علوم تجربی-سال سوم راهنمایی- فراتر از زمین
منظومه خورشیدی
منظومه خورشیدی که ما در آن زندگی می کنیم شامل یک ستاره مرکزی(خورشید) و هشت عدد سیاره ای که به دور آن می چرخد می باشد که به تدریج در باره آنها صحبت خواهد شد.بر اساس آخرین نظریه دانشمندان این دستگاه در حدود 4.6 ملیارد سال پیش از یک سحابی خورشیدی به وجود آمده است.این سحابی ضمن متراکم شدن با سرعت زیادی به دور خود می چرخیده و این امر باعث برخورد پی درپی ذرات غبار به یکدیگر می شد.چسبیدن این دانه ها به هم ابتدا ریگ ها و سپس قلوه سنگ ها و به دنبال آن ذرات سیاره ای به وجود آمدند.ذرات جامد و همچنین گازها به پیوسته به این ذرات سیاره ای می پیوستند،تا اینکه پیش سیاره ها به وجود آمدند.با متراکم شدن سحابی دمای مرکز آن بالاتر رفت تا به حدی رسید که واکنش های گداخت هسته ای آغاز شد و خورشید شکل گرفت.
بر اساس این نظریه ، عالم [ کنونی ] تقریباً 10 تا 13 میلیارد سال قبل با رویدادی ناگهانی آفریده شده است.
در این رویداد ، سبک ترین عناصر شکل گرفتند و سنگ بنای تمامی مواد موجود عالم کنونی فراهم آمد. یکی از پیامد های مِهبانگ این است که ما در عالم در حال انبساط زندگی می کنیم.
کیهان شناسان یا دانشمندانی که منشا عالم را بررسی می کنندبر این باورند که عالم از آذرْگویی داغ و بی اندازه چگال آغاز شده است.آن ها این تک نقطه را که در برگیرنده تمام مواد عالم بود،« تکینگی» می نامند. زمان،دقیقاً از هنگامی آغاز شد که آذرْگوی در آن منفجر شد و با انبساط سریع خود ، فضا را دچار کشیدگی کرد ( فضایی که آذر گوی در آن منفجر شد به طور مستقل وجود نداشت ، بلکه در آغاز ،خود بخشی از گوی بود.)عالم که در ابتدا بزرگ تر از پروتون نبود ، در یک میلیونیوم ثانیه به اندازه یک توپ بسکتبال منبسط شد .گرانشی پدید آمد و ذرات زیر اتمی که در عالم جاری شدند ، ضمن برخورد با یکدیگر ، پروتون ها و نوترون ها را ( که ذرات بنیادی سازنده اتم ها هستند ) تشکیل دادند.
سه دقیقه پس از وقوع مهبانگ ، حرارت عالم تا حدود 278000000 درجه سلسیوس پایین آمد . پروتون ها و نوترون ها شروع به پیوند خوردن کردند و هسته عناصر شیمیایی ساده هیدروژن ، هلیم و لیتیم را تشکیل دادند.پانصدهزار سال بعد ، اتم ها شکل گرفتند.بیش از سیصد میلیون سال دیگر طول کشید تا عالم به آن اندازه گسترده و سرد شود که ستارگان و کهکشان ها شکل بگیرند. منظومه خورشیدی ، که شامل ابری از غبار و گاز بود ، تنها چهار و نیم میلیارد سال قبل پا به عرصه وجود گذاشت.
وقتی سوخت هسته ای ستاره ای به پایان رسد ، خواهد رمبید. در غیاب نیروی گداخت هسته ای فشار رو به بیرون هسته ستاره ، با گرانش بسیار زیاد آن برابری می کند و ستاره از آن پس در خود فرو می ریزد. ستارگان متوسطی نظیر خورشید ، انقباض پیدا می کنند و به صورت کوتوله های سفیدی به اندازه زمین در می آیند (کوتوله های سفید ستارگان ِکوچک پُرچگالی اند که درخشش اندکی دارند).
