الشمس والنجوم وقانون هابل

الكواكب والنجوم والمجموعة الشمسيّة

من مراقبة السماء، الكتاب، الصفحة 242: إشعاع الكواكب يبدو أكثر ثباتاً من إشعاع النجوم؛ ومواقع الكواكب تتغيّر، أمّا النجوم فتبقى في تشكيلاتٍ تبدو ثابتة؛ وتتحرّك الكواكب في مجالٍ معيّن بالنسبة لمراقبٍ على الأرض، أمّا النجوم فتنتشر على امتداد القبّة السماويّة. وباستخدام التلسكوب تبدو الكواكب أكثر وضوحاً، أمّا النجوم فتبقى نقاطاً مضيئة، وبالتلسكوبات الدقيقة يمكن التمييز بين النجوم والمجرّات.

وكواكب المجموعة الشمسيّة ثمانية، أربعةٌ منها غازيّة والباقي صخريّة. الكتاب، الصفحة 242.

مصدر طاقة النجوم

تحتوي الشمس، كما النجوم الأخرى، بشكلٍ رئيسيّ الهيدروجين والهيليوم. ومع مرور الزمن تزداد كمّيّة الهيليوم وتقلّ كمّيّة الهيدروجين، وتقلّ كتلة الشمس. الكتاب، الصفحة 242.

تذكّر: «في النُّجومِ يندمجُ الهيدروجينُ ليعطيَ الهيليوم، ويتحوَّلُ النَّقصُ في الكتلةِ نتيجةَ ذلكَ إلى طاقةٍ وفقَ علاقةِ آينشتاين في النّسبيّةِ الخاصّة.» الكتاب، الصفحة 242.

وكيف تنشأ النجوم؟ وفق نظريّة السديم، الكتاب، الصفحة 243، تنهار سحابةٌ مكوّنة من الغاز والجسيمات تحت تأثير الضغط الناتج عن جاذبيّتها، فيتولّد من هذا الانهيار كرةٌ كبيرة من الضوء، ويبدأ الاندماج بين الذرّات تحت تأثير الضغط والحرارة المرتفعين، فيندمج الهيدروجين الذي يشكّل النسبة الأكبر من النجم ليتحوّل إلى هيليوم.

تأثير دوبلر والانزياح نحو الأحمر

هل للنجوم اللون نفسه؟ من ملاحظة طيف النجم ودراسة شدّة إضاءته وحركته يمكن تحديد كتلته وعمره وتركيبه الكيميائيّ وعدّة خصائص أخرى، الكتاب، الصفحة 244. والضوء المرئيّ جزءٌ من طيف الأمواج الكهرطيسيّة، تتدرّج ألوانه من البنفسجيّ إلى الأحمر، وكلّما زاد طول الموجة اقترب اللون من الأحمر، من نحو $\mathrm{4<!--\; -->0<!--\; -->0}\mathrm{n}\mathrm{m}$ إلى نحو $\mathrm{7<!--\; -->0<!--\; -->0}\mathrm{n}\mathrm{m}$.

ونلاحظ اختلاف صوت بوق السيّارة عندما تمرّ بجانبنا وتتابع مبتعدةً عنّا. عندما يكون المنبع ساكناً بالنسبة للمراقب تشغل الموجة مسافة $\lambda ={\displaystyle \frac{v}{f}}$، حيث $f$ تواتر الاهتزاز و$v$ سرعة الموجة. وعندما يتحرّك المنبع مبتعداً عن المراقب بسرعة $v^{\mathrm{\prime }}$ تشغل الموجة مسافة ${\lambda }^{\mathrm{\prime }}$، الكتاب، الصفحة 244:

تذكّر: «عندَما يبتعدُ منبعٌ مَوجيٌّ عن مُراقِبٍ فإنَّ الطّولَ المَوجيَّ يزدادُ، وبما أنَّ الضّوءَ ذا الطّولِ المَوجيِّ الأكبرِ هو الأحمرُ، فعندَما يبتعدُ المنبعُ الضّوئيُّ عن المُراقِبِ ينزاحُ الطّيفُ نحوَ الأحمر.» الكتاب، الصفحة 245.

وللضوء نكتب $c$ مكان $v$، فتكون نسبة الانزياح ${\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\lambda }{\lambda }}={\displaystyle \frac{v^{\mathrm{\prime }}}{c}}$، الكتاب، الصفحة 246، وهذا يصلح إذا كانت $v^{\mathrm{\prime }}$ صغيرةً أمام $c$. وإذا اقترب المنبع من المراقب قصرت الموجة، وبالطريقة نفسها ${\lambda }^{\mathrm{\prime }}=(1-{\displaystyle \frac{v^{\mathrm{\prime }}}{v}})\lambda$، وتسمّى الظاهرة في الطيف المرئيّ الانزياح نحو الأزرق؛ وهذا ما يطلبه سؤالٌ في الكتاب، الصفحة 253.

قانون هابل

لاحظ هابل في رصده للمجرّات البعيدة أنّ انزياح طيفها نحو الأحمر يزداد كلّما كانت أبعد عنّا، أي أنّ سرعة ابتعادها تزداد، الكتاب، الصفحة 245. والتمثيل البيانيّ لسرعة المجرّة بدلالة بعدها عنّا خطٌّ مستقيم تقريباً يمرّ من المبدأ:

حيث $v$ سرعة المجرّة بالنسبة لنا، و$H_0$ ثابت هابل، و$d$ بعد المجرّة عنّا. ويقاس البعد بالفرسخ الفلكيّ $\mathrm{p}\mathrm{c}$، وهو $\mathrm{3<!--\; -->.<!--\; -->2<!--\; -->6}$ سنة ضوئيّة. والسنة الضوئيّة طولٌ لا زمن: المسافة التي يقطعها الضوء في الخلاء خلال سنة، الكتاب، الصفحة 246.

النجوم الثنائيّة

مجموعتنا الشمسيّة فيها نجمٌ واحد هو الشمس. لكنّ التلسكوبات أظهرت أنّ كثيراً من النجوم ثنائيّة، يدور بعضها حول بعض، وبعضها قد يُرى بالعين المجرّدة، كالنجم الذي يشكّل الانحناء في مقبض الدبّ الأكبر: هو في الواقع نجمان، أحدهما يدعى الإزار، والأخفّ لمعاناً يدعى السها، وهما قريبان جدّاً بحيث يحتاج التفريق بينهما إلى بصرٍ حادّ جدّاً، وكان يُستخدم ذلك في الماضي لفحص قوّة النظر. الكتاب، الصفحة 246.

من الكتاب: مسألتان