קוטב

קוטב של גוף מסתובב סביב צירו הוא אחת משתי הנקודות על פני הגוף שדרכן עובר ציר הסיבוב. אלה הן הנקודות היחידות על פני הגוף שאינן נעות מסביב לציר. לא לכל גוף ניתן להגדיר קטבים; למשל היפריון, ירחו של שבתאי, אין לו ציר סיבוב קבוע.

שני הקטבים של כדור הארץ הם הקוטב הצפוני והקוטב הדרומי. שניהם נמצאים בקו הרוחב המקסימלי (90°). מהקוטב הצפוני אפשר לנוע רק דרומה, ומהקוטב הדרומי רק צפונה. בנוסף לקטבים הגאוגרפיים קיימים גם קטבים מגנטיים. מיקומם של הקטבים המגנטיים משתנה כי השדה המגנטי של כדור הארץ משתנה.

רוב הגופים הגדולים סובבים סביב צירם ולכן יש להם תנע זוויתי, כלומר מאפיין שמקושר לסיבוב שלהם. הרבה מהגופים האלה יוצרים שדה מגנטי. תאוריית הדינמו מסבירה זאת: זרמים חשמליים בתוך מוליך נוזלי (כמו ברזל נוזלי בליבת הארץ) יוצרים שדה מגנטי; סיבוב הגוף גורם לזרמים האלה להיווצר. בשמש המוליך הוא פלזמה, גז מיון טעון.

השפעת הסיבוב אינה גורמת לכך שהקטבים המגנטיים והגאוגרפיים יתלכדו תמיד. הקטבים המגנטיים בדרך כלל קרובים אליהם, אבל מיקומם משתנה ואף יכול להתהפך. למשל, שדה השמש מתהפך בערך כל 11 שנים. גשושית יוליסס נועדה לעזור להבין את השדה המגנטי של השמש.

הקטבים המגנטיים האמיתיים הם הנקודות שבהן כיוון השדה המגנטי אנכי לפני הקרקע. שם מצפן מאוזן לא יתפקד. השמות "קוטב מגנטי צפוני" ו"קוטב מגנטי דרומי" נבחרו לפי הקרבה אל הקטבים הגאוגרפיים, אך מבחינה פיזיקלית הקוטב המגנטי הצפוני הוא בעצם קוטב גאוגרפי דרומי, ולהיפך.

השדה המגנטי של כדור הארץ מורכב ולא מושלם; כקירוב ראשון מתייחסים אליו כמגנט דו-קוטבי (מגנט דיפולי). ציר המגנט המדומה מוטה בכ־11° ביחס לציר הסיבוב. הנקודות שבהן ציר זה חותך את פני כדור הארץ נקראות קטבים גאומגנטיים, והן תיאור מקורב בלבד של הקטבים המגנטיים.

כל כוכבי הלכת סובבים סביב צירם שיכול להיות מוטה ביחס למישור מסלולם סביב השמש. נטיית הציר קובעת את משך היום הארוך והחושך הארוך בקוטבים. אם הציר כמעט מאונך למישור המסלול, כמו בכדור חמה, השמש תיראה קרובה לאופק כל השנה. בכדור הארץ הציר מוטה בכ־23.4° יחסית לאנך למישור המסלול, ולכן יש חצי שנה של יום רצוף בחצי הכדור המואר וחצי שנה של לילה רצוף בחצי השני.

זווית הנטייה גם משפיעה על הטמפרטורות בקטבים. כאשר הזווית גדולה, זווית הפגיעה של קרני השמש נמוכה, וכמות האנרגיה שמגיעה לבר קטנה. במקרים של נטייה קטנה (או גדולה מאוד), הפרשי הטמפרטורות בין חצי השנה המוארת לחשוכה יכולים להיות משמעותיים.

האקלים בקטבים קר ויבש; הטמפרטורות נמוכות וכמות המשקעים מועטה. בחורף השמש אינה נראית כלל, ובקיץ קרני השמש מגיעות בזווית נמוכה בלבד, לכן מתחמם מעט. הקרניים עובדות מרחק גדול באטמוספירה ולכן נחלשות. בנוסף, הקרח והשלג מחזירים חלק גדול מהאור (אלבדו גבוה), מה שמסייע לשמור על הקור.

עקב הקור וההתאיידות הנמוכה, מי הים מתאדים מעט ולכן משקעים מועטים. זה גורם להצטברות קרחונים גדולים על פני האוקיינוס הצפוני ועל יבשת אנטארקטיקה. תזוזת מדף הקרח באנטארקטיקה גורמת לכך שמיקום הקוטב הדרומי על פני הקרח משתנה עם השנים, אך מיקומו על פני הקרקע מתחת לקרח יציב יחסית. בטווחי זמן של מיליוני שנים נדידת היבשות משנה את מיקומן של היבשות ביחס לקטבים.

ב־1905 מצא אלברט איינשטיין, בתורת היחסות הפרטית, שזמן בקטבים ינוע מהר יותר מאשר בקו המשווה. הביטוי לכך הוא התארכות הזמן: מערכת בתנועה תמדוד זמן שעובר לאט יותר. לעומת זאת, בתורת היחסות הכללית יש אפקט כבידתי: ככל שהשדה הכבידתי חזק יותר, הזמן נע לאט יותר.

כדור הארץ פחוס בקו המשווה בעקבות הכוח הצנטריפוגלי. לכן קו המשווה רחוק יותר ממרכז כדור הארץ מהקטבים, והכוח הכבידתי חזק יותר בקטבים. כתוצאה מכך הזמן בקטבים נוטה להאט לפי האפקט הכבידתי. בקירוב גדול, שני האפקטים, התנועה והכבידה, מבטלים זה את זה.

איינשטיין, בתחילה, לא לקח בחשבון את האפקט הכבידתי גם בפרסומים מאוחרים יותר של המאמר המקורי שלו. הטעות הזו לא תוקנה באופן מפורש באותם פרסומים.

קוטב של גוף מסתובב הוא המקום שבו הציר חוצה את פני הגוף. אלה שתי נקודות בלבד שאינן נעות. לא כל הגופים יש להם קוטב קבוע.

שני הקטבים של כדור הארץ הם הקוטב הצפוני והקוטב הדרומי. הם נמצאים בקו הרוחב 90°. מהקוטב הצפוני אפשר רק ללכת דרומה.

לרוב הגופים יש שדה מגנטי. תאוריית הדינמו אומרת ששדה נוצר מנחשמל זורם בתוך חומר נוזלי. בכדור הארץ החומר הנוזלי הוא ברזל חם בליבה. בשמש החומר הוא פלזמה, גז חם וממולא חשמל.

הקטבים המגנטיים לא תמיד נמצאים באותו מקום כמו הקטבים הגאוגרפיים. הם גם יכולים לזוז ולהתהפך. השמש משנה את שדה המגנטי שלה בערך כל 11 שנים. מצפן במקום שבו השדה אנכי לא יעבוד טוב.

הנטייה של ציר הסיבוב קובעת אם בקוטב יהיה יום ארוך או לילה ארוך. בכדור הארץ הציר מוטה בכ־23.4°, ולכן בקוטב יש חצי שנה של יום וחצי שנה של לילה.

הטמפרטורות בקטבים נמוכות. יש מעט משקעים. הקרח והשלג מחזירים הרבה אור וחוסמים חימום.

באטמרקטיקה יש קרח עבה. תזוזת הקרח גורמת לכך שמיקום הקוטב על פני הקרח משתנה. המיקום על סלע מתחת לקרח יציב יותר. היבשות גם זזות לאט מאוד במשך מיליוני שנים.

ב־1905 אמר איינשטיין שהזמן בקטבים יתבצע קצת מהר יותר. הוא התבסס על כך שנקודה על קו המשווה נעה מסביב. בתורת היחסות הכללית יש גם אפקט של כבידה: בכוח כבידה חזק הזמן נע לאט יותר. בכדור הארץ הקטבים קרובים יותר למרכז, ולכן הכבידה שם חזקה יותר. שני האפקטים כמעט מבטלים זה את זה.

איינשטיין לא לקח בחשבון את האפקט הכבידתי במאמר המקורי שלו.