7 درس از نجوم (نوشته مسعود مردیها)

علاقه فراوان من به علم ستاره شناسی و نجوم و مطالعات جسته گریخته ای که در این زمینه داشتم چندین سال پیش پس از گذراندن دوره نجوم مقدماتی مرا به این واداشت که تحقیقاتی در مورد نجوم داشته باشم. مطالب گردآوری شده را اکثرا ترجمه کرده ام و البته خیلی درس ها طولانی نیست و نتوانستم این دوره را ادامه بدهم… امیدوارم این اندک برای لااقل یک نفر مفید واقع بشود…

منظومه ی شمسی (درس 1)

هدف از این درس ها آشنایی بیشتر با جهان پیرامون و آشنایی با عظمت جهان خلقت می باشد.

برای شروع درس نجوم به نظر شروع با منظومه ی شمسی با شعاعی در حدود 5/913/520/000 کیلومتر به عنوان جزئی ناچیز و بسیار کوچک از جهان مناسب است.

سامانه ی خورشیدی (The solar system) متشکل از خورشید و اجرام گرانشی فضایی که به دور آن می گردند می باشد.تمام این اجرام طبق یک نظریه در حدود 4.6 میلیارد سال پیش، از فروریزش یک ابر میان ستاره ای بوجود آمد. از بسیار اجرامی که به دور خورشید می گردند بیشتر جرم آنها در 8 سیاره ی مجزا گرد آمده است. 4 سیاره ی نزدیک به خورشید( عطارد، زهره، زمین،مریخ) ابتدائاً از فلز و سنگ ایجاد شده اند. مشتری و زحل اساساً از هیدروژن و هلیوم و اورانوس و نپتون از یخ ایجاد شده اند.(جالب است بدانید سیاره ی زحل که یک سیاره ی گازی است روی آب می ایستد و به داخل آن نمی رود و این به دلیل آن است که چگالی آن از آب کمتر است). در منظومه ی ما مناطقی هستند که اجرام کوچکتر در آن ساکن هستند.کمربند استروئید(asteroid belt) که بین مریخ و مشتری قرار دارد حاوی اجرام جامد فراوانی است.در ورای نپتون کمربند کوپیر(Kuiper belt) و صفحه ی پراکنده (scattered disc) وجود دارد و در این میان 5 شی بزرگ سِرِس(Ceres)، پلوتو(Pluto)،هومِآ(Haumea)، ماکِماک(Makemake) و اِریس( Eris) وجود دارند که سیاره های کوتوله نامیده می شوند.

منظومه ی شمسی (درس 2)

اکتشاف سامانه ی خورشیدی

برای سالهای متمادی بشریت از وجود سامانه ی خورشیدی آگاهی نداشت .مردم، زمین را مرکز عالم می پنداشتند.البته فیلسوف یونانی آریستاروس (Aristarchus of Samos) حدس هایی مبنی بر مرکزیت خورشید زده بود اما این نیکلاس کوپرنیک بود که برای اولین بار یک سیستم خورشید مرکزی مبنی بر ریاضیات را پایه گذاری کرد. با توجه به یافته های او ، گالیله، کِپلرو نیوتن توانستند عقاید نجومی را به سمتی سوق دهند که نظریه ی خورشید مرکزی مورد قبول واقع شود. اکتشاف تلسکوپ باعث کشف هرچه بیشتر سیارات و اقمار سامانه ی خورشیدی شد و در نهایت تا جایی پیش رفت که توانستیم به وجود طوفانهای غبار، وجود ابر و پدیده های فصلی دیگر در سایر سیارات پی ببریم.

بخش اصلی منظومه ی شمسی ، خورشید است که 99/86 درصد جرم شناخته شده ی منظومه ی ما را تشکیل داده است!! 4 سیاره ی بزرگی که به دور خورشید می گردند( مشتری، زحل، اورانوس، نپتون – غول های گازی) 99 درصد جرم باقی مانده را تشکیل می دهند که 90 درصد از آن 99 درصد متعلق به مشتری و زحل است! سیارات و اجرامی که به دور خورشید می گردند در جهت موافق چرخش خورشید(خلاف جهت عقربه های ساعت)می باشند البته ستاره ی هالی از این قاعده مستثنی است.

در مرکزِ منظومه، خورشید، سپس 4 سیاره ی داخلی(عطارد، زهره، زمین، مریخ) که توسط کمربند آستروئید (سنگ های آسمانی) احاطه شده، سپس 4 غول گازی (مشتری،زحل،اورانوس،نپتون) که توسط کمربند اجرام یخی کوپیر احاطه شده است، وجود دارد.

منظومه ی شمسی (درس 3)

بنا بر قوانین حرکت سیاره ای کِپلِر ، سیارات در مداری بیضی شکل به دور خورشید در حال گردش اند و خورشید در یکی از مراکز این بیضی قرار دارد( هر بیضی دو مرکز دارد). بنابراین سیارات در چرخش خود به دور خورشید همواره فاصله ی یکسانی با خورشید ندارند و گاهی نزدیک و گاهی دور ترند.در شکل زیر خورشید در یکی از مراکز بیضی قرار دارد.

سیارات به هنگامی که در موقعیت نزدیک به خورشید قرار می گیرند به دلیل تاثیر جاذبه ای بیشتر خورشید سریعتر می چرخند.مدار سیارات تقریباً گرد است یعنی بیضی کامل نیست اما بسیاری از دنباله دارها و کمربند کوپیر مدار به شدت بیضی شکلی را طی می کنند. هرچه فاصله ی مداری از خورشید بیشتر باشد فاصله ی آن مدار از مدار قبلیش هم به مراتب بیشتر خواهد بود. (البته به غیر از چند استثنا)

بیشتر سیارات منظومه خود دارای مدار داخلی نیز هستند یعنی اقماری به دور آنها در حال گردشند.(دو تای این اقمار حتی از عطارد نیز بزرگتر هستند). بیشتر اقمار بزرگ مثل ماه حرکتی همزمان دارند یعنی همواره یک سوی آنها به سمت سیاره ی مادرشان است.

منظومه ی شمسی (درس 4)

ترکیب: خورشید که تقریباً همه ی ماده ی منظومه ی شمسی را در بر می گیرد از 98 درصد هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. مشتری و زحل نیز که بیشترین جرم باقی مانده را تشکیل می دهند در حدود 99 درصدشان از همان ماده تشکیل شده است. سیارات نزدیک به خورشید تحت تاثیر گرما و نور زیادتر آن از فلزاتی با دمای ذوب بالا تشکیل شده اند و برعکس.

خورشید: خورشید ستاره ی منظومه ی شمسی است.جرم زیاد آن که در حدود 332/900 برابر جرم زمین است توانسته است دما و چگالی کافی برای انفجار هسته ای را، در درون هسته ی آن ایجاد کند که این انفجارها انرژی مهیبی را به صورت پرتوهای الکترومغناطیس در فضا ساطع می کند. خورشید در رده ی کوتوله های زرد G2 طبقه بندی می شود.ستاره ها هرچه داغ تر باشد عموماً روشن ترند . ستاره های داغتر و روشن تر از خورشید نادرند . مدارک مبنی بر این است که خورشید ستاره ای جوان است یعنی منابع هیدروژن خود را هنوز از بین نبرده است .خورشید در حال درخشان تر شدن می باشد و در اوایل بوجود آمدن تنها 70 درصد نور امروزیش را داشته است.علاوه بر نور، خورشید جریان پرانرژی از ذرات به اسم بادهای خورشیدی را با سرعت 5/1 میلیون کیلومتر در ساعت به خارج ساطع می کند. این پرتوها بسیار پر قدرت هستند و در صورتی که سیارات توسط میدان مغناطیس خود این پرتوها را دفع نکنند به آرامی جو خود را از دست خواهند داد.سیاراتی مثل مریخ میدان مغناطیسی محافظت کننده ندارند به همین دلیل جو خود را تحت تاثیر این بادهای خورشیدی از دست می دهند.اما زمین از این میدان بهره مند است.در این جا بد نیست با استفاده از این اطلاعات معنایی از آیه ی 32 سوره ی انبیاء به علاقه مندان قرآنی ارائه دهیم.

• وجعلنا السماء سقفا محفوظا وهم عن آياتها معرضون
• و آسمان را سقفی محافظت شده قرار دادیم و ایشان از آیات ما اعراض می کنند.

اگر بخواهیم این آیه را با تفسیر علمی تطابق بدهیم شاید بهترین توضیح این باشد که جو زمین (السماء) توسط میدان مغناطیسی از نابود شدن حفاظت می شود. (محفوظاً)

منظومه ی شمسی (درس 5)

خورشید را تخصصی تر بشناسیم:

خورشید که در مرکز سامانه قرار دارد تقریباً کره ای است کامل که متشکل از پلاسمای همراه (interwoven) با میدان مغناطیسی است.خورشید قطری معادل 1/392/000 کیلومتر یعنی حدود 109 برابر زمین می باشد.جرم خورشید که معادل  (یعنی یک عدد 2 و 30 صفر جلوی آن) کیلوگرم می باشد در حدود 330/000 برابر زمین می باشد. از لحاظ شیمیایی در حدود سه چهارم جرم خورشید از هیدروژن تشکیل شده است در حالی که بیشتر جرم باقی مانده از هلیوم می باشد. کمتر از 2 درصد خورشید را عناصر سنگین تر از قبیل اکسیژن ، کربن، نئون، آهن و … تشکیل داده اند.رده بندی ستاره شناسی خورشید G2V می باشد در طبقه بندی طیفی ستاره ی G2 نشانگر این واقعیت است که دمای سطحی آن ستاره در حدود 5505 سانتی گراد می باشد و حرف V  نیز دلالت بر این موضوع می کند که خورشید مثل سایر ستارگان ستاره ای در مرحله ی اصلی می باشد (MAIN SEQUENCE) یعنی انرژی خود را با انفجارهای هسته ای هیدروژن و تبدیل آن به هلیوم بدست می آورد.در هسته ی خورشید در هر ثانیه در حدود 620 میلیون تن هیدروژن همجوشی هسته ای (FUSE) انجام می دهد. خورشید هم اکنون از 85 درصد ستارگان کهکشان راه شیری پر نورتر است ستارگانی که اکثراً کوتوله های قرمز هستند. تاج خورشیدی دائماً در حال ساطع کردن بادهای خورشیدی به داخل فضا می باشد که برد این ذرات پرانرژی تا 100 واحد نجومی(AU) می باشد. خورشید هم اکنون از میان ابر میان ستاره ای محلی (Local Interstellar Cloud-ابری میان ستاره ای که 30 سال نوری عرض دارد و منظومه ی شمسی در آن در حال حرکت است ) در ناحیه ی حباب محلی(local bubble – محفظه ای در بازوی اوریون کهکشان راه شیری با عرضی معادل 300 سال نوری)  در حال حرکت است.از 50 نظام ستاره ای نزدیک به زمین( تا 17 سال نوری) خورشید از نظر جرم در رده ی چهارم است. خورشید حول مرکز کهکشان راه شیری که در حدود 24/000 تا 26/000 سال نوری با آن فاصله دارد با سرعت 220 کیلومتر بر ثانیه یک دور موافق عقربه های ساعت را در حدود 225 تا 250 میلیون سال تکمیل می کند!

منظومه ی شمسی (درس 6)

خورشید را تخصصی تر بشناسیم:

فاصله ی خورشید تا زمین در حدود 149/6 میلیون کیلومتر (یک AU) می باشد. نور خورشید این فاصله را در حدود 8 دقیقه و 19 ثانیه طی می کند.این انرژی خورشید تمام حیات فوتوسنتزی روی زمین را تامین می کند. تا قرن نوزدهم دانشمندان اطلاعات بسیار کمی در مورد ترکیبات خورشید و منبع تامین انرژی آن داشتند.هنوز هم ابهاماتی در مورد خورشید وجود دارد که توضیحی برای ان نیافته اند.

خورشید کره ای تقریباً تمام است یعنی کاملاً گرد است و قطر قطبی آن با قطر استوایی آن تنها 10 کیلومتر اختلاف دارد.(قطر پر رنگ تر قطر استوایی و کمرنگ تر قطبی)

از آنجایی که خورشید جامد نیست و دارای پلاسما می باشد لذا خورشید در استوایش سریع تر از قطب هایش می چرخد.این حرکت که چرخش متفاوت (differential rotation) نامیده می شود توسط حرکت هم رفتی مواد که در اثر دمای هسته ایجاد می شود بوجود می آید. چرخش استوایی خورشید 25/6 روز و چرخش قطبی آن 33/5 روز طول می کشد هرچند که این زمان (چرخش استوایی) از دیدگاه ناظر زمینی 28 روز به طول می انجامد که این به دلیل حرکت زمین به دور خورشید می باشد. این حرکت سانتریفوژال خورشید در حدود 18 میلیون بار ضعیف تر از جاذبه ی سطحی خورشید در منطقه ی استوای آن است لذا تاثیری بر از بین بردن شکل کروی خورشید نمی تواند داشته باشد همچنین است اثر جزر و مدی سیارات که بسیار ناچیز است و شکل کروی خورشید را به هم نمی زند.خورشید ستاره ای متعلق به گروه یک (Population I) از دسته ی ستاره های سرشار از فلزات سنگین می باشد و این به دلیل وفور عناصر سنگین در منظومه شمسی از قبیل طلا و اورانیوم می باشد.

هسته ی خورشید:تصور می شود که هسته ی خورشید از مرکز تا 20 الی 25 درصد قطر کلی خورشید باشد. چگالی هسته تا 150 گرم در سانتی متر مکعب می رسد( 150 برابر چگالی آب) و دمایی در حدود 13/6 میلیون کلوین دارد.

منظومه ی شمسی (درس 7)

خورشید را تخصصی تر بشناسیم:

در بیشتر عمر خورشید انرژی توسط همجوشی هسته ای در طی یک سری فرآیند ها به نام زنجیره ی pp(portion-portion) تولید می شود. این فرآیند هیدروژن را به هلیوم تبدیل می کند.(در آینده ان شاء الله با این زنجیره آشنا می شویم).کمتر از دو درصد از هلیوم تولید شده در خورشید از فرآیند CNO بدست می آید .( در آینده ان شاء الله با این فرآیند آشنا می شویم).

هسته تنها مرکزی است در خورشید که میزان قابل ملاحظه ای انرژی گرمایی طی فرایند همجوشی هسته ای ایجاد می کند. در 24 درصد از قطر خورشید 99 درصد انرژی خورشید تولید می شود و در 30 درصد قطر همجوشی به طور کامل متوقف شده است و مابقی خورشید نیز توسط انرژی هسته گرم می شود. انرژی تولید شده در هسته، قبل از ورود به فضا به صورت نور یا ذرات انرژی جنبشی(Kinetic energy) لایه های متوالی مختلفی را باید طی کند تا به لایه ی فوتوسفر (لایه ی نوری) برسد. زنجیره ی pp در هسته در هر ثانیه در حدود 9.2×10³⁷  بار رخ می دهد!! خورشید در هر ثانیه 384 یوتا وات انرژی  (یوتا بزرگترین واحد اندازه گیری معادل 10²⁴ می باشد) معادل 9.192×10¹⁰  مگاتن تی ان تی را ایجاد می کند. این جرم نابود نمی شود تا انرژی ایجاد شود بلکه طبق قانون پایستگی جرم و انرژی ، این جرم تنها تبدیل می شود. میزان همجوشی در هسته حالتی خود اصلاح گر دارد، یعنی میزان بالای هم جوشی باعث می شود که هسته ی خورشید بیش از حد داغ شود و در نتیجه به سمت لایه های بیرونی منبسط شود و در نتیجه میزان این انفجار ها را کاهش دهد.(چرا این گونه است ؟ سوالی است که در اینجا مطرح است).و برعکس کاهش میزان انفجارها باعث جمع شدن هسته و در نتیجه (احتمالاً به دلیل افزایش فشار) باعث افزایش میزان انفجارها می شود. پرتوهای گاما ( فوتون های پرانرژی) زمان بسیار زیادی برای رسیدن به سطح خورشید طی می کند که تخمین ها در حدود 10 هزار تا 170 هزار سال را پیش بینی می کند. پس از اینکه پرتوهای گاما به سطح خورشید رسیدند هر کدام به میلیون ها فوتون نور مرئی تبدیل می شود.