توسع الكون
تباعُد المجرات Moving Away of Galaxies
الكون يشمل الفضاء، وما يحويه من مادة وطاقة. فهو يتكون من مليارات المجرات، وما فيها من نجوم وكواكب ومذنبات وكويكبات، وغيرِ ذلك.
تتحرك المجرة في الكون بشكل مستقل وحدةً واحدة؛ وتبتعد المجرات بعضُها عن بعض بسرعات مختلفة. أنظر الشكل الآتي والذي يمثل المجرات في الكون وهي تبتعد بعضها عن بعض.
أصف كيف تتحرك المجرة ( 1) مُقابِلَ المجرتين ( 3،2).
تبدو المجرة (1) أنها تبتعد عن المجرة (3) متجهة نحو مجرة (2) التي تتحرك مبتعدة.
نشاط: تباعد المجرات يمثّل الشكلُ الآتي مجموعة من المجرات (س، ص، ع، ف) التي تبعد مسافاتٍ مختلفةً عن الأرض، أدرسه جيّدا، ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه.
التحليل والاستنتاج: تبعد المجرة. (س) سرعتها يمكن ملاحظة العلاقة بين بعد المجرتين (س) و (ف)، وبين الانزياح نحو الطول الموجي الأطول (الانزياح نحو الأحمر)، حيث أن المجرة (س) هي الأبعد، لذلك هي الأكثر انزياحا نحو الأحمر. كلما زاد بعد المجرات عن الأرض زادت سرعتها. |
الربط بالفيزياء
عندما أقِف على جانب الطريق، وتقترب سيارةُ الإسعاف باتجاهي، فإن تردّدَ الصوت الصادر منها يزداد، فيقِلُّ طوله الموجيّ، ويحدث العكس عند ابتعاد سيارة الإسعاف عني،
(والتردّد هو عددُ الموجات الصادرة من الجسم في الثانية الواحدة).
ألاحظ الشكل الآتي:
. يلاحَظُ من الشكل أنه عند اقتراب سيارة الإسعاف من الشخص عند النقطة (أ) يزداد تردّدُ الصوت الصادرِ منها، ويقلّ طولُه الموجيّ، وفي الجهة المقابلة فإن الصوت الصادرَ عن سيارة الإسعاف يبتعد عن الشخص عند النقطة (ب)، فيقِلُّ تردُّده ويزداد طوله الموجيّ، وهذا ما يُسَمّى بتأثير دوبلر Doppler Effect.
أتحقّق: أوضّح المقصود بتأثير دوبلر.
ظاهرة سميت باسم العالم دوبلر يظهر فيها تغير تردد الصوت لجسم متحرك وطوله الموجي، اعتمادا على اتجاه حركته مبتعدا عنا، أو مقتربا منا.
اعتمد العلماء تأثير دوبلر في دراسة موجات الضوء (الطيف الكهرمغناطيسي المرئي) الصادرة عن الأجسام المختلفة، ولاحظوا ما يلي:
- إذا كان مصدر الضوء يتجه مبتعدا عنا، فإن عددَ الموجات التي تصلنا منه في الثانية الواحدة تكون قليلة، أي ذات تردّد منخفض وطول موجي طويل.
- ألوان الطّيف المرئي تتراوح بين اللون الأزرق إلى اللون الأحمر، حيث يمثل اللون الأحمر الموجاتِ ذاتَ الطول الموجي الطويل(تردد منخفض)، في حين يمثل اللون الأزرق الموجاتِ ذات الطول الموجي القصير(تردد عالٍ). وبما أن الموجات المرئيةَ (مصدر الضوء) عندما تبتعد عنا بحسب تأثير دوبلر، فإنها تميل نحو الطول الموجيّ الطويل، فهي تميل نحو اللون الأحمر.
- كلما اقتربت منا الموجات المرئية (مصدر الضوء)، فإن عدد الموجات التي تصلنا منها يزداد، أي يزداد تَردُّدها، ويقِلُّ طولها الموجي، أي أن الموجات المرئيةَ القصيرةَ تميل نحو اللون الأزرق.