ستارگانی که جرمشان تا سه برابر جرم خورشید است ،دچار انفجار ابرنواختری می شوند.ماده باقی مانده از چنین ستارگانی به صورت بسته های چگالیده ای چون ستارگان نوترونی و یا تپ اختر به پایان راه می رسند.(تپ اخترها ستاره های چرخنده سریعی اند که در فاصله های زمانی دقیق ، امواج رادیویی گوناگون گسیل می کنند.)ستارگانی که بیش از سه برابر خورشید جرم دارند ، از دیدگاه نظری،پس از فروزان شدن به صورت ابرنواختر ، می رُمبَند و به شکل سیاه چاله در می آیند.
سیاه چاله که در شمار اسرار آمیزترین اجزای عالم است ، به طور کلی بازمانده ی ستاره پُر جرمی است که سوخت هسته اش را تا انتها به مصرف رسانده است.این ستاره در غیاب انرژی مقابله کننده با نیروی گرانش خود، در ابعادِ تک نقطه ای موسوم به تکینگی ، فشرده یا منقبض می شود. در چنین نقطه ای ، فشار و چگالی بی حدّ و حصر است. هر جسم یا حتی نوری که به نزدیکی سیاه چاله برسد ، به درون آن کشیده می شود، بی انئازه کش میآید و سپس برای همیشه در آن گرفتار می ماند.
سیارک ها تکه های سنگی به نسبت کوچکی اند که مانند ستاره هایی خُـرد می درخشند و همانند سیاره ها در مداری به دور خورشید می گردند. بیشتر سیارک ها یا خرده سیاره ها از سنگ های کربنی تشکیل شده اند، در حالی که سایر آن ها (سیارک هایی که در فاصله دورتری از خورشید قرار دارند )شامل آهن ، نیکل و مقادیر کمی عناصر دیگر هستند . سیارکی به نام فلوس ، از ماده سرخ رنگی پوشیده شده که ممکن است شامل همان ترکیباتی باشد که مواد زنده از آن ها شکل گرفته است.
سیارک ها قطرهای متفاوتی حد فاصل 940 کیلومتر ( مربوط به سـرس،یا نخستین سیارک کشف شده )تا 10 متر دارند.بیشتر آن ها به قدری کوچک اند که به طور مستقیم قابل اندازه گیری نیستند. شکل آن ها معمولاً نامنظم (شبیه سیب زمینی) است ومیزان درخشش شان به هنگام چرخش تغییر می کند.
اکنون دانشمندان بر این باورند که سیارک ها ذرات سیاره ای یا قطعاتی قدیمی از موادی اند که به هنگام شکل گیری منظومه خورشیدی بر جامانده اند و شاید هم به علت قوی بودن نیروی گرانشی مشتری ، هیچ گاه فرصت گردآمدن و تشکیل سیاره را نداشته اند.
بیشتر سیارک ها روی نوار یا کمربندی حد فاصل مدارهای مریخ و مشتری قرار دارند.این کمربند فاصله هایی به نام شکاف کرک وود (که به نام کاشفشان ، دانیل کرک وود، اخترشناس آمریکایی قرن نوزدهم نامیده شده اند)به نوارهای کوچک تر تقسیم می شود.شکاف های کرک وود فضاهایی هستند در آن ها ،بر اثر نیروی گرانشی مشتری ، هیچ جسمی نمی تواند در مدار قرار بگیرد.
1.سیارک های تروایی دو گروه اند که هر کدام در یک طرف مشتری جای گرفته اند.این آرایش به خاطر جاذبه گرانشی خورشیدی و مشتری است. رده دیگر سیارک ها ،مدار های چندین سیاره را قطع می کنند.
