منظومه شمسی



در آغاز ستاره شناسی، جهان زمین مرکز تصور می شد و زمین، ثابت و در مرکز آن بود و خورشید، سیارات و ستارگان حول آن می گشتند. سپس در سال 1543 نیکلا کپرنیک، ستاره شناس لهستانی (1543-1473)، در کتابش تحت عنوان گردش افلاک آسمانی جهان خورشید مرکز را پیشنهاد نمود.
در این فرضیه افراطی خورشید در مرکز جهان قرار می گرفت و زمین و پنج سیاره شناخته شده دیگر در مدارهایی حولش می چرخیدند. این الگوی ارایه شده توسط کپرنیک اساس دیدگاه نوین ما درباره منظومه شمسی شد.

کپلر، گالیله  و نیوتون

 

نیوتون گالیله کپلر


اما یوهان کپلر، دستیار تیکو براهه نظریه کوپر نیکی را پدیرفت. کپلر که یک ریاضیدان بود، سه قانون در مورد مدار سیاره ها تدوین کرد.

او با بررسی دقیق مشاهده های براهه از مریخ، به این نتیجه رسید که مریخ در مداری بیضی شکل حرکت می کند، نه دایره ای.
 


قانون اول حرکت سیاره ای کپلر می گوید: هر سیاره در مداری به شکل بیضی حرکت می کند، که خورشید در یکی از کانونهای آن قرار دارد.

قانون دوم کپلر سرعت متغیر سیاره را در مدارش توصیف می کند: هر قدر سیاره به خورشید نزدیک تر باشد، سرعت آن بیشتر است، و هر قدر سیاره از خورشید دورتر باشد، سرعت آن بیشتر است و هر قدر سیاره از خورشید دورتر باشد سرعت آن در مدارش کمتر است. کپلر به فکر جاذبه، نزدیک می شد بی آنکه به وضوح آن را بیان کند.


قانون سوم کپلر فاصله سیاره از خورشید را با دوره تناوب آن ارتباط می دهد: زمانی را که طول می کشد تا یک بار به دور خورشید گردش کند، دوره تناوب سیاره می نامند. این قانون می گوید که توان دوم دوره تناوب، یعنی
I2 برابر با توان سوم فاصله یا D3 است.

در همان حال که کپلر این قانونها را بیان می کرد، گالیله ئو دانشمند ایتالیایی، گام بزرگ دیگری در راه پیشترفت اختر شناسی بر می داشت. او با استفاده از تلسکوپ که به تازگی اختراع شده بود، به سیاره ها، ماه و خورشید نگاه کرد.(کار اخیر او، یعنی نگاه کردن به خورشید اشتباه بود. او با تلسکوپ مستقیماً به خورشید نگاه کرد و برای مدتی بینایی خود را از دست داد). آنچه او در آسمان می دید، با آموزشهای یونانیان باستان سازگار نبود. مثلاً او مشاهده کرد که ماه به هیچ وجه کره کامل نیست و مانند زمین دارای کوه و دره است.

گالیله ئو همچنین کشف کرد که زهره، مانند ماه، صور مختلف دارد. او نخستین کسی بود که چشمش به قمر های مشتری افتاد. و با تلسکوپ خود متوجه شد که شمار ستارگان، بیشتر از آن است که با چشم برهنه (غیر مسلح) دیده می شود.


در اواخر قرن هفدهم، یک دانشمند بزرگ انگلیسی، به نام ایساک نیوتون، قانون نیروی جاذبه (گرانش ) را کشف کرد. این قانون می گوید که اشیاء با نیروی جاذبه، به طرف یکدیگر کشیده می شوند. قدرت این نیرو بستگی به مقدار جرم اشیاء و فاصله آنها از یکدیگر دارد. قانون جاذبه توضیح می دهد که چرا مدارهای سیاره ای و قمری به شکل بیضی هستند. این قانون حرکت همه اشیاء را در جهان تبیین می کند.

 

منظومه شمسی از دیدگاه کپلر

اما یوهان کپلر ، دستیار تیکو براهه نظریه کوپرنیکی را پذیرفت. کپلر که یک ریاضیدان بود، سه قانون در مورد مدار سیاره‌ها تدوین کرد. او با بررسی دقیق مشاهده‌های براهه از مریخ ، به این نتیجه رسید که مریخ در مداری بیضی شکل حرکت می‌کند، نه دایره‌ای. قانون اول حرکت سیاره‌ای کپلر می‌گوید: هر سیاره در مداری به شکل بیضی حرکت می‌کند، که خورشید در یکی از کانونهای آن قرار دارد.

قانون دوم کپلر سرعت متغیر سیاره را در مدارش توصیف می‌کند: هر قدر سیاره به خورشید نزدیکتر باشد، سرعت آن بیشتر است و هر قدر سیاره از خورشید دورتر باشد، سرعت آن در مدارش کمتر است. کپلر به فکر (گرانش(جاذبه)) ، نزدیک می‌شد بی آنکه به وضوح آن را بیان کند.

قانون سوم کپلر فاصله سیاره از خورشید را با دوره تناوب آن ارتباط می‌دهد: زمانی را که طول می کشد تا یک بار به دور خورشید گردش کند، دوره تناوب سیاره می‌نامند. این قانون می‌گوید که توان دوم دوره تناوب ، یعنی I2 برابر با توان سوم فاصله یا D3 است.

منظومه شمسی از دیدگاه گالیله

در همان حال که کپلر این قانونها را بیان می کرد، گالیله ئو دانشمند ایتالیایی ، گام بزرگ دیگری در راه پیشترفت اختر شناسی بر می‌داشت. او با استفاده از تلسکوپ که به تازگی اختراع شده بود، به سیاره‌ها ، ماه و خورشید نگاه کرد. (کار اخیر او ، یعنی نگاه کردن به خورشید اشتباه بود.

او با تلسکوپ مستقیماً به خورشید نگاه کرد و برای مدتی بینایی خود را از دست داد). آنچه او در آسمان می‌دید، با آموزشهای یونانیان باستان سازگار نبود. مثلاً او مشاهده کرد که ماه به هیچ وجه کره کامل نیست و مانند زمین دارای کوه و دره است.

گالیله همچنین کشف کرد که زهره ، مانند ماه ، صور مختلف دارد. او نخستین کسی بود که چشمش به قمرهای مشتری افتاد و با تلسکوپ خود متوجه شد که شمار ستارگان ، بیشتر از آن است که با چشم برهنه (غیر مسلح) دیده می‌شود.

منظومه شمسی از دیدگاه نیوتن

در اواخر قرن هفدهم یک دانشمند بزرگ انگلیسی ، به نام آیزاک نیوتن ، قانون نیروی جاذبه (گرانش) را کشف کرد. این قانون می‌گوید که اشیاء با نیروی جاذبه ، به طرف یکدیگر کشیده می‌شوند. قدرت این نیرو بستگی به مقدار جرم اشیاء و فاصله آنها از یکدیگر دارد. قانون جاذبه توضیح می‌دهد که چرا مدارهای سیاره‌ای و قمری به شکل بیضی هستند. این قانون حرکت همه اشیاء را در جهان تبیین می‌کند.


مناطق مختلف جوی

مناطق جوی به چند طریق نامگذاری می شوند:
  • یونوسفر – منطقه ای که شامل یونها میشود: تقریبا مزوسفر و ترموسفر تا حدود 550 کیلومتر.

  • اگزوسفر- بالای یونوسفر، جایی که جو به طرف فضا رقیق می شود.

  • لایه اوزون- یا اوزونوسفر، حدود 10-50 کیلومتری جایی که اوزون استراتوسفری یافت می شود. باید توجه داشت در داخل این منطقه اوزون از نظر حجم یک عنصر فرعی است.

  • مگنتوسفر- این منطقه جایی است که میدان مغناطیسی زمین با بادهای خورشیدی مقابله می کند. این لایه برای ده ها هزار کیلومتر در فاصله زیادی از خورشید ادامه دارد.

  • کمربندهای تشعشعی وان آلن- مناطقی هستند که ذرات از طرف خورشید متراکم می شوند.

 فرضیه جو زمین

تاریخچه زمین تنها مطالب بسیار اندکی قبل از یک بیلیون سال پیش می داند ، ولی پیرو یک رشته حوادث محتمل ارائه می شود. این نظریه از یک منطقه فعال پژوهشی به جا مانده است.

اتمسفر امروزی گاهی به عنوان سومین اتمسفر شناخته می شود. چنانکه ترکیب شیمیایی از دو ترکیب قابل ملاحظه شیمیایی تشخیص داده شده است. اتمسفر اصلی مقدمتا از هلیم و هیدروژن تشکیل شده بود و گرما آنرا از هم پاشاند.
 


حدود 3.5 بیلیون سال پیش سطح زمین به اندازه ای سرد شد که پوسته آن شکل گرفت، به شدت بوسیله آتشفشان ها یی که بخار، دی اکسید کربن و بخار آمونیاک آزاد می کردند محصر شد. این باعث بوجود آمدن اتمسفر دومی شد که مقدمتا شامل دی اکسید کربن، و بخار آب و همراه مقداری نیتروژن و بدون اکسیژن می شد.دومین اتمسفر به عنوان اتمسفر رایج 100 برابر اولین اتمسفر گاز داشت. به طور کلی این باور وجود دارد که پدیده گلخانه ای با بالا رفتن مقدار دی اکسید کربن باعث نگهداری زمین از یخ زدگی می شود.

در طول چند بیلیون سال بعد بخار آب از طریق متراکم شدن باعث بوجود آمدن باران و اقیانوسها شد که شروع به حل کردن دی اکسید کربن کرد. حدود 50% از دی اکسید کربن جذب اقیانوسها می شدند. فوتوسنتز گیاهان باعث بازشدن و تبدیل شدن دی اکسید کربن به اکسیژن می شد. بیشتر اوقات کربن زیادی در سوختهای فسیلی، سنگهای رسوبی و پوست حیوانات محبوس است. چنانکه اکسیژن آزاد شده برای تشکیل نیتروژن با آمونیاک واکنش می دهد؛ افزون بر این باکتری می تواند آمونیاک را به نیتروژن تبدیل کند.
 


به نظر می رسد بیشتر گیاهان مهمترین عامل افزایش میزان اکسیژن هستند.در ابتدا با عنصرهای مهمی از جمله آهن ترکیب شده ولی سرانجام باعث انباشته شدن اکسیژن در جو وهمچنین پیشرفت این نظریه شد. همراه با ظهور لایه اوزون موجودات مختلف از اشعه فرابنفش بهتر محافظت می شدند. این اتمسفر نیتروژن _اکسیژن سومین اتمسفر به حساب می آید.

 تروپوسفر 

تروپوسفر (troposphere) بخشی از جو زمین است که ابرها در آنجا قرار دارند وبیشتر پدیده های هواشناسی در این قسمت رخ می دهد. این لایه تا ارتفاع 16 تا 18 کیلومتری بالای منطقه استوایی ادامه دارد و در بالای قطب ها تا 10 کیلومتر کاهش می یابد و تقریبا شامل 80 درصد از مجموع جرم هوا می شود.معمولا جت ها نزدیک بالای این لایه پرواز می کنند. تروپوسفر درست زیر لایه استراتوسفرقرار دارد.

تراپوسفر به شش ناحیه تقسیم می شود که هر ناحیه آن سلول نام دارد.این بخش عهده دار گردش اتمسفری وایجاد باد است.
واژه تراپوسفر از کلمه یونانی
tropos به معنی چرخاندن و آمیختن گرفته شده است. این بخش که دائم در حرکت است به صورت فشرده وجود دارد. نیتروژن و اکسیژن عمده ترین گازهای موجود در این منطقه هستند.در این ناحیه تغییرات دما به همراه ارتفاع بیشتر از لایه های دیگر است. دما تقریبا از 17+ درجه سانتی گراد در سطح دریا تا حدود 52- درجه سانتی گراد در ابتدای تراپوسفرکاهش می یابد.
تروپوپوز پایان تراپوسفر و آغاز استراتوسفر را مشخص می کند.
دمای بالای تروپوپوز با افزایش ارتفاع حدود 50 کیلومتر به تدریج افزایش می یابد.

 استراتوسفر

استراتوسفر لایه ای از جو زمین است که در بالای لایه تراپوسفر قرار دارد.

استراتوسفر در بالای تراپوسفر ودرست در زیر مزوسفر قرار دارد.در داخل این لایه دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد که بالا ترین منطقه آن دمایی در حدود 270 درجه کلوین دارد.


استراتوسفر ناحیه ای است که فعالیتهای شدیدی از جمله فعالیتهای تشعشعی، دینامیکی و فرآیندهای شیمیایی در آن رخ می دهد. آمیزش افقی ترکیبات گازی بیشتر و سریعتر از آمیزش عمودی آنهاست.
استراتوسفر به خاطر جذب اشعه فرابنفش خورشید توسط لایه اوزون گرمتر از قسمت بالایی تراپوسفر است.

 مزوسفر

مزوسفر لایه ای از جو زمین است که درست در بالای استراتوسفر و زیر ترموسفر قرار دارد. این لایه در ارتفاع 50 تا 85/80 کیلومتری بالای سطح زمین قراردارد. در این لایه دما با افزایش ارتفاع کاهش می یابد.

 


دما در بالای مزوسفر به اندازه 200 درجه کلوین افت می کند که بر طبق نظریات مختلف این افت دما به عرض جغرافیایی و فصل ها بستگی دارد. روزانه میلیونها شهاب سنگ در اثر برخورد با ذرات داخل مزوسفر می سوزند. این برخورد باعث می شود که اجسام آسمانی قبل از رسیدن به زمین بسوزند.

 ترموسفر

ترموسفر لایه ای از جو زمین است که درست در بالای مزوسفر وزیر اگزوسفر قرار دارد. در این لایه اشعه فرابنفش باعث یونیزاسیون می شود.
ترموسفر از واژه یونانی
thermo
به معنای حرارت گرفته شده که از 80 کیلومتری بالای زمین شروع می شود. در این ارتفاع بالا باقی مانده گازهای اتمسفری بر طبق جرم مولکولی به لایه هایی تقسیم می شوند. دمای ترموسفر همراه ارتفاع به سبب جذب بالای پرتوهای فعال خورشید توسط مقدار ناچیزی از اکسیژن باقی مانده موجود افزایش می یابد.


دمای ترموسفر به شدت به فعالیت خورشید وابسته است و می تواند به 2000 درجه سانتی گراد هم برسد.
تابش در این لایه می تواند باعث پخش ذرات هوا و باردار شدن آنها شود و قادر است امواج رادیوی را به دورتر از فضا برساند.اگزوسفر در 500 تا 1000 کیلومتری بالای سطح زمین قرار دارد که در این مکان اتمسفر با فضا آمیخته می شود. ذرات ناچیز گازهای این منطقه در طول روز می تواند به 2500 درجه سانتی گراد برسد.


 اگزوسفر  

شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاکم است؛ بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به 2/11 کیلومتر در ثانیه می رسد.


اگزوسفر لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده اند.


آتشفشان در منظومه شمسی

 

روش مقایسه از مشخصات اختر شناسی جدید است. برای مطالعه قوانین حاکم بر تکامل و ساختمان یک جسم فضایی ، پیدا کردن یک یا چند جسم مشابه آن در فضا و یافتن وجه اشتراک و تفاوت آنها مفید می‌باشد. با تعیین عللی که منجر به تشابه یا اختلاف می‌شوند، پرداختن به کار اصلی را آسانتر می کند. تشابهات ، جنبه‌های مشترکی را که بر تکامل اجسام مورد علاقه تأثیر می‌گذارد نشان می‌دهد و عدم تشابه مشخص کننده عواملی می‌باشد که مسیر‌های مختلف تکامل آنها را تعیین می‌نماید.

نمایی از یک آتشفشان در منظومه شمسی


حتی انتزاعی‌ترین تحقیقات علمی باید طبیعتا به کاربرد علمی دانش جدید منتهی شود. این جهت ‌یابی کارهای علمی ، از ماهیت اجتماعی علم به عنوان نوعی از فعالیتهای انسان سرچشمه می‌گیرد. اختر شناسی نیز از این مسئله مستثنی نیست. اخترشناسان در ضمن بررسی رویدادهایی که در فضا به وقوع می‌پیوندند. بویژه هنگام مطالعه سیارات منظومه شمسی ابتدا درباره زمین فکر می‌کنند. زیرا این مسئله به آنها کمک می‌کند که درباره خانه خود در جهان بیشتر بدانند. از این نظر در مطالعه فعالیت آتشفشان ما بسیار باارزش است.

 آتشفشان در زمین

مراحل آتشفشانی از تظاهرات جالب فعالیت درونی سیاره ما است که اثرات زیادی بر روی بسیاری از فرآیند ژئوفیزیکی دارد. می‌توان به کمک این واقعیت که حدود 540 آتشفشان فعال در دنیا وجود دارد. یعنی آتشفشانهایی که حداقل یک بار در طی تاریخ ثبت شده دستخوش انفجار شده‌اند. درباره میزان آتشفشان زمین تصوری پیدا نمود. از این تعداد 360 آتشفشان در «حلقه آتش» رشته کوههای آتشفشانی که اقیانوس آرام را احاطه کرده‌اند، واقع شده‌اند و 68 آتشفشان در کامچاتکاپنینولا و جزایر کوریل قرار گرفته‌اند. در سالهای اخیر مشخص شده که تعداد بسیار زیادتری از آتشفشان در کف اقیانوس وجود دارند و فقط در ناحیه مرکزی اقیانوس آرام ، حداقل 200000 آتشفشان یافت می‌شود.

 انرژی انفجار آتشفشان

مقدار انرژی که در ضمن یک انفجار عادی آزاد می‌شود. با انرژی 400000 تن از سوخت معادل آن قابل قیاس است. انرژی که در یک انفجار عظیم ایجاد می گردد تقریبا معادل انرژی است که از سوختن 5000000 تن ذغال سنگ حاصل می‌شود.

 پیدایش آتشفشان در سطح ماه

ذرات جامد زیادی که در ضمن انفجار به فضا رانده می‌شوند و پراکنده شدن پرتوهای خورشیدی ، اثر قابل توجهی بر مقدار گرمایی که به زمین می‌رسد دارند. برخی از اطلاعات موجود نشان می‌دهند که در تاریخ سیاره ما پیش از دوره یخبندان طولانی فعالیت شدید آتشفشانی صورت گرفته است. اطلاعات کنونی علمی نشان می‌دهند که فعالیت آتشفشانی همچنین در اجسام سیاره‌ای دیگری که از نظر ماهیت و ساختمان به زمین شباهت دارند رخ می‌دهد.

 آتشفشان ها و حفره‌های سطح ماه

ماه که نزدیک‌ترین همسایه زمین است. از نظر تکاملی شباهت زیادی با سیاره زمین دارد. بنابراین ، مقایسه‌ها و مطالعات ماهواره‌ای باید آشکار کننده بسیاری از مسائل باشد. بر اساس اطلاعات به دست آمده از دستگاههای اکتشاف ماه ، بیشتر دهانه‌های حلقه‌ای شکل سطح ماه در اثر تصادم پدید آمده‌اند. از سوی دیگر ، اثرات واضحی از فعالیت آتشفشانی در سطح آن کشف شده است.
 


به عنوان مثال سنگهای سیاه آتشفشانی مانند گدازه‌های منجمد از مشخصات برجسته سطح ماه هستند. به علاوه دلایلی برای قبول این مسئله وجود دارد که ما سکون‌ها یا تجمع ماده که به وسیله ماهواره‌های مصنوعی ماه در زیر ماریا (دریای ماه)کشف شده‌اند. چیزی جز حفره‌های گدازه‌های منجمد نیستند. احتمالا مشخصات دیگر سطح ماه وجود ارتباط نزدیکی را با فعالیت آتشفشانی نشان می‌دهند.

 اثرات آتشفشان در ماه

در سطح ماه نواحی برآمده یا مناطق دایره شکل کم ارتفاع وجود دارد و بر روی برخی از آنها علائمی مانند دهانه‌های آتشفشان‌ها (مناطق صخره‌ای تخریب شده اطراف دهانه‌ها) بوضوح دیده می‌شود. ساختمانهای مشابهی که لاکولیت نامیده می‌شوند نیز در زمین وجود دارند. آنها برآمدگیهای پوسته زمین هستند که در نتیجه آتشفشان پدید آمده‌اند. برخی از تپه‌های قفقاز شمالی یعنی ماشوک ، بشتاف ، و زیمیکا به این گروه تعلق دارند. دانشمندان عقیده دارند که فعالیتهای آتشفشانی شدید بیشتر در طی نخستین ، یک و نیم میلیون سال تاریخ پیدایش ماه بوجود آمده‌اند. این نظریه بوسیله سنجش عمر صخره‌های ماه که دارای مواد آتشفشان می‌باشد تأیید گردید عمر صخره‌ها حداقل سه بیلیون سال است.

 آتشفشان در سیاره تیر

اثرات واضحی از فعالیت آتشفشانی در عکس‌های تهیه شده از تیر نزدیک‌ترین سیاره به خورشید دیده می‌شود. سطح این سیاره به وسیله تعداد زیادی حفره ، سوراخ شده است. با آنکه حفره‌ها در اثر تصادم پدید آمده‌اند. اثرات جاری شدن گدازه‌ها در ته برخی از آنها قابل تشخیص است.

 آتشفشان در سیاره زهره

برخی از اطلاعات حاکی از آن است که فعالیت‌های آتشفشانی هم اکنون نیز در سیاره زهره ادامه دارند. همانطور که می‌دانید درجه حرارت سطح زهره حدود 500 درجه سلسیوس است که در نتیجه اثر گلخانه‌ای معین تجمع گرمای خورشید در ناحیه پایین جو زهره به علت وجود لایه ابری در اطراف سیاره می‌باشد. کاملا امکان دارد که آتشفشانها و به ویژه جریان گدازه‌های داغ عامل کمک کننده دیگری باشد.

 ممکن است ذرات جامد فراوانی که بر اساس برخی از اطلاعات در جو زهره یافت می‌شوند. دارای منشا آتشفشان باشند. به علاوه باید گفت که 17 درصد جو از دی اکسید کربن ، گازی که در ضمن فوران آتشفشان آزاد می‌گردد تشکیل یافته است.


مرگ خورشید

 

آیا ستاره‌ها زنده‌اند؟!

ستاره شناسان ستاره‌ها را مانند موجودات زنده می‌دانند که مراحل تولد ، زندگی و مرگ را در طول عمر خود می‌گذرانند. این مراحل که برای انسان حدود چند ده سال طول می‌کشد. در مورد ستاره‌ها از چند میلیون تا چند میلیارد سال متغیر است. یک ستاره پس از تولد و گذران عمر ، وارد مرحله مرگ و پایان موجودیت می‌شود. خورشید ما هم که یک ستاره است، از این قاعده مستثنی نیست.

غول سرخ خورشید

ذخایر هیدروژن خورشید به ما این وعده را می‌دهد که تا حدود 5 میلیارد سال دیگر دغدغه‌ای نداشته باشیم. خورشید تقریبا بصورت امروزی ، ستاره‌ای زرد که به اندازه قرص ماه دیده می‌شود، خواهد بود. ولی 5 میلیارد سال بعد بیشتر هیدروژن موجود در هسته خورشید ، گداخته شده و صرف تهیه هلیوم می‌شود. در آن زمان جاذبه باعث انقباض هسته شده و فشار و دمای آن را افزایش خواهد داد. هیدروژن شروع به سوختن در پوسته اطراف هسته خواهد کرد.

انرژی حاصل از همجوشی هسته‌ای در پوسته ، باعث انبساط لایه‌های خارجی خواهد شد، تا اینکه خورشید تبدیل به یک غول سرخ شود. هلیوم هم به کربن و اکسیژن تبدیل خواهد شد.

خورشید کوتوله

وقتی خورشید منبسط می‌شود تا تبدیل به یک غول سرخ شود ، قطرش حدود 150 برابر بزرگتر می‌شود (بدلیل همین افزایش حجم است که غول نامیده می‌شود). با افزایش حجم ، دمای سطح خورشید به آرامی کاهش می‌یابد و گازهای منبسط شده و داغ حرارت خود را از دست می‌دهند. رنگ خورشید از زرد به نارنجی و سپس قرمز تغییر می‌کند. بخاطر بزرگتر شدن سطح خورشید ، درخشندگی آن هزار برابر افزایش یافته و نور بیشتری ساطع می‌کند.

خورشید مدت 100 میلیون سال را به شکل یک غول سرخ سپری خواهد کرد، سپس لایه‌های سست بیرونی از آن جدا خواهند شد. سرانجام خورشید به شکل یک کوتوله سفید باقی مانده و به تدریج از بین خواهد رفت.

زمین سوگوار

  • در مراحل پایانی عمر خورشید ، هنگامی که این ستاره به غول سرخ تبدیل می‌شود، از آسمان آبی گرفته تا سایه رنگهای سپیده و شامگاه ، کلیه پدیده‌های جوی ، عمیقا تحت تأثیر قرار می‌گیرند. زمین سرد نمی‌شود بلکه برعکس افزایش ‌مساحت خورشید ، کاهش دما را جبران می‌کند و دما از حد معمول هم بسیار فراتر می‌رود. تمام موجودات زنده از بین می‌روند و زمین در غم از دست دادن آنها و خورشید به سوگ می‌نشیند.
  • با افزایش دما یخ پهنه‌های قطبی شروع به ذوب شدن می‌کنند. سطح اقیانوسها بالا می‌آیند و لایه ضخیمی از ابر ایجاد می‌کنند که برای مدتی خورشید را پنهان می‌کند. این ابرها تقابل اقلیمی میان قطبها و استوا را از بین می‌برند. نوعی جنگل آمازون داغ و مرطوب سراسر زمین را می‌پوشاند. سپس جو زمین شروع به تبخیر شدن می‌کند. گیاهان خشک شعله‌ور می‌شوند. شعله‌های آتش با استفاده از اکسیژن باقیمانده ، همه مواد آلی موجود را مصرف می‌کند. طبیعتی شبیه به ماه کنونی پدید می‌آید.
  • در صخره سنگهای قاره‌ای و اعماق حوزه‌هایی که تبخیر شده‌اند، حاکمیت عصر معادن بار دیگر جایگاهی را که در نخستین سالهای عمر سیاره داشت، باز می‌یابد. پس از گذشت چند صد هزار سال ، خود صخره نیز شروع به ذوب شدن می‌کند. زیر آبشاری از حرارت سرخ ، امواج گدازه های فروزان از کوهها سرازیر و در اعماق اقیانوسهای کهن جمع می‌شوند. خورشید سرخ به گسترش خود ادامه می‌دهد و باد نیرومند ستاره‌ای به بیرون می‌فرستد.

    سیارات عطارد و زهره تحت تأثیر آن به آرامی تبخیر می‌شوند. این توفان شدید مواد آنها را جارو کرده و به صورت امواج متلاطمی از بخار به هوا می‌فرستد. از این ماده رقیق ممکن است سحابیهای جدید شکل گرفته و در میان آنها ستارگان و منظومه‌های سیاره‌ای جدید پدیدار شوند.

سرعت نور

 

نور بیشترین سرعت خود رادر خلا دارد که حدودا300000 کیلومتر بر ثانیه می باشد مقدار سرعت نور در محیط مادی غیر خلا کمتر ازمقدارش در خلا است.
با حل معادلات ماکسول و رسیدن به معادله بنیادی موج مقدار سرعت نور بر حسب گذردهی الکتریکی خلا وتراوایی مغناطیسی خلا بر طبق زابطه سرعت امواج الکترومغناطیسی ماکسول داده می شود.

معادلات ماکسول

James Clerk Maxwell

 اندازه گیری سرعت نور:

یکی از دقیقترین اندازه گیری های الکتریکی کمیت گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی است که در مؤسسه ملی استاندارد ها در آمریکاه بوسیله رزا (Roza) و درسی(Dorsey) انجام شد.

 نحوه اندازه گیری سرعت نور توسط رزا(Roza):

ایشان ظرفیت خازنی را که ابعاد فیزیکی آن دقیقا معلوم بود را از طریق محاسبه یافت. این ظرفیت در یکای الکتریسیته بدست آمد سپس با استفاده از پل و تستون ، ظرفیت همان خازن را در یکای الکترو مغناطیس یافت نسبت این دو مقدارظرفیت در یکای SI بصورت حاصلضرب گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی داده شد نتیجه این اندازه گیری بسیار دقیق بود.

 تاریخ اولین اندازه گیری سرعت نور:

رومر(Romer) اولین کسی بود که در سال 1676 با مطالعه گرفتگی ماه های بر جیس سرعت نور را اندازه گرفت پژوهشگران متعددی بطور مستقیم
سرعت انتشار نور را اندازه گرفته اند.نتایج این اندازه گیری ها با دخالت خطای آزمایش جواب واحدی را دنبال می کنند .
 


اینکه نور یک نوع آشفتگی الکترو مغناطیسی است غیر قابل انکاراست دقیق ترین اندازه گیری سرعت نور که آنرا با حرف اختصاری C در خلا نشان می دهند با استفاده از لیزر (Laser)بوده که در سال 1972 بوسیله اوانسون(Evanson) و همکارن او در مؤسسه ملی استاندارد انجام شده و نتیجه آن چنین است: (29979245692 متر بر ثانیه)

بحث کلی بسیار خوبی در مقاله "سرعت نور" نوشته بر گسترند در دایره المعارف فیزیک موجوداست.

جهت دستیابی به اطلاعات بیشتر به مرجع زیر رجوع شود:

تاریخ  -------- آزمایش کننده ---------- روش  -----------نتیجه(km/s)


   1849   -----  فیزو (Fizeau)    ---- چرخ دندانه دار ------- (5000) 31300


1880----  مایکلسون (Micelson) ----- آینه چرخان ----- (200) 299910


1923---- مرسیه (Mercier)  -----موج رادیویی  --------- (30) 299782


1952  -- فروم (Froom) --- تداخل سنج میکروموجی --   (0.7) 29979.6


1907  -- رزا و درسی (.R.& D)--نسبت یکاهای الکتریکی--(10) 299784
 

(اعداد داخل پرانتز در نتیجه ، میزان خطای اندازه گیری را نشان می دهد.) 

 فاصله در فضا

واحدهای اندازه گیری مانند کیلومتر و مایل برای محاسبه فواصل زیادی که در فضا وجود دارند ، کافی نیستند . ستاره شناسان فواصل بین ستارگان و کهکشانها را با سال نوری یا پارسک (یک پارسک = 26/3 سال نوری) محاسبه میکنند.
نزدیکترین ستاره به خورشید حدود 4 سال نوری با آن فاصله دارد. برای محاسبه فاصله ها در منظومه شمسی ، ستاره شناسان از واحد نجومی (AU) استفاده می کنند . یک واحد نجومی برابر است با فاصله متوسط زمین از خورشید – 150 میلیون کیلومتر (حدود 93 میلیون مایل).

 تغییر اختلاف منظر

تغییر اختلاف منظر برای محاسبه فاصله ستارگانی که تا 1600 سال نوری با ما فاصله دارند بکار میرود . ستاره شناسان یک ستاره را در دو موقعیت با فاصله 6 ماه رصد می کنند . طی این مدت زمین از یک نقطه مدار به نقطه مدار به نقطه مقابل آن می رود ، و به نظر می رسد که ستاره رصد شده نسبت به زمین ستارگان دورتر از خودش تغییر مکان داده است . با محاسبه زاویه تغییر (اختلاف منظر سالانه) می توان فاصله آن ستاره تا زمین را محاسبه نمود.

سرعت نور در محیط مادی

 سرعت نور در محیط های غیر خلا

ماهیت و معادلات حرکتی نور:

در هر محیط مادی سرعت نور و و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا کمتر است کمیتی که در هر محیطی ثابت می ماند فرکانس نور هست. فرکانس نور با طول موجش نسبت عکس دارد.(V=F L) که در آن F معرف فرکانس وL معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محیط مادی می باشد.
در اپتیک خواص محیط در یک طول امواج را می توان توسط یک پارامتر یعنی نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محیط توصیف نماییم. این پارامتر ضریب شکست نام دارد.(n=c/v) بنابر این در یک محیط مادی داریم : (V=F L)
که در این رابطه (
n
) این ضریب شکست تنها کمیتی است که برای محاسبه رفتار نور در محیط مورد نیاز هست.از آنجایی که سرعت نور در محیط های مختلف متفاوت است ،تعیین مسیر پیشروی نور ردیایی پرتو) که از میان محیط های مختلف طی مسیر می کند مشکل می باشد.
 

 کمیات نوری د رمحیط و خلا:

سرعت نور د رخلا ، فرکانس نور ، طول موج نور د رخلا ، ضریب شکست نور ، سرعت نور در محیط، طول موج نور در محیط و...

فرض کنید که (x) فاصله ای باشد که موج نوری در مدت زمان (t) در خلا طی می کند (x=c t) در همان فاصله زمانی (t) موج فاصله کوتاهتر( x1) را در محیطی با ضریب شکست (n1)طی خواهد کرد .برای سایر محیط ها با ضرایب شکست n3،n2 و... فاصله پیموده شده برابراست با: x3،x2و... اگر تمام این معادلات در ضرایب شکست مربوطه ضرب شوند در این صورت همه کمیاب برابر مسافت طی شده در خلا خواهد بود.
x0=n1 x1=...= c t
بنابراین مسافت های معادل با مسافت در خلا وجود دارند که طول راه نوری نامیده می شوند. با این کمیت می توان مسافت های را که نور در محیط های مختلف طی می کند با هم مقایسه کرد.

 محاسبه سرعت نور د رمحیط بوسیله روابط ماکسول:

معادلات ماکسول نیز سرعت نور در محیط را بطور دقیق معرفی می کند برای این منظورمعادلات ماکسول را فقط لیست می کنیم:

  • قانون گوس در الکتریسیته

  • قانون گوس در مغناطیس

  • قانون القای فاراده

  • قانون تعمیم یافته آمپر

معادلات(1)و(2) در محیط مادی دست نخورده باقی می مانند اما در معادلات (3)و(4) فقط ثابت ها ی خلا جای خود را به گذردهی الکتریکی محیط و تراوایی مغناطیسی محیط می دهنددر نتیجه سرعت انتشار اموج الکترو مغناطیسی (نوری) در محیط ها (V) بدست می آید. با به کار بردن کمیت بدون بعد نسبت تراوایی مغناطیسی محیط به خلا به نام تراوایی نسبی و نسبت گذردهی الکتریکی محیط به خلا به نام گذر دهی نسبی یا ضریب دی الکتریک می توانیم سرعت نور در محیط را بر حسب کمیات الکترومغناطیسی محیط بنویسیم.
در داخل محیط های جاذب نور ضریب شکست و به تبع آن سرعت نور دیگر ثابت نمی ماند و فرکانس نور نیز در چنین محیط هایی تغییر می کند برای بررسی محیط های این چنینی ضریب جذبى را نیز به عنوان ثابت دیگری تعریف می کنیم.


طول ناحیه در قالب بزرگتر از حد مجاز