لم يكن الإنسان ليعلم بشكل الأرض ولا بحركاتها إلا بعد عشرات آلاف السنين من وجوده عليها فقد تصور الإنسان الأرض مساحة مسطحة ممتدة امتداداً لا نهائياً. ثم وبعد أن اكتشف سعة المناطق التي تغطيها المياه وإحاطتها بالأرض من كل جهة توجه إليها ظن الإنسان أن الأرض طافية على سطح ذلك البحر المحيط. وظنه أنها قبة إنما جاء من ملاحظته تحدب سطحها. أما حركات الأرض فلم يعرف بها الساكن على سطحها إلا منذ عهد قريب، وذلك لأن مساحة الأرض كبيرة وكتلتها عظيمة مما يجعل قصورها الذاتي (الممانعة التي يبديها الجسم لتغيير حالته الحركية كبيراً ، وهذا مما يمنع حصول تغيرات مفاجئة وسريعة في حركات الأرض، لتبدو مستقرة هادئة وادعة بمن فيها وعليها. فيما يلي من الفقرات سنقدم عرضاً للمعارف المعاصرة عن شكل الأرض وعن حركاتها موضحين في الوقت نفسه، ما أمكننا ذلك، وسائل التوصل إلى هذه المعارف.

• كروية الأرض

الأرض جسم كروي الشكل بالتقريب ولو ظن البعض أنها جسم بيضوي لكان في ذلك بعض المبالغة، فهي على الحقيقة كرة مفلطحة قليلاً عند محيط استوائها. لذلك صار للأرض قطبان أحدهما شمالي والآخر جنوبي،

الشكل (1) الأرض كما تبدو من الفضاء

ولكي نعرف مقدار التفلطح على حقيقته نقول أن المسافة من مركز الأرض إلى أحد قطبها تبلغ 6357 كيلومتراً فيما تبلغ المسافة من المركز إلى محيط استوائها 6378 كيلومتراً أي بفارق مقداره 21 كيلومتراً وهذا يشكل ما نسبته 0.3% فقط، وهذه نسبة ضئيلة.

ولم يكن من السهل أن يؤمن الناس بكروية الأرض لولا أن قامت أدلة كثيرة على ذلك، ينسبها المؤرخون إلى أرسطو طاليس وهي ليست جميعاً له. فإن الأمم القديمة استدلت على كروية الأرض من ظواهر الخسوف ، ففيها يسقط ظل الأرض على القمر وبذلك تبينوا شكلها فضلاً عن دليل تقوس سطح الأرض الملحوظ بدلالة ظهور أشرعة السفن للناظرين بعيداً في البحر قبل ظهور أجسامها. وقد تمكن الإنسان مؤخراً من تصوير الأرض من خارجها في الفضاء وهي على ما ترى في الشكل (1) شبه كرة تامة التدوير. ورغماً عن ذلك فإن بعض الجهال لا زالوا يعتقدون أن الأرض مسطحة كقرص.

• قياس محيط الأرض

حساب اليونان:

وهو أول حساب مشار إليه في الوثائق التاريخية المتوفرة حالياً. إذ يُذكر أن ایراتوستينس (276-194 ق.م) Eratosthenes الذي كان يعمل في مصر عام 200 قبل الميلاد، لاحظ اختفاء ظل الشاخص القائم عمودياً على الأرض في مدينة أسوان وقت الظهيرة في يوم 21 حزيران أي وقت الانقلاب الصيفي) ، بينما وجد أن ظل أي شاخص آخر قائم على الأرض في مدينة الإسكندرية وفي الوقت نفسه يصنع زاوية قدرها 7 درجات مع العمود القائم. وهذا يعني أن أشعة الشمس ويقال أنه كان ينظر في بئر عميقة فوجد صورة الشمس في قعرها فعلم أن الشمس صارت عمودية على ذلك الموقع  تسقط عمودية تماماً على سطح الأرض في مدينة أسوان يوم 21 حزيران بينما

تميل بزاوية قدرها 7 درجات مع العمود على سطح الأرض في مدينة الإسكندرية أنظر الشكل (2). الشمس

الشكل 2 قياس ايراتوسيلينس لمحيط الأرض

وبافتراضه أن الأرض كروية أصبح من السهل حساب محيط الأرض بدلالة المسافة بين الإسكندرية وأسوان وزاوية ميل أشعة الشمس. ولما كانت المسافة بين 5000 إستاديا تقريباً ومحيط الأرض هو  360 درجة فإن:

والأستاديا هي وحدة طول تعدل برأي بعض مؤرخي العلم 157.2 متراً وبرأي آخرين تعدل 166.7 متراً. فإذا أخذنا بالرأي الأول فإن محيط الأرض يكون 39300000 كيلومتر. أما إذا أخذنا بالرأي الثاني فإن محيط الأرض يكون 41750000 متر. وفي كلا الحالين يكون العمل المنسوب إلى أيراتوستينس عمل دقيق جداً، إذ أن محيط الأرض يقاس في الوقت الحاضر 40072 كيلو متراً. إلا أن بعض المصادر الحديثة تقلل من أهمية المساهمة الحقيقية لعمل ايراتوستينس إذ تذكر أنه كان مقصوراً على قياس ظل العمود وقت الانقلاب الصيفي في مدينة الإسكندرية ولم يحسب هو محيط الأرض.

قياس بعثة المأمون:

أخذت دراسات علم الفلك الاتجاه الصحيح على عهد المأمون بن هارون الرشيد (ت 218هـ / 833م) حيث دعم هذا الخليفة العلم وأمد العلماء بالمال اللازم لإجراء دراساتهم وأبحاثهم كما شجع ترجمة الكتب من اللغات السريانية واليونانية والفارسية والهندية، وكان مولعاً بعلم الفلك وأمر ببناء المرصد المأموني شرق بغداد وجهزه بما يحتاج من أدوات للرصد الفلكي. ويقال أن المأمون كان يحضر بعض مجالس العلم في هذا المرصد. وقد أصبح علم الفلك في ذلك العصر مثار اهتمام علية القوم. ومن أشهر إنجازات عهد المأمون في الفلك قياس محيط الأرض. فقد أرسل المأمون بعثة علمية يقال أنها ضمت أبناء موسى بن شاكر المنجم ويقال غيرهم إلى برية جبل سنجار غربي مدينة الموصل بالعراق، فقامت هذه البعثة بقياس ميل نجم القطب الشمالي عن الأفق من موقع معين فوجدوه 35 درجة، فضربوا وتداً في ذلك الموقع. ثم تحركوا شمالاً من موقع الوتد بعد أن ربطوا حبلاً فيه. وظلوا يمشون شمالاً ويربطون الحبال إلى أن أصبحت زاوية ميل نجم القطب تزيد درجة واحدة عن الموقع الأول (أي أصبحت 36 درجة)، ثم كرروا القياس إلى جهة الجنوب من الموقع الأول ولفترة درجة واحدة أيضاً... ثم قاسوا طول الحبال التي تعدل درجة واحدة من درجات محيط الأرض فكان متوسط طول و56.6 ميل عربي وبذلك وجدوا أن محيط الأرض (360 درجة) يكون حوالي 20400 ميل عربي ولما كان الميل العربي يساوي .1973.2 متراً، لذلك فإن محيط الأرض وفق هذا الحساب يكون 40252.8 كيلو متر. وهذا التقدير أقرب إلى الصحة من قياسات اليونان.

• دوران الأرض حول الشمس

تدور الأرض حول الشمس دورة واحدة خلال مدة قدرها 365 يوماً وربع اليوم بالتقريب. وخلال هذه الفترة تمر على الأرض الفصول الأربعة. ولم يكن الناس ليؤمنوا أن الأرض تدور حول الشمس بسهولة ويسر وذلك لظنهم أن حركة الأرض ستؤدي إلى اضطراب ما علها كما تضطرب الأشياء على سطح السفن عندما تمخر عباب البحار. لذلك فقد تأخر إدراك الإنسان هذه الحقيقة وقتاً طويلاً

الأدلة على دوران الأرض حول الشمس

1. ظاهرة اختلاف المنظر Parallax: وقد تم شرح هذه الظاهرة في الفصل الرابع.

