زمین

زمین (فارسی: زمین؛ از «زم» به معنای سردی، و «زمین» به معنای سرد و سردگون) یکی از سیاره‌های منظومهٔ خورشید است؛ از نظر فاصله تا خورشید، سومین، و از نظر حجم، پنجمین سیاره در میان سیاره‌های منظومهٔ خورشیدی به شمار می‌رود. تفاوت اصلی زمین با دیگر سیاره‌های منظومهٔ خورشیدی، وجود حیات در آن است. جمعیت زمین ۷٫۳ میلیارد نفر (ژانویهٔ ۲۰۱۶) بوده است. نماد نجومی آن 🜨 است.

برخی تصورات باستانی و پژوهش‌های نخستین دربارهٔ شناخت زمین
در نظر انسان باستان، زمین همچون چیزی پهن و هموار می‌نمود که در مرکز جهان قرار دارد و بالای آن با گنبد آسمان پوشیده شده است. این تصور ساده در طول تاریخی دراز حاکم بود و حتی به همین صورت در برخی باورهای دینی نیز راه یافته بود. سپس در همان جهان کهن، دیدگاه‌های گوناگون علمی و فلسفی دربارهٔ شکل، اندازه و جایگاه زمین در کیهان نیز شکل گرفت و تا اندازه‌ای به صورت نظریه‌ای کامل درآمد که بر پایهٔ تجربه و مشاهده‌های دقیق استوار بود. این گروه بعدی می‌دانستند که زمین کروی است و در فضا معلق است. حدود سده‌های ششم و پنجم پیش از میلاد، دانشمند نامدار یونانی، فیثاغورس، دربارهٔ گرد بودن زمین اظهار نظر کرده بود. در میانهٔ سدهٔ دوم پیش از میلاد، کراتِسِ مَلّوسی نخستین نمونهٔ مصنوعی زمین، یعنی کرهٔ جغرافیایی، را ساخت. پس از آن، بطلمیوس شیوه و روش ساخت کرهٔ جغرافیایی را به‌تفصیل بیان کرد. پس از بطلمیوس، نخستین کسی که کرهٔ جغرافیایی علمی ساخت، ابوریحان بیرونی بود. اندازه‌های زمین، یعنی طول محیط و شعاع آن، نخستین بار به وسیلهٔ دانشمندان یونانی چون ائودوکسوس (سدهٔ ۴ پیش از میلاد)، اراتوستن و پوسیدونیوس با روش‌های گوناگون سنجیده شده بود.

دانشمندان مشرق‌زمین از سدهٔ هشتم میلادی به تعیین اندازه‌های زمین پرداختند و کاستی‌های اندازه‌گیری‌های پیشینیان را برطرف کردند. چنان‌که ابوریحان بیرونی در کتاب التفهیم آورده است، اندازهٔ زمین از جمله چیزهایی است که باید با آزمون و سنجش محیط آن و سپس بر پایهٔ چیزهای زمینی معلوم شود. وی یادآور می‌شود که هر قومی آن را با مقیاس‌ها و واحدهایی که در ناحیهٔ خود داشته‌اند سنجیده‌اند، مانند «استادینوس» نزد یونانیان و «جوجن» نزد هندیان. از همین‌رو، هنگامی که کتاب‌ها به عربی ترجمه می‌شدند، چون اندازه‌ها به‌درستی معلوم نبودند، نیاز به سنجش دوبارهٔ نتایج پیشین پدید آمد. بیرونی گزارش می‌دهد که خلیفه مأمون، پسر هارون‌الرشید، فرمان داده بود تا اندازهٔ زمین دوباره سنجیده شود و گروهی از دانشمندان زمان خود، از جمله خالد مروارودی، ابوالبختری مساح و علی بن عیسی اسطرلابی را به دشت سنجار فرستاده بود تا اندازهٔ یک درجه از دایرهٔ عظیم زمین را به دست آورند.

خود بیرونی در تاریخ زمین‌شناسی و سنجش زمین به‌عنوان ابداع‌کنندهٔ روشی کاملاً نوین برای اندازه‌گیری شناخته شده است؛ روشی که بر تعیین زاویهٔ افت افق استوار است. ابوریحان بیرونی با همین روش شعاع زمین را اندازه گرفت. بنا بر محاسبهٔ او، شعاع زمین برابر با ۱۲٬۸۰۳٬۳۳۷٫۰۳۶ گز، یا مطابق با اندازه‌گیری امروزی ۶۳۳۹٫۵۸ کیلومتر است. این عدد با نتیجهٔ اندازه‌گیری امروزی، که شعاع زمین را ۶۳۶۷٫۴۵ کیلومتر می‌دانند، تنها ۲۷٫۸۷ کیلومتر تفاوت دارد. بنابراین، بیرونی اندازه‌های زمین را با دقتی شگفت‌انگیز محاسبه کرده است.

پیدایش زمین
بررسی پیدایش و تحول زمین را فیلسوفان و ستاره‌شناسان قدیم، همچون فیثاغورس، ارسطو، آریستارخ و دیگران، آغاز کرده بودند. در مشرق‌زمین، ابوریحان بیرونی، ابوعلی ابن‌سینا، ابوالحسن اخوری، ابونصر جیلانی، ابوالخیر رازی، محمود خوارزمی و دیگر اندیشمندان برجسته، بر تحول تدریجی پوستهٔ زمین تأکید کرده و از این دیدگاه، علل پدید آمدن کوه‌ها، چشمه‌ها، دره‌ها و زمین‌لرزه‌ها را به‌صورت علمی تفسیر کرده‌اند.

نخستین فرضیهٔ علمی دربارهٔ پیدایش همهٔ سیاره‌های منظومهٔ خورشیدی از ابر غبارمانند، در سال ۱۷۵۵ از سوی طبیعت‌شناس و فیلسوف آلمانی، ایمانوئل کانت، مطرح شد. در سال ۱۷۹۶، ریاضی‌دان فرانسوی، پیر لاپلاس، فرضیهٔ کیهان‌زایی خود را دربارهٔ پیدایش سیاره‌های منظومهٔ خورشیدی منتشر کرد. بر پایهٔ این فرضیه، اجرام این منظومه از سحابی گازی پدید آمده‌اند.

مطابق فرضیه‌ای که دانشمند شوروی، او. یو. اشمیت، در سال ۱۹۴۴ ارائه کرد، خورشید در حرکت خود در کهکشان از میان ابری غبارمانند از شهاب‌واره‌ها گذشته و آن را در شرایطی بسیار مناسب در میدان گرانشی خود گرفته است. در نتیجهٔ برخورد و به‌هم‌چسبیدن ذرات، توده‌هایی از ماده پدید آمدند. از همین توده‌ها که بر اثر پیوستن ذرات تازه‌به‌تازه بزرگ‌تر می‌شدند، سیاره‌ها، از جمله زمین، به وجود آمدند.

بر پایهٔ یافته‌های علمی امروز، زمین نزدیک به ۴٫۵ میلیارد سال پیش در منظومهٔ خورشیدی، در نتیجهٔ فشردگی گرانشی سحابی گاز و غبار پدید آمده است. در این فرایند، حجم سحابی کاهش یافت و سرعت چرخش آن افزایش پیدا کرد که این امر باعث تراکم بیشتر سحابی و شکل‌گیری قرص شد. هم‌زمان با فشرده شدن سحابی گاز و غبار، دما بالا رفت و در مرکز آن ستارهٔ خورشید و از مواد پیرامون آن دیگر سیاره‌ها پدید آمدند. زمین در آغاز سرد بود و از کاهش عناصر پرتوزای درون خود، مانند اورانیوم و توریم، گرما به دست آورد. در نتیجهٔ فرایند تفکیک، زمین به لایه‌های هستهٔ مایع و جامد، گوشته و پوسته تقسیم شد. مجموعهٔ این لایه‌ها را که به سطح سخت زمین محدود می‌شوند، گاه «زمین سخت» می‌نامند.

مطالعهٔ زمین موضوع پژوهش شمار زیادی از علوم است. شکل و اندازهٔ زمین را ژئودزی، حرکت زمین را به‌عنوان جرم آسمانی نجوم، میدان‌های نیرو و حالت فیزیکی مواد زمین را ژئوفیزیک و بخشی نیز اخترفیزیک، و همچنین ژئوشیمی، زیست‌شناسی، بوم‌شناسی و مجموعه‌ای از علوم زمین‌شناسی بررسی می‌کنند.

