ماه و زمين
ماه زمين را در سفرش در فضا همراهي ميكند و در هر 3/27 روز مداري تقريبا دايره اي را به دور سياره زمين طي ميكند . مواضع نسبي خورشيد زمين و ماه به طور پيوسته در نتيجه حركت ماه به دور زمين و زمين به دور خورشيد تغيير ميكنند و پديده بسيار زيبايي را كه اهميت عملي دارد ايجاد ميكنند . ولي به خاطر اين كه اندازه شعاع و جرم ماه در مقايسه با سياره زمين استثنايي است تاثير شديدي بر رويكار هاي عملي مردم اعمال ميكند.
در منظومه شمسي هيچ قمري به اندازه ماه به سياره مادر نزديك نمي گردد . اندازه بزرگ ماه سبب ميشود كه گهگاه سايه بزرگي بر روي قسمتهاي از زمين بياندازد و هنگاميكه در اثر تغيير مكانهاي ماه و زمين اين دو جسم و خورشيد بر يك خط مستقيم قرار گيرند پديده اي توليد ميشود كه به آن خورشيد گرفتگي مي گويند.
سنگيني ماه كشش گرانشي قوي را بوجود مي آورد كه در نتيجه آن مساحت هاي بزرگي از خشكي حاصل مي گردد و اقيانوس ها در امتداد خط زمين – ماه از چند سانتيمتر تا چند متر به سمت خارج بالا مي آيند و اين پديده اي است كه به آن جزر و مد گفته ميشود.
اهله ماه
نوري كه از ماه مشاهده مي كنيم نور منعكسه خورشيد ميباشد نصف سطح ماه هميشه رو به خورشيد است ولي صورت ماه داراي شكل متغيري است زيرا همچنان كه ماه به دور زمين مي گردد قسمتهاي متغيري از طرف آفتابگير ماه را مشاهده ميكنيم.
هنگامي كه ماه بين زمين و خورشيد قرار گيرد غير قابل رؤيت ميشود زيرا اولا طرف صورت زمين در سايه است و در ثاني موضع ماه در آسمان به خورشيد نزديك ميشود و در نتيجه ماه در تابش خورشيد گم مي گردد . موقعي كه ماه از خط زمين – خورشيد كمي دور ميشود قادريم هلال نازك لبه روشن ماه را ببينيم .هنگامي كه ماه در طرف مقابل زمين نسبت به خورشيد واقع ميشود صورت آن كاملا روشن شده و آسمان را در بر ميگيرد شكلهاي متوالي كه از ماه ايجاد شده است به عنوان اهله آن شناخته ميشود .
اهله ماه از ماه نو تا هلال ربع اول محدب ماه كامل و سپس براي بقيه نصف دور در مرتبه عكس از محدب ربع سوم و هلال تا ماه نو دور ميزند. در اهله تربيع دقيقا نصف صورت ماه قابل رؤيت و درخشان است .به اين دليل ماه در اهله تربيع اش اغلب به عنوان نصف كامل يابه عنوان يك ماه نيمه معروف است.
همچنان كه ماه در نخستين نصفه دورش از ماه نو تا ماه كامل پيش ميرود ماه افزاينده و در نيمه دوم دورش ماه كاهنده نام گرفته است .اين دوره 5/29 روز طول ميكشد .
فضا نوردان كه از ماه زمين را مينگرند زمين هم به ترتيب همان اهله هايي را داراميباشد كه ما از روي زمين در مورد ماه مشاهده ميكنم . معذالك اهله زمين درست نقطه مقابل اهله ماه خواهد بود اگر ماه در اهله ربع سوم باشد فضانوردان زمين را در ربع اول خواهند ديد.
طلوع و غروب ماه
ميتوان زمانهاي طلوع و غروب ماه را بدست آورد. اين زمانها به اهله ماه بستگي دارند . فرض كنيد ماه در ربع اولش قرار دارد و ناظر بر روي زمين در نقطه اي ايستاده كه خورشيد مستقيما در بالاي قطب شمال رؤيت شده است لذا زمين در جهت عكس حركت عقربه هاي ساعت مي چرخند. همچنانكه زمين ميچرخد ناظر طلوع ماه را در بالاي افق شرقيش مشاهده ميكند .
ماه به صورت نيمه كامل كه نيمه روشن آن به سمت بالا است ظاهر ميشود و اين همان است كه ناظر ماه را مستقيما در بالاي سرش در ساعت 6 بعد از ظهر ميبيند.
حدود نيمه شب ماه در افق غربي ناظر كه نيمه روشن آن به سمت پايين است غروب ميكند .زمان واقعي غروب ماه با توجه به اين حقيقت كه خود ماه در جهت خلاف عقربه هاي ساعت به دور زمين حركت ميكند تاخير دارد و در نتيجه ماه در خلال شب نسبت به ستارگان به سمت شرق عقب مي افتد.
