نجوم - دانلود

می توانیم تاریخچه جهان را مرور کنیم تا به 14 میلیارد سال قبل به لحظه ای خاص برسیم جایی که تمام جرم و انرژی موجود در جهان در نقطه ایی کوچکتر از یک سکه متمرکز شده بود لحظه ایی که هیچ کدام از قوانین فیزیکی نمی توانند آن را تفسیر کنند.

در این مقاله به معرفی انفجار بزرگ یا بیگ بانگ (big bang) می پردازیم و به طور کلی در سه بخش آن را بررسی می کنیم :

1- بیگ بانگ چه بوده است؟

2- چه نیرویی بیگ بانگ را بوجود آورده است ؟

3- جهان از کجا آمده است ؟

1- بیگ بنگ چه بوده است:

بیگ بانگ (انفجار بزرگ) نخستین پدیده و اتفاق شناخته شده در جهان می باشد.

می توانیم تاریخچه جهان را تا 14 میلیارد سال قبل مرور کنیم، تا به لحظه ای آتشین به نام بیگ بانگ برسیم. در آن لحظه جهان بینهایت داغ و متراکم بوده است، در واقع تمام مواد موجود در جهان از جمله دورترین کهکشان ها تا همین ذرات و مواد موجود در روی زمین خودمان بسیار متراکم شده بودند. اما ناگهان این نقطه متراکم منفجر می شود و انفجار عظیم و غیرقابل تصوری بنام بیگ بانگ بوجود می آید.

اما از آنجایی که کسی در آن لحظه برای ثبت آن اتفاق نبوده است ما از کجا می دانیم چنین انفجاری رخ داده است ؟ در طی قرن گذشته ما به سه دلیل  رسیده ایم که فعلاً نظریه ی بیگ بانگ را به خوبی تأیید می کنند:

الف- مشاهده کردیم که کهکشان ها در حال دور شدن از هم هستند :

اگر سری مقالات قبلی را دنبال کرده باشید می دانید که کهکشان راه شیری ما یکی از بی شمار کهکشان موجود در عالم می باشد و ما انتظار داریم تمامی این کهکشان ها از جمله کهکشان خودمان با توجه به نیروی گرانش ( متقابلی که به هم وارد می کنند ) به سمت هم حرکت کنند، اما در سال 1929 ستاره شناسی به نام ادوین هابل به کشفی غیرمنتظره دست یافت : کهکشان ها با سرعت زیاد در حال دور شدن از هم هستند و هر چه فاصله شان از هم بیشتر باشد با سرعت بیشتری از هم دور می شوند.

وقتی کهکشان ها در حال دور شدن از همدیگر باشند، بنابراین باید در گذشته به هم نزدیکتر بوده باشند. با توجه به بررسی سرعت و جهت حرکت کهکشان ها ستاره شناسان متوجه شدند که همه آنها باید در حدود 14 میلیارد سال پیش به طور باور نکردنی متراکم و فشرده بوده باشند، که این قضیه با شواهد بسیار دیگری نیز تأیید می شود.

ب‌- عناصر شیمیایی نیز تایید کننده بیگ بانگ هستند :

در سال 1940 فیزیک دانی به نام جورج گاموف به همراه دستیارانش فهمیدند که جهان در ابتدایش بسیار متراکم و داغ بوده هست. در آن سال دانشمندان تازه دریافته بودند که عناصر شیمیایی تحت تراکم و دمای بسیار زیاد می توانند به یکدیگر تبدیل شوند .گاموف و دستیارانش این قضیه را برای جهانی فوق العاده داغ و متراکم و در حال انبساط محاسبه کردند و دیدند در آن شرایط یک چهارم از ساده ترین عنصر (هیدروژن) به عنصر هلیوم تبدیل می شود . ستاره شناسان نیز نسبت هیدروژن به هلیومی را که در جهان پراکنده شده است را محاسبه کردند که مقدار آن دقیقاً با محاسبات جورج گاموف سازگار بودند. این مسئله هم یکی از قوی ترین دلایل بر رخداد بیگ بانگ می باشد.

گذر زمان بعد از بیگ بنگ (از چپ به راست)

پ - نور حاصل از بیگ بانگ را مشاهده کردیم :

با توجه به نظریه بیگ بانگ , بیگ بانگ همه جای فضا رخ داده است (نه فقط در یک نقطه). هزاران سال بعد از بیگ بنگ جهان با ماده  داغ (حاصل از انفجار بیگ بانگ) پرشده بود و این ماده ی داغ شروع  به گداخته شدن و تابشی کرد که به همه جهات تابیده می شد.(هر جسمی نیز وقتی خیلی داغ می شود شروع به درخشش می کند). این پس تابش (afterglow ) بیگ بانگ هنوز نیز در جهان وجود دارد.

