30 إجابة مذهلة على أكبر الأسئلة في الكون
1 أين يبدأ الفضاء؟
هناك إجابة سهلة لهذا السؤال: يبدأ الفضاء عند قمة الغلاف الجوي للأرض. الجزء الصعب هو تحديد مكان هذه ”القمة“. حقيقة أن الغلاف الجوي لا ينتهي بشكل مفاجئ، ولكنه يترقق بالتدريج، يعني أنه لا يوجد حد علوي واضح ومحدد يمكن اعتماده. إلى حد ما، يتعلق الأمر ببساطة بإيجاد رقم يسهل تذكره ضمن التقريب الصحيح. بالنسبة إلى وكالة ناسا والجيش الأمريكي، مثلاً، يبدأ الفضاء على ارتفاع 50 ميل. بالنسبة إلى المجتمع الدولي، من الناحية الأخرى، فهو يبدأ من ارتفاع 100 كم، وهو أعلى قليلاً إذ يبلغ 62 ميل. في منتصف القرن العشرين، طرح مهندس طيران أمريكي من أصل مجري يُدعى ثيودور فون كارمان Theodore von Kármán سؤالاً بسيطاً: عند أي ارتفاع تصبح السرعة اللازمة لإبقاء طائرة محلقة بفعل الرفع الديناميكي الهوائي من الارتفاع بحيث تتجاوز السرعة المدارية؟ أجرى فون كارمان الحسابات اللازمة، ثم قرّب الإجابة إلى ذلك الرقم الذي لا يُنسى وهو 100 كم، أو 62 ميل. يُعرف هذا الارتفاع الآن باسم ”خط كارمان“ Kármán line تكريماً له.
كثافة الهواء عند مستوى سطح البحر أعلى بمليون مرة من كثافة الهواء عند خط كارمان
طبقات الغلاف الجوي
على الرغم من أن الغلاف الجوي للأرض يصبح رقيقاً جداً، إلا أنه يمتد لمسافة طويلة بشكل مذهل
2 ماذا لو توقفت الأرض عن الدوران
تمتلك الأرض طاقة دورانية عالية جداً- أكثر من 200 كوينتيليون غيغا جول- لدرجة أن الأمر سيستغرق بلايين السنين لتفقدها كلها. إذا تباطأت إلى النقطة التي تصبح فيها محبوسة مدّياً Tidally locked مع الشمس، فسيظل أحد جانبيها في ضوء النهار الدائم والجانب الآخر في ليل سرمدي.
3 أين توجد الموانئ الفضائية في العالم؟
تنتشر الموانئ الفضائية عبر العالم في مواقع يرجح أن تجد فيها برامج فضائية عاملة خاصة أو تديرها الدولة. منذ ظهورها لأول مرة، استخدم 28 ميناء فضائياً لإطلاق أقمار اصطناعية في المدار، لا يزال 22 منها نشطة حاليا. يرجّح أن يكون مركز كينيدي للفضاء Kennedy Space Center في كيب كانافيرال في فلوريدا هو أشهر ميناء فضائي في العالم، كما يعمل مختبر إطلاق الصواريخ الأول Rocket Lab Launch Complex One في نيوزيلندا كموقع إطلاق تجاري. ومن بين أشهر المراكز الأخرى مركز غويانا للفضاء Guiana Space Centre التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في غيانا الفرنسية، ومركز جيو تشيوان لإطلاق الأقمار الاصطناعية Jiu Quan Satellite Launch Center في الصين، وميناء بايكونور الفضائي Baikonur Cosmodrome في كازاخستان.
المدارات الفضائية
المدار الأرضي المنخفض هو النوع الأكثر شيوعاً، لكنه ليس النوع الوحيد
4 ما المدار الأرضي المنخفض؟
بعبارات بسيطة جداً، فإن المدار الأرضي المنخفض Low-Earth orbit (اختصاراً المدارLEO ) هو بالضبط ما تقوله: مدار حول الأرض على ارتفاع يقع بالقرب من الطرف الأدنى من نطاق المدارات المستدامة المحتملة. توجد غالبية الأقمار الاصطناعية في المدار الأرضي المنخفض، مثلها مثل محطة الفضاء الدولية .ISS من أجل البقاء في مثل هذا المدار، يجب أن ينطلق القمر الاصطناعي بسرعة نحو 17,500 ميل/ساعة، وبهذه السرعة يستغرق نحو 90 دقيقة لإكمال مداره حول الكوكب.
5 كيف يذهب رواد الفضاء إلى المرحاض؟
يشبه ذلك إلى حد كبير ما يفعله أي شخص على الأرض، باستثناء أن الفضلات توجّه إلى حيث ينبغي أن تذهب بمساعدة التيارات الهوائية بدلاً من الجاذبية. إلا أن المراحيض الفضائية ليست رخيصة، فقد تكلّف تطوير أحدثها على محطة الفضاء الدولية 23 مليون دولار.
