کاهش جرم جو زمین پدیده‌ای علمیست

در شبکه‌های اجتماعی ویدیویی در حال انتشار است که فردی در آن می‌گوید «زمین سالانه ۵۰هزار تن از وزنش را از دست می‌دهد» و مدعیست «این فکت علمی از قرآن» است و دو بار هم به آن اشاره شده‌است. این ویدیو در اینستاگرام منتشر شده و گوینده فردی به‌نام «سید محمد موسوی» است.

در متن این ریل در اینستاگرام نوشته شده:

زمین سالانه ۵۰هزار تن از وزنش رو ازدست میده‌،
۴۱رعد و ۴۴انبیا
دو بار توی قرآن گفته پیوسته از اطراف زمین کم می‌کنیم
أَوَلَمْ يَرَوْا أَنَّا نَأْتِي الْأَرْضَ نَنْقُصُهَا مِنْ أَطْرَافِهَا ۚ
مگر نديدى كه ما به سراغ زمين مى‌آييم و دائماً از اطراف آن مى‌كاهيم.
أَفَلَا يَرَوْنَ أَنَّا نَأْتِي الْأَرْضَ نَنْقُصُهَا مِنْ أَطْرَافِهَا ۚ
آیا نمی‌بینند که ما پیوسته به سراغ زمین آمده، و از آن می‌کاهیم؟!
همه ساله ۹۵ هزار تن هیدرژن و ۱۶۰۰ تن هلیوم از سطح زمین خارج می شوند. این دو ماده بسیار سبک هستند و به همین دلیل جاذبه زمین نمی‌تواند آنها را برای خود نگه دارد. پس این مواد به فضا پرواز می کنند. بنابراین زمین همه ساله ۹۶۶۰۰ تن از وزن خود را از دست می دهد.
با یک حساب سرانگشتی مشاهده می‌کنید که زمین سالیانه ۴۰ هزار تن وزن زباله فضایی بدست می‌آورد و در مقابل ۹۶ هزار تن از دست می‌دهد. بنابراین سالیانه حدود ۵۰‌هزار تن از وزن خود را از دست می‌دهد.
#قرآن #اعجاز علمی قرآن #زمین #علم

در این ویدیو چند نکته مطرح می‌شود که در اینجا آنها را بررسی می‌کنیم. یک بخش این ادعا، انتساب آن به قرآن است و بخش دیگر و البته تعجب‌آورش این بود که «آیا سالانه ۵۰هزار تن از جرم زمین کاسته می‌شود؟» چون ۵۰هزار تن معادل آب حدود ۲۰ استخر المپیک است. یعنی سالانه به‌اندازه بخار آب ۲۰ استخر المپیک از جو زمین کاسته می‌شود؟ این عدد، به ظاهر آن‌قدر بزرگ بود که تصمیم گرفتیم آن را بررسی کنیم.

آیا می‌توان آیات قرآن را در چارچوب علم تفسیر کرد؟ 

ممکن است در نگاه اول معنی لغوی جملاتی که آقای موسوی از قرآن بیان می‌کند، شبیه فکت علمی به نظر برسد، نگاه به آیات قبل و بعد این جملات، ممکن است نشان دهد که بافتار متن چیز دیگری است (۴۱ رعد و ۴۴ انبیا). جملات قبل و بعد این آیات، منظور دیگری دارد و در حال بیان داستان دیگری است که ربطی به «سیاره زمین» ندارد.

روش‌های متنوعی برای تفسیر قرآن وجود دارد. اینکه آیا از این کلمات در یک کتاب دینی، می‌توان مفاهیم پیچیده علوم سیاره‌شناسی که کمتر از یک قرن از شناخت آنها می‌گذرد را استخراج کرد، پدیده‌ای است که از حوزه فکت‌چکینگ خارج است زیرا ما اصلا نمی‌توانیم به سراغ بررسی پدیده‌ای مفهومی برویم که ابزار فهم در آن حوزه، فرای از شواهد قابل راستی‌آزمایی و جهان‌بینی علمی است.

آیا از جرم جو زمین کاسته می‌شود؟

برای پاسخ به این سوال، به دو فکت عملی که در تحصیلات دبیرستانی آموخته‌ایم مراجعه می‌کنیم:

۱. می‌دانیم که برای گریز از جاذبه یک سیاره، باید سرعت جسمی که از سطح آن به بالا پرتاب می‌شود، از یک مقدار آستانه، بیشتر باشد. به این عدد «سرعت فرار» یا سرعت گریز می‌گویند. سرعت فرار، به جرم زمین و فاصله از مرکز زمین ربط دارد و نه چیز دیگری. بنابراین برای هر سیاره، در سطح آن، سرعت گریز برای همه اجسام از یک اتم کوچک هلیم تا یک موشک بزرگ یا یک صخره عظیم کیهانی، یک مقدار ثابت است.

برای سیاره‌ زمین که جرمش حدود ۶ هزار میلیارد میلیارد تن است، در شعاع حدود ۶۴۰۰ کیلومتری (یعنی سطح زمین و لایه‌های نزدیک جو) سرعت فرار، حدود ۱۱ کیلومتر بر ثانیه است. یعنی اگر جسمی بتواند ۱۱ کیلومتر، مثلا خیابان ولیعصر تهران، تقریبا از میدان ولیعصر تا چهارراه پارک‌وی را در یک ثانیه طی کند، سرعتش به‌اندازه کافی زیاد است که می‌تواند از میدان جاذبه زمین خارج شود.

۲. چیز دیگری که از تحصیلات متوسطه ممکن است به یاد داشته‌باشیم، مفهوم دما در گازها است. می‌دانیم که هرچه به یک گاز انرژی بدهیم، جنبش مولکول‌های آن بیشتر می‌شود. یعنی مولکول‌ها انرژی زیادتری می‌گیرند. در اینجا، منظور از گاز، جو زمین است. می‌دانیم که «دما» یک نوع میانگین‌گیری برای بیان مقدار انرژی مولکول‌های جسم است. یعنی ممکن است سرعت مولکول‌های گاز بیشتر و کمتر باشد، در همان حال سرعت متوسط مولکول‌های گاز یا به عبارت بهتر انرژی متوسط آنها، با دمای گاز رابطه مستقیم دارد.

کنار هم قراردادن این دو فکت علمی باعث می‌شود به این نتیجه برسیم که ممکن است مولکول‌هایی در جو زمین باشند که با انرژی جنبشی که از محیط به‌دست می‌آورند می‌توانند به سرعت فرار زمین برسند و از جو خارج شوند. به این پدیده «گریز اتمسفری» می‌گویند. مولکول‌های هوا در جو به چند طریق کلی می‌توانند این انرژی جنبشی را به‌دست بیاورند. دسته اول، روش‌های گرمایی هستند.

۱.۱. فرار جینز (Jeans): سر جیمز جینز، فیزیکدان بریتانیایی یک قرن قبل این پدیده را توضیح داد. گفتیم که «دما» یک نوع میانگین‌گیری برای بیان مقدار انرژی مولکول‌های جسم است. یعنی ممکن است سرعت مولکول‌های گاز بیشتر و کمتر باشد. جینز گفت، در دمای ثابت بعضی از مولکول‌ها سرعت بسیار بیشتری از متوسط دارند و بعضی‌ها هم سرعت کمتری دارند. طبیعیست که از بین آنهایی که سرعت بیشتری دارند، تعدادی هم سرعت‌شان آن‌قدر زیاد باشد که به سرعت فرار از سیاره برسد.

مولکول‌های گاز در برخورد با هم انرژی کسب می‌کنند یا انرژی از دست می‌دهند. از قوانین برخوردها (پایسته‌بودن اندازه‌حرکت) هم به‌یاد داریم که هرچه جرم جسمی کمتر باشد، سرعت آن بیشتر خواهد بود. بنابراین احتمال اینکه در دمای ثابت، مولکول‌های سبک‌تر سرعت‌های بیشتری داشته‌باشند و در نتیجه راحت‌تر به سرعت فرار برسند، بیشتر است؛ مولکول‌هایی مانند هیدروژن و هلیم که بسیار سبک هستند.

در سیارات سنگین مثل مشتری، جاذبه آن‌قدر بالا است که هرچقدر هم دمای جو این سیارات، بالا باشد، باز هم تعداد ملکول‌های سبکی که می‌توانند به سرعت فرار از آن سیاره برسند، خیلی کمتر است. برای همین سیارات سنگین، ملوکول‌های سبک جو خود را حفظ می‌کنند. اما سیارات سبک‌تر مانند مریخ، جو خود را سریع‌تر از دست می‌دهند. 