توصیف زمین به‌عنوان یک سیاره
شکل زمین را به ژئوئید مانند می‌کنند که اندکی با کره تفاوت دارد. ژئوئید سطحی برجسته و محدود است که با سطح متوسط آب دریاها و اقیانوس‌ها در حالت آرامش مطابقت دارد. شعاع متوسط زمین ۶۳۷۱٫۰۳۲ کیلومتر و شعاع قطبی آن ۶۳۵۶٫۷۷۷ کیلومتر است. مساحت آن ۵۱۰×۱۰^۶ کیلومتر مربع است که از این میان ۲۹٫۲ درصد آن را خشکی تشکیل می‌دهد. حجم آن ۱٫۰۸۳×۱۰^۱۲ کیلومتر مکعب و جرم آن 5.9733×10^24 کیلوگرم است که برابر با 1/332946 جرم خورشید می‌باشد. چگالی متوسط آن ۵۵۱۸ کیلوگرم بر متر مکعب است. شتاب گرانش در استوا 9.7803278 متر بر مجذور ثانیه و در قطب‌ها 983.209 سانتی‌متر بر مجذور ثانیه است. سرعت متوسط حرکت زمین در مدار خود 29.7859 کیلومتر بر ثانیه است.

زمین همراه با خورشید به گرد مرکز کهکشان می‌گردد که یک دور گردش کهکشانی آن تقریباً ۲۰۰ میلیون سال طول می‌کشد. همچنین به گرد خورشید، در مدت یک سال، و به دور محور خود، هر شبانه‌روز یک بار، می‌چرخد. در نتیجهٔ حرکت تقدیمی، در حدود ۲۶۰۰۰ سال، و نوتاسیون، در حدود هر ۱۸٫۶ سال، جهت محور چرخش آن به‌آهستگی تغییر می‌کند. زاویهٔ میل محور چرخش زمین نسبت به صفحهٔ مدار آن ۶۶ درجه و ۳۳ دقیقه است. پدید آمدن فصل‌های سال نتیجهٔ مایل بودن محور چرخش زمین نسبت به صفحهٔ مدار، یعنی دائرةالبروج، است.

قمر طبیعی زمین، ماه، در مداری بیضوی و در فاصلهٔ متوسط ۳۸۴۴۰۰ کیلومتر، یعنی حدود ۶۰٫۳ شعاع متوسط زمین، به دور آن می‌گردد. جرم ماه، 73.484×10^21 کیلوگرم، تقریباً برابر با ۱/۸۱٫۵ جرم زمین است. مرکز جرم سامانهٔ زمین و ماه، حدود سه‌چهارم شعاع زمین، یعنی تقریباً ۴۷۰۰ کیلومتر، از مرکز زمین فاصله دارد. هر دو جرم، زمین و ماه، به دور مرکز جرم مشترک این سامانه می‌گردند. نسبت جرم ماه به جرم زمین در میان همهٔ سیاره‌های منظومهٔ خورشیدی و قمرهای آن‌ها از همه بیشتر است؛ از این‌رو بسیاری سامانهٔ زمین و ماه را نوعی «دو سیاره» یا «سیاره‌های دوقلو» می‌دانند.

به سبب بیضوی بودن مدار زمین، فاصلهٔ آن تا خورشید در طول سال از ۱۴۷٫۱۰۰ میلیون کیلومتر در حضیض تا ۱۵۲٫۱۰۰ میلیون کیلومتر در اوج تغییر می‌کند. فاصلهٔ متوسط زمین تا خورشید را «واحد نجومی» می‌نامند و از آن به‌عنوان واحد اندازه‌گیری فاصله در محدودهٔ منظومهٔ خورشیدی استفاده می‌شود. دورهٔ گردش زمین که با فاصلهٔ زمانی میان دو عبور خورشید از نقطهٔ اعتدال بهاری منطبق است، «سال استوایی» نام دارد و اساس گاه‌شماری‌های امروزی است. طول سال استوایی برابر با 365.2422 شبانه‌روز خورشیدی متوسط است.

محور چرخش زمین نسبت به صفحهٔ دائرةالبروج با زاویهٔ 23°26′21.448″ مایل است، بر مبنای وضعیت ساعت ۱۲ روز ۱ ژانویهٔ ۲۰۰۰. این زاویه در هر صد سال 46.84024″ کاهش می‌یابد. در هنگام حرکت زمین در مدار خود به دور خورشید، محور چرخش آن در طول سال تقریباً جهت ثابتی را در فضا حفظ می‌کند و همین امر سبب دگرگونی فصل‌ها در سیاره می‌شود. تأثیر گرانشی ماه، خورشید و سیاره‌ها موجب تغییرات دوره‌ای درازمدت در خروج از مرکز مدار و میل محور زمین می‌شود که احتمالاً یکی از علل تغییرات اقلیمی در مقیاس چندسده‌ای است.