6 إذا كانت سرعة الضوء مستحيلة، فكيف يبلغها الضوء؟
السرعة ،c التي نسميها سرعة الضوء، هي معامل أساسي يؤثر في هندسة المكان والزمن. من تأثيرات ذلك أن الأجسام التي لديها كتلة لا يمكنها بلوغ هذه السرعة أبداً، لكن التأثير الآخر هو أن الجسيمات عديمة الكتلة- مثل فوتونات الضوء- يجب أن تتحرك دائماً بالسرعة .c
7 ماذا سيحدث إذا تواصل الفضائيون معنا؟
يرجح أن يحدث هذا في شكل رسالة، مثل إشارة راديو، أكثر من زيارة. يتبع العلماء -الذين يبحثون عن مثل هذه الإشارات- البروتوكولات لتصفية الرسائل المُخادعة والمصادر الطبيعية، ولكن إذا ثبتت صحة الرسالة، فسيعلن عنها.
8 هل تدور الشمس؟
نعم. نحن نعلم منذ القرن السابع عشر أن الشمس تدور. مثل غالبية كواكب المجموعة الشمسية، يكون هذا الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة، ولكن إضافة إلى كونه أبطأ بكثير من دوران الأرض، فإن دوران الشمس أشد تعقيداً بكثير من دوران الأرض حول نفسها والذي يؤدي إلى الليل والنهار. في حين تتكون الأرض والكواكب الداخلية الأخرى من صخور صلبة، فإن الشمس عبارة عن كرة فائقة السخونة من الغازات المتأينة الكثيفة- الهيدروجين والهيليوم غالباً- تسمى البلازما .Plasma يعني هذا أن الطريقة التي تدور بها تختلف عن الطريقة التي يعمل بها كوكبنا وكواكب المريخ والزهرة وعطارد. تخضع الشمس للدوران التفاضلي .Differential rotation يعني هذا أن دورانها يستمر بمعدلات مختلفة اعتماداً على المكان الذي تنظر منه إلى النجم.
أطلق أول قمر اصطناعي، سبوتنيك 1 Sputnik 1، في مدار إهليلجي منخفض حول الأرض في 4 أكتوبر 1957.
ماذا يأكل رواد الفضاء؟
9 يسبب العيش في محطة الفضاء الدولية ISS خسائر فادحة في أجساد رواد الفضاء. تؤدي الجاذبية المنخفضة جداً- المعروفة باسم الجاذبية الصغرى Microgravity – إلى انخفاض كثافة العظام بنسبة تصل إلى %20 خلال بعثة مدتها 6 أشهر، فضلاً عن فقدان كتلة العضلات. إذا لم يأكل رواد الفضاء ويمارسوا الرياضة كما ينبغي، فقد يصعب عليهم التحرك عند العودة وقد تتكسر عظامهم بسهولة. لتزويد الجسم بالفيتامينات والكالسيوم أهمية حيوية ويحتاج إلى كثير من التخطيط. تحتوي كل عبوة طعام في محطة الفضاء الدولية على
رمز شريطي Barcode يتعين على رواد الفضاء مسحه ضوئياً حتى يمكن لإدارة التحكم في البعثات -على الأرض- تتبّع ما يأكلونه.
وبالنظر إلى أن الجاذبية تؤثر في كيفية تصرف السوائل في أجسادنا، فقد يكون لها تأثير على حاستي التذوق والشم، لذلك عادة ما يكون مذاق الطعام في الفضاء قوياً جداً. توقّع نكهات حارة مثل الفلفل إذا تلقيت دعوة لتناول العشاء في محطة الفضاء الدولية.
يتخلص رواد الفضاء
من نفايات طعامهم في
ضاغط خاص للقمامة
تمنع الأطعمة المنخفضة الرطوبة أيضاً انتشار البكتيريا، حيث تغلّف أطعمة مثل المكسرات والبسكويت والشوكولاتة وتُحفظ كوجبات خفيفة. يتوفر الملح والفلفل في صورة سائلة، لأن الجزيئات يمكن أن تسد نظام التهوية.
هناك أيضاً وجبات نُزع الماء منها والتي يُعاد ترطيبها على محطة الفضاء الدولية لجعلها صالحة للأكل، فيما يشبه كثيراً المعكرونة المجففة والوجبات الخفيفة من المعجنات التي قد تجدها في حقيبة غدائك.
من الخضار والفواكه إلى الحلويات اللذيذة، هناك أكثر من 100 عنصر في قائمة طعام المحطة الفضائية لمساعدة الطاقم في الحصول على ما يصل إلى 3,300 سعرة حرارية يحتاجون إليها كل يوم لأداء واجباتهم. يتناول الطاقم 3 وجبات منتظمة يومياً، كما تُقدم الوجبات الخفيفة عندما يشعرون بالجوع.
اختيار لذيذ من الأطعمة لرواد الفضاء
يمكن لطاقم محطة الفضاء الدولية جلب معظم الأطعمة المفضلة لديهم تماماً كما لو كانوا على الأرض
1 لحوم شهية
يمكن تجميد اللحوم وتجفيفها حتى تدوم لفترة أطول. الفيتامينات والحديد مهمان حقاً للحفاظ على قوة رواد الفضاء.
2 عودي يا أدوات المائدة
تمنع المغناطيسات أدوات المائدة من الطفو بعيداً في حالة الجاذبية الصغرى. كم سيكون ذلك محبطاً إذا كنت جائعاً؟
3 حلويات لذيذة
لا يعني وجودك في الفضاء أنه عليك التخلي عن الحلوى المفضلة لديك.
4 الوجبات الخفيفة
البسكويت والوجبات الخفيفة الأخرى مثالية للتغلب على الجوع. ولأنها تحتوي على رطوبة قليلة، فهي تدوم لفترات طويلة.
5 بوباي الفضاء
حتى في الفضاء ليس هناك مفر من 5 وجبات في اليوم؛ تساعد التعبئة المفرّغة من الهواء Vacuum packing في الحفاظ على الفيتامينات والمعادن في الأطعمة مثل السبانخ.
من الذي سار على سطح القمر؟
فيما يتعلق بالإنجازات الحصرية، يعد المشي على سطح كوكب آخر غير الأرض أمراً رائعاً جداً. لقد ذهب الناس إلى الفضاء من قبل ومنذ ذلك الحين، لكن مجموعة صغيرة ومختارة من البشر فقط قد وطئت أقدامهم بالفعل ما هو في الأساس كوكب خارجي، وإن كان صغيراً.
يقع القمر التابع الطبيعي الوحيد للأرض على بعد ما يقرب من 236,400 ميل، وهو مجرد مرمى حجر بالقياسات المجرّية. وفي عام ،1969 سار أول رائد على سطح القمر، وكان نيل أرمسترونغ Neil Armstrong أول من ترك آثار قدميه ونطق بالكلمات، ”خطوة صغيرة لرجل، قفزة عملاقة للبشرية“.
وقد تبعه عن كثب إدوين ”باز“ ألدرين Edwin ‘Buzz’ Aldrin، فكان الثنائي الأول من بين 12 شخصاً ساروا على سطح القمر فيما أطلق عليه بعثات أبوللو. قام بالرحلة 24 شخصاً في المجمل- جميعهم أمريكيون- ظل منهم 12 على متن المركبات الفضائية المختلفة. أُطلقت معظم بعثات أبوللو بين عامي 1968 و1972 .
من أبرز الأمور عند المشي على القمر هو الجاذبية المنخفضة. تبلغ جاذبية القمر نحو سُدس جاذبية الأرض، مما يعني أنك لن تزن سوى نحو %16 من وزنك على الأرض. ستندهش أيضاً من الألوان الحادة بسبب الغلاف الجوي الرقيق جداً.
تخطط وكالة ناسا لبعثات أرتميس ،Artemis missions التي ستشهد هبوط أول امرأة وأول شخص ملون على القمر. ستتعاون الوكالة مع المنظمات التجارية والدولية في إنشاء قاعدة دائمة على القمر، والتي ستستخدمها كنقطة انطلاق لبعثة مستقبلية إلى المريخ. تمثّل الهدف الأولي لوكالة ناسا في الوصول إلى القمر مرة أخرى بحلول عام 2024 ، لكن التاريخ تأجل إلى ما لا يقل عن عام .2025
وجهات الهبوط على القمر
سار رواد الفضاء في عدة مناطق مختلفة من القمر، حيث جمعوا العينات واستكشفوا سطح الكوكب
متى يضع البشر أقدامهم على المريخ؟
11 تأتي أكثر التقديرات تفاؤلاً من إيلون ماسك Elon Musk مؤسس شركة سبيس إكس SpaceX ، الذي خطط لتنفيذ هبوط مأهول في عام 2024. لكن التحديات التقنية أثبتت أن ذلك أصعب مما كان يُعتقد، وأن أقرب موعد لذلك الآن هو عام .2029
هل توجد بقع أيضاً في نبتون وأورانوس؟
12 البقعة الحمراء العظيمة Great Red Spot على المشتري هي عاصفة عملاقة شبيهة بالأعاصير، والتي ظلت مستعرة في الغلاف الجوي العلوي لمدة قرنين على الأقل. لقد رُصدت عواصف مماثلة على كواكب أخرى بما في ذلك نبتون وأورانوس، إلا أنها عموماً أقصر عمراً وأقل إبهاراً.
لماذا تتباين ألوان الكواكب؟
13 يعتمد اللون على شيئين اثنين- أولاً، ما إذا كنا ننظر إلى سطح الكوكب أم غلافه الجوي، وثانياً، ما تركيبه الكيميائي. الأرض كوكب أزرق اللون بسبب المياه في محيطاته، في حين نبتون وأورانوس أزرقان بسبب الميثان في غلافهما الجوي.
ما الفرق بين المذنبات والكويكبات والشهب؟
14 ربما سمعنا جميعاً عن المذنبات والنيازك والكويكبات. إنها قطع من الصخور أو الجليد الفضائي الذي يجتاز مجموعتنا الشمسية ويصطدم أحياناً بالأرض والكواكب الأخرى، ولكن ما الاختلافات بينها وماذا يمكننا أن نتعلم منها؟ الكويكبات Asteroids هي كتل من الصخور التي خلفها تشكّل المجموعة الشمسية قبل 4.6 بليون سنة. وهي تدور حول الشمس ويوجد معظمها في جزء من المجموعة الشمسية يسمى حزام الكويكبات Asteroid belt ، وهو حقل على شكل حلقة المرساة من الصخور البينجمية الطافية بين المريخ والمشتري. يتراوح حجمها من فيستا Vesta- وهو أكبرها بقطر نحو 329 ميل- إلى تلك التي يقل عرضها عن 10م.
في بعض الأحيان، قد يصطدم كويكب بآخر، فتنفصل عنه قطعة صغيرة تصبح شيئاً يسمى النيزك السيار .Meteoroid عندما يصل هذا النيزك السيار الغلاف الجوي للأرض، يبدأ في الاحتراق، فينشئ مساراً نارياً عبر السماء يمكن رؤيته بالعين المجردة- أو شهاب Meteor. لكنها في بعض الأحيان لا تتبخر تماماً في الغلاف الجوي وتصطدم بالأرض، وعندما يحدث هذا يطلق عليها اسم الأحجار النيزكية .Meteorites
تتكون المذنبات Comets من مزيج من الجليد والصخور والغازات، وهي أيضاً بقايا من تشكّل المجموعة الشمسية وتدور حول الشمس. ولكن بسبب طريقة تشكّلها، فكلما اقتربت من بعضها البعض، يبدأ محتواها من الجليد والغبار في الذوبان مما يمنحها ”ذيلاً“ جميل. قد تمتد هذه الذيول لملايين الأميال ويمكن رؤيتها أحياناً من الأرض.
هل توجد براكين في الفضاء؟
15 نعم. داخل مجموعتنا الشمسية، القمر والمريخ مفعمان بالأدلة على البراكين والنشاط البركاني المتوقد، في حين تحتوي أجرام أخرى على براكين تنفث الجليد من آفاقها المتجمدة. على الرغم من أنه الآن خامل بركانياً، فقد شهد سطح القمر فيما مضى ثورات بركانية مذهلة ولّدت تدفقات كبيرة من الحمم البركانية. كما تظهر على المريخ ملامح بركانية أكثر من كوكبنا. من بين هذه، جبل الأولمب ،Olympus Mons وهو أكبر بركان في المجموعة الشمسية بارتفاعه الذي يزيد عن ضعف ارتفاع جبل إيفرست. وتبدو على كوكب الزهرة آثار تدفقات من الحمم البركانية التي تغطي ما يصل إلى %90 من سطحه، مع نحو 1,600 بركان رئيسي ونحو مليون بركان أصغر. لكن في الوقت الحالي، يوجد أعلى نشاط بركاني في المجموعة الشمسية في أيو ،Io وهو أحد أقمار المشتري، بسبب تأثير الجاذبية الهائل للعملاق الغازي الذي يسبب تشوّه القمر الصغير.
براكين ثلجية
لا تطلق كل البراكين حمماً ساخنة: فقد اكتُشفت براكين جليدية على أقمار مثل إنسيلادوس
1 فوارات إنسيلادوس الجليدية ICE GEYSERS OF ENCELADUS
تُقذف أعمدة تحتوي على الماء ومركبات كيميائية عضوية بسيطة في الفضاء بسرعة 800 ميل/ساعة، وتمتد لمئات الأميال.
2 صدوع في سطح إنسيلادوس CRACKS IN ENCELADUS’ SURFACE
تندلع هذه الأعمدة عبر الفتحات والصدوع في قشرة سادس أكبر أقمار زحل.
3 ثلوج على سطح إنسيلادوس SNOW ON ENCELADUS
تتجمد بعض المواد المقذوفة وتتساقط على شكل ثلوج، مما يغطي إنسيلادوس ويجعله أكثر الأجرام عكسا للضوء في المجموعة الشمسية.
4 محيطات إنسيلادوس OCEANS OF ENCELADUS
مصدر الفوارات الجليدية هو محيط المياه السائلة الممتد عبر الكوكب، والذي يقع تحت القشرة الجليدية لإنسيلادوس.
5 ما الذي يسبب هذه البراكين؟ WHAT CAUSES THESE VOLCANOES?
قد يسبب سَحْب جاذبية زحل قوى مدّية Tidal forces تضغط القمر إنسيلادوس وتمدده، مما يسخّن المادة ويجعلها تتسرب بصورة متفجرة.
6 تحت المحيط UNDER THE OCEAN
يقع اللب الصخري للقمر إنسيلادوس تحت محيطه.
لماذا لا يُعتبر بلوتو كوكباً؟
16 كان بلوتو حتى وقت قريب أحد كواكبنا الأولية. لكن كل هذا تغير بعد اكتشاف كوكب آخر في حزام كويبر Kuiper Belt في عام .2005 تبين الآن أن التخوم الخارجية للمجموعة الشمسية تؤوي العديد من الكواكب الصغيرة، فهل يجب اعتبارها جميعاً كواكب؟ إذا لم يكن الأمر كذلك، فلماذا اعتُبر بلوتو كوكباً؟ في العام التالي، طلب الاتحاد الفلكي الدولي International Astronomical Union من المشاركين التصويت على القرار :5A تعريف ”الكوكب“. أصدر الاتحاد القواعد الثلاث التالية لاستحقاق مكانة كوكب كامل: يجب أن يكون الكوكب في مدار مستقر حول نجمه، ولديه كتلة كافية تكفي لأن تفرض عليه جاذبيته شكلاً كروياً، وأن يكون قد أزال مجال الحطام في مداره. اجتاز بلوتو أول اختبارين فقط، لذلك أعيدت تسميته على أنه كوكب قزم .Dwarf planet
هل ستنفجر الشمس؟
17 ليس على وجه التحديد: في غضون 4.5 بليون سنة تقريباً، ستنفد الشمس من الهيدروجين الموجود في لبها، مما يعني أنها لن تعود قادرة على دعم الاندماج النووي. سيشير هذا إلى نهاية الضغط الخارجي الذي يمنع لبها من الانهيار تحت وطأة الجاذبية.
مع انهيار اللب، ستنتفخ الطبقات الخارجية للشمس في سلسلة من الانفجارات التي تبدأ مرحلة قصيرة الأمد لنجمنا كعملاق أحمر .Red giant في اللب، سيبدأ الهيليوم الناتج عن اندماج الهيدروجين في الاندماج مع الكربون.
ستنتشر الطبقات الخارجية إلى مدار المريخ، فتبتلع الكواكب الداخلية بما في ذلك الأرض، لتصبح في النهاية سديماً كوكبياً يحيط بنواة نجمية شديدة الحرارة، على الرغم من احتوائها على نواة نجمية باردة تُعرف باسم القزم الأبيض .White dwarf
هكذا، ستبقى شمسنا وغيرها من النجوم ذات الكتلة المنخفضة إلى المتوسطة لتريليونات السنين، لذلك فالإجابة المتخصرة هي: لا، لن تنفجر شمسنا. لكن هذه ليست نهاية كل النجوم. لبعض النجوم كتلة كافية لتجاوز مرحلة القزم الأبيض هذه واستهلال المزيد من الاندماج النووي فتنفجر كسوبرنوفا (مستعر أعظم) Supernova – والتحول إلى بقايا نجمية غريبة. الخط الفاصل بين هذه المصائر هو حد تشاندراسخار Chandrasekhar limit- في حالة القزم الأبيض تكون قيمته 1.4 ضعف كتلة الشمس- والتي تنبأ بها سابرامانين تشاندراسخار Subrahmanyan Chandrasekhar لأول مرة في عام .1931
انهيار اللب
لا يمكن لقزم أبيض تتجاوز كتلته 1.4 كتلة شمسية حماية نفسه من الانهيار بفعل الجاذبية
كيف تتشكل النجوم النيوترونية؟
18 عندما ينفد الوقود النووي من النجوم، فإنها تنهار إلى أجرام كثيفة جداً. بالنسبة إلى النجوم التي تبلغ كتلتها أكبر بضع مرات من شمسنا، فإن الانهيار لا يتوقف حتى تنضغط جميع الذرات إلى نيوترونات- والنتيجة هي نجم نيوتروني.
كم تبلغ درجة حرارة الشمس؟
19 يتكون الغلاف الجوي للشمس من عدة طبقات، بما في ذلك الإكليل Corona والكروموسفير .Chromosphere تمتد الطبقة الخارجية، الإكليل، لآلاف الأميال فوق السطح وتتجاوز حرارتها °1,000,000س. يمتد الكروموسفير لمسافة 1,200 ميل فوق سطح الشمس وتتراوح درجة حرارته من 4,000 إلى °6,000س. في الجزء الداخلي من الشمس، تبلغ درجة حرارة منطقة الحمل الحراري 2,000,000 كلفن، أي نحو °2,000,000س، في حين أن اللب هو المنطقة الأكثر حرارة في الشمس، حيث تقدر درجات الحرارة هناك بنحو 16,000,000 كلفن، أو °16,000,000س. للب أيضاً كثافة مذهلة تبلغ نحو 10 أضعاف كثافة الذهب.
تشكّل السدم
لا يشبه سديم السرطان الجنوبي سديماً كوكبياً بعد، لكنه سيشبهه في نهاية المطاف
ما السديم؟
20 السديم Nebula كلمة لاتينية تعني ”سحابة“، وجمعها سدم Nebulae، وتعني سحب الغازات والغبار الموجودة داخل مجرتنا.
هناك عدة أنواع مختلفة من السدم. تتكون معظم السدم في الأساس من غاز يمكنه التوهج بضوءه الخاص، مما يُنشئ العروض الضوئية الملونة المألوفة لدينا. لكن السدم الأخرى تحتوي على غبار أكثر في تكوينها، فتحجب الضوء من الأجرام البعيدة الواقعة خلفها.
تؤدي السدم دوراً رئيسياً في دورة حياة النجوم، سواء عند نشأتها أو خمودها. تولد النجوم في كتل كثيفة من الغازات والغبار والمواد الأخرى داخل السدم الانبعاثية Emission nebulae المنتشرة، والتي يشار إليها كثيراً أيضاً باسم الحضانات النجمية .Stellar nurseries عند الطرف الآخر من حياة النجم، نجد نوعاً آخر مختلفاً نوعاً ما من السدم الانبعاثية. تنهي النجوم الشبيهة بالشمس حياتها كأقزام بيضاء مضغوطة جداً، ولكن عندما تنكمش في هذه المرحلة تطلق غيوماً من الغازات تشكل ما يعرف باسم ”السديم الكوكبي“ Planetary nebula. لا تنتهي حياة جميع النجوم في الهدوء النسبي لسديم كوكبي، فالنجم الأكبر بكثير من الشمس سينفجر في النهاية على شكل سوبرنوفا (مستعر أعظم)، أما الحطام المتساقط من هذا الانفجار فيشكل نوعاً آخر من السدم يسمى بقايا سوبرنوفا .Supernova remnant
تصنيف السدم
يمكن تصنيف السدم إلى عدد من الفئات المختلفة
سديم انبعاثي EMISSION NEBULA
مثال: سديم الجبار Orion Nebula
سديم منتشر مع تشكّل مستمر للنجوم، حيث تكون الغازات ساخنة بدرجة كافية للتوهج بضوئها الخاص.
سديم انعكاسي REFLECTION NEBULA
مثال :NGC 1999
لا يُصدر السديم الانعكاسي ضوءه الخاص، ولكنه يعكس الضوء من النجوم المنطمرة فيه.
سديم كوكبي PLANETARY NEBULA
مثال: سديم هيليكس Helix Nebula
يتكون هذا السديم من غاز متوسع لفظه نجم أثناء انهياره إلى قزم أبيض.
بقايا سوبرنوفا SUPERNOVA REMNANT
مثال: سديم السلطعون Crab Nebula
مثلما يشير إليه الاسم تماماً، هذا هو كل ما تبقى من نجم انفجر في سوبرنوفا.
سديم مظلم DARK NEBULA
مثال :NGC 281
سحابة عملاقة من الغبار تحجب الضوء من أي شيء خلفها، فتبدو وكأنها ثقب في السماء.
ما الفرسخ؟
21 الفرسخ Parsec هو وحدة للمسافة كثيراً ما يستخدمها الفلكيون كبديل للسنة الضوئية، مثلما تُستخدم الكيلومترات كبديل للأميال. يبلغ طول الفرسخ الواحد نحو 3.26 سنة ضوئية، أو نحو 19 تريليون ميل. إلى هذا الحد، تسهل الإجابة على السؤال. لكن فهم كيفية تعريف الفرسخ، ولماذا يُستخدم، فهو أصعب قليلاً.
ما الحد الأقصى لبرودة الفضاء؟
22 سديم البومرانغ Boomerang Nebula هو سديم كوكبي فتي يوجد على بعد 5,000 سنة ضوئية من الأرض، في كوكبة قنطورس Centaurus، وهو أبرد جرم اكتشفناه في الكون حتى الآن. تبلغ درجة حرارة السديم، الذي يأتي اسمه من شكله المنحني غير المتماثل، °272-س، وهو أعلى بدرجة واحدة فقط من الصفر المطلق. ربما كانت برودته القارسة ناتجة عن حقيقة أن السديم يتوسع بسرعة. يبدو أن شكل سديم البومرانغ قد نتج عن تفجّر غاز شديد البرودة مبتعداً عن نجم محتضر في قلبه بفعل رياح عاتية تبلغ سرعتها 311 ألف ميل/ساعة.
أين يقع مركز الكون؟
23 يمكن للتلسكوبات مشاهدة المسافة نفسها في جميع الاتجاهات، وبهذا المعنى تكون الأرض في مركز الكون المرئي. لكن هذا يحدث فقط لأننا محاطون بأفق لا يمكننا أن نرى ما وراءه. وبالمثل، قد يعتقد الفضائيون Aliens الموجودون في مجرة بعيدة أنهم يوجدون في مركز الكون.
كيف تتشكّل المجرات؟
24 مع توسع الكون في الحجم بعد الانفجار الكبير ،Big bang انتشرت كل المادة فيه بشكل متزايد الترقق. في الوقت نفسه، كان هناك تأثير منافس- هو قوة الجاذبية- والذي يسحب هذه المادة المنتشرة إلى كتل أكثر كثافة. كانت جاذبية بعض الكتل قوية بما يكفي لسحب المزيد من المادة وتمكينها من النمو. كلما زادت كتلة التكتلات زادت قوة سحب جاذبيتها ،Gravitational pullمما سبب انهيارها إلى كتل ذات حجم أصغر وكثافة أعلى، فتشكلت المجرات البدائية Protogalaxies الأولى.
يتفق معظم علماء الفلك عند هذا الحد. لكن الأقل تأكيداً هو كيفية ارتباط تلك المجرات البدائية بالمجرات الناضجة التي نراها حاليا. في الأساس، هناك نظريتان متنافستان: النظرية الأقدم من أعلى إلى أسفل، ونموذج التجمّع الهرمي الأحدث، والذي أدخلت فيه المادة المعتمة Dark matter وعمليات الاندماج المجرّية.
نموذج التجمّع الهرمي
يُظهر هذا الشكل عملية محتملة يمكن أن تتشكل عبرها المجرات الحالية
1 الانفجار الكبير THE BIG BANG
يبدأ الكون في التوسع، مع انتشار المادة في البداية عبره انتشارا متجانسا إلى حد ما.
2 كتل من المادة المعتمة CLUMPS OF DARK MATTER
تسبب التقلبات في توزيع المادة المعتمة تكوّن كتل، والتي تظل متماسكة بفعل الجاذبية.
3 تراكم الغازات ACCRETION OF GAS
بفعل الجاذبية، تسحب المادة المعتمة الغازات المحيطة بها، والتي تبدأ حينئذ في تشكيل النجوم.
4 تشكّل مجرات صغيرة SMALL GALAXIES FORM
تسقط الغازات في قرص مسطح حيث يتشكل المزيد من النجوم، مما ينتج عنه المجرات الأولى، الصغيرة نسبياً.
5 اندماج المجرات GALAXY MERGERS
بمرور الزمن، تصطدم المجرات المجاورة ببعضها البعض وتندمج، مما ينشئ مجرات أكبر فأكبر.
6 مجرة إهليلجية عملاقة GIANT ELLIPTICAL GALAXY
المحصلة النهائية المحتملة لعمليات الاندماج المتعددة هي مجرة إهليلجية عملاقة.
ماذا يوجد في مركز مجرة درب التبانة؟
25 هناك منطقة ساطعة مدمجة من الفضاء تُعرف باسم القوس أيه* (*Sagittarius A)، وبها ثقب أسود هائل تزيد كتلته عن 4 ملايين ضعف كتلة شمسنا. يرجّح أن توجد الثقوب السوداء الهائلة في قلب المزيد من المجرات الحلزونية والإهليلجية.
هل الثقوب الدودية موجودة بالفعل؟
26 ظهرت الثقوب الدودية Wormholes لأول مرة كتنبؤ لنظرية النسبية العامة لآينشتاين. ومن ثمَّ فهي محتملة الوجود نظرياً، لكنها قد تكون موجودة أو غير موجودة في الواقع. لا يزال علماء الفلك يحاولون معرفة كيفية اكتشافها إن وجدت.
ماذا يحدث لو اصطدم ثقبان أسودان؟
27 إن التأثير الرئيسي للتصادم- على الأقل من حيث ما يمكننا رصده- هو اضطراب يشبه التموج في نسيج الزمكان على شكل موجات جاذبية.
هل سيتوسع توقف الكون؟
28 في وقت ما، كان هذا يُعتبر احتمالاً مؤكداً، إذا احتوى الكون على ما يكفي من المادة بحيث تؤدي جاذبيته في النهاية إلى إبطاء التوسع إلى حد التوقف. ولكن مع اكتشاف أن ”الطاقة المعتمة“ Dark energy تسرّع وتيرة هذا التوسع، يبدو أن الكون سيستمر في التوسع إلى الأبد.
هل توجد الجاذبية في كل مكان من الفضاء؟
29 الجاذبية موجودة في كل مكان، لكنها ليست محسوسة دائماً. حقول الجاذبية ،Gravitational fields التي تنتجها الأجرام الضخمة، تنتشر في الكون. لكننا لا ندرك دائماً الجاذبية- فقط عندما تعارضها قوة أخرى، مثل المقاومة الصاعدة Upward resistance لسطح كوكب ما. لذلك يشعر رواد الفضاء في الفضاء أنهم في حالة انعدام الجاذبية.
لماذا تتحرك معظم المجرات مبتعدة عنا؟
30 الجواب البسيط على هذا السؤال هو أن الكون كله يتمدد. اختر أي مجرتين بشكل عشوائي، فيرجّح أن تكون كل منهما تبتعد عن الأخرى. قاس إدوين هابل Edwin Hubble المسافة إلى مجرة المرأة المسلسلة Andromeda galaxy في عام 1924 برصد نوع معين من البلسارات (النجوم النبّاضة) Pulsar يسمى المتغير القيفاوي ،Cepheid variable والذي يُظهر علاقة وثيقة بين السطوع الجوهري Intrinsic luminosity وتواتر النبض .Pulsation frequency لذا فإن معرفة التواتر يخبرك بالسطوع، ومقارنة ذلك بالسطوع المرصود يخبرك بالمسافة. عندما فعل هابل هذا على المتغيرات القيفاوية في مجرة المرأة المسلسلة، بات واضحاً أنها تقع خارج مجرة درب التبانة.
إضافة إلى قياس المسافات إلى المجرات الأخرى، درس هابل أيضاً ”انزياحها للأحمر“ ،Redshift وهي خاصية لأطياف الضوء المنبعثة من الأجرام الفلكية التي تنشأ من ظاهرة تسمى انزياح دوبلر .Doppler shift فكر في سيارة تمر من أمامك. عندما تقترب منك تكون نبرة الصوت أعلى، ثم يصبح أقل حدة عندما تبتعد عنك. ما يحدث هو أن الموجات الصوتية تتجمع عندما تتحرك السيارة نحوك، وتمتد عندما تتحرك بعيداً. يحدث الشيء نفسه مع موجات الضوء، إلا أننا ندرك الفرق على أنه تغير في اللون بدلاً من نبرة الصوت: إذا كان المصدر يبتعد عنا، فسنراه ينزاح نحو النهاية الحمراء للطيف- ومن هنا جاء مصطلح ”الانزياح للأحمر“. كان الاكتشاف العظيم الذي توصل إليه هابل في عام 1929 هو أن الانزياح للأحمر للمجرة يتناسب طردياً مع بُعدها- وهي نتيجة تُعرف الآن باسم “قانون هابل” Hubble’s law ، والذي منح علماء الفلك طريقة جديدة لقياس المسافة إلى المجرات الأبعد من أن تنجح معها طريقة المتغيرات القيفاوية، أي بمجرد قياس انزياحها للأحمر.
الانزياح للأحمر مقابل المسافة
كلما زاد بُعد عنقود المجرات، زادت سرعة ابتعاده عنا
عنقود العذراء VIRGO CLUSTER
المسافة: 78 مليون سنة ضوئية
السرعة الاتجاهية: 745 ميل في الثانية
يشكل هذا قلب عنقود العذراء الفائق ،Virgo Supercluster الذي تنتمي إليه مجموعتنا المحلية.
عنقود الدب الأكبر URSA MAJOR CLUSTER
المسافة: 1,000 مليون سنة ضوئية
السرعة الاتجاهية: 9,320 ميل/ثانية
عنقود مجرات أكثر بعداً في كوكبة الدب الأكبر .Ursa Major
عنقود الإكليل الشمالي CORONA BOREALIS CLUSTER
المسافة: 1,400 مليون سنة ضوئية
السرعة الاتجاهية: 13,670 ميل/ثانية
يحتوي هذا العنقود عالي التركيز على أكثر من 400 مجرة.
عنقود العوّاء BOÖTES CLUSTER
المسافة: 2,500 مليون سنة ضوئية
السرعة الاتجاهية: 24,233 ميل/ثانية
عنقود مجرات بعيد جداً في كوكبة العوّاء ،Boötes أو الراعي .Herdsman
عنقود هيدرا HYDRA CLUSTER
المسافة: 3,960 مليون سنة ضوئية
السرعة الاتجاهية: 37,903 ميل/ثانية
عنقود آخر ذو انزياح مرتفع للأحمر، ويقع في كوكبة الهيدرا .Hydra
بقلم: أندرو ماي، ومارك سميث وروبرت ليا