زمانهايي كه در جدول فوق داده شده اند دقيق نيستند زيرا از حركت ماه كه در فوق به آن اشاره شد ه است صرف نظر شده است و همچنين اين عدم دقت به سبب آن است كه فرض مي شود مدار ماه مثل مدار زمين يك دايره كامل بوده و ناظر در استوا ايستاده است. زمانهاي واقعي طلوع و غروب ماه كه در روزنامه ها درج شده اند ممكن است تا بيشتر از يك ساعت در عرضهاي جغرافيايي داخل قاره ايالات متحده با زمانهايي كه در جدول آمده است متفاوت باشند .
گرفتگي هاي خورشيدي
موقعي كه ماه از بين خورشيد عبور ميكند در بعضي از نواحي زمين جلوي تمام يا قسمتي از پرتوهاي خورشيد رامي گيرد .اين واقعه گرفتگي خورشيد نام گرفته است و در صورتي ك ه تمام پرتوهاي خورشيد از ديد ناظر محو شده باشند پديده اي پر حرمت تر از تمام پديده هاي نجومي اتفاق مي افتد.
همچنانكه ماه از روي قرص خورشيد مي لغزد يك تاريكي غيرطبيعي برروي زمين ايجاد ميكند و در طي آن پرندگان وراجي خود را قطع ميكنند. به مدت چندين دقيقه ماه تمام خورشيد را سياه ميكند دماي هوا كم ميشود و تاج خورشيدي -جو خارجي خورشيد- به صورت يك مرواريد ظاهر ميشود و هاله ضعيفي به دور قرص سايه سياه ماه ايجاد مي گردد.
در اين زمان ستارگان و سيارات در آسمان روشنتر رؤيت ميشوند. همانطور كه ماه مسيرش را ادامه مي دهد در خلال ساعت بعدي مجددا صورت خورشيد آشكار ميشود يعني از يك هلال نازك به درخشندگي كامل رشد ميكند.
گرفتگي ها به صورت منادي حوادث مهم مورد توجه قدما بود. مجامع زيادي از قدما يادداشتهاي دقيقي از گرفتگي ها را ثبت ميكردند ولي در بين آنها ستاره شناسان بابلي مستثني بودند زيرا كه آنها وقتشان را به جمع آوري اين حوادث اختصاص داده بودند. با مراجعه به ثبت گرفتگيها در كتيبه هاي ميخي لوحه هاي بابلي ها فهميده ميشود كه تاريخ ثبت به دومين دوره هزارساله قبل از ميلاد برميگردد.
يك مثال مربوط به گرفتگي لوحه اي است كه حوادث غيرمعمولي به روي آن ثبت شده است. نظير ظهور يك زن خاردار يك گوسفند چهارشاخ و يك لاشه در حال صحبت .لوحه اي را در اين سري نشان مي دهد. حادثه اي كه در لوحه توضيح داده ميشود ميتواند به صورت كاملا مساوي از يك رعد و برق يا يك گرفتگي تعبير شود اما بقيه لوحه به حوادث واقعي و استثنايي مربوط ميگردد.
ستاره شناسان با دقت بسيار زيادي تاريخ وقوع گرفتگي ها را در طول هزاران سال درگذشته و نيز در آينده مي توانند حساب كنند. آنها مدارهاي زمين و ماه را با دقت كافي مي شناختند و قادر بودند زمانهايي كه از يك نقطه بخصوصي برروي زمين خورشيد و ماه در يك امتداد قرار ميگيرند را تعيين كنند.
گرفتگي هاي كلي
مسير ماه به دور زمين بيضي ميباشد كه هر ماه يكبار در بيشترين فاصله404800 كيلومتر و در كمترين فاصله 353600 كيلومتر قرارميگيرد. اگر گرفتگي موقعي رخ دهد كه ماه نزديك زمين باشد قطر ظاهري آن به اندازه كافي بزرگ شده و در نتيجه تمام پرتوهاي خورشيد گرفته ميشود چنين گرفتگي اي گرفتگي كلي نام دارد.
چگونگي اين تركيب به طور متوسط در هر دو يا سه سال در هر نقطه اي از زمين يكبار صورت مي پذيرد. در يك قسمت مشخصي از زمين فقط يكبار در هر 360سال گرفتگي كلي را ميتوان ديد.
دوره تناوب كلي يك گرفتگي خورشيد معمولا دو يا سه دقيقه است و نميتواند بيش از7 دقيقه ادامه پيداكند. يك خورشيد گرفتگي كلي در ايالات متحده در7 مارس 1970م. رخ داد كه اين گرفتگي در عرض كماني از خليج مكزيكو تا بالاي ساحل شرقي مرئي بود.
دوره گرفتگي كلي در امتداد خط مركزي مسير سه دقيقه بود .يك گرفتگي خورشيد مرئي ديگر در ايالات متحده در سال 1979م. رخ داده است.