- عندما تبتعد عنا المجرات، فإن تردُّدَ موجات الطيف الكهرمغناطيسيِّ المرئيّ الذي سترصُده الأجهزة المختلفة الصادرُ منها سيكون أقلَّ، وسيكون طوله الموجيّ أكبرَ، أي أنه ينزاح نحو الأحمر، فنقول: إن المجرات التي تبتعد عنا تنزاح أطيافها نحو الأحمر.
أفكر أتأمّل الشكل التاليَ الذي يمثل ثلاثة أطياف تمّ رصدُها لثلاثة أجرام سماوية ( 3،2،1 ) إذا علمت أن الجرم ( 1) يمثل حالة الثبات، أفكّر: أيُّ الأجرام تتحرك مقتربةً منه، وأيُّها تتحرك مبتعدةً عنه؛ مبينا سبب ذلك. الجرم السماوي (2) يتحرك مقتربا من الجرم (1) لأن الأطياف تنزاح نحو الأزرق. الجرم السماوي (3) يتحرك مبتعدا عن الجرم السماوي (1) لأن الأطياف تنزاح نحو الأحمر. |
أبحثُ:
|
سرعة المجرات Galaxies Velocity
درس العالم إدوين هابل الأطياف الكهرمغناطيسية المرئية المنبعثة عن العديد من المجرات التي تبعُد عن الأرض مسافاتٍ مختلفةً، وتبيّن له أن المجرات تتحرك مبتعدةً عنا، ومبتعدًا بعضُها عن بعض وفقا لتأثير دوبلر، وتوصّل إلى علاقة بين بُعد المجرة عنا وسرعتها، عُرِفَتْ هذه العلاقةُ بقانون هابل الذي ينص على أن «سرعة تباعُدِ المجرات تتناسب تناسُبا طرديّا مع بُعدِها عن مجرتنا » أي أنه كلما كانت المجرة أبعدَ، زادت سرعةُ ابتعادها عنا، وتُكتَبُ هذه العلاقةُ رياضيّا وفق القانون:
v = Ho × d
حيث إن:
v : سرعة تباعد المجرة بوحدة كم/ث (km/s)
Ho : ثابت هابل ويقدّر متوسّط قيمتِه نحو( 70 كم/ث. مليون فرسخ فلكي) ( )
d : بُعد المجرة عنا بوحدة مليون فرسخ فلكي (Mpc)
الفرسخ الفلكي Parsec : وحدة قياس المسافات الكبيرة بين النجوم والمجرات ويساوي =
مثال مجرةٌ تبعُد عن الشمس مسافة أحسُب سرعة تباعدها، علما بأن ثابت هابل يُقدّر بنحو ( ) ، أفترض أن الفرسخ الفلكي = أعوض في قانون: v = Ho × d |
تمرين إذا علمتُ أن سرعة تباعُد إحدى المجرات ، أحسُب بُعْدَها عنا بالفرسخ الفلكي، إذا علمتُ أن ثابت هابل يساوي ( ). سرعة التباعد = |
توسّع الكون Expansion of The Universe
استدلّ العلماء بوساطة حركة المجرات وتباعُدِ بعضِها عن بعض أن الكون يتوسع.
هل الأرض مركز الكون؟
لا، فلو وقف راصِدٌ في مكان آخرَ من الكون، أو في مجرة أخرى، فسوف يلاحظ الشيء نفسَه، وأن الكون يبتعد عنه.
ولِفهم توسّع الكون، يمكن تخيّلُ عجينة تمثّل الفضاء، وحبّات من الزبيب متناثرة عليها تمثّل المجرات، إن ما يحدث لحبّات الزبيب عند خبْزِ العجينة يشبه تماما توسّعَ الكون، فحبّاتُ الزبيب يتباعد بعضُها عن بعض دون أن تتحرك فعليّا، وتمدُّدُ العجينة وزيادةُ حجمها عند خَبْزِها كان السبب في تباعُدِها. إذ تتباعد جميع الحبّات بنسبة ثابتة. أنظر الشكل الآتي:
وكذلك المجرات في الكون، يبتعد بعضُها عن بعض وحدةً واحدة؛ لأن مادة الكون (الفضاء) تتمدّد، وهذا يعني أن المجرات كان بعضُها يوما ما أقربَ إلى بعض، وهذا قاد العلماءَ لتفسير نشأة الكون بعدة فرضيات.
