مكونات الفضاء
مكونات الفضاء
الثقب الاسود
الثقب الأسود هو منطقة موجودة في الزمكان (الفضاء بأبعاده الأربعة، وهي الأبعاد الثلاثة بالإضافة إلى الزمن) تتميز بجاذبية قوية جداً بحيث لايمكن لأي شيء - ولا حتى الجسيمات أو موجات الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء - الإفلات منها.[1] تتنبأ النظرية النسبية العامة بأنه يمكن لكتلة مضغوطة بقدر معين أن تشوه الزمكان لتشكيل الثقب الأسود.[2][3] يُطلق على حدود المنطقة التي لا يُمكن الهروب منها اسم أفق الحدث. وعلى الرغم من أن عبور حدود أفق الحدث له تأثيرات هائلة على مصير وظروف أي جسم يعبُره، إلا أنه لا تظهر أي خصائص يُمكن ملاحظتها لهذه المنطقة.[4] يعمل الثقب الأسود بصفته جسما أسودا مثاليا، لأنه لا يعكس أي ضوء. [5][6] علاوة على ذلك، تتنبأ نظرية المجال الكمي في الزمكان المنحني بٱنبعاث إشعاع هوكينج آفاق الحدث، بنفس الطيف الذي يتسم به الجسم الأسود لدرجة حرارة تتناسب عكسيا مع كتلته. درجة الحرارة هذه على حدود جزء من مليار من الكلفن للثقوب السوداء من الكتلة النجمية، مما يعني استحالة ملاحظتها.
أشار كل من جون ميشيل وبيير سيمون لابلاس إلى وجود أجسام تمتلك حقول جاذبية قوية بحيث لا يمكن للضوء أن يهرب منها في القرن الثامن عشر. [7] عثر كارل شوارزشيلد على أول حل رياضي حديث للنسبية العامة التي تُميز الثقب الأسود في عام 1916، إلا أن تفسير الحل الرياضي شَكّل منطقة فضاء لا يمكن أن يفلت منها أي شيء كان قد نشر لأول مرة من قِبل ديفيد فينكلشتاين في عام 1958. كانت الثقوب السوداء تعتبر مجرد خيال وفضول لدى علماء الرياضيات لفترة طويلة. لكن خلال ستينيات القرن العشرين، أظهر العمل النظري تنبؤ النسبية العامة بالثقوب. أثار اكتشاف نجوم نيوترونية بواسطة جوسلين بيل بورنيل في عام 1967 الاهتمام بالأجسام المدمجة المنهارة بالجاذبية بصفتها حقيقة فيزيائية فلكية ممكنة.
يعتقد أن الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية تتشكل عند انهيار النجوم الضخمة جدًا في نهاية دورة حياتها. بعد أن يتشكل الثقب الأسود، يمكن أن يستمر في النمو عن طريق امتصاص الكتلة من محيطه. وذلك عن طريق امتصاص النجوم الأخرى والاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى، الأمر الذي قد يؤدي إلى تشكل الثقوب السوداء الهائلة والتي تحمل كتلة تعادل ملايين الكتل الشمسية ( M ☉ ). هناك إجماع عام على وجود ثقوب سوداء هائلة في مراكز معظم المجرات.
على الرغم من أن محتواها غير مرئي، يمكن استنتاج وجود ثقب أسود من خلال تأثيرها على المواد الأخرى والإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء المرئي. يمكن للمادة التي تسقط في الثقب الأسود أن تُشكّل قرص تراكم خارجي يتم تسخينه عن طريق الاحتكاك، مما يؤدي إلى تشكيل بعضٍ من أشد الأجسام بريقا في الكون. إذا كان هناك نجوم أخرى تدور حول ثقب أسود، فيمكن استخدام كل من مداراتها وكتلتها لتحديد كتلة الثقب الأسود وموقعه. يمكن استخدام هذه الملاحظات لاستبعاد البدائل المحتملة مثل النجوم النيوترونية. وبهذه الطريقة، تحقق علماء الفلك من العديد من حالات توقعات وجود الثقب الأسود النجمي ضمن الأنظمة الثنائية، وأثبتوا أن مصدر الراديو المعروف بٱسم الرامي A، في قلب مجرة درب التبانة، يحتوي على ثقب أسود هائل يحمل كتلة تقارب 4.3 مليون كتلة شمسية.
في 11 فبراير 2016، أعلن تحالف مرصد ليغو عن أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية، والتي تعكس فكرة العثور على لحظة اندماج الثقوب السوداء. [8] اعتبارا من ديسمبر 2018، عثر على إحدى عشرة موجة من موجات الجاذبية التي نشأت من اندماج عشرة ثقوب سوداء وموجة جاذبية واحدة ناتجة عن اندماج نجم نيوتروني ثنائي. [9] [10] في 10 أبريل 2019، تم نشر أول صورة على الإطلاق لثقب أسود وما في جواره، وذلك في أعقاب القراءات التي حصل عليها مقراب أفق الحدث في عام 2017 والمتعلقة بالثقب الأسود الهائل في مركز المجرة مسييه 87. [11]
المجرات
لمجرة هي تجمعات هائلة الحجم تحتوي على مليارات النجوم والكواكب والأقمار والكويكبات والنيازك [1][2]، وتحتوي كذلك على غبار كوني ومادة مظلمة[3][4]، وبقايا نجمية، وتتخللها مجالات مغناطيسية مروعة[5]، وكلمة مجرة مستقاة من الجذر اللغوي «مجر» وتعني "كثير الدهم".[6]
تتراوح أحجام المجرات وأعداد النجوم فيها بين بضعة آلاف في المجرات القزمة، إلى مائة ترليون نجم في المجرات العملاقة، وكلها باختلاف أحجامها تتخذ من مركز ثقل المجرة مداراً لها. وتُصنف المجرات بناءً على شكلها المرئي إلى ثلاث فئات رئيسة هي: الإهليجية[8]، والحلزونية، وغير المنتظمة
يُعتقد أن الكثير من المجرات تحوي ثقباً أسوداً هائلاً في نواتها النشطة، ودرب التبانة مثال على ذلك لوجود الثقب الأسود الهائل المسمى بـ«الرامي أ» في مركزها، وهو ذو كتلة أكبر من كتلة شمسنا بأربعة ملايين مرة. حتى شهر مايو عام 2015 تعتبر المجرة إي جي أس-زد أس 8-1 أبعد مجرة على الإطلاق بمسافة تبعد عنّا حوالي 13.1 مليار سنة ضوئية، وبكتلة تقدر بـ15% من كتلة درب التبانة.
يُعتقد أن هناك قرابة 170 مليار مجرة في الكون المنظور[15]، لكن الاكتشافات العلمية الحديثة تخالف ذلك وتنبئ عن وجود عدة ترليونات من المجرات، غالبها ذو قطر يتراوح بين 1,000 و100,000 فرسخ فلكي، في ذات الوقت الذي تتبعثر فيه مكوناتها المذكورة أعلاه على مسافات تصل إلى ملايين الفراسخ، وهذا اعتماداً على كتلة المجرة وحجمها.
الفضاء بين المجري مليء بغازات فضفاضة للغاية بكثافة تقدر بحوالي أقل من ذرّة واحدة لكل متر مكعب. أغلب المجرات تنتمي إلى عناقيد مجرية، وذلك بسبب تأثير الجاذبية عليها، وتتراكب بهذا الشكل حتى تُكوّن أكبر الهياكل والبُنى الكونية على الإطلاق وهي الخيوط المجريّة المحاطة بالفراغ.
أول المجرات المرصودة خارج درب التبانة هي مجرة المرأة المسلسلة، وكان ذلك عام 964 ميلادية، على يد عالم الفلك المسلم عبد الرحمن بن عمر الصوفي[18]، تليها سحابة ماجلان التي رصدها العالم نفسه.
تم التراجع عن البحث الذي نشر في عام 2016 والذي كان يقول بأن عدد المجرات في الكون المرئي 200 مليار مجرة (2×1011) إلى 2 تريليون (2×1012) مجرة أو أكثر وهو عبارة عن مجرد إقتراح. أغلب المجرات يتراوح قطرها ما بين 1000 و 100،000 فرسخ فلكي (حوالي 3000 إلى 300،000 سنة ضوئية).
للمقارنة، يبلغ قطر مجرة درب التبانة حوالي 30،000 فرسخ فلكي (حوالي 100،000 سنة ضوئية) وتبعد عن مجرة المرأة المسلسلة وهي أقرب مجرة لها بـ 780،000 فرسخ فلكي (حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية).
يتم تنظيم او توزيع غالبية المجرات على شكل تجمع مجري، وهما نوعان تجمع عنقود مجري وتجمع عنقود مجري هائل.
تعد درب التابنة جزء من المجموعة المحلية، التي تهيمن عليها درب التابنة والمرأة المسلسلة وهي جزء من عنقود مجرات العذراء العظيم. أكبر المجرات التي تم التعرف عليها تتواجد في تجمع عنقود مجري هائل وسميت عنقود لانياكيا، والتي تحتوي على عنقود مجرات العذراء العظيم.
الاشعاعات
التركيب
نحو 90 % من الأشعة الكونية هي عبارة عن بروتونات، ونحو 9 % منها هي عبارة عن جسيمات ألفا (أي أنوية ذرات هيليوم) ونحو 1% جسيمات بيتا (إلكترونات).[3]، استخدام مصطلح "أشعة" هو استخدام شائع ولكنه خاطئ، حيث أن الأشعة الكونية هي جسيمات مادية تصل بشكل منفرد وليس على شكل أشعة أو حزم من الجسيمات.
مصادر هذه الأشعة عديدة فمنها مثلا أشعة مصدرها النتوءات التي تبرز من قرص الشمس وتبلغ سرعتها 200060 كيلومتر في الثانية، ويطلق عليها الرياح الشمسية، وأشعة مصدرها النجوم وتكون خاطفة لكنها قوية جداً وتنشأ من إندماج المجرات وهي الأشعة الناتجة في السدم، وهناك أشعة كونية تأتي من مصادر مجهولة في أقاصي الجزء المنظور من الكون، مسار الأشعة الكونية في الفضاء يتبع خطوط القوى المغناطيسية للشمس والكواكب، وبدراسة أنواع الأشعة الكونية المختلفة يمكن معرفة كيفية تكون النجوم ونشوء الكون.
قد تحمل الأشعة الكونية طاقة عالية جداً تفوق 1000 جيجاإلكترون فولت (1000 GeV)، وهذا قدر من الطاقة أكبر بكثير مما استطاع العلماء تعجيل الجسيمات إليه في معجلات الجسيمات حتى وقت قريب، وقد بدأ مصادم الهدرونات الكبير المبني تحت الأرض باتساع 27 كيلومتر قرب مدينة جينيف وهو يسرع البروتونات إلى نحو 7000 جيجا إلكترون فولت.
وعندما يصطدم شعاع من أشعة غاما ذو طاقة عظيمة مع ذرة من ذرات الهواء في طبقات الجو العليا، ينشأ عن هذا الإصطدام تفتت للذرة، وتتشتت منها أجزاء علي هيئة جسيمات مثل الإلكترون والميزون وأشعة غاما، وكل من هؤلاء لا يزال يحمل معه قدراً كبيراً من الطاقة، فيصطدم هو الآخر بذرات الهواء وينتج عن ذلك جسيمات سريعة وأشعة غاما على هيئة سيل أو شلال من تلك الجسيمات يمكن قياسها على الأرض بالعدادات المعملية.
- عندما يصطدم جسيم ذو طاقة عالية قادم من أعماق الكون بذرات الهواء في طبقات الجو العليا، تتحطم الذرة وتتشتت منها أجزاء، بعضها من مكونات نواة الذرة مثل البروتونات و النيوترونات والميزونات، وأجزاء من غلاف الذرة مثل الإلكترونات، وفوق ذلك أشعة تحمل طاقة خالصة مثل أشعة غاما. ويشكلون ما يسمى بالسيل أو شلال من الجسيمات والأشعة كما نري في الشكل. ويصل بعض تلك الجسيمات والأشعة إلى سطح الأرض ويمكن قياسها. ومن خلال دراسة الأشعة الكونية نستطيع أن نزيد معرفتنا عن الكون الخارجي، وكذلك معرفة تفاعلات الجسيمات الأولية مع ذرات الهواء.
- والأشعة الكونية موجودة باستمرار وتصيب كل الأحياء على الأرض، ولكن قدرها قليل ولا يهدد الحياة على الأرض، فهي في صحبتنا دائماً منذ الخليقة، وتقل هذه الأشعة عند اختراقها لطبقات الأرض حيث تمتصها الأرض والصخور، حتي تختفي عند أعماق تحت الأرض تقدر بنحو 1000 متر.
- أثناء رحلتنا بالطائرة تصيبنا قدر أكبر من الأشعة الكونية عنه عندما نكون على سطح الأرض، وذلك لأن الغلاف الجوي يحمينا إلى حد ما منها، وبازدياد الإرتفاع في الجو يزداد تأثير الأشعة الكونية علينا، لهذا يجب أن لا يبقى رواد الفضاء طويلاً في رحلاتهم الفضائية، كذلك الطيارون الذين يعملون لأوقات طويلة في الجو معرضون لهذه الأشعة أكثر من الشخص العادي الذي يعيش علي سطح الأرض، ولهذا تُختبر صحة الطيارين من حين لآخر للإطمئنان على سلامتهم، وتـُنظم خطط العمل بحيث لا يتعرضون إلى قدر كبير لتلك الأشعة حفاظاً على صحتهم.
- غبار الكوني
العناصر المشعة في الغلاف الجوي
العناصر المشعه :هي العناصر التي تكون نواتها غير مستقرة الحركه نتيجه لزياده عدد البروتونات والنايترونات ولها تقسمات عديده
اكتشف العالمان لمبل وود عام 1906م نشاطا اشعاعيا ضعيفا في البوتاسيوم والروبيديوم وبعد ذلك بست وعشرين عاما اكتشف العالمان هفزي وباهل عام 1932م ان هناك نشاطا اشعاعيا في السماريوم واكتشف حديثا عددا من النظائر المشعه الموجوده في الطبيعه ،، ان النظير المشع لبعض العناصر موجود بنسبه ضئيله في الطبيعه وفي حالات اخرى تكون فترة نصف العمر ل النظير المشع طويله جدا هذان العاملان يؤديان إلى نشاط ضعيف للعينه المدروسه مما يصعب عملية الكشف عن هذا النشاط ويتوقع العلماء انه بالامكان اكتشاف نظائر مشعه اخرى في الغلاف الجوي . تنشأ الاشعه الكونيه من مصادر عديده في الفضاء ويعتقد العلماء ان النجوم المنفجره المسماه سوبرنوفا والنجوم عالية الكثافه المسماه المنبضات تنتج كميات كبيره من الأشعه الكونيه كما ان بعض الاشعه الكونيه تنتجها الشمس، لكن الأشعه الكونيه ذات الطاقه العاليه جدا هي فقط التي تستطيع اختراق الغلاف الجوي الارضي ، واقل من واحد في المليون من الأشعه المخترقه هو الذي يصل إلى سطح الارض دون ان يصطدم بذره في الهواء وتؤدي هذه التصادمات إلى تحطيم كل من الشعاع الكوني والذره مولدا فيضا من الجسيمات تحت الذريه ذات الطاقه العاليه يطلق على الاشعه الكونيه التي تتولد في الفضاء الخارجي اسم الاشعه الكونيه الاوليه بينما يطلق على الفيض المتولج في الغلاف الجوي اسم الاشعه الكونيه الثانويه
أهمية دراسة الغبار الكوني
كان الغبار الكوني في الماضي محيرا بالنسبة للفلكيين إذ انه يحجب ما خلفة من الأجرام السماوية. ثم بتطور علم الفلك بقياس الأشعة تحت الحمراء أصبح في إمكان علماء الفلك وسيله لرؤية تفاصيل الأجرام السماوية والظواهر الكونية المختفية خلف الغبار الكوني. إذ أن الغبار الكوني لا يمنع من مرور الأشعة تحت الحمراء من خلالها بسبب طول موجتها الطويلة نسبيا.
وعلي سبيل المثال فيمكن أن ينشأ الغبار الكوني نتيجة انفجار أحد النجوم بما يعرف بالمستعر عن نهاية عمره، أو يمكن أن يكوّن بالإضافة إلى الهيدروجين و الهيليوم نجوما أو يكوّن كوكبا. ويعكس الغبار الكوني في مجرتنا الضوء وبصفة خاصة الغبار الموجود في حوصلتها المركزية، وهو يشكل حلقات المشتري و زحل وغيرها من الكواكب و هو جزء من المذنبات.
تكوين الغبار الكوني
يختلف التركيب الكيميائي للغبار الكوني بحسب إغلب العناصر الموجودة في الغاز بين النجوم. ويمن تقسيمها كالآتي:
- السيليكات وبصفة خاصة البيروكسين Pyroxene) MgxFe1-xSiO3) والأوليفين Olivine ) Mg2xFe2(1-x)SiO4 ).
(مركبات تحتوي على الحديد والمغنسيوم والسيليكون).
- الكربون في صورة الجرافيت ويكون حبيبي الشكل.
- ثليج ويمكن ان يكون ثليج الماء أو ثليج ثاني أكسيد الكربون.
وشكل حبيبات الغبار الكوني بعيد عن الشكل الكري، ويمحتوي بنسبة 40 % على فراغات مسامية. ويبلغ درجة حرارة الغبار ال كوني في المتوسط بين 50 كلفن و 100 كلفن كما يمكن أن تصل درجة حرارة السحب الجزيئية بين 10 إلى 20 كلفن وهذه تشكل مناطق تكوين النجوم الجديدة. وتوجد سحب غبارية عاكسة للضوء كما في السدم تعكس ضوء النجوم القريبة منها.
من مجهودات ناسا
اهتمت ناسا قبيل إرسال رواد الفضاء إلى الفضاء الخارجي بالتعرف على الغبار الجوي المحيط بكوكب الأرض وإذا كان هذا الغبار يشكل خطرا على حياة رواد الفضاء. لذلك أرسلت ناسا في أوائل الستينيات من القرن الماضي أجهزة لاصتياد عينات منها من محيط الأرض والعودة بها لدراستها. ثم قامت بعثات رواد الفضاء في اطار برنامج أبولو برحلاتها إلى الفضاء ورحلات الفضاء بدون أن يشكل ذلك الغبار خطرا على حياة الرواد. وينتمي إلى تلك المجهودات ما قام به كين ماتينجلي خلال رحلة أبولو 16.
تعليقات
إرسال تعليق