صفحه اصلی    تازه ها    ادبیات    تاریخ و سیاست    روانشناسی و جامعه شناسی    علوم    کودک و نوجوان    متفرقه

ناشر:سبزان
تاريخ چاپ: 1391
نوبت چاپ:اول
تيراژ:2000 نسخه
قيمت:3800 تومان
شابک: 3-071-117-600-978

 

ماهیت کیـهان

نگاهی به ساختارهای کیهان از کوارک ها تا کهکشان ها

تاریحچه کیهان از انفجار بزرگ تا رمبش بزرگ

چشم انداز کیهان از روی زمین

 

نویسنده: مارتین ریس

مترجمان: دکتر مهدی خاکیان قمی -محمد حسین پورعباس

فهرست
مقدمه  . 5
فصل اول: کیهان چیست؟   . 6
مقیاس کیهان    7
جهان قابل رصد  .  10
اجرام آسمانی   11
کهکشانها   . 15
سیاهچاله ها    16
ماده تاریک و انرژی تاریک    18
خوشه ها  . 18
ماده    19
حالتهای ماده    .23
تابش   . 28
گسترة طیف    33
گرانش، حرکت و مدارها    . 38
فضا و زمان      42
حرکت شتابدار    .47
فضای در حال انبساط   . 51
طبیعت انبساط    53
فصل دوم: شروع و پایان جهان  . 57
انفجار بزرگ    .60
آن سوی تاریکی    66
حیات در کیهان     70
سرنوشت کیهان   . 75
رمبش بزرگ و سرمای بزرگ   . 76
هندسه فضا   .  78
فصل سوم: چشم انداز عالم از روی زمین   80
کره سماوی     81
حرکات روزانه آسمان   . 84
حرکات شبانه آسمان   . 85
چرخه های سماوی  . 86
اندازه گیری روزها   . 90
گرفت های ماه    .  92
گرفت های خورشید     93
حرکت سیاره ای    94
شکل ها و حرکت ستارگان    98
صورت های فلکی   . 101
فهرست نامه اجرام سماوی  .  104
فهرست نامه عمومی نوین  . 105
فهرست نامه مسیه  . 105
نورهایی در آسمان   .106
شفق    . 106
هاله های یخ  .106
هاله و مونداگ   .  107
نور دایره البروجی     . 107
ابرهای شب تاب  . 108
ابرهای درخشان     108
نورهای و برق های متحرک  . 109
جت های آبی  . 109
شفق شمالی     109

فصل اول: کیهان چیست؟
با احتیاط میتوان خوشبین بود گه احتمالا به پایان راه جست و جوی قوانین نهایی طبیعت نزدیک شده ایم.
استیفن هاوکینگ
کیهان مجموعه  همة چیزهایی است که وجود دارند، یعنی کل فضا و زمان و همه  ماده و انرژی درون آن. کیهان به طور ناشناختهای پهناور و بیکران است و از زمانی که شکل گرفته است در حال انبساط بوده و هست. در این انبساط،  نواحی دور از هم با سرعتی در حد سرعت نور و در برخی موارد احتمالاً بیشتر از آن، از هم دورتر میشوند.
کیهان هر چیزی از کوچکترین اتمها گرفته تا بزرگترین خوشههای کهکشانی را شامل میشود و با این حال به نظر میرسد که همه چیز تحت حاکمیت قوانین اساسی یکسانی هستند.
تمام مادة مرئی  (که تنها درصد کوچکی از مجموع ماده است) از بخشهای زیراتمی یکسانی ساخته شده و نیروهای بنیادین یکسانی بر همة اندرکنشهای بین این عناصر حاکم هستند.
آگاهی از این اصول حاکم بر کیهان– از نسبیت عام تا فیزیک کوانتومی – دانش کیهان شناسی را تشکیل میدهد؛ یعنی مطالعة کیهان به عنوان یک نهاد و وجود.
کیهان شناسان امیدوارند تا به سؤالاتی از این قبیل پاسخ دهند که:
ابعاد کیهان چقدر است؟چقدر عمر دارد؟ و در بزرگترین مقیاس چگونه کار میکند؟