در واقع این جریان ثابت از تابش همواره به زمین می رسد، از دورترین نقاط فضا که میلیاردها کیلومتر با ما فاصله دارند. اما از آنجایی که این نور فاصله ایی بسیار طولانی را طی کرده و با انبساط جهان انرژی خود را از دست داده دیگر با چشم قابل رؤیت نیست، اما هنوز به وسیله حسگرهایی قابل شناسایی است.

در سال 1964 رادیو ستاره شناسانی به نام آرنو پنزیز و رابرت ویلسون اولین کسانی بودند که توانستند این پس تابش بیگ بانگ را کشف کنند و سرانجام در سال 1991 فضاپیمای ناسا تصویری از این نور باستانی را گرفت که نتیجه ایی قاطع و معتبر بر وقوع بیگ بانگ بود. این دست آورد بعنوان یکی از بزرگترین پیروزی های بشر در اکتشاف های علمی اش قلمداد می شود. به این امواجی که با انرژی کم از تمام نقاط فضا به سوی ما می آیند، «تابش زمینه ی کیهانی» گفته می شود.

تمامی این دستاورد ها نتیجه دو عامل مهم است : اول همراه شدن تخیل بشر با اکتشافات علمی  و دوم میل و اجازه طبیعت برای دست یافتن به این راز های شگفت انگیز خلقت تا جایی که ما می توانیم از نقاط آغازین خلقت صحبت کنیم. در واقع بزرگترین معجزه ی خلقت بقول انیشتن این است که : جهان قابل شناختن است!

خورشید ما یکی از ستارگان مجموعه ی بزرگی از ستارگان به نام کهکشان راه شیری است. تمام ستارگانی که در آسمان شب دیده می شوند، همگی از اعضای این کهکشان هستند. کهکشان راه شیری شبیه یک عدس مارپیچ است که در  نقاشی  تصویر 1 دیده می شود.

از آنجایی که ما نمی توانیم از کهکشان خودمان بیرون برویم تا از آن عکس بگیریم، در نتیجه مجبور هستیم پس از بررسی های علمی یک طرح تقریبی از آن طراحی کنیم. ولی احتمالا کهکشان راه شیری شبیه بقیه ی کهکشانها مثل تصویر شماره 2 است.

خورشید در فاصله ای حدود 25000 سال نوری از مرکز کهکشان قرار دارد. مرکز کهکشان ضخیم تر از لبه های آن است و بسیار پر نوراست، زیرا در آنجا ستارگان خیلی به هم نزدیک ترند. مرکز کهکشان دارای ضخامتی حدود 10 هزار سال نوری است. ولی ضخامت کهکشان در لبه ها به 3 هزار کیلومتر می رسد.

همه ی ستارگان کهکشان در حال حرکت اند و مانند گروههای عظیم ستاره ای به دور مرکز کهکشان گردش می کنند. خورشید حدود 200 میلیون سال طول می کشد تا یک دور به دور مرکز کهکشان بگردد. مسیر خورشید در این سفر تقریباً دایره ای شکل است. بسیاری از ستارگان نزدیک خورشید نیز دارای چنین مسیرهایی می باشند. از زمان حضور دایناسورها روی زمین تا الان، خورشید و زمین یک دور ، بدور مرکز کهکشان گردش نموده اند.

 نمودار 3 به خوبی مسیر گردش خورشید را از میان بازوهای کهکشان نشان می دهد. نقطه ی زرد نشاندهنده ی مکان تقریبی خورشید در کهکشان است. از جایگاهی که خورشید قرار دارد، نمی توان طرف دیگر کهکشان  که رنگ خاکستری دارد، را دید. زیرا مرکز کهکشان دارای تعداد زیادی ستاره است و همچنین توده های بزرگی از گردوغبار در صفحه ی کهکشان وجود دارد. به همین دلیل زمانی که می خواهیم به مرکز کهکشان خودمان نگاه کنیم، مقدار زیادی غبار بین ما و ستارگان قرار می گیرد و نمی توانیم چیزی ببینیم. در تصویر 4 ، مرکز کهکشان از نگاه ساکنان زمین دیده می شود. همانطور که می بینید، بریدگی هایی در بین ستارگان وجود دارد که در واقع توده های بزرگ غبار است. نقطه های قرمز رنگ هم برای نشان دادن صورت فلکی قوس به عکس اضافه شده است.