۱.۲. فرار هیدرودینامیک: افزایش دما، مثلا ناشی از تابش خورشید، می‌تواند باعث افزایش فشار شود. به‌خصوص وقتی جو سیاره‌ای مملو از گازهای گلخانه‌ای باشد، بخش زیادی از انرژی تابش را به صورت حرارت در خود نگه‌می‌دارد. این باعث افزایش دما و فشار جو شده و به سمت بالا منبسط می‌شود. به‌این ترتیب، احتمال خروج ملوکول‌ها از جو با رسیدن به سرعت فرار سیاره، بیشتر می‌شود. زیرا در ارتفاعات بالاتر، آستانه سرعت فرار، کمتر است.

۲. روش‌های غیر گرمایی: جرم جو زمین به روش‌های دیگری هم ممکن است کاهش پیدا کند. برخورد مستقیم ذرات پر انرژی کیهانی، بادهای خورشیدی، تعویض بار با یون‌های پر انرژی و بادهای قطبی از حمله روش‌های دیگری هستند که نه به اندازه دو روش اصلی اما باز هم می‌‌توانند بخشی از جو زمین را به بیرون پرتاب کنند.

همچنین در لایه‌های بالایی جو (لایه اگزوسفر) فوتون‌های پر انرژی مانند ذرات اشعه اکس، می‌توانند پیوندهای مولکولی را بشکنند و اجزای خرد شده مولکول، با جرم کمتری که دارند، راحت‌تر می‌توانند به سرعت فرار برسند.

۳. روش‌های برخوردی: حتی برخوردهای سطحی هم ممکن است باعث خروج اجرامی از سطح زمین شوند. مثلا یک شهاب‌سنگ بزرگ طوری به یک توده سنگ روی سطح زمین برخورد کند که سرعت آنها بیشتر از سرعت فرار شود. برای نمونه، روی سطح زمین، خرده سنگ‌هایی کشف شده که به همین طریق از سطح مریخ جدا شده و به زمین رسیده‌اند.

چقدر از جرم جو زمین کاسته می‌شود؟

پژوهشگران از دانشگاه‌ها و پژوهش‌گاه‌های مختلف در سراسر جهان، این پدیده را تحت نظر دارند و حتی چندین وسیله آزمایشگاهی مهم از جمله چند ماهواره متعلق به ناسا و سازمان فضایی اروپا و … به طور تخصصی روی این موضوع متمرکز هستند تا مقدار دقیق جرم خروجی (نشتی) جو زمین به این روش‌ها را اندازه بگیرند (لینک۱، لینک۲، لینک۳).

نتایج این تحقیقات نشان می‌دهد که جو زمین، سالانه حدود ۹۵هزار تن جرم از دست می‌دهد که بخش اعظم آن (بیش از ۹۵ درصد) هیدروژنی است که به روش‌های «فرار جینز» و «تعویض بار با یون‌های پرانرژی» از دست می‌رود. یون هیدروژن، همان ذره پروتون است، که سبک‌ترین هسته در بین همه اتم‌ها در طبیعت است. هسته سبک‌تر بعدی، هلیم است. جو زمین سالانه حدود ۱۶۰۰تن هم هلیم در اثر برخورد یون‌ها و ذرات پر انرژی کیهانی، از دست می‌دهد.

جو زمین سالانه حدود ۱۶تن دیگر هم از سایر روش‌ها، جرم خود را از دست می‌دهد. در بیش از نیم‌قرن تاریخ فضانوردی هم بشر سالانه حدود ۶۵ تن (جمعا حدود ۳۵۰۰ تن) بیشتر به صورت سوخت و فلز از زمین خارج کرده‌است.

اما زمین در طول حرکت در مسیر خود به دور خورشید، در راه خود با اجرام بزرگ و کوچکی برخورد می‌کند که بسیاری از آنها تبدیل به شهاب‌سنگ‌های کوچکی در آسمان شده که می‌سوزند و تبخیر شده و در جو زمین رها می‌شوند. اگر کمی از دانه شن بزرگ‌تر باشند و جهت برخوردشان به زمین مناسب باشد، ممکن است قبل از سوختن کامل، روی زمین بیافتند. تخمین‌ها نشان می‌دهد سالانه ۳۷هزار تن تا ۷۸هزار تن سنگ و غبار فضایی از این طریق وارد زمین شده و به جرم زمین و جو زمین می‌افزایند. به طور متوسط این عدد حدود ۴۵هزار تن است.

از کنار هم قرار دادن این دو عدد یعنی مقدار گریز جوی و مقدار غبار فضایی که روی زمین فرود می‌آید به این نتیجه می‌رسیم که «زمین سالانه ۵۰هزار تن از جرمش را از دست می‌دهد».

یک اینفلوئنسر مذهبی در اینستاگرام گفته است «زمین سالانه ۵۰هزار تن از وزنش را از دست می‌دهد» و به این مساله دوبار در قرآن اشاره شده.  

موضوع تفسیر قرآن و تبلیغات مذهبی خارج از حیطه علم و حوزه کاری درستی‌سنجی است و ما نمی‌توانیم تایید یا رد کنیم که تفسیر جمله عربی که کاربر می‌گوید، همین است. چون جملات قبل و بعد این آیات، منظور دیگری دارد.

اما اگر تفسیر قرآن را کنار بگذاریم آنچه این فرد درباره کاهش جرم زمین گفته، فکت است. ۵۰هزار تن معادل آب حدود ۲۰ استخر المپیک است. یعنی سالانه به‌اندازه بخار آب ۲۰ استخر المپیک از جو زمین کاسته می‌شود.

مولکول‌هایی در جو زمین هستند که با انرژی جنبشی که از محیط به‌دست می‌آورند می‌توانند به سرعت فرار زمین برسند و از جو خارج شوند. به این پدیده «گریز اتمسفری» می‌گویند. افزایش دما، مثلا ناشی از تابش خورشید، هم می‌تواند باعث فشار جو و انبساط آن به سمت بالا شده و  احتمال خروج ملوکول‌ها از جو با رسیدن به سرعت فرار سیاره، بیشتر شود. 

برخورد مستقیم ذرات پر انرژی کیهانی، فوتون‌های پرانرژی و بادهای خورشیدی، تعویض بار با یون‌های پر انرژی و بادهای قطبی از جمله روش‌های دیگری هستند که نه به اندازه دو روش اصلی اما باز هم می‌‌توانند بخشی از جو زمین را به بیرون پرتاب کنند.

برخوردهای سطحی هم ممکن است باعث خروج اجرامی از سطح زمین شوند. مثلا یک شهاب‌سنگ بزرگ طوری به یک توده سنگ روی سطح زمین برخورد کند که سرعت آنها بیشتر از سرعت فرار شود.

به این‌ترتیب زمین سالانه حدود ۹۵هزار تن جرم از دست می‌دهد که بخش اعظم آن (بیش از ۹۵ درصد) هیدروژنی است که به روش‌های «گریز اتمسفری» از دست می‌رود. هسته سبک‌تر بعدی، هلیم است. جو زمین سالانه حدود ۱۶۰۰تن هم هلیم در اثر برخورد یون‌ها و ذرات پر انرژی کیهانی از دست می‌دهد. جو زمین سالانه حدود ۱۶تن دیگر هم از سایر روش‌ها جرم خود را از دست می‌دهد. در بیش از نیم‌قرن تاریخ فضانوردی هم بشر سالانه حدود ۶۵ تن (جمعا حدود ۳۵۰۰ تن) بیشتر به صورت سوخت و فلز از زمین خارج کرده‌است.

در مقابل سالانه به طور متوسط حدود ۴۵هزار تن سنگ و غبار فضایی از طریق برخورد با جو به صورت شهاب‌سنگ وارد زمین شده و به جرم زمین و جو زمین می‌افزایند. زمین سالانه ۵۰هزار تن از جرمش را از دست می‌دهد.

بنابراین با وجود اینکه «زمین سالانه ۵۰هزار تن از جرمش را از دست می‌دهد» اما ادعای اینکه چنین چیزی دوبار در قرآن تکرار شده‌است، گمراه‌کننده است زیرا آیات ذکر شده درباره داستان دیگری است و هر چند روش‌های متنوعی برای تفسیر قرآن وجود دارد ربط دادن پدیده‌های علمی با آیات قرآن ایراد منطقی دارد. آیات قرآن را نمی‌توان در چارچوب علم مدرن که ابطال‌پذیری، آزمون‌ و تجربه‌گرایی از الزامات آن است، تفسیر و تعبیر کرد.