چرخش زمین به دور محور خود سبب پدید آمدن شب و روز در سطح زمین می‌شود و تناوب بسیاری از فرایندهای طبیعی را تعیین می‌کند. نیروی گرانش ماه و تا اندازهٔ کمتری خورشید، موجب جزر و مد در اقیانوس‌ها و فرسایش خشکی‌ها می‌شود. در اقیانوس باز، در نزدیکی خط استوا، جزر و مد ماهیانه به حدود یک متر می‌رسد. در خلیج‌های تنگ، بلندی جزر و مد چند برابر شده و تا ۱۸ متر نیز می‌رسد. دورهٔ چرخش زمین یکی از واحدهای اصلی اندازه‌گیری زمان است.

لایه‌ها و ساخت درونی زمین
زمین از لایه‌های هم‌مرکز یا ژئوسفرهایی چون مغناطیس‌سپهر، جو، آب‌سپهر، و نیز زیست‌سپهر تشکیل شده است. محیط فضای نزدیک زمین را مغناطیس‌سپهر می‌نامند. این طولانی‌ترین لایهٔ زمین است. ویژگی‌های فیزیکی آن به میدان مغناطیسی زمین و برهم‌کنش این میدان با جریان‌های ذرات باردار بستگی دارد. زمین همواره زیر تأثیر جریان ذره‌ای خورشید، یعنی «باد خورشیدی»، قرار دارد. در نزدیکی مدار زمین، سرعت جهت‌دار این ذرات از ۳۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر بر ثانیه می‌رسد. پلاسمای خورشیدی میدان مغناطیسی را نیز با خود می‌آورد که شدت متوسط آن برابر با 4.8×10^3 آمپر بر متر یا 6×10^-5 ارستد است. مرز مغناطیس‌سپهر، یعنی مغناطیس‌پاز، از جایی می‌گذرد که در آن فشار دینامیکی باد خورشیدی با فشار میدان مغناطیسی زمین برابر می‌شود.

زمین با جو یا لایهٔ هوا احاطه شده است. بخش بیرونی جو، کمربندهای تشعشعی زمین را در بر می‌گیرد. جرم جو زمین تقریباً (5.15 تا 5.3)×10^18 کیلوگرم و فشار آن بر سطح زمین به طور متوسط 101.325 کیلوپاسکال، یعنی یک اتمسفر، است. چگالی و فشار جو با افزایش ارتفاع به‌سرعت کاهش می‌یابد. جو از لایه‌های تروپوسفر، استراتوسفر، ترموسفر، اگزوسفر و یونوسفر تشکیل شده و هر لایه ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاص خود را دارد.

جو زمین برای نور خورشید که سطح زمین را تا دمای متوسط +22 درجهٔ سانتی‌گراد گرم می‌کند، شفاف است. رسیدن نابرابر انرژی گرمایی به سطح زمین سبب تبخیر گستردهٔ آب اقیانوس‌ها، جابه‌جایی توده‌های هوا و بارش می‌شود. ابرها گرمای خورشید را بازمی‌تابانند و گازهای گوناگون، مانند بخار آب، دی‌اکسید کربن، متان و اکسیدهای نیتروژن، از سرد شدن سیاره جلوگیری می‌کنند. تعادل گرمایی موجود در سیاره ناپایدار است و در تاریخ زمین گاه موجب افزایش دمای جهانی، مانند دورهٔ زغال‌سنگ، و گاه موجب کاهش آن، مانند عصرهای یخبندان، شده است.

آب‌سپهر، لایهٔ آبی زمین، میان جو و پوستهٔ سخت زمین، یعنی سنگ‌سپهر، قرار دارد. آب‌سپهر همهٔ آب‌های دریاها و اقیانوس‌ها، آب‌های سطحی و زیرزمینی در خشکی‌ها، یخ و برف قطب شمال و جنوب، و نیز آب‌های جوی و زیستی، یعنی آب موجود در اندام‌های زنده، را در بر می‌گیرد.

زیست‌سپهر لایهٔ ویژهٔ کرهٔ زمین و جای زیست جانداران است. این لایه بخش پایینی جو، یعنی تروپوسفر، سراسر آب‌سپهر و بخش بالایی پوستهٔ زمین یا سنگ‌سپهر را تا عمق ۲ تا ۳ کیلومتر در بر می‌گیرد.