۲.گروهی از سیارک ها به نام اجسام آپولویی هستند که مدار زمین را قطع می کنند. این اجسام ممکن است نسبتاًبه زمین نزدیک شوند و برخی از آن ها حتی با این سیاره برخورد کنند. در سال 1908 ،سیارکی به قطر تقریبی 160 متر وارد جوّ زمین شد و پس از برخورد بر فراز سیبری مرکزی منفجر شد.
ابرهای درخشان یا تاریک موجود در سراسر فضای بین ستاره ای ، سحابی نامیده می شوند.این اجسام از نظر ترکیب بسیار متغیرند. برخی از آنها در واقع کهکشانند ، اما از دیدگاه اختر شناسان پیشین همه آن ها ابر به نظر می رسیدند.
1-سحابی های سیاره ای به راستی ابرهایی گازی اند. این سحابی ها از آن رو سیاره ای نامیده می شوند که به هنگام مشاهده با تلسکوپ، مانند [ بعضی از ] سیاره ها ، گِرد و سبزگون اند. اختر شناسان بر این باورند که سحابی سیاره ای ، جوّ بیرونی و جدا شده یک ستاره و شامل گاز هیدروژن است.در مرکز سحابی سیاره ای معمولاً می توان جرم تولید کننده این سحابی را دید. یکی ازمشهورترین سحابی های سیاره ای سحابی حلقوی(Helix) در صورت فلکی «شلیاق»است
2-سحابی گسیلی ، ابر گازی برافروخته ای است که ستاره درخشان و داغی در نزدیکی آن قرار دارد. تابش فرابنفش پرانرژی گسیل شده از این ستاره ، گاز را یونیده (یا دارای بار الکتریکی) می کند. وقتی الکترون ها با اتم های گاز ، بازترکیب می شوند ، گاز دستخوش فلوئور رسانی می شود یعنی از خود نور گسیل می کند.مثال مشهور در این مورد سحابی جبّار است .اختر شناسان تصور می کنند که این سحابی ، یک مهد کودک اختری ، یا جایگاهی است که ستارگان جدید در آن در حال تشکیل اند.
3-سحابی های بازتابی نیز ابرهای گازی درخشان هستند سحابی بازتابی ، ابری آبی گون و دارای غبار است که نور ستاره روشن مجاور خود را باز می تاباند. آبی بودن این سحابی ها به همان دلیل آبی بودن آسمانِ زمین است.
4-سحابی های درخشان، گونه ای است که بر اثر انفجار ابرنواختر تولید می شود.سحابی خرچنگی (Crab)، یا تکه ای فوق العاده روشن در صورت فلکی ثور ، مشهورترین سحابی از این نوع است.
5-سحابی های تاریک نیز در ملا بین ستاره ای پراکنده شده اند. آنها از آن رو تاریک اند که از غباری ( مرکب از کربن ،سیلیکون، منیزیم، آلومینیوم و عناصر دیگر ) تشکیل شده اند.این غبار ، نور گسیل نمی کندو به قدری متراکم است که مانع از عبور نور ستاره ها می شود. این ابرهای تاریک با تلسکوپ های نوری قابل روٴیت نیستند ،اما تابش فرو سرخ گسیل می کنند. سحابی سر اسب
سیاره ، جسم آسمانی به نسبت سردی است که دور ستاره ای مدار پیمایی می کند. تصور می شود که سیاره ها از همان گاز و غباری تشکیل شده باشند که ستاره اصلی آن ها را ساخته است. سیاره ها چون نور ستاره خود را باز می تابانند دیده می شوند
همه ستاره ها سرانجام سوختنشان را به پایان خواهند رساند . در این مرحله ،فشار درون ستاره کم می شود و ستاره در اثر گرانش خود ، شروع به متراکم شدن می کند.سرنوشت چنین ستاره ای را جرم آن معین می کند.