همانطور که گفته شد، کهکشان ما و بسیاری دیگر از کهکشانها شکل عدس مانند دارند. بنابراین اگر از نگاه یکی از کسانی که داخل کهکشان است، به آن نگاه کنیم، کهکشان را از لبه خواهیم دید. تصویر شماره ی 5 نمایش دهنده ی کهکشان راه شیری از لبه است. این تصویر از روی زمین گرفته شده است. توده های بزرگ غبار که ستارگان را در فضا پنهان کرده اند نیز دیده می شوند. این تصویر در واقع تصویری از تمام آسمان زمین است.

در این مرحله از سفرمان، می فهمیم که واقعاً چقدر ستارگان از هم دورند. زمانی که از خورشید چند هزار سال نوری فاصله بگیریم، آنگاه آهسته آهسته دیگر نمی توانیم تک تک ستارگان را تشخیص دهیم، بلکه خورشید در میان میلیاردها ستاره ی دیگر گم می شود، و همه ی آنها به شکل یک توده ی بزرگ ابرمانند دیده می شود. در واقع کهکشان راه شیری، مثل بقیه ی کهکشانها، توده ای است از صدها میلیارد ستاره، که مانند یک تکه ابر روشن دیده می شود. درست مثل ابرهای آسمان که در واقع توده هایی از قطرات ریز آب هستند.

بعضی از ستارگان کهکشان راه شیری خارج از بخش مارپیچی قرار دارند، که به آنها ستارگان هاله ی کهکشان می گویند. خارج از محوطه ی این ستارگان دو کهکشان کوچک به نامهای ابرماژلانی بزرگ و ابرماژلانی کوچک وجود دارند. این دو کهکشان کوچک دارای شکل نامنظمی هستند و به دور کهکشان ما می گردند. در تصاویر 6 و 7 ابرهای بزرگ و کوچک ماژلانی دیده می شوند.

سیاهچاله ناحیه ای از فضاست که مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمرکز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود. از آنجا که بهترین تئوری جاذبه در حال حاضر تئوری نسبیت عام انیشتن است، در مورد سیاهچاله و جزئیاتش باید طبق این تئوری تحقیق و نتیجه گیری کنیم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرایط ساده تر آغاز می کنیم. فرض کنید روی سطح یک سیاره ایستاده اید. یک سنگ را به سمت بالا پرتاب می کنید. با فرض اینکه آن را خیلی خیلی محکم پرتاب نکرده باشید برای مدتی به سمت بالا حرکت می کند و نهایتاً شتاب جاذبه باعث می شود به پایین سقوط کند. اما اگر سنگ را به اندازه ی لازم محکم پرتاب کرده باشید می توانید آن را به کل از جاذبه سیاره خارج کنید. در این حالت سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتی که لازم است تا یک شیء را از جاذبه ی سیاره خارج کند، سرعت فرار یا سرعت گریز نام دارد. همانطور که انتظار می رود سرعت فرار به جرم سیاره بستگی دارد. اگر سیاره ای جرم زیادی داشته باشد کشش جاذبه آن زیاد خواهد بود و نتیجتةً سرعت فرار آن بیشتر خواهد شد. سیاره سبکتر سرعت فرار کمتری خواهد داشت. سرعت فرار در زمین Km/s 11.2 یا  25000 m/h  است. در حالی که سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 یا m/h 5300 است.  حال یک جرم بسیار زیاد را که در یک ناحیه با شعاع بسیار کوچک تمرکز یافته تصور کنید. سرعت فرار چنین ناحیه ای از سرعت نور بیشتر خواهد بود و چون هیچ شیئی نمی تواند سریعتر از نور سیر کند پس هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه چنین ناحیه ای خارج شود ، حتی یک دسته پرتو نور.

