علوم الأرض 12 فصل ثاني

المجرة Galaxy

المجرة هي تجمع هائل من مليارات النجوم المختلفة في خصائصها، والكواكب والأقمار والكويكبات والنيازك والغازات، والأغبرة الكونية، والتي يفصل بينها مسافات هائلة. (وتعد المجرات الوحدة الأساسية في بناء الكون).

لاحظ الشكل الآتي والذي يمثل مجرة درب التبانة، والتي ينتمي إليها نظامنا الشمسي.

وأول المجرات التي تم رصدها من الأرض هي مجرة المرأة المسلسلة، والتي رصدها العالم الفلكي المسلم عبدالرحمن الصوفي. لاحظ الشكل الآتي والذي يمثل مجرة المرأة المسلسلة.

أتحقق صفحة 10

أوضح المقصود بالمجرة.

هي تجمع هائل من مليارات النجوم المختلفة في خصائصها، والكواكب والأقمار والكويكبات والنيازك والغازات، والأغبرة الكونية، والتي يفصل بينها مسافات هائلة.

 

وتصنف المجرات حسب أعداد النجوم التي تتكون منها إلى:

 

مجرة درب التبانة The Milky Way Galaxy

تعد مجرة درب التبانة من المجرات متوسطة العمرذات الشكل الحلزوني، وتضم ما بين (200 - 400) مليار نجم تقريبا.

وتكون النجوم فيها: منفردة كالشمس، أو على شكل أنظمة نجمية كالنجوم الثنائية والعناقيد النجمية، أو على شكل كوكبات نجمية، وتنتشر في أطرافها سحابات من الغبار والغازات الكونية، وعند رصد مجرة درب التبانة يلاحظ أن النجوم تتجمع في مركزها، ويعتقد العلماء أن سبب ذلك وجود ثقب أسود في المركز.

يوضح الجدول الآتي وصف لمجرة درب التبانة.

شكل مجرة درب التبانة	وصف لمجرة درب التبانة	موقع الشمس في المجرة	شكل مجرة درب التبانة كما تظهر في السماء
	تكون من أذرع حلزونية عملاقة تدور من الغرب إلى الشرق حول نواة خطية الشكل تقع في مركز المجرة	تقع الشمس على إحدى أذرع المجرة، وتسمى ذراع الجبار، وتبعد حوالي 27 ألف سنة ضوئية عن نواة المجرة.

 

سميت مجرة درب التبانة باسم (درب اللبانة) بسبب شكلها الذي يشبه خطا من الحليب في السماء عند رؤية جزء منها من الأماكن غير المضاءة.

---

ويختلف شكل مجرة درب التبانة من المسقط الجانبي والمسقط الرأسي كما في الشكل الآتي: 

مجرة درب التبانة من المسقط الجانبي (تظهر على شكل قرص ضيق فيه انتفاخ من الوسط).

مجرة درب التبانة من المسقط الرأسي (تظهر على شكل حلزوني لولبي)

 

 نشأة مجرة درب التبانة

يعتقد العلماء أن مجرة درب التبانة نشأت من اندماج مجرتين إحداهما مجرة قزمة حديثة، والأخرى مجرة قديمة أكبر حجما، وذلك قبل 13 مليار سنة تقريبا، كما يظهر في الشكل الآتي:

وقد استدلوا على صحة اعتقادهم عن طريق دراسة نجوم المجرة التي أظهرت أن مجرة درب التبانة تتكون من نوعين من النجوم (نجوم حمراء قديمة، ونجوم زرقاء حديثة).

أفكر صفحة 12

يمكن رصد جزء من مجرة درب التبانة في السماء، في الأماكن غير المضاءة من الأرض. أفكر كيف يمكنني ذلك، والأرض تقع داخل هذه المجرة.

تعد الأرض أحد كواكب النظام الشمسي الذي يقع على طرف إحدى أذرع المجرة، والجزء الذي يمكننا مشاهدته عند رصد المجرة هو أجزاء من الأذرع الأخرى.

 

خصائص مجرة درب التبانة

 

خصائص مجرة درب التبانة لم يستطع علماء الفلك التعرف على شكل مجرة درب التبانة، لأن الأرض جزء منها، وقد تم التوصل إلى خصائص المجرة بواسطة المقاريب (التلسكوبات) الراديوية، والأشعة تحت الحمراء المنبعثة عنها، ومقارنتها بأشكال المجرات الأخرى. ويمثل الجدول الآتي بعض البيانات التي تم جمعها عن المجرة، أدرسه جيدا ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه. نوع المجرة حلزونية خطية النواة العمر 13 مليار سنة القطر 100000 سنة ضوئية السمك 10000 سنة ضوئية الكتلة 1011 × 5.8 ضعف كتلة الشمس زمن دوران المجرة حول نفسها 250 مليون سنة زمن دوران الشمس حول مركز المجرة 225 مليون سنة السنة الضوئية (ly) Light Year هي وحدة قياس تستخدم لوصف المسافات البعيدة بين الاجرام السماوية، وتعرف بأنها المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة، وتعادل  9.4  ×1012 كم. التحليل والاستنتاج: 1- أبين نوع مجرة درب التبانة. حلزونية خطية النواة 2- أحسب قطر مجرة درب التبانة بوحدة km. 1017×9.4 km 3- أحسب عدد الدورات التي أكملتها الشمس حول مركز مجرة درب التبانة حتى الآن، علما بأن عمر الشمس كما يقدره علماء الفلك 4.7 مليار سنة تقريبا. زمن دوران الشمس حول المجرة = 106× 225 سنة عمر الشمس = 109× 4.7 سنة. ومنه: 109× 4.7 سنة / 106× 225 سنة = عدد المرات التي دارت فيها الشمس حول مركز المجرة. = 20.9 مرة تقريبا.   4- أتوقع: ماذا يطلق على المدة الزمنية التي تكمل فيها الشمس دورة كاملة حول مركز المجرة؟ السنة المجرية

 

---

تصنيف المجرات

المجرة هي الوحدة الأساسية في بناء الكون، ويحوي الكون على ( 10¹¹ - 10⁸ ) مجرة تقريبا، وقد قام العلماء الفلكيون بدراسة المجراتِ، ولاحظوا أنها تختلف في أشكالها، وأحجامها، وأعمارها، وشدّةِ إضاءتها وسطوعها.

 

تم تصنيف المجرات لتسهيل دراستها، ومن أشهر التصنيفات تلك التي قام بها العالِم الفلكيُّ إدوين هابل، استخدم إدوين هابل مِقرابا فلكيّا لدراسة المجرات تميّزَ عن غيره من المقاريب بأنه أعطى أوضح رؤيةٍ للكون وأفضلَها. وكان ذلك باستخدام مَرصَدِ جبل ويلسون في الولايات المتحدة الأمريكية.  واعتمد هابل اختلافَ أشكال المجرات أساسًا في تصنيفها إلى مجرات إهليليجية، ومجرات حلزونية، ومجرات غير منتظَمة.

نوع المجرة	إهليلجية	حلزونية	غير منتظمة
الشكل

 

أصف أشكال المجرات في الشكل.

تظهر المجرات في الشكل بأشكال مختلفة، فبعضها له شكل منتظم (اهليلجي، أو حلزوني) وبعضها الآخر شكله غير منتظم.

المجرات الإهليليجية Elliptical Galaxies
تُعَدّ المجراتُ الإهليليجيةُ  من أكثر المجراتِ في الكون شيوعا، وتتميز بأنها أقدم المجرات وأكبرها عمرا، وتحوي معظم المجرات الإهليليجية على القليل من الغازات، والأغبرة الكونية بين نجومها، ما يساعد على سهولة رصدها ومشاهدتها.

لماذا سُمِّيت المجرات الإهليليجية بهذا الاسم؟

لأن شكلها إهليليجي. 

بماذا تختلف المجرات الإهليليجية عن بعضها البعض؟

في شدة استطالتها، فبعضُها شديدُ الاستطالة، وبعضُها الآخرُ قليلُ الاستطالة، يكاد يقترب من الشكل الكروي في بعض المجرات، أنظر الشكل الآتي:

كيف تم تقسيم المجرات الاهليلجية؟

اعتمادا على شدة استطالتها قسمت المجراتُ الإهليليجيةُ إلى ثماني فئات: (E7, E6, E5, E4, E3, E2, E1, E0) )، حيث تمثل المجرة E0 أقل المجرات الإهليليجية استطالة، وأكثرها ميلا إلى الشكل الكروي، وتمثل E7 أكثر المجرات الإهليليجية استطالة، في حين تندرج بينهما الفئات الأخرى من المجرات الإهليليجية. 

 

المجرات الحلزونية Spiral Galaxies
تُعَدّ المجرات الحلزونية بأنها متوسّطةُ العُمر، وقد لاحظ العلماء عند رصدها أنها تحوي كمياتٍ كبيرةً من الغازات والأغبِرة الكونية بين نجومها أكبرَ مما تحويه المجراتُ الإهليليجية. ويُرمَزُ لها بالرمز (S).

لماذا سُمِّيت المجرات الحلزونية بهذا الاسم؟

لأن لها أذرُعًا تلتف حول نواتها بشكل حلزوني. 
كيف صنفت المجرات الحلزونية؟
صُنِّفَت المجراتُ الحلزونية إلى نوعين رئيسين اعتمادا على شكل النّواة في مركز المجرة وهما: مجرات حلزونية كروية النَّواة Spiral Galaxies، ومجرات حلزونية خطّية النّواة  Spiral Barred Galaxies، أنظر الجدول الآتي:

نوع المجرة	مجرات حلزونية كروية النَّواة	مجرات حلزونية خطّية النّواة
رمزها	S	SB
شكلها

وقد تم تصنيف المجرات الحلزونية إلى تصنيفات فرعية، والتي اعتمَدت على شدة انفتاح الأذرُع حول نَواة المجرة.

الحرف (a) يمثّل أقلَّ الأذرُع انفتاحا.

الحرف (b) يمثل أذرُعا متوسّطةَ الانفتاح.

الحرف (c) يمثّل أذرُعا شديدةَ الانفتاح.

الربط بالتكنولوجيا تقديرا للعالِم إدوين هابل، سمي المقراب المخصصُ لدراسة الفضاء واستكشافه باسمه، (مِقراب هابل الفلكي). ويعد مقراب هابل من أقوى التقنيات العلمية، التي التقطت صورا للفضاء خارجَ الغلاف الجوي، وقد أطلق في عام 1990 م بوساطة المكوك الفضائي Discovery من وكالة الفضاء الأمريكية ناسا في مدارٍ حول الأرض، ولا يزال إلى الآن قيدَ التشغيل. ويتميز مقرابُ هابلَ عن غيره من المقاريب بأنه يمكن استبدالُ المعدّات التالفة فيه، وإضافةُ غيرها، ما يزيد من عمره الافتراضي المقدّر بـ 15عاما. أبحث عن الإصلاحات والتحديثات التي أُجريت على مِقرابِ هابلَ، لزيادة جودة الصور التي يلتقطها، وأعمل عرضا تقديميّا لهذه الصور. 1- إعادة ضبط جودة المرآة، من خلال مهمة صيانة عام 1993. 2- استبدال بعض أنظمة المقراب، من خلال أربع مهمات اصلاح وتطوير واستبدال أنظمة المقراب بين الأعوام 1993 و 2002.

 

المجرات غير المنتظمة Irregular Galaxies
تعد المجرات غير المنتظمة مجرات صغيرة باهتة غالبا ما يصعب اكتشافها ورصدُها، وتُعَدّ أحدثَ المجرات عمرًا، ويُرمز لها بالرمز ( Irr ).

لماذا يصعب اكتشاف ورصد المجرات غير المنتظمة؟

لأنها تحوي كمية من الغازات والأغبِرة الكونية بين نجومها أكثرَ من الأنواع الأخرى من المجرات.

لماذا سُمّيت المجرات غير المنتظمَة بهذا الاسم؟

لأنها ليس لها شكلٌ منتظَم كباقي المجرات.

أذكر أمثلة على المجرات غير المنتظمة؟

سحابتا ماجلان الكبرى، والصّغرى. ويبين الشكل الآتي سحابة ماجلان الصغرى.

أتحقق: أبين أنواع المجرات الحلزونية اعتمادا على شكل النواة في مركزها.

مجرات حلزونية كروية النواة، ومجرات حلزونية خطية النواة.

 

أفكر تُعَدّ مجرةُ درب التبانة مجرةً حلزونية خطّية النّواة، ذاتَ أذرُع متوسّطة الانفتاح. أحدّد: ما الرمز الذي يمثلها؟ SBb

 

 

رتّبَ العالِم إدوين هابلَ المجرات الإهليليجية، والمجرات الحلزونية، والمجرات غير المنتظمة في مخطط ليوضح العلاقة بينها، يُسمّى مخطَّطُ هابلَ لتصنيف المجرات «مُخطّطَ الشوكة الرنانة Hubble's Tuning Fork Diagram »، ويبين المخطط أن عمر المجرات يزداد وتقل كمية الغازات والأغبرة الكونية فيها كلما انتقلنا من المجرات غير المنتظمة باتجاه المجرات الإهليليجية.

نشاط: تصنيف المجرات يوضّح الشكل الآتي مخطّطا صمّمه العالِم هابل لدراسة المجرات بأنواعها المختلفة: (الإهليليجية، والحلزونية، وغير المنتظَمة) أتأمل المخطّط جيّدا، وألاحظ شكل المجرات فيه، وكيفية ترتيبها، ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه.   التحليل والاستنتاج: 1- أتوقّع الاسم الذي أطلقه العالم الفلكي إدوين هابل على المخطّط اعتمادا على شكله. مخطط الشوكة الرنانة 2- أبيّن رمز المجرة التي لها نواة كروية في المركز، وأذرعها شديدة الانفتاح. Sc 3- أقارن بين المجرة SBa والمجرة Sb من حيث شكلُها، وكمية الغازات فيها، وعمرها. المقارنة SBa Sb شكل المجرة مجرة حلزونية خطية النواة مجرة حلزونية كروية النواة كمية الغازات فيها أقل أكبر عمر المجرة أكبر عمرا أقل عمرا 4- أصف المجرة E0 موضّحا عمرَها، وكمية الغازات والأغبرة الكونية التي تحويها. مجرة إهليليجية وتعد أكبر المجرات عمرا، وتحوي كميات قليلة من الغازات والأغبرة الكونية.