هر ستاره متوسط ، مانند خورشید ، ده درصد آخر عمرش را به صورت غول سرخ سپری می کند.در این مرحله از تحول ِ ستاره ، دمای سطح آن به 1727 تا 3727 درجه سلسیوس افت می کند و قطرش تا 10 الی 1000 برابر قطر خورشید منبسط می شود،ستاره رنگی سرخگون به خود می گیرد و از همین رو « غول سرخ » نامیده می شود.
در ژرفای ستاره ، هسته ای متراکم و داغ به اندازه کره زمین نهفته است ، هلیمی که در هسته در حال سوختن بر جای مانده است ، سرانجام، جوّ ستاره را به خارج می پراکند، و این جوّ به صورت یک سحابی سیاره ای ( یا ابری از گاز و غبار ) شناور و دور می شود.هسته درخشان باقی مانده را کوتوله سفید می نامند.این کوتوله همچون خاکستر رو به خاموشی آتشگاه ، به تدریج سرد می شود و نور رو به زوال آن به خاموشی می گراید.
ستاره ای که جرمی تا سه برابر جرم خورشید ما دارد [ در نهایت ] به صورت ابر نو اختر منفجر می شود و بیشتر جرم خود را به اطراف می پراکند. باقی مانده چنین ستاره ای به صورت توده ای چگال چون ستاره نوترونی و یا تپ اختر ، در می آید .تپ اختر ستاره ای نوترونی است که بسیار سریع می چرخد و امواج رادیویی گوناگونی را در فواصل دقیق گسیل می کند.
ستاره ای که جرم آن بیش از سه برابر جرم خورشید ما باشد نیز به صورت ابرنواختر منفجر خواهد شد و جرم باقی مانده آن ، چنان متمرکز می شود که اندازه اش را فوق العاده کوچک می سازد ، به نحوی که گرانش آن کاملاً چیره می شود.این نقطه در فضا که فشار و چگالی آن فوق العاده زیا د است «سیـاه چـاله » نام دارد.
انفجار ستاره
ستاره ها در فضای بین ستاره ای متولد می شوند، یعنی در ناحیه ای از فضای بین ستاره ها.در این ناحیه،ابرهای تاریک پهناوری شامل گاز و غبار سرگردان اند.رویدادهای آسمانی خاصی نظیر انفجار پایان عمر ستاره ای سنگین ( ابرنواختر) ، این ابرها را متراکم می کند .پس از وقوع هر ابرمواختر ،موج شوکی،سراسر فضای بین ستاره ای را به سرعت طی می کند.وقتی این موج ها به ابرها یورش می آورد ، گاز و غبار در اثر ضربه آن به شدت متراکم می شوند . با به هم فشرده شدن ذرات ،جاذبه متقابلِ گرانشی افزایش می یابد و توده متراکمی از گاز تشکیل می شود که انرژی آزاد می کند.
با افزایش یافتن دما در توده گازی متراکم ، گاز ،فشاری در جهت مخالفت نیروی گرانش اعمال می کند .در این مرحله که شاید میلیون ها سال پس از برخورد موج شوکی به ابر تاریک طول بکشد ، تراکم متوقف می شود. حال اگر مرکز توده متراکم گاز به قدری داغ شده باشد که شروع به گداخت گرما – هسته ای هیدروژن به هلیم کند،توده مورد نظر به ستاره تبدیل شده است.
گاهی ممکن است هبر به قدری داغ و متراکم شده باشد تا قطعه قطعه شود و به صورت خود انگیخته بر اثر گرانی اش منقبض شود.این فرایند به تشکیل خوشه های ستاره ای یعنی دسته ای از ستاره ها که به هم نزدیکند می انجامد.(Cluster)
غالبا دو ستاره که نزدیک هم قرار می گیرند،پیرامون گرانیگاه مشترکی مدار پیمایی می کنند.این منظومه دو ستاره ای را ستاره دوتایی می نامند.Binary star
علوم تجربی مجموعه ای از دانشهاست در مورد آنچه اطراف ما می گذرد .