 2. زيغ ضوء النجوم: اكتشف برادلي أن الضوء القادم من النجوم يعاني تزيحاً بسبب حركة الأرض حول الشمس. وهذه الظاهرة مماثلة لحالة حركة قطرات المطر الساقطة عمودياً على سطح الأرض. حيث تظهر هذه القطرات لشخص يسير بسرعة معينة ساقطة بصورة مائلة بزاوية تتناسب طردياً مع سرعة الشخص. إن نفس الظاهرة تحصل لضوء النجوم الساقط علينا عمودياً من القبة السماوية، مما يؤدي إلى ظهور النجوم التي تقع على استقامة الخط العمودي المقام على مستوي الدائرة الكسوفية تزيغ عن مواقعها في دائرة صغيرة جداً لتدور دورة واحدة في السنة دوران الأرض حول نفسها إلى الشمس وإلى نجم بعيد على نفس الإتجاه الأرض بعد مسيرة, يوم واحد في مدارها إلى تشمس إلى النجم البعيد تدور الأرض حول محور لها يمر بمركزها، ومدة دورانها هذه 24 ساعة هي تماماً وهذه المدة هي اليوم الشمسي ويمكن قياسها عملياً بين عبورين للشمس لخط الزوال (أي وقوعها فوق سمت الراصد تماماً أو بين غروبين متتاليين (وهذا هو الإصطلاح الإسلامي) أما لو أننا رصدنا عبور نجم ما لخط الزوال وقسنا المدة الزمنية بين عبورين متتاليين لوجدنا أن هذه المدة هي 23 ساعة و 56 دقيقة بالتقريب وتسمى هذه المدة اليوم النجومي Sideral Day، وهي المدة اللازمة لكي يقابل موقع ما على سطح الأرض موقعاً معيناً موقع) أي نجم) في كرة السماء مرتين متتاليتين.

من الدلائل العملية المباشرة على دوران الأرض حول نفسها حركة بندول فوكو Focal Pendulum. فهذا البندول الفرنسي إخترعه جین برنارد فوكو عام 1851م، وهو عبارة عن كتلة كبيرة معلقة بخيط أو سلك) طويل من سقف مرتفع، بحيث يكون احتكاك الخيط عند نقطة التعليق قليل جداً (شبه معدوم) ليتحرك البندول حركة شبه حرة جيئة وذهاباً. وبسبب القصور الذاتي الذي تملكه كرة البندول لعظم كتلتها، فإنها تتحرك بزخم يجعلها تحافظ على خط مسارها دون تغيير. فإن كانت نقطة التعليق حرة فإن الكرة لن تغير إتجاه مسارها ولن تتأثر بحركة الأرض. وفيما تدور الأرض تؤشر حركة البندول التغير الحاصل في إتجاه البندول نفسه نسبة إلى الأرض تحته(أو حركة الأرض تحته نسبة إلى إتجاه حركته). هذه الحركة النسبية تؤكد دوران الأرض حول نفسها. وتتوفر في العديد من جامعات العالم ومتاحفه الكبيرة نماذج لهذا البندول

• تريخ محور الأرض

ذكرنا أن الأرض جسم كروي الشكل ذي انبعاج بسيط عن خط الاستواء ويبلغ قطر الأرض عند القطبين 12715 كيلو متر ويكون عن خط الاستواء 12756 كيلو متر. وتقع الشمس والقمر كلهما مع ملاحظة ميل مدار القمر بخمس درجات في المستوي الكسوفي Ecliptic Plane الذي يميل على المستوى الاستوائي بمقدار 23.5 درجة لهذا السبب تتعرض الأرض إلى قوة جذب خاصة من الشمس والقمر تشد محور دورانها ليصبح عمودياً على مستوى الدائرة الكسوفية، أي تعمل على سحب مواقع القطبين السماويين إلى مواقع القطبين البروجيين). إلا أننا نعلم أن تدوير محور دوران جسم دوار يلاقي مقاومة كبيرة وذلك بسبب اتجاه العزم الدوراني الذي يكون منطبقاً على محور الدوران (وبامكانك التأكد من ذلك بمحاولة بتدوير محول عجلة دراجة هوائية دائرة بسرعة كبيرة إذ ستلاقي مقاومة واضحة ونتيجة لهذه المقاومة يدور محور الدوران على محيط دائرة صغيرة يتناسب قطرها مع مقادير العزم الدوراني للجسم الدائرة والقوة الخارجية المسلطة التي تحاول تدوير المحور، ولهذا السبب يتعرض محور دوران الأرض حول نفسها إلى تغير تدريجي طويل الأمد على محيط دائرة مركزها القطب البروجي ويسمى . هذا التغير الدوري ترنح محور الأرض Precession.

