التي بدأ منها، كما يشرح موقع ناسا للخسوف. يعتمد هذا الشهر الاقتراني البالغ 29.5 يوماً على "الأشهر" في الهندسة في العديد من الثقافات والاختصار الشائع بأن دورة قمرية تستغرق حوالي 29.5 يوماً.

مدار القمر ليس دائرة مثالية

المسار الذي يتخذه القمر حول الأرض هو إهليلج بانحراف متوسط قدره 0.0549، كما ينص موقع ناسا للخسوف، مما يعني أن مسافة الأرض والقمر تتغير طوال كل مدار. الحضيض (الأقرب)، تراوح بين حوالي 356,355 و370,399 كم على مدى الخمسة آلاف سنة الماضية، بينما الأوج (الأبعد)، تراوح بين ما يقرب من 404,042 و406,725 كم في نفس الفترة. فترة مدارية منفصلة — الشهر الشذوذ، بمتوسط 27.55455 يوماً — تقيس الوقت من حضيض إلى الآخر.

مستوى مدار القمر أيضاً مائل حوالي 5.145° بالنسبة إلى مستوى مدار الأرض حول الشمس (الكسوف)، وفقاً لنفس المصدر من ناسا. هذا الانحراف هو السبب في عدم حدوث الكسوف الشمسي والقمري كل شهر على الرغم من حدوث أقمار جديدة وكاملة: عادة ما يمر القمر قليلاً أعلى أو أسفل الخط الشمس والأرض. الكسوف ممكن فقط خلال "فترات الكسوف" اثنين كل سنة، عندما يتزامن قمر جديد أو كامل مع عبور القمر لمستوى الكسوف، كما يشرح صفحة ناسا لهندسة الكسوف.

المراحل والمد والجزر في المحيط

مراحل القمر تتوافق أيضاً مع نمط مد وجزر يمكن التنبؤ به. توضح الإدارة الوطنية الأمريكية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) أنه خلال أقمار جديدة وكاملة — عندما تكون الشمس والأرض والقمر متحاذين تقريباً — تقويات التأثيرات الجاذبية للشمس والقمر بعضها البعض، مما ينتج عن "مد الربيع" بارتفاعات عالية أعلى وانخفاضات منخفضة أقل. خلال مراحل الربع الأول والثالث، عندما يلغي سحب الشمس على المحيط جزئياً سحب القمر، تكون النتيجة "مد نيب" ذو نطاق أصغر. يحدث كل من مد الربيع ومد نيب مرتين في كل شهر قمري، كما تلاحظ NOAA.

ما يعتبر "قمر أزرق"

لأن الشهر الاقتراني (حوالي 29.5 يوماً) أقصر من معظم أشهر التقويم، يقع قمران مكتملان في بعض الأحيان في نفس شهر التقويم. يصف موقع نشر العلوم EarthSky، الذي يديره الفلكي ديبوره بيرد، هذا على أنه التعريف الحديث والشعبي للـ "قمر أزرق". التعريف الثاني والأقدم — القمر الكامل الثالث في فصل يحتوي على أربعة أقمار مكتملة بدلاً من المعتاد ثلاثة — يأتي من دليل فارمرز في مين لعام 1937. يرجع EarthSky الإصدار الشائع الآن "القمر المكتمل الثاني في الشهر" إلى مقالة عام 1946 في مجلة Sky & Telescope كتبها الفلكي الهاوي جيمس هيو بروت، الذي أساء قراءة القاعدة الفصلية للدليل. تتكرر الأقمار الزرقاء الشهرية حوالي سبع مرات كل 19 سنة، أو تقريباً كل سنتين إلى ثلاث سنوات، وفقاً لـ EarthSky.