سؤال الشكل (12):
أنمذج كيفيّة توسع الكون.
يترك للطالب، ويتوقع من بعض الطلبة نمذجة توسع الكون من خلال تجربة الزبيب والعجينة.
أتحقّق: كيف تتحرك المجرات في الكون؟
تتحرك المجرات مبتعدة عنا ،ومبتعدًا بعضُها عن بعض وفقا لتأثير دوبلر، وكلما زاد بعد المجرات عنا ازدات سرعتها.
أبحثُ: إذا انطلقنا من فرضية أن للكون بداية، فلا يمكن استبعاد فرضية أن تكون له نهاية أيضًا. وحسب المعطيات والمعارف العلمية المتوفرة حاليا، فإن هذه النهاية قد تتبع عدة احتمالات، وهناك شبه إجماع لدى علماء الفلك على أن احتمالات نهاية الكون ستتوقف إلى حد بعيد على الطريقة التي سيتطور بها، وإن أكثر الاحتمالات قبولا هي : توقف توسع الكون: تسارع توسع الكون: |
الإثراء والتوسع
مجرة المرأة المسلسلة Andromeda Galaxy
تُعَدّ مجرةُ المرأة المسلسلة المعروفة باسم مجرة أندروميدا أقربَ المجرات إلى مجرتنا درب التبانة، وتحمل الرمز ( 31 M )، وتبْعُدُ عنا 2.5 مليون سنة ضوئية، وهي مجرة حلزونية ضخمة مقارنَةً بمجرتنا درب التبانة، يبلغ طولها 260 ألفَ سنةٍ ضوئية، وقُطْرُها 220000 سنة ضوئية، وتكون بذلك أطول بمرتين ونصف تقريبا من مجرتنا. تضمّ مجرة أندروميدا ما يقارب ترليون نجم، وتتميز مجرة المرأة المسلسلة بنَواة صغيرة أكثرَ لمعانا من بقية أجزائها، حيث أظهرت الدراسات التي أُجرِيَتْ بين عامي 2006 م و 2014 م، أن مجرّة المرأة المسلسلة تمتلئ بالنجوم الزرقاء الشابّة التي تتحرك حركةً عشوائية.
يعتقد العلماء أن مجرة المرأة المسلسلة تشكلت نتيجة تصادُم مجرتين منفصلتين، يتحرك بعضُها نحو بعض قبل 1.8 إلى 3 مليار سنة، أي أنها أصغر من النظام الشمسي الذي تشكَّلَ قبل 4.6 مليار سنة تقريبا.
الكتابة في الجيولوجيا توصل علماء الفلك إلى أن مجرة درب التبانة ومجرة أندروميدا والتي تُعرف أيضًا باسم M31 ، ، تتجهان نحو بعضهما البعض ويعتقدوا أن المجرتين قد تصطدمان ببعضهما البعض بعد أربعة مليارات سنة من الآن، وستختفي مجر ة در ب التبانة من الوجو د، وبمرور الوقت، سينتج عن الانهيار المجري الضخم مجرة هجينة جديدة تمامًا ، من المحتمل أن تحمل شكلًا إهليليجيا بدلاً من القرص اللولبي المميز لمجرة درب التبانة، ومع ذلك ، فإن مثل هذه المناقشات حول تحطم المجرة المستقبلي ظلت دائمًا تخمينية إلى حد ما ، لأنه لم يتمكن أحد من قياس الحركة الجانبية لمجرة أندروميدا وهو عنصر أساسي في مسار تلك المجرة عبر الفضاء - . لم يحدث مثل هذا الحدث الدراماتيكي مطلقًا في التاريخ الطويل لمجرة درب التبانة ، والتي من المحتمل أن تكون قد بدأت في الظهور منذ حوالي 13.5 مليار سنة، وقالت روزماري وايز من جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور ، والