ما ایرانی‌ها همیشه به دنبال بهانه‌ای برای دید و بازدید و کنارهم‌بودن هستیم و در جشن‌ها و اعیاد دوست داریم لحظات شادی و نشاط خودمان را با اقوام و آشنایان شریک شویم. شب یلدا یکی از همین جشن‌هاست و سال‌های سال است که خانواده‌های ایرانی را دور هم جمع می‌کند. رسم و رسوم این شب، سفره‌های پُر‌رنگ‌و‌لعاب یلدا، شعرخوانی و در کل خاطرات طولانی‌ترین شب سال، با آوردن نام یلدا در ذهن همه‌ی ما نقش می‌بندد. ما در این مطلب سعی کرده‌ایم از تاریخچه‌ و آداب و رسوم این شب صحبت کنیم و ببینیم مردم سایر نقاط دنیا، طولانی‌ترین شب سال را چطور گرامی می‌دارند و همچنین از نظر علم نجوم در شب یلدا واقعا چه اتفاقی می‌افتد.

بسیاری از مردم تصور می کنند علت به وجود آمدن فصول، نزدیک و دور شدن زمین در مدار خودش به گرد خورشید است. در نتیجه علت طولانی بودن شب یلدا را نیز با این موضوع بی ارتباط نمی دانند. اما بر خلاف تصور عموم، پیدایش فصول و بلند بودن شب یلدا ( نسبت به سایر شب ها) هیچ ارتباطی با دوری و نزدیکی زمین در مدارش به خورشید ندارد! راز به وجود آمدن این موضوع در انحراف 23.5 درجه ای محور زمین نهفته است.

چهار موقعیت خورشید در آسمان از گذشته تا کنون برای ایرانیان بسیار پرارزش بوده است. اعتدال بهای ( آغاز فصل بهار و سر زندگی و شادابی )، انقلاب تابستانی ( آغاز فصل گرما و طولانیترین روزهای سال )، اعتدال پاییزی ( آغاز فصل پاییز و زردی درختان ) و در آخر انقلاب زمستانی ( آغاز فصل زمستان و به خواب رفتن طبیعت ). هر یک از این موقعیت ها نویدبخش فرارسیدن زمانی برای مردم بوده است که یکسال انتظار آن را می کشیدند. اما آیا می دانید هر کدام از این اصطلاحات چه معنا و مفهومی دارند؟ برای آشنایی با این عبارات باید از مفهومی به نام کره آسمان استفاده کنیم.

اخترشناسان برای اینکه بتوانند به طور دقیق ستاره های آسمان را آدرس دهی کنند و توان تعیین سیستم مختصاتی آن را داشته باشند از مفهومی به نام کره آسمان استفاده می کنند. این کره مانند توپی است که زمین در مرکز آن قرار گرفته است و گویی تمام ستارگان و سایر اجرام سماوی بر لایه شفاف داخلی آن چسبیده اند. البته برای این کره آسمان چند نوع تقسیم بندی تعریف می شود که در ادامه به یکی از آن ها اشاره خواهیم کرد.

قبلا در دروس جغرافی دوره ابتدایی و راهنمایی با شکل کره زمین و نحوه تقسیمات فرضی که بر روی آن انجام می شود آشنا شده اید و می دانید خط استوای زمین، خطی فرضی است که زمین را به دو نیمکره مساوی شمالی و جنوبی تقسیم می کند. منجمان نیز سعی کردند این تقسیم بندی را بر روی کره آسمان پیاده کنند تا با استفاده از آن بتوانند حرکت اجرام را بهتر توضیح بدهند. به همین جهت خطی فرضی بر روی کره آسمان به نام استوای سماوی تعریف کردند که درست در امتداد صفحه استوای زمین رسم می شود و طبیعتا کره آسمان را به دو نیمکره مساوی شمالی و جنوبی تقسیم می کند.