موج ضربه در اطراف یک ستاره 
این تصویر اسرارآمیز از سحابی جبار، نشان میدهد که چگونه ماده و تابش در یک مقیاس ستارهای اندرکنش دارند. ستارهای که توسط گاز و غبار احاطه شده است با باد تندی از ذرات که از یک ستاره جوان درخشان  (بیرون از تصویر) می وزد، روبرو شده است. در اطراف ستاره یک موج ضربهای گازی هلالی شکل گرفته است، مثل آبی که در جلوی دماغة یک قایق پس زده میشود.
مقیاس کیهان
هر چیزی درون کیهان بخشی از چیزی بزرگتر است. ممکن است درک مقیاس زمین و ماه برای ذهن بشر نسبتا آسان باشد. اما حتی نزدیکترین ستاره هم به طور غیر قابل تصوری دور است و دورترین کهکشانها میلیاردها بار از این هم دورتر هستند. کیهان شناسان که اندازه و ساختار کیهان را مطالعه میکنند از مدلهای ریاضی برای ساختن تصویری از مقیاس بزرگ کیهان استفاده میکنند.
اندازة کیهان
کیهان شناسان ممکن است هرگز نتوانند به طور دقیق تعیین کنند که کیهان چقدر بزرگ است. کیهان میتواند بی کران باشد. این امکان هم وجود دارد که کیهان حجم محدودی داشته باشد. اما حتی یک کیهان محدود هم مرکز یا مرزی ندارد و بر روی خودش خمیده خواهد بود. بنابراین به صورتی باطل نما، جسمی که در یک جهت در حال حرکت است، در نهایت دوباره در جهت مخالف ظاهر خواهد شد. آنچه مشخص است این است که کیهان در حال انبساط است و از زمان خاستگاهش در انفجار بزرگ در 7/13 میلیارد سال پیش به همین حالت بوده است.
کیهان شناسان میتوانند با مطالعة الگوهای تابش باقیمانده از انفجار بزرگ، اندازة حداقلی کیهان را تخمین بزنند. این اندازه باید مقداری محدود ازکار درآید. برخی از بخشها باید اندازهای حداقل حدود دهها میلیارد سال نوری داشته باشند. میدانیم که یک سال نوری فاصلهای است که نور در طی یک سال میپیماید  (یعنی 460/9 هزار میلیارد کیلومتر یا 878/5 هزارمیلیارد مایل). کیهان به صورت تحیرآوری بزرگ است.

  چشم انداز از زمین
کهکشان راه شیری یک ساختار سه بعدی پیچیده است، اما از جایگاه ما در درون آن، این کهکشان به صورت یک نوار دو بعدی در پهنة آسمان به نظر میرسد.

اجرام دوردست 
بخشهای قرمز (تیره) در این تصویر تلسکوپ فضایی هابل (رنگها ساختگی است) برخی از دوردستترین اجرامی هستند که تاکنون شناسایی شدهاند. نور آنها در حدود 13 میلیارد سال پیش سفرشان را شروع کردهاند.


 


از خانة ما زمین تا ابرخوشهها
کیهان دارای سلسله مراتبی از ساختارهاست. زمین به عنوان عضوی از منظومة شمسی درون راه شیری جای گرفته که خود بخشی از گروه محلی است.
گروه محلی تنها بخشی از یکی از میلیونها ابرخوشة کهکشانی است که در قالب صفحهها و رشتههایی در سرتاسر جهان قابل رصد گسترده شده اند.
هم پوشانی جهانهای قابل مشاهده
زمین و سیارة x   (سیارهای خیالی با حیات هوشمند که دهها میلیارد سال نوری دورتر از ما واقع شده است) جهانهای قابل رصد متفاوتی خواهند داشت. این جهانها ممکن است همان گونه که در این جا نشان داده شده همپوشانی داشته باشند و شاید هم نداشته باشند.
همسایگی ستارهای
نزدیکترین سیستم ستارهای نسبت به خورشید یعنی آلفا قنطورس در فاصلة 35/4 سال نوری یا به عبارتی 40 تریلیون کیلومتر دورتر از آن قرار دارد. درون ناحیهای با فاصلة 20 سال نوری از خورشید، 79 سیستم ستارهای قرار دارند که در بردارندة 106 تک ستاره هستند.
مجموع این تعداد شامل ستارههای دوتایی هم میشود که درون یک سیستم قرار میگیرند. این ستارههای دوتایی شامل شعرای یمانی یعنی درخشانترین ستاره در آسمان هم میشود. بیشتر ستارههای باقی مانده  کوچک، کم نور و جزء ستارگان قرمز هستند.
 زمین و ماه
قطر زمین برابر 12760 کیلومتر است در حالی که قطر مدار حرکت ماه به دور زمین در حدود 770000 کیلومتر است. دو تا سه روز طول میکشد تا کاوشگر فضایی که به ماه فرستاده میشود، به آنجا برسد.
منظومة شمسی
سیستم زمین و ماه بخشی از منظومة شمسی است. منظومة شمسی خود شامل ستارة محلی ما (خورشید) و همة اجرامی است که به دور آن میگردند که از جملة آنها دنباله دارهایی با فاصلة 6/1 سال نوری دورتر  و نپتون به عنوان بیرونیترین سیاره با فاصلة متوسط 5/4 میلیارد کیلومتر از خورشید است.
جهان قابل رصد
گرچه جهان لبهای ندارد و ممکن است بی کران باشد، اما آن بخشی از جهان که دانشمندان  از آن آگاهی دارند، خمیده و محدود است.
این بخش که جهان قابل رصد نامیده میشود یک ناحیة کروی است که در آن از زمان شروع عالم، نور و وقت کافی برای رسیدن به ما را داشته است.
مرزی که این ناحیه را از بقیة جهان جدا میکند افق نور کیهانی نامیده میشود. نوری که از جرمی در فاصله  بسیار نزدیک به این افق به زمین میرسد باید در طول بیشتر عمر کیهان که تقریبا 7/13 میلیارد سال  است، در راه بوده باشد. این نور باید فاصلهای در حدود 7/13 میلیارد سال نوری را پیموده باشد تا به زمین برسد. چنین فاصلهای میتواند به عنوان عقب گرد فاصله ی زمان مسافرت نور بین زمین و این جسم دوردست تعریف شود. با این حال فاصلة واقعی بسیار بزرگتر از این است. زیرا از زمانی که نور  (نوری که به زمین میرسد) این جسم را ترک کرده، این جسم هم به وسیلة انبساط کیهان به جایی بسیار دورتر منتقل شده است.
  1 - گروه محلی کهکشانها
راه شیری یکی از اعضای خوشهای از کهکشانها به نام خوشه محلی است. این خوشه ناحیهای با وسعت 10 میلیون سال نوری را اشغال میکند.گروه محلی دربردارندة 46 کهکشان است که تنها یکی از آنها یعنی کهکشان امراه المسلسله از راه شیری بزرگتر است. بیشتر کهکشانهای دیگر در این گروه کهکشانهای کوچک  (کوتوله) هستند.

2 - ابرخوشة محلی
گروه محلی کهکشانها به همراه تعداد دیگری از خوشههای کهکشانی نزدیک از قبیل خوشة غول سنبله درون ساختار عظیمی که ابرخوشه ی سنبله نامیده میشود، جای گرفتهاند. این ابرخوشه 100 میلیون سال نوری پهنا دارد و  (اگر کهکشانهای کوتوله را هم در نظر بگیریم) در بردارندة دهها هزار کهکشان است.
3- ساختار بزرگ مقیاس
ابرخوشههای کهکشانی در قالب گرههایی انباشته میشوند و یا به صورت رشتههایی که میتوانند میلیاردها سال نوری امتداد داشته باشند امتداد مییابند. این رشتهها به وسیلة حفرههایی از هم جدا میشوند. با این حال در بزرگترین مقیاس، چگالی کهکشانها و بنابراین همه ی ماده ة مرئی موجود در کیهان یکریخت است.