الشكل (4) ترنح محور الأرض

أما الفترة الدورية للترنح فهي بحسب الارصادات الحالية 25725 سنة، وعلى الرغم من طول هذه الفترة الزمنية إلا أن لها تأثيرات ملحوظة عند رصد قبة السماء على مدى زمني طويل نسبياً، ففي عام 1155 ق.م كان القطب السماوي الشمالي متجهاً إلى نجم Kochab على حين أنه كان على عهد المصريين القدماء في حدود سنة 2700 ق.م متجهاً إلى نجم ثوبان Thuban في كوكبه التنين Draco، وبعد 13000 سنة من الأن سيتجه القطب السماوي الشمالي إلى نجم النسر الواقع Vega وعندئذ سيظهر النجم القطبي الحالي بميل قدره 13 درجة.

والآن إذا كان قطبا السماء غير ثابتين تماماً فإن الأمر هو كذلك بما يتعلق بخط الاستواء السماوي أيضاً، ولما كان خط الاستواء السماوي موازياً لخط استواء الأرض فإن هذا معناه تغير نقطتي تقاطع المستوي الكسوفي مع مستوي الاستواء وبالتالي تغير مواقع الاعتدالين الربيعي والخريفي) والانقلابين (الصيفي والشتوي) وهذا يعني تغير أوقات الفصول الأربعة على مناطق الأرض المختلفة، ومقدار هذا التغير هو 5 ثانية قوسية لكل سنة، أي حوالي درجة واحدة على مدى متوسط عمر الإنسان.

الشكل (5) يوضح دوران محور الأرض خلال 25725 سنة

وتقول أغلب المصادر الغربية أن هيبارخوس Hipparchus كان أول من اكتشف ترنح الاعتدالين هذا قبل حوالي 2000 عام إلا أن الكشوفات الآثارية والدراسات التي جرت على الرقم الطينية الفلكية البابلية تؤكد بما لا يقبل الشك أن البابليين لاحظوا هذه الظاهرة وسجلوا لها في سجلاتهم . ويؤثر ترنح الاعتدالين هذا في تحديد موقع الشمس على دائرة البروج إذ يعني ترنح الاعتدالين دوران البروج دورة كاملة كل 25725 سنة ، أي أن الدائرة البروجية تتحرك برجاً كاملاً كل

2000 عام بالتقريب.

وهنا لا بد من الإشارة إلى أن تحديد موقع نقطة الاعتدال الربيعي في برج الحمل إن هو إلا أمر اصطلاحي تم تحديده على وقت البابليين قبل أكثر من ألفي سنة، أما الآن فإن الشمس تطلع وقت الاعتدال الربيعي في برج الحوت وستتحول

إلى برج الدلو في حدود عام 2700م.

أما الانقلاب الصيفي فيحصل الآن والشمس في برج الجوزاء وقد كان سابقاً في برج السرطان والانقلاب الشتوي يحصل والشمس في برج القوس (وكان يحصل سابقاً والشمس في برج الجدي أي عمودية على برج الجدي). وقد اعتبر الفلكيون هذا الترنح الاعتدالي دليلاً على خطأ التنجيم فالأبراج التي يتحدث عنها المنجمون هي ما كانت عليه في السابق (قبل عام 450م) أما الآن فإنها ولا بد قد أزحيت برجاً كاملاً وزيادة. إن ظاهرة ترنح الاعتدالين هذه تؤدي إلى تغير مواقع الأجرام السماوية، وإن الخارطة السماوية وفقاً لذلك تتغير تغيراً بطيئاً، لذلك اتفق الفلكيون عند الحديث عن مواقع الأجرام السماوية على تعيينها وفقاً لفترة أمدها 50 سنة، وفيها تكون مواقع الأجرام الثابتة وهي القبة السماوية ثابتة بإحداثيات تلك الفترة ونحن الآن نغادر إحداثيات الفترة 1950 إلى إحداثيات الفترة 2000 التي ستعتمد لمدة 50 سنة قادمة. نظراً لتعقيد الحركات السماوية وتغير مستوى استواء الأرض والتغيرات الحاصلة في مدار القمر حولها فإن حركة ترنح محور دوران الأرض حول نفسها ليس حركة منتظمة تماماً بل هي متأرجحة Oscillating وبالتالي فإن دوران المحور لا يصنع دائرة كاملة مطلقاً إلا أن هذه التأثيرات قليلة جداً وتأثيرها لا يكون إلا على مدى زمني طويل جداً يُعد بمئات آلاف وملايين السنين.