به جز خط استوای سماوی ستاره شناسان خط فرضی دیگری را هم در آسمان تعریف می کنند. این خط مسیر حرکت ظاهری سالانه خورشید به دور زمین و از میان ستاره های آسمان را نشان می دهد. خورشید در مدت یک سال (و به دلیل حرکت مداری زمین به دور خورشید) مسیری مشخص را در میان ستاره ها و صور فلکی طی می کند که به خط دایره البروج معروف است. در شکل زیر می توانید این خطوط را مشاهده کنید:

همان طور که می دانید محوری که زمین به دور آن در حال چرخش است بر صفحه ای که خورشید و زمین بر آن قرار دارند عمود نیست و در واقع 23.5 درجه انحراف دارد. قطعا اگر محور چرخش زمین این انحراف 23.5 درجه ای را نمی داشت دایرةالبروج تماما بر روی استوا قرار می گرفت و این دو خط فرضی بر هم منطبق می شدند و در چنین حالتی خورشید در طی سال بر روی استوای آسمان حرکت می کرد، اما اکنون محور زمین کمی کج است! و این کجی باعث می شود که خورشید در یک حرکت نوسانی سینوسی گاهی بالا و گاهی پایین استوای آسمان حرکت کند( طبیعتا گاهی هم استوای آسمان را قطع می کند) و دامنه این نوسان هم درست به مقدار کجی محور زمین است. به همین دلیل دایرة البروج با استوای سماوی زاویه 23.5 درجه ای می‌سازد، در نتیجه بیشینه ارتفاع خورشید در یک سال برابر است با ارتفاع استوای سماوی + 23.5 درجه و کمینه آن مساویست با ارتفاع استوای سماوی – 23.5 درجه .

دایره البروج در دو نقطه استوای سماوی را قطع می کند. این دو نقطه به نام نقاط اعتدالین معروف هستند . نقطه اعتدال بهاری زمانی است که پس از آن خورشید شروع به ارتفاع گرفتن نسبت به استوا می کند و اعتدال پاییزی زمانی است که پس از آن خورشید در مسیر خود بر دایره البروج به زیر خط استوای سماوی می رود. همان طور که از نام اعتدالین هم معلوم است در این دو روز طول شب و روز با هم برابر است. در واقع اعتدال بهاری و پاییزی تعریف مشابهی دارند و وجه تمایزشان در این است که در اعتدال بهاری خورشید در حال گذر از پایین استوای آسمانی به بالای آن است اما در اعتدال پاییزی درست عکس این موضوع صادق است. نوروز ایرانی که آغاز سال هم به شمار می رود زمانی جشن گرفته می شود که خورشید به نقطه اعتدال بهاری برسد و تعدیل روز و شب برقرار شود.

در کنار 2 اعتدال، دو نقطه دیگر که بیشینه و کمینه دایرالبروج نسبت به استوا هستند نیز برای ما مهم هستند که به انقلابین معروفند. انقلاب تابستانی زمانی است که خورشید به بیشترین زاویه و فاصله خود از استوا برسد. در این هنگام که آغاز فصل تابستان است طولانی ترین روز اتفاق می افتد و کوتاهترین شب سال (در نیمکره شمالی) تجربه می شود. نقطه مقابل، انقلاب زمستانی است. زمانی که خورشید به این نقطه می رسد بیشترین فاصله منفی با استوای سماوی را دارد و بدین ترتیب برای ساکنان نیمکره شمالی زمین ، خورشید کمترین ارتفاع را از افق دارد و به همین دلیل طول روز کوتاهتر از هر زمان دیگری است. بنابر این در این تاریخ خورشید کوتاهترین مسیر خود را از طلوع تا غروب طی می کند و لذا کوتاهترین فاصله زمانی بین طلوع تا غروب در این زمان است. بدیهی است که وقتی در یک شبانه روز کوتاهترین روز سال اتفاق بیفتد بلند ترین شب سال نیز خواهد بود! و آن بهانه ای است برای ما برای دور هم جمع شدن.

روزها بلندتر می شوند یا کوتاهتر؟

این برنامه ای است که خورشید در پیش گرفته بود، البته در نیمکره ی شمالی! هر روز قدری بر طول کمانی که در آسمان طی می کرد می افزود و مدت روزها را برای ساکنان نیمکره ی شمالی زمین بلندتر می کرد. خورشید این برنامه را تا اول تیر اجرا خواهد کرد و پس از آن، این برنامه کم کم برعکس اجرا خواهد شد: هر روز کوتاه تر از دیروز!

بلند و کوتاه شدن طول شبانه روز، نتیجه ی بلند و کوتاه شدن قوسی است که خورشید در هر روز می پیماید و این پدیده به علت انحراف 44/23 درجه ای محور چرخش زمین از صفحه ی مداری زمین به گرد خورشید است. اگر محور چرخش زمین به جای انحراف 44/23 درجه ای فعلی، کاملاً عمود بر صفحه ی گردش مداری بود، آنگاه این چهار واژه در واژه نامه ها کاملاً برای خوانندگان بی معنی جلوه می کردند: بهار، تابستان، پاییز و زمستان.

حتی تصور روزمرگی در حدی که هر روز خورشید رأس ساعت معینی در یک ناحیه طلوع و غروب کند و کوچک ترین تغییر اقلیمی در افزایش و کاهش دمای یک منطقه رخ ندهد و همیشه نظاره گر وضعیت جوی یکسانی باشیم به انسان احساس سرگشتگی می دهد. پس چه خوب که روی سیاره ای زندگی می کنیم که محورش 44/23 درجه کج است! البته این عدد در یک بازه ی زمانی 41000 ساله بین 1/22 تا 5/24 درجه تغییر می کند.

بیشتر مردم فکر می کنند که به وجود آمدن فصل ها نتیجه ی دور و نزدیک شدن زمین به خورشید در مدار بیضوی اش است. البته این عامل نیز تاثیرگذار است، ولی اثرش در برابر عامل انحراف محوری زمین و بروز تغییرات زاویه ی تابش خورشید ناچیز است. در نظر داشته باشید که فصل ها در نیمکره ی های شمالی و جنوبی زمین برعکس یکدیگر رخ می دهند، به طوری که وقتی زمین در نزدیک ترین فاصله به خورشید قرار می گیرد در نیمکره ی شمالی آغاز زمستان است و در نیمکره ی جنوبی آغاز تابستان! پس در نظر گرفتن دور شدن و نزدیک شدن به خورشید برای پاسخ به علت ایجاد فصل ها بی معنی است. البته جالب است بدانیم که میانگین دمای زمستان در نیمکره شمالی از نیمکره ی جنوبی بیشتر است و عامل این امر هم جای گیری و پراکندگی متفاوت خشکی ها و قاره ها در دو نیمکره ی شمالی و جنوبی است، و نه نزدیک و دور شدن زمین از خورشید.

خورشید در اول تیرماه به انقلاب تابستانی می رسد. یعنی به بیشترین فاصله ی زاویه ای از دایره البروج، به طوری که در یک سال، خورشیدی که در لحظه ظهر شرعی روی نصف النهار ناظر (Meridian) یک منطقه در 1 تیر یا 31 خرداد قرار می گیرد، بیشترین ارتفاع را از افق نسبت به روزهای دیگر سال دارد. تمام سایه ها در لحظه ی ظهر شرعی به کوتاه ترین اندازه ی ممکن در آن منطقه در طول سال می رسند و آن روز بلندترین روز سال است. بیش از 2000 سال پیش، نقطه ی انقلاب تابستانی درست در ابتدای مسیر دایره البروج از صورت فلکی سرطان قرار داشت، اما اکنون، با توجه به حرکت تقدیمی زمین و جابه جا شدن نقاط اعتدالین و انقلابین روی دایره البروج، نقطه ی انقلاب تابستانی جایی در صورت فلکی ثور و در مرز ثور با صورت فلکی جوزا قرار گرفته است. با این حال خورشید در لحظه ی ظهر روزی که در نقطه ی انقلاب تابستانی قرار گرفته است، بر نقاطی از نیمکره ی شمالی زمین با عرض جغرافیایی 44/23 درجه شمالی عمود می تابد. اگر به یک نقشه ی جغرافیایی از کره ی زمین نگاه کنید می بینید که یک مدار از روی نقاطی با عرض جغرافیایی 44/23 درجه ی شمالی به نام راس السرطان می گذرد که معلوم است بر اساس داده های قدیمی این نام در گذشته بر این مدار گذاشته شده است.

در همین زمان درست در مناطقی در نیمکره ی شمالی با عرض جغرافیایی 56/66 درجه شمالی، همان جاهایی که مدار قطبی شمال زمین از روی آن می گذرد، می بینیم که خورشید در نیمه شب درست روی افق شمالی قرار می گیرد. در مناطقی با عرض جغرافیایی بالاتر نیز در همین زمان می بینیم که خورشید در تمام مدت شبانه روز بر فراز افق می چرخد، بالا و پایین می رود، اما غروب نمی کند! این همان پدیده ای است که از آن با نام خورشید نیمه شب یا روز قطبی یاد می شود.

از سوی دیگر در همین روز ساکنانی که در نیمکره ی جنوبی زمین در مناطقی زندگی می کنند که روی مدار قطبی جنوب با عرض جغرافیایی 56/66 درجه ی جنوبی واقع شده، می بینند که خورشید فقط هنگام ظهر به افق شمالی می رسد و در سایر مواقع زیر افق بوده و شب است. مناطقی که عرض جغرافیایی جنوبی تری از این مدار دارند هرگز خورشید را در طی 24 ساعت نمی بینند و شب قطبی را تجربه می کنند!

فصول و انحراف محور زمین

مدار زمین به دور خورشید دقیقاً یک دایره نیست، بلکه کمی خروج از مرکز دارد: یک بیضی، همانطور که اولین بار توسط کپلر کشف شد. فاصله ی زمین از خورشید هر سال از 146 میلیون کیلومتر تا 152 میلیون کیلومتر تغییر می کند. بسیاری افراد به غلط گمان می کنند علت ایجاد فصول روی زمین همین تغییرات فاصله ی زمین از خورشید است: زمانی که به خورشید نزدیک می شویم هوا گرم و تابستان می شود و زمانی که از خورشید دور می شویم، هوا سرد و زمستان می شود. ولی اگر یکی از دوستان یا آشنایانتان در مناطق جنوبی خط استوا، مثلاً استرالیا یا جنوب افریقا زندگی کند، اگر در فصل زمستان با او تماس بگیرید، به شما خواهد گفت الان در آن منطقه تابستان است، و اگر در محل زندگی شما تابستان باشد، در کشور او فصل زمستان آغاز شده است! بنابر این فصول در مناطق نیمکره ی جنوبی و نیمکره ی شمالی زمین دقیقاً بر عکس هم هستند. پس نمی توان گفت علت فصول تغییرات فاصله ی زمین از خورشید است. از طرف دیگر، این فاصله تنها 3 درصد تغییر می کند، و این نمی تواند تغییرات چشمگیری که در آب و هوا روی می دهد را توضیح دهد. جالب تر اینکه خورشید در زمستان به زمین نزدیک تر از تابستان است!

در واقع فصول نتیجه ی انحراف محور زمین نسبت به صفحه ی گردش زمین به دور خورشید می باشد. به طوری که صفحه ی استوای زمین حدود 5ر23 درجه از صفحه ی مدار زمین بدور خورشید کج شده است! همانطور که در تصویر می بینید، با چرخش زمین به دور خورشید، مقدار نور خورشید به مناطق مختلف زمین کم و زیاد می شود و این باعث می شود که دمای هوا تغییر کند. به همین دلیل، بیشترین ارتفاعی که خورشید در لحظه ی ظهر (اذان ظهر) از افق پیدا می کند، در طول سال تغییر می کند. دوبار در سال، در اول فروردین و اول مهرماه خورشید دقیقاً روی استوای سماوی قرار می گیرد و طول روز و شب در همه جا برابر می شود. در اول تیر ماه خورشید در لحظه ی ظهر بیشتری ارتفاع را دارد (در تهران 77 درجه) و طول روز طولانی تر می شود، در نتیجه گرمای بیشتری از سوی خورشید به زمین می رسد. در اول دی ماه ارتفاع خورشید در لحظه ی ظهر، کمترین مقدار را پیدا میکند (در تهران 31 درجه) و طول روز کوتاه ترین روز است، بنابراین گرمای کمتری به زمین می رسد و هوا سرد می شود.

اگر این انحراف در محور زمین وجود نداشت آیا باز شاهد فصول مختلف بودیم؟ در آن صورت طول روز و شب همیشه 12 ساعت بود و ارتفاع خورشید در لحظه ی ظهر، در هر منطقه همیشه ثابت بود، در نتیجه فصول بوجود نمی آمدند. تنها ممکن بود با تغییرات فاصله ی زمین از خورشید کمی تغییر در دمای هوا حاصل شود. نه بهار و نوروزی بود که آغاز زندگی جدید را جشن بگیریم و نه پاییزی که حزن شاعرانه ی ما را تقویت کند. همانور که در بخش قبل دیدیم، ماه باعث می شود که انحراف زمین پایدار باقی بماند و تغییرات آب و هوای زمین را ثابت نگه داشته است. این ثبات برای ایجاد و تکامل موجودات زنده روی زمین حیاتی بوده است.

با وجود این ثبات، انحراف محور زمین در طول یک دوره ی 40000 ساله بین 22 تا 25 درجه تغییر می کند. تغییرات بزرگ آب و هوایی روی زمین در گذشته، به تغییرات انحراف محور زمین مربوط می شود. آخرین دوران یخبندان، فقط 15000 سال پیش حدود یک سوم خشکی های زمین را با یک پوسته ی یخی به ضخامت 1 کیلومتر پوشانده بود. تنها اگر چند درجه دمای کل زمین تغییر کند چنین اتفاقاتی ممکن است روی دهد. زمین یک سیستم بسیار پیچیده است، هر تغییر کوچکی در هر بخشی از آن می تواند تبعات مهم و تأثیر گذاری ایجاد کند.

دلایل نجومی شب یلدا

محور دوران وضعی زمین نسبت به صفحه دورانش به دور خورشید کج است، یعنی آنکه محور دوران زمین بر صفحه گردش زمین به دور خورشید عمود نیست بلکه از حالت قائم به اندازه 23.5 درجه انحراف دارد و در همان حالی‌که زمین به دور خودش می‌چرخد، به دور خورشید نیز گردش می‌کند.
برای ما که بر روی زمین قرار داریم، این‌طور به نظر می‌رسد که خورشید در حرکتی سالیانه در آسمان جابه‌جا می‌شود. به مسیر حرکت ظاهری خورشید در زمینه آسمان در مدت یک سال خورشیدی، دایرة‌البروج گفته می‌شود. ناظر زمینی این‌طور تصور می‌کند که خورشید روی دایره‌البروج مسیری را از بین صورت‌های فلکی مختلف طی می‌کند. در واقع حرکت خورشید در دایرة‌البروج ناشی از حرکت سالیانه زمین به دور خورشید است. مشابه این پدیده در حرکت روزانه زمین نیز اتفاق می‌افتد و به دلیل حرکت غرب به شرق زمین، به نظر می‌رسد که خورشید و ستارگان در طی شبانه‌روز از شرق به غرب جابه‌جا می‌شوند.

از آن‌جایی‌که صفحه چرخش مدار زمین حول خورشید بر استوای زمین منطبق نیست و با آن زاویه‌ای حدود 23.5 درجه می‌سازد، استوای سماوی که امتداد استوای زمین در فضا است نیز با دایرة‌البروج هم‌صفحه نیست و زاویه 23.5 درجه می‌سازد. برای ما که بر روی زمین زندگی می‌کنیم، همین زاویه عامل پدید آمدن فصول است.
استوای سماوی و دایرة‌البروج یکدیگر را در دو نقطه قطع می‌کنند که به آنها نقاط اعتدالین گفته می‌شود. در روز اول بهار که اعتدال بهاری است، خورشید دقیقاً در شرق طلوع می‌کند؛ اما هر چه به انتهای فصل بهار نزدیک می‌شویم، فاصله خورشید از استوای سماوی بیشتر می‌شود و نه تنها طول روز (فاصله بین طلوع تا غروب خورشید) بیشتر می‌شود، که محل طلوع خورشید کمی به سمت شمال تغییر می‌کند. هرچه عرض جغرافیایی بیشتر باشد، این جابجایی نیز بیشتر است.

این رویداد در اول تیرماه که انقلاب تابستانی است، به اوج می‌رسد و نه‌تنها طول روز به بیشترین مقدار خود در نیم‌کره شمالی می‌رسد، که خورشید از شمال‌شرقی‌ترین حالت ممکن طلوع می‌کند و در شمال‌غربی‌ترین حالت ممکن غروب می‌کند. پس از آن، خورشید آرام‌آرام به استوای سماوی نزدیک‌تر می‌شود تا در اول مهرماه به اعتدال پاییزی برسد و روی استوای سماوی قرار بگیرد. اول مهر هم مانند اول فروردین، خورشید دقیقا از شرق طلوع می‌کند، دقیقا در غرب غروب می‌کند و طول روز هم 12 ساعت است.
پس از اعتدال پاییزی، خورشید به جنوب استوای سماوی می‌رود و برای ساکنین نیمکره شمالی، روزها کوتاه‌تر می‌شود. بنابراین خورشید مدت کمتری در آسمان قرار دارد. محل طلوع خورشید هر روز بیشتر به سمت جنوب منحرف می‌شود و طول روز کاهش مییابد. این وضعیت در اول دی ماه که انقلاب زمستانی است، به اوج خود می‌رسد: خورشید از جنوب‌شرقی‌ترین حالت ممکن طلوع می‌کند، در جنوب‌غربی‌ترین حالت ممکن غروب می‌کند و طول روز هم به کمترین مقدار خود می‌رسد. در ظهر اول دی، ارتفاع خورشید در آسمان به کمترین مقدار خود می‌رسد که این مقدار در شهر تهران به 30.5 درجه است و در دیگر شهرهای ایران می‌توان مقدارش را از رابطه «عرض‌جغرافیایی – 66.5» بدست آورد.

در چنین شرایطی، زمین کمترین مقدار نور و گرما را از خورشید دریافت می‌کند و این بهترین مناسبت برای آغاز زمستان در نیمکره شمالی است. هم‌چنین از آن‌جا که خورشید کوتاه‌ترین مسیر ممکن را بر فراز افق طی می‌کند، دقیقاً در شب انقلاب زمستانی یعنی آخرین شب پاییز که ایرانیان از چند هزار سال پیش آن را می شناختند و شب یلدا نام نهادند، طول شب (فاصله غروب امروز تا طلوع خورشید در روز بعد) به بیشترین مقدار خود می‌رسد.
طول شب یلدا در مناطق مختلف کره زمین متفاوت است. امسال انقلاب زمستانی امسال در ساعت 19:58 سی آذر اتفاق خواهد افتاد. در تهران این مقدار حدود 14 ساعت و 16 دقیقه است و هر چه به شهرهای شمالی (با عرض جغرافیایی بالاتر) برویم، مقدار آن افزایش می‌یابد. در ایران بیشترین طول شب یلدا در شمال غرب و شهرهایی مانند ماکو در آذربایجان غربی و پارس‌آباد (در شمال استان اردبیل) با 14 ساعت و 40 دقیقه اتفاق می‌افتد.
طبیعی است شهرهای شمالی کره زمین بخصوص در اسکاندیناوی مانند هلسینکی و استکهلم با شب‌های طولانی‌تر از 18 ساعت، شب یلدای طولانی‌تری را سپری خواهند کرد. در مقابل، هرچه به استوا نزدیک‌تر شویم، طول شب یلدا کوتاه‌تر می‌شود تا جایی‌که در خود استوا، این مقدار به 12 ساعت می‌رسد. استوا، تنها جایی از زمین است که طول شب و روز در هر زمان از سال برابر 12 ساعت است.
اگر از استوا به نیم‌کره جنوبی برویم، اوضاع دقیقا برعکس می‌شود. اول دی در نیم‌کره شمالی که مقارن با انقلاب زمستانی است، در نیم‌کره جنوبی متناظر با اول تابستان و طولانی‌ترین روز سال است. هرچه عرض جغرافیایی جنوبی‌تری بگیرید، طول روز طولانی‌تر خواهد شد، تا جایی‌که از عرض جغرافیایی 66.5 درجه جنوبی تا قطب جنوب، خورشید تمام شبانه‌روز را بر فراز افق سپری خواهد کرد و روز طولانی قطبی اتفاق خواهد افتاد.

منابع: امیر حسن‌زاده از موسسه علم پژوهی نجم شمال، تبیان