خوشة کهکشانی دور
خوشة کهکشانی بزرگ ابل 2218 (چپ)گرچه بیش از 2 میلیارد سال نوری از ما دورتر است، اما از روی زمین قابل رؤیت است.
اجرام آسمانی
کیهان متشکل از انرژی، فضا و ماده است. بخشی از مادة موجود در عالم به صورت اتمهای منفرد و یا مولکولهای گازی ساده در فضا پراکنده شده اند. بخش دیگر به صورت جزیرههایی از مواد بر روی هم انباشته شدهاند.
این بخش ماده دستهای از ذرات غبار گرفته تا ستاره غول و یا انفجارهایی که سیاهچالهها را شکل میدهند را در برمی گیرد.
گرانش، همة این اجرام را به صورت ابرهای بزرگ و قرصهایی از مواد که به عنوان کهکشانها شناخته میشوند؛ گرد هم میآورد.
کهکشانها هم درون خوشهها جای میگیرند و در نهایت بزرگترین اجرام آسمانی یعنی ابرخوشهها را به وجود میآورند.
گاز، غبار و ذرات
مقدار زیادی از مادة معمولی موجود در کیهان به صورت گازی رقیق و کم پشت درون و در اطراف کهکشانها وجود دارد و حتی به صورت گازی رقیقتر در بین کهکشانهاست. این گاز عمدتا از اتمهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. اما برخی از ابرهای درون کهکشانها دربردارندة اتمهایی از عناصر سنگینتر و مولکولهای ساده هستند، آنچه که با ابرهای گازی کهکشانی درهم آمیخته، غبار است- ذرات جامد کوچکی از کربن یا موادی از قبیل سیلیکاتها (ترکیبهایی از سلیکون و اکسیژن).
درون کهکشانها، گاز و غبار آنچه را که محیط بین کهکشانی نامیده میشود، میسازند. تودههای مرئی این محیط، سحابی نامیده میشوند و بسیاری از آنها زایشگاههای ستاره ها هستند. هنگامی که اتمهای سازندة این سحابیها (که برخی شان سحابی نشری نام دارند) از ستاره ها، انرژی تابشی جذب کرده و آن را به صورت نور بازتابش میکنند، این سحابیها هم به روشنی میدرخشند.
در مقابل، سحابیهای تاریک تنها به صورت لکههایی که مانع نور ستارگان پس زمینه میشوند، نمایان میگردند. ذرات ماده در فضا به صورت پرتوهای کیهانی هم وجود دارند. پرتوهای کیهانی، ذرات زیراتمی بسیار پرانرژی هستند که با سرعتهای بسیار بالایی در کیهان مسافرت میکنند.
گاز درخشان
این اقیانوس گاز درخشان یک ناحیة فعال تولد ستارهای در سحابی نشری امگا است. ابرهای گاز و غبار ممکن است موجب تولد ستارگان و سیارات شوند اما اینها هم توسط ستارگان در حال مرگ به دور انداخته میشوند تا در نهایت به صورت نسل بعدی ستارگان بازیافت شوند.


   سحابی تولد ستاره ای
سحابی کشتی به عنوان ابری بسیار بزرگ از گاز، یک پدیدة برجسته آسمان در نیمکره  جنوبی است که با چشم غیر مسلح نیز قابل رؤیت است. رنگهای مختلف در این تصویر نشان دهندة تغییرات دما در گاز است.

سحابی تاریک 
برنارد 68 به عنوان تودهای از غبار و گاز چگال، نمونهای از یک سحابی تاریک است. غبار ضخیم، زمینة ستارهای پرنور پشت خود را تیره میکند. بقایای ستاره
ستاره ها تا ابد دوام ندارند. حتی کوتولههای قرمزی که از همه کوچکترند و عمر درازتری دارند، در نهایت زوال مییابند. ستارگانی با جرم متوسط از قبیل خورشید قبل از اینکه بیشتر لایههای بیرونی شان را از دست بدهند به صورت ستارگانی بزرگ و کم چگالی که غول قرمز نامیده میشوند انبساط مییابند. این ستارگان آنگاه دچار رمبش شده تا ستارگان کوتوله ی سفید را شکل دهند. کوتولههای سفید هم به تدریج سرد شده و به تاریکی میگرایند. پوستههای در حال انبساط مواد پس زده شده که چنین ستارههایی را احاطه میکنند سحابیهای سیاره نما نام دارند (اگرچه ارتباطی به سیارهها ندارند). با این حال ستارگان پرجرمتر پایانهای تماشایی تری دارند. این ستارگان در انفجاری به نام ابرنواختر متلاشی میشوند.
در این مورد پوستة در حال انبساط مواد رانده شده، ممکن است تا هزاران سال دیده شود و بقایای ابرنواختری نامیده میشود.
البته همه  مواد ستاره، به بیرون رانده نمی شود. بخشی از هسته به صورت جسمی بسیار چگال می رمبد که ستارة نوترونی نامیده میشود. پرجرمترین ستارگان هم به صورت یک سیاهچاله رمبش مییابند.
.