ایده تفکر در مورد جرمی چنان چگال که حتی نور نیز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقریباً بلافاصله پس از بیان نظریه نسبیت عام توسط انیشتین ، کارل شوارتز شیلد یک راه حل ریاضی برای معادلات تئوری این اجرام کشف کرد و سال ها بعد اشخاصی چون اُپنهایمر و ولکف واشنایدر در دهه 1930 به طور جدی درباره امکان وجود چنین نواحی در عالم به تحقیق پرداختند. این پژوهشگران نشان دادند، هنگامی که محتویات سوخت یک ستاره پرجرم به پایان می رسد، نمی تواند در مقابل جاذبه درونی خود مقاومت کند و به صورت یک سیاهچاله در خود فرو می ریزد. در نسبیت عام جاذبه از عوامل انحراف فضای 4 بعدی است. اشیاء بسیار پرجرم باعث انحرافات محورهای زمان و فضا می شوند در حدی که قوانین هندسی اعتبار خود را از دست می دهند و به کار نمی آیند. این انحراف در اطراف یک سیاهچاله بسیار چشمگیر است و باعث می شود که سیاهچاله ها خصوصیات عجیبی داشته باشند.

هر سیاهچاله چیزی به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، که سطحی کروی است و مرز سیاهچاله را مشخص می کند. شما می توانید وارد این افق شوید اما نمی توانید از آن رهایی یابید. در حقیقت وقتی وارد افق شدید محکوم به نزدیک و نزدیک تر شدن  به مرکز سیاهچاله هستید. درباره افق می توان این تصور را داشت که افق جایی است که در آن سرعت گریز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گریز کمتر از سرعت نور است. بنا بر این در صورتی که راکت های شما به اندازه کافی انرژی داشته باشند می توانید از افق دور شوید اما وقتی وارد افق شدید راهی برای خروج ندارید. افق خصوصیات هندسی عجیبی دارد، برای یک ناظر که فاصله زیادی از سیاهچاله دارد، افق جای خوبی به نظر می رسد که کروی و ساکن است. اما در صورتیکه به سیاهچاله نزدیک شوید متوجه خواهید شد  افق با سرعت بسیار زیاد و یا در حقیقت با سرعت نور به سمت بیرون در حرکت است. چون افق با سرعت نور به سمت بیرون گسترش می یابد، پس برای خروج از افق باید سرعتی بیش از سرعت نور داشته باشیم. و چون می دانیم که نمی توانیم با سرعتی بیش از سرعت نور سیر کنیم پس هیچ گاه نخواهیم توانست از سیاهچاله فرار کنیم.

نور دارای سریع ترین حرکت در تمام جهان است، با سرعت 300 هزار کیلومتر در ثانیه. ولی حتی نور پس از اینکه از خورشید راه می افتد، حدود 4 سال طول می کشد تا به نزدیک ترین ستاره برسد. نزدیکترین ستاره به خورشید، ستاره ی آلفای قنطورس است. هنوز هیچ سفینه ی دست ساز انسان نمی تواند به این سفرطولانی برود، زیرا سرعت سفینه ها بسیار از سرعت نور کمتر است، و این باعث می شود که چنین سفری صدهاسال طول بکشد.

ما بوسیله ی تلسکوپهای روی زمین چیزهای زیادی راجع به ستارگان نزدیک به خورشید می دانیم. مثلاً همین ستاره ی آلفا قنطورس در واقع سه ستاره ی نزدیک به هم است! ولی چون این سه ستاره خیلی به هم نزدیک اند، به نظر یک ستاره می رسند، ولی با تلسکوپ سه تا ستاره دیده می شود: یکی که ستاره ای است تقریبا شبیه خورشید خودمان، دیگری کمی کم نورتر و سومی خیلی کم نور. ستاره ی کم نورتر، پروکسیما قنطورس، به دور دو ستاره ی دیگر می گردد و هر یک میلیون سال یک دور می زند. تصویر 1  اندازه ی این سه ستاره را نسبت به خورشید نشان می دهد.

ممکن است چند سیاره بدور هر کدام از این ستارگان در حال گردش باشد.

در واقع این تنها خورشید نیست که چند سیاره بدور آن می گردند، بلکه ستارگان دیگری غیر از خورشید نیز دارای سیاراتی مثل منظومه ی شمسی می باشند. بعضی از این سیارات توسط ابزارآلات دقیق نجومی کشف شده اند!

حدود چهارصد سال پیش فیلسوفی به نام جوردانو برونو می گفت: « بیشمار زمین بدور خورشیدهایی دیگر در حال چرخش اند!»  این عقیده در آن زمان طرفداران زیادی نداشت. برونو حرفهای دیگری هم می زد که بخاطر آنها در آتش سوزانده شد! ولی امروزه دانشمندان معتقدند که برونو تقریبا راست گفته بود. البته تا به حال تقریبا هیچ سیاره ای که به دور ستارگان دیگر بگردد، دیده نشده، ولی از روش های دیگر تعدادی سیاره بدور بعضی ستارگان کشف شده است. دانشمندان حتی دوره ی تناوب و جرم و بعضی خواص شیمیایی آنها را نیز کشف کرده اند. این سیارات معمولاً سیاراتی غول پیکر و گازی هستند، به همین دلیل به آنها سیارات مشتری مانند می گویند.

دیدن سیارات فراخوشیدی بسیار مشکل است، زیرا همانطور که می دانید، سیارات از خودشان نوری ندارند و تنها زمانی ما آنها را می بینیم که نور خورشید را بازتاب می کنند. در نتیجه چون ستارگان از ما بسیار دورند، دیدن سیاراتِ آنها بسیار دشوار است.

اما با این همه دانشمندان توانسته اند تصاویری تهیه کنند که احتمالاً نشان دهنده ی یک سیاره ی فراخورشیدی است: تصویر 2 این سیاره را که حدس می زنند جرمش 4 برابر مشتری باشد، نشان می دهد.

بعضی از سیارات فراخورشیدی کشف شده دارای جرم و جاذبه ی زیادی هستند، بنابراین ممکن است روی ستاره ی مرکزی تأثیراتی بگذارند! تصویر 3 یک نقاشی علمی را از یک ستاره به همراه سیاره اش نشان می دهد.

درباره ی سیارات فراخورشیدی، نقاشان علمی طراحی های بسیار زیبایی کشیده اند. در تصویر شماره 4 یک منظره ی رؤیایی از سیارات فراخورشیدی دیده می شود: فرض کنید که یکی از این سیارات فراخورشیدی دارای یک قمر سنگی باشد. آنگاه چنانچه شما به روی این قمر بروید و زیر آسمانِ این قمر بایستید، احتمالا با چنین منظره ای روبرو می شوید. در آسمان، سیاره ی اصلی که معمولا یک غول گازی است دیده می شود، و در فاصله ی دورتر ستاره ی مرکزی قرار دارد که مانند خورشیدی در آسمان پرستاره نورافشانی می کند.

در سفر بعدی خود به دوسیاره ی بزرگ و آبی رنگ منظومه ی شمسی یعنی اورانوس و نپتون می رسیم.

این دو سیاره در نزدیکی مرزهای منظومه ی ما قرار گرفته اند و در قرون اخیر کشف شده اند. در واقع ازآنجایی که این دو سیاره با چشم غیرمسلح (بدون تلسکوپ) دیده نمی شوند، هیچ گاه انسانها نتوانسته بودند آنها را ببینند، تا اینکه پس از اختراع تلسکوپ بالاخره کشف شدند.

این دو سیاره نیز مانند سیارات غول پیکر قبلی تماماً از گاز تشکیل شده اند. و هردو دارای حلقه هستند. ولی نازک بودن حلقه هایشان، باعث می شود که به راحتی دیده نشوند. در تصویر 2 حلقه های اورانوس دیده می شود.

اورانوس و نپتون هر دو بقدری بزرگ هستند که کره ی زمین در برابر آنها مانند یک تخم مرغ دربرابر توپ بسکتبال است: تصاویر 3 و 4 به ترتیب حجم اورانوس و نپتون را نسبت به زمین نشان می دهند.

این دو سیاره در واقع دو توپ گازی هستند که مانند مشتری دارای طوفانها و گردبادهای عظیم می باشند. ولی در یک نمای معمولی از اورانوس این طوفانها قابل دیدن نیستند، ولی نپتون مانند مشتری دارای یک گردباد عظیم الجثه است که در تصویر 5 دیده می شود. اگر به نمای نزدیکتر این لکه در تصویر 6 دقت کنیم ، به شباهت آن با چشم بزرگ مشتری پی خواهیم برد.

سیارات غول پیکر منظومه ی شمسی همگی دارای تعداد زیادی قمر و حلقه هستند. در این میان فعلاً مشتری مقام اول را با بیشترین تعداد قمر دارد. سیارات اورانوس و نپتون نیز هر کدام به ترتیب 27 و 13 قمر شناخته شده دارند. معمولاً اقمار منظومه ی شمسی دنیاهایی بدون هوا هستند که سطح صخره ای و ناهموار آنها در تصاویر، جلب نظر می کند: در تصویر 7  اقمار اورانوس دیده می شوند.

تریتیون قمر بزرگ نپتون نیز در تصویر 8 به نمایش گذاشته شده است.