گرفتگي حلقوي
اگر هنگامي كه ماه در بيشترين فاصله اش از زمين قرار دارد يك گرفتگي خورشيدي رخ دهد قطر ظاهري ماه كوچكتر از قطر خورشيد خواهد بود و حاشيه قرص خارجي خورشيد در سرتاسر گرفتگي حتي براي محلي از زمين كه دقيقا در خط بين مراكز ماه و خورشيد قرار دارد مرئي باقي مي ماند . از چنين محلي كه ماه از وسط زمين و خورشيد عبور ميكند ماه بصورت قرص سياهي كه توسط حلقه روشن لايه هاي خارجي خورشيد احاطه شده است ظاهر ميگردد .اين نوع گرفتگي گرفتگي حلقوي ناميده ميشود .
گرفتگي جزئي هنگامي رخ ميدهد كه ماه به خط خورشيد – زمين نزديك باشد ولي نه به آن اندازه نزديك كه بتوان جلو تمام پرتوهاي خورشيد را از هر ناحيه اي از زمين بگيرد .در آن نواحي از زمين كه در داخل مسير گرفتگي جزئي قرار دارد قرص ماه در داخل خورشيد در گير خواهد شد ولي هرگز به طور كامل پوشانده نخواهد شد. گرفتگي هاي جزئي به تعداد بيشتري از گرفتگي هاي حلقوي و كلي رخ ميدهد.
گرفتگي هاي قمر
گرفتگي هاي قمري هنگامي كه زمين ماه و خورشيد در يك خط مستقيم قرار دارد و ماه در پشت زمين قرار ميگيرد يعني در در صورت ماه كامل رخ ميدهد . در هر مكاني بر روي زمين كه در آن ماه رويت ميشود گرفتگي هاي قمري مرئي هستند در صورتي كه گرفتگي خورشيد فقط در نوار باريكي از سطح زمين كه كمتر از 160 كيلومتر است رويت ميشود .
در خلال يك گرفتگي كلي قمري ماه هيچ نوري را به استثناي آن نورهايي كه از اطراف لبه هاي زمين توسط شكست در جو صورت ميگيرد دريافت نميكند و اين نورها به صورت عدسي عمل كرده و نور خورشيد را به سمت ماه كانوني ميكند
مولفه نور آبي شكسته شده و در اثر پراش در سطح زمين شدت آن كم ميگردد و لذا ماه به وسيله نور خورشيد كه در آن طول موج نور آبي وجود ندارد روشن گرديده و آن را به رنگ مسي-قرمز تيره ظاهر مي سازد .
همچنان كه گرفتگي قمري ادامه پيدا ميكند سايه زمين عرض صورت ماخه را با تندي حدود 3200كيلومتر بر ساعت جاروب ميكند .يوناني ها در 2400سال پيش به اين حقيقت كه سايه زمين بر روي ماه دايره شكل است پي برده و سپس فهميدند زمين كروي است .
فصول گرفتگي
اهله هاي ماه به طور متوسط در هر شش ماه در خلال فصول گرفتگي نيمه ساليانه رخ ميدهد. در بيشتر ايام سال ماه در ماه نو و در ماه كامل در خارج صفحه مدار زمين قرار دارد و گرفتگي نميتواند به وقوع بپيوندد در هر ماه دو بار ماه از ميان صفحه مدار زمين عبور ميكند نقاطي را كه ماه از ميان اين صفحه عبور ميكند به A,B نشان ميدهند كه گره هاي مدار نام دارد و خط A,B را خط گره ها مينامند همچنان كه زمين ماه به دور خورشيد گردش ميكنند صفحه مدار ماه در فضا ثابت است
جذر و مد
همان طور كه ماه مدارش را دور ميزند نيروي گرانشي بر روي تمام قسمت هاي زمين خواهد داشت و اين نيرو به اندازه كمي احساس ميشود و آنها در فواصل مختلفي از ماه قرار دارد چون اين نيرو با افزايش فاصله كاهش مي يابد كشش ماه بر روي طرف نزديك زمين بزرگتر است نتيجه آن بر امده شدن طرفي از زمين است كه در مقابل ماه قرار دارد و آن را جذر و مد قمري ناميده ميشود.
ارتفاع جذر و مد در اقيانوس باز يا دريا تقريبا 6/0متر ميباشد در خليج فاندي ,در مرز بين ماين و كانادا ارتفاع جذر و مد به 15متر ميرسد. هنگامي كه قارهاي جلوي ماه قرار ميگيرد صخره جامد آن در مقابل گراني ماه مقاومت ميكند. تاثير كشش ماه بر روي قاره ها كه جذر و مد خشكي ناميده ميشود معمولا بيش از 20سانتيمتر ارتفاع ندارد .همچنين بر آمدگي مدي در طرف مقابل زمين كه دور از ماه است برابر با ارتفاع مد در طرف ديگر زمين ميباشد. ماه قويا طرفي از زمين را كه در مقابل آن قرار دارد مي كشد اما درون زمين را با قدرت كمي ميكشد ,و كمترين كشش مربوط به قسمت دور از ماه ميباشد.
جذر و مد خورشيدي
خورشيد مانند ماه مدي را بر روي زمين ايجاد ميكند. اگرچه خورشيد بسيار وزين تر از ماه است اما بسيار دور تر از آن نيز مي باشد در نتيجه قدرت نيروي مد خورشيد كمتر از نصف قدرت ماه است در هر ماه دو بار خورشيد و ماه براي توليد جذر و مد هاي بزرگ استثنايي تشريك مساعي ميكند اين اتفاق در ماه نو رخ مي دهد ماه خورشيد در يك طرف زمين و در ماه بدر يعني وقتي كه خورشيد ماه در دو طرف مقابل زمين قرار دارند صورت ميگيرند كه اين حادثه جذر و مد بهاري است .
چون نيروي جذر و مدي خورشيد به اندازه ماه قوي نيست لذا هنوز جذر و مد قمري رخ ميدهد لكن كمتر از آن وقتي خواهد بود كه خورشيد مقداري آب را به خارج نميكشيد جذر مدهاي حاصل كمترين جذر و مدها ناميده شده.
اثر جذر و مدها بر روي چرخش زمين
همچنان زمين در خلال شبانه روز به دور محورش ميچرخد جزر و مد به سمت ماه جهت داده ميشود بنابراين زمين در زير جذر و مد مچرخد يا از نقطه نظر شخصي كه بر روي سطح زمين قرار دارد جذر و مد از ميان سطح زمين به سمت عقب حركت مكند.
حركت روزانه جذر و مدها در عرض اقيانوس ها و درياها درست نظير حركت آنها از ميان يك جسم جامد بر روي خشكي سبب ايجاد مقدار زيادي اصطكاك ميشود اگر اين انرژي مي توانست براي مقاصد مفيدي مجددا به كار رود براي تهيه قدرت الكتريكي مورد نياز چندين برابر كل جهان كافي بود .
جذر و مدها به عنوان ترمزي بر روي چرخش زمين مي كند و چرخش آن را به ميزان ثابتي كند ميكند جذر و مدها سبب افزايش طول روز ميشود چون زمين خيلي بزرگ است اثر جذر و مدها بر روي طول روز كوچك مي باشد اين اثر ناچيز به دوران هاي مربوط به زمين شناسي يعني 300000000 سال پيش در عصر ديوانيان بر ميگردد كه روز فقط 22ساعت طول داشت .
آسمان متغير شب
در يك شب صاف پاييزي در بيشتر مكانهاي ايالات متحده روشنترين ستارگان آسمان داراي ظاهري ميباشد كه 3ستاره دجاجه ,نسر واقع و نسر مثلث بر جسته اي را در بالاي سر تشكيل ميدهند و دو نمونه از ستارگان نزديك به افق به شكلهاي مشخص به نام صور فلكي بزغاله و قوس گروه بندي شده اند .
اما در يك شب بهاري در همان مكان اكثر اين ستارگان رفته اند و مكانهاي آنها توسط گروه متفاوتي مانند شعراي يماني و صور فلكي كلب اصغر ,دو پيكر ,اسد ,جبار و كلب اكبر پر شده است.
در زمستان صورت فلكي كلب اكبر ظاهر و در تابستان ناپديد ميشود و ساير صور فلكي اسد به جاي آن ظاهر مي گردد .در هر شب انسان فضا را كمي در جهت مخالف شب قبل مشاهده ميكند تغيير جهت فقط يك درجه زاويه اي در هر 24 ساعت است و اثرش بر روي موضع ستاره آنقدر ناچيز است كه با چشم غير مسلح از يك شب تا شب بعد مشاهده نميشود .
پس از شش ماه زمين به طرف ديگر مدارش منتقل ميشود و ناظر آسمان شب قسمت مختلفي از جهان را نظاره مكند .در هر شب يك ستاره دقيقه زود تر طلوع مي كند كه اين در نتيجه اختلاف بين روزهاي نجومي و خورشيدي ميباشد مجموع 4 دقيقه ها در 6ماه به 12 ساعت ميرسد ,يعني ستاره در آسمان شب شش ماه در آسمان روز مرئي و شش ماه بعد در آسمان شب ظاهر خواهد شد.
محتويات كهكشان
ظاهر كهكشان
همانطور كه سيارات به دور خورشيد مگردند ستارگان نيز مركز كهكشان را دور مزند. خورشيد نيز در 250000000سال يك دور مي زند كهكشان بر اثر چرخش به صورت قرص مسطحي در آمده كه ضخامتش تقريبا يك بيستم قطرش ميباشد.
توده كروي كوچكي از ستارگان موسوم به هسته كهكشان در مركز كهكشان به شكل يك برآمدگي قرار دارد كهكشان هاي مذكور طوري در فضا قرار گرفته ما آنها را از زواياي مختلف مي بينيم اگر شما بتوانيد به خارج از كهكشان باستيد كهكشان را به طور نيم رخ نگاه كنيد خيلي شبيه NGC4565 به نظر خواهد آمد هنگامي كه از صفحه قرص كهكشاني به فضا نگاه مي كنيم تعداد زيادي از ستارگان را مي بينيم كه به صورت يك نوار ممتد و تابنده در عرض آسمان خود نمايي مي كند مسيرهاي تاريك و نامنظمي كه از ميان مركز راه شيري مي گذرد به علت ابرهاي زيادي از گاز و غبار به وجود آمده اند كه در مركز صفحه كهكشان متمركز شده و نور بسياري از ستارگان را سد مي كنند
تهي بودن كهكشان
براي فهم تهي بودن كهكشان از تشابه آن با دركي كه از اندازه منظومه شمسي داشتيم استفاده مي كنيم فرض كنيد قطر خورشيد از 6/1ميليون كيلو متر به اندازه يك پرتقال كاهش يافته باشد .
در اين مقياس كهكشان خوشهاي از صد بيليون پرتقال است كه هر كدام به فاصله متوسطي بيشتر از 1600كيلو متر نسبت به همسايگانش قرار گرفته است در فضاي بين آنها توزيع رقيقي از اتم ها و چند تايي ملكول و ذرات گاز و غبار وجود دارد كه اين تهي بودن فضا در كهكشان مي باشد .
فواصل بين ستارگان , سال نوري
هر يك از ستارگان داخلي كهكشان به فاصله متوسط 48تريليون كيلو متر از ديگري قرار گرفته است براي دوري از تكرار چنين شماره هاي بزرگ از واحد سال نوري استفاده مي شود يعني مصافت طي شده توسط يك پرتوي نور در مدت يك سال كه با سرعت 300000كيلو متر بر ثانيه سير ميكند با استفاده از اين واحد فاصله خورشيد تا آلفا قنطورس 3/4سال نوري فاصله متوسط كهكشان 5سال نوري و قطر كهكشان 100000سال نوري ميباشد.
نسل ستارگان
فرض كنيد هر نقطه اي بر روي نمودار نمايش دهنده يك ستاره در آسمان است در اين نمودار دماي سطحي در امتداد محور افقي و تا بندگي مطلق در امتداد محور عمودي قرار دارد .اين منحني با يك منحني با يك منحني قد در مقابل وزن براي نسلي از مردم قابل مقايسه خواهد بود .از اين چه انتظاري خواهيم داشت؟ آيا نقاط نشان دهنده نسل كل ستارگان هستند كه در سراسر منحني پراكنده شده اند؟ يا اينكه همانند خصوصيات قد و وزن نسلي از مردان و زنان نزديك يك خط قرار خواهند داشت ؟
براي پيدا كردن پاسخ اين سوال اجازه دهيد تابندگي و دماي سطحي تمام ستارگان همسايه خورشيد را رسم كنيم .فاصله ستاره را بايد دانست تا بتوان تابندگي مطلق را از تابندگي ظاهري آن محاسبه نمود . بايد به خاطر سپرد كه براي اهداف منحني ,تابندگي ظاهري بي ارزش است زيرا آن خاصيت ذاتي ستاره نبوده بلكه تنها به فاصله آن از خورشيد بستگي دارا و تابندگي مطلق است كه خاصيت فيزيكي بنيادي ستاره را نشان مي دهد .
در تهيه اين منحني تابندگي ذاتي و دماي سطحي را براي تمام ستارگاني كه در داخل محدوده 10 سال نوري از خورشيد قرار دارند رسم مي كنيم . در داخل اين حجم از فضا 12 ستاره وجود دارد كه شامل خورشيد نيز بوده و فاصله آنها مشخص شده است.
قبل از پرداختن به تفسير منحني دو ويژگي آنرا بايد مورد توجه قرار داد .
يكي اين كه دما در امتداد محور پايين از سمت راست به چپ افزايش پيدا ميكند كه بر خلاف انتظار ميباشد .ويژگي ديگر آنكه هم دما وهم تابندگي در مقياس لگاريتمي رسم شده , اين نوع منحني كه به نام ترسيم log-log” " ناميده ميشود , به دليل تغييرات وسيع در روشنايي و دماي ستارگان لازم است.
به طور متوسط رابطه اي بين تابندگي ذاتي و دماي سطحي يك ستاره وجود دارد به علاوه ,ميتوان ديد كه ارتباط طوري است كه داغترين ستارگان , روشنترين آنها بوده و سردترين ستارگان ,ضعيفترين آنها هستند يعني هر چه جسم تابش كننده داغتر باشد ,انرژي بيشتري را گسيل مي دارد .
خط چين رسم شده روي منحني بيانگر رابطه اي بين روشنائي و دما است . اين خط را ميتوان رشته اصلي خصوصيات اساسي نسل ستارگان و يا حداقل براي ستارگاني كه نزديك ما در كهكشان واقع شده اند ؤ ناميد .
اكثر ستارگان در ترسيم دقيقا برروي خط قرار ندارند بلكه آنها در دو طرف خط با فاصله نا چيزي قرار مي گيرند . دو دليل براي اين انحرافات وجود دارد .
اول آنكه ستارگان مقداري در تركيباتشان تغيير ميكنند و اين تغيير با وجود آنكه چندان بزرگ نيست براي تاثير گذاشتن بر خواص آنها كافي است . تا حدي پراكندگي در نقاط روي منحني بيانگر تفاوت در تركيبات ستارگان است .
دوم اينكه منحني بر اساس اندازه گيري هايي بوده كه با دشواري انجام گرفته و در معرض خطاهاي اتفاقي بوده كه نقاط روي منحني را پراكنده مي سازد .چنان چه امكان اندازه گيري ها با دقت بي نهايت زياد وجود ميداشت نقاط روي منحني احتمالا در امتداد خط نزديكتر به يكديگر قرار ميگرفتند تا آنچه كه در عمل ديده مي شود .
احتمالا هيچ كس نمي توانست از خط رشته اصلي قد و وزن در نسل انساني به قدري منحرف باشد كه اين ستاره از رشته اصلي ستارگان در روشنايي و دما انحراف دارد كشف چنين ستارهاي در پايين نمودار به اندازه اي تعجب انگيز است كه مثلا شخصي با 180 سانتيمتر قد و فقط چند كيلو گرم وزن يا 120 سانتيمتر قد و 450 كيلوگرم وزن وجود داشته باشد .
چون 12 ستاره تعداد زيادي نيستند لذا با ترسيم 50 يا 100 ستاره ممكن است چندين رشته اصلي موازي بر روي منحني ظاهر ساخت كه اين بيانگر خانواده هاي مختلف ستارگان ميباشد آنگاه ستاره دور افتاده قابل توضيح بوده .
با اين ايده حجم اطراف خورشيد را به كره اي به شعاع 20 سال نوري كه شامل 90 ستاره از جمله خورشيد است افزايش خواهيم داد .
تعداد قابل توجه اي از ستارگان گر چه هنوز كم هستند كاملا دور از رشته اصلي واقعند ستاره بخصوصي كه در پايين نمودار قرار داشت حالا به چندين ستاره ديگر پيوسته كه همگي در زير رشته اصلي واقع گرديده اند .
اكثر ستارگان اطراف ما فوق العاده ضعيف هستند انتظار داريم كه روشنترين ستارگان آسمان همسايگان ما باشد اما اين طور نبوده و تنها يك دو جين از 90 ستاره موجود در فهرست ميتوانند با چشم غير مسلح در شرايط عادي ديده شوند .
هر چند كه ستارگان روشنتر از خورشيد نسبتا كمياب بوده اما فوق العاده جالب اند زيرا آنها جرم و تابندگي غولهاي آسمانند ستارگان غير عادي مسيري را به طرف بالا و به سمت راست در منطقه اي ادامه مي دهند كه ستارگان آنها داراي دماهاي سطحي خيلي كم بوده و بنابراين قرمز رنگ هستند . معمولا يك ستاره با رنگ قرمز در مقايسه با خورشيد خيلي ضعيف است .
كوتوله ها و غولها
ستارگاني كه در ناحيه پايين و طرف چپ و آنهايي كه در ناحيه بالا و طرف راست واقع شده اند آنقدر قابل توجه اند كه اسامي خاصي را به خود اختصاص داده اند .
ستارگان طرف چپ پايين كوتوله هاي سفيد ناميده مي شوند و به اين دليل كوتوله لقب گرفته اند چون خيلي كوچك و ضعيف ميباشند و به خاطر داغ بودن سفيد به نظر ميرسند .ستارگان سمت بالا به غولهاي قرمز معروفند و غول نام گرفته اند چون فوق العاده بزرگ و تابنده اند و قرمز اند يك نمونه كوتوله سفيد قطري در حدود 32000 كيلومتر يعني تنها دو برابر قطر كره زمين را دارا ميباشد .
كوتوله هاي سفيد ستارگان چگال و فشرده اي هستند كه يك قاشق چاي خوري از ماده آن در حدود ده تن وزن دارد .
از طرف ديگر غولهاي قرمز بسيار بزرگ هستند كه به طور نمونه داراي قطر 139 ميليون كيلومتر يا حدود 100 برابر قطر خورشيد ميباشند اما اين ستارگان حجيم در اغلب حالات تقريبا همان جرم خورشيد را دارند .
ستارگان حاصل از پيش ستارگان
مسير تحول يك پيش ستاره منقبض شونده همانطور كه در نمودار هرتسپرونگ – راسل ظاهر ميشود نشان داده شده است اين مسير ستاره اي با جرمي معادل با جرم خورشيد ميباشد عمر پيش ستاره به صورت نقاط متوالي در امتداد نمودار علامت گذاري شده است .
سه سال بعد از شروع شكل گيري اوليه ابر گازي و خاتمه آن كه نمايش دهنده براي 10 ميليون سال عمر پيش ستاره ميباشد ميتوان دريافت كه در ابتدا پيش ستاره به طور سريع و سپس خيلي آهسته به طرف پايين نمودار H-R حركت مي كند .
بعد از 27 ميليون سال كه كره گازي شروع به فر ريختن مي كند به همسايگي رشته اصلي مي رسد مسير رسم شده پيش ستاره در نمودار H-R بر اساس مشاهدات مستقيم پيش ستارگان پايه گذاري نشده .
همانطور كه در بالا اشاره شد يك پيش ستاره در طول سالهاي اوليه عمرش با سرعت زيادي تابش ميكند .
ستاره شناسان نظري با استفاده از ماشين هاي الكترونيكي سريع قادر به محاسبه اندازه روشنايي و توزيع دماي يك ستاره منقبض شونده مي باشند .اگر چنين كوششي با دست وبا ماشينهاي حساب رو ميزي توسط 3000 رياضيدان صورت ميگرفت 5 سال به طول ميانجاميد و بيش از 10 ميليون دلار هزينه بر ميداشت . اختراع ماشين حسابگر با سرعت زياد يكي از دلايلي است كه سبب پيشرفت فراواني در فهم ما از تولد ستارگان در دهه اخير شده است.
افروزش هيدروژن
پيش ستاره از زمان شكل گيري اش ابتدا به سرعت و سپس آهسته تر همانطور كه چگال شده و اتمهاي متحرك با مقاومت افزايش يافته اي به طرف مركز مواجه شده اند فرو ريخته است.
بعد از 10ميليون سال پيش ستاره از قطر اوليه اش كه تريليون كيلومتر است به قطري حدود 4/2ميليون كيلومتر فشرده شده است .به طور همزمان دماي مركز پيش ستاره به ده ميليون درجه كلوين افزايش يافته است براي اولين بار در اين دما پروتون ها در مركز پيش ستاره باسرعت زياد در حال حركت و برخورد ميباشند تا به مانع الكتريكي نفوذ كرده وبه داخل بيايند تابه نيروي هسته اي جازبه برسند. در اين حال پيش ستاره يك ستاره شده است. با رها شدن انرژي هسته اي در مركز ستاره تا اندازه اي گرمتر و بيشتر تابنده ميشود.
همانطور كه اين وقايع صورت مي گيرد ستاره به طرف بالا و به سمت چپ نمودار H-R حركت مي كند تا اينكه 17ميليون سال بعد از شروع جوش هسته اي و 27ميليون سال بعد از فرو ريختن پيش ستاره به محل استراحتش برروي رشته اصلي مي رسد.
رشته اصلي
هم جوشي هسته هاي هيدروژن و هليوم را توليد ميكنند. اين واكنش طولانيترين مرحله منفرد از تاريخ يك ستاره را در بر ميگيرد كه حدود 90% از زندگي اش براي حالتي با جرمي معادل نور خورشيد ميباشد. خورشيد در نيمه اين مرحله است حدود 6/4بيليون سال قبل به رشته اصلي آمد و براي4 يا 5سال ديگر قبل از اينكه بميرد در آنجا باقي مي ماند.
خورشيد هيدروژن اش را به آهستگي ميسوزاند زيرا تحول زندگي روي زمين نيزيك فرايند خيلي آهسته است. بر طبق مدارك سنگواره اي اشكال ساده حيات نظير باكتري ها زماني در اولين بيليون سال وجود منظومه شمسي در روي زمين ظاهر شدند و اشكال پيشرفته حيات تا چند بيليون سال بعد از آن پديدار نشدند .
به فرض آنكه عمر خورشيد 100ميليون سال يا كمتر بوده باشد مشكوك به نظر مي رسد كه مخلوقات با هوش زمين را هرگز اشغال كرده باشند .اگرچه خورشيد حدود 10بيليون سال عمر خواهد كرد ستارگان ديگر با زمانهاي كوتاهي نظير يك ميليون سال عمر مي كنند و هنوز ستارگان ديگري ممكن است براي زمان طولاني نظير يك تريليون سال يا بيشتر نيز عمر كنند .
بزرگترين ستارگان عمر كوتاهي دارند آنها سوخت بيشتري براي سوزاندن دارند .اما خيلي سريع تر از ستارگان كوچكتر آن را مي سوزانند .چرا يك ستاره سنگين سوختش را خيلي سريعتر از يك ستاره سبكتر مي سوزاند ؟
وزن زياد چنين ستاره اي دماي بيشتر ي را در مركز توليد مي كند و سبب مي شود كه پروتونها خيلي شديد تر از پروتونها در يك ستاره سبكتر برخورد كنند .
در اثر شدت اين برخورد ها سد الكتريكي بين پروتونها خيلي ساده تر نفوذ پذير ميشود و ميزان واكنش هسته اي بالا مي رود .
در ستارگان سنگينتر ميزان واكنش با افزايش دما بالا مي رود به نحوي كه با دو برابر شدن دما ميزان واكنش در سازه 30000 ضرب مي گردد .از طرف ديگر ستاره اي به جرم1/0 خورشيد بايد براي يك تريليون سال عمر كند كه ستاره بارنارد يك نمونه از آن است .اين ستاره بايد بعد از نابودي خورشيد براي مدت طولاني درخشان باشد .
((تجربيات )) در درون يك ستاره
چگونه ستاره شناسان مي توانند با اطمينان بيان كنند كه خورشيد به مدت 10 بيليون سال هيدروژن را مي سوزاند ؟پاسخ در بر گيرنده يك فرق اساسي بين نجوم و ساير حوزه هاي ديگر تجسسي علمي مي شود اكثر شاخه هاي علم در تجربيات آزمايشگاهي استوار است به نحوي كه دانشمندان رفتار يك شي را تحت شرايط دقيق مطالعه ميكند شي ممكن است يك الكترون , يا يك ويروس باشد.
اجرام تحت مطالعه اغلب كهكشان ها ستارگان يا سيارات مي باشند كه براي آوردن به آزمايشگاه يا بسيار بزرگند يا در حالت طبيعي كشف شدند .
تعريف جديد تحول ستاره اي تقريبا به همانند اندازه كه به تلسكوب و طيف نما وابسته است به چنين تجربه هايي بر اساس استفاده از ماشين حسابگر نيز بستگي دارد.
يك تجربه اي عددي بر روي يك ستاره با مجموعه اي از قوانين يا فرمول ها نظير قوانين نيوتون شروع ميشود كه طي آن شي مورد مطالعه را توصيف ميكند و بيان مي دارد كه چگونه شي تحت تاثير نيرو هاي طبيعي قرار ميگيرد . ستاره شناس با اين فرض كه ستاره توزيع كروي از ماده توسط گراني را نگه مي دارد
تجربه عددي مربوط مي سازد .ستاره شناس برنامه كامپيوتري را همراه با اعداد نمايش دهنده جرم ستاره مقدار ثابت جهاني گراني ميزان هاي اندازه گيري شده از واكنش گوناگون هسته اي به حافظه ماشين حسابگر وارد مي كند.
ماشين حسابگر تمام حساب لازم را خيلي سريع انجام ميدهد سر انجام توصيف كاملي از ستاره شامل دما چگالي تركيب داخلي تابندگي و دماي سطحي اش را توليد ميكند .
چون سوختن هيدروژن منبع انرژي ستاره است لذا وقتي كه مقدار هيدروژن تغيير مي كند تمام خواص ستاره نيز تغيير مي كند .اساسا , شرايط در درون ستاره به علت پايين آمدن مداوم مقدار هيدروژن در هر ثانيه تغيير مي كند . به هر حال در طول زندگي ستاره وقتي كه هيدروژن را ميسوزاند ساختارش آنقدر آهسته تغيير مي كند كه توصيف ثانيه به ثانيه آن ضروري نمي باشد دوره سوختن هيدروژن خورشيد 10بيليون سال طول مي كشد .
ستاره شناس به عنوان نتيجه اي از محاسبه اش , تقريبا مي داند چگونه شرايط در ستاره بر آن فاصله زماني 50 ميليون سال خاص تغيير كرده است. به اين طريق او تحول ستاره را در مرحله سوختن هيدروژن از زندگي اش در طول 50 ميليون سال رد يابي مكند.
حفره هاي سياه در فضا
با تشخيص ارتباط بين ستارگان نوتروني, تپ اخترها و ابر نو اخترها تعدادي از ستاره شناسان احساس كردند كه آخرين صفحات داستان زندگي ستارگان را نوشته اند .اما, شواهد اخير صورتي ايجاد كرده است كه ستاره نوتروني يا تپ اختر مرحله نهائي فشردگي ماده ستاره اي نيست تحت شرايطي خاص هسته يك ستاره ممكن است به ابعادي كمتر از 16كيلومتر كه حد ستاره نوتروني است منقبض شود اين مقدار به شعاعي معادل 2/3كيلو متر ميرسد.
شكل گيري يك حفره سياه
بر اساس نظريه انيشتين وقتي ابعاد ستاره حدود 6/1ميليون كيلو متر (قطر) باشد ,نيروي گراني در سطح آن براي نگه داشتن پرتوها نور فراري كافي نخواهد بود ,در نتيجه اين پرتوها ستاره را با انرژي كمتري ترك مي كنند. اما اگر ماده ستاره در حجم كوچكي فشرده باشد ,نيروي گراني در سطح آن بسيار بزرگ خواهد بود .اين حالت, مي تواند براي هسته ستاره اي كه نتيجه انفجار ابر نو اختر است اتفاق بيافتد
خواص يك حفره سياه
نيروي گراني يك حفره سياه نه تنها مانع از فرار نور مي شود ,بلكه از خروج كليه اجرام فيزيكي از حفره جلوگيري مي كند .و اين پيش بيني ديگري از نظريه انيشتين است كه اظهار مي دارد هيچ شيئي نميتواند سريعتر از نور حركت كند .هر پرتو نوري يا شي فيزيكي كه از خارج به حفره سياه وارد مي شود نيز محبوس مي گردد و هرگز نمي تواند مجددا خارج شود. داخل حفره سياه كاملا از جهان خارج جدا شده است يعني مي تواند اجرام و تابش را بگيرد ولي نمي تواند چيزي را پس بدهد.
منا بع :
سايت اينترنتي علمي : www.physicsir.com
تحت نظارت اعضاي گروه علمي :
دكتر كاوه بازرگان . امين جوان . پارسا مهدوي . محمد رضا لعل حسن زاده
طيبه كماچي . محمد مهدي غفراني . محمد رضا خسروي پور (نجوم) . محمد جواد شيرزاد
مهدي مرد آزاد . داوود صالحي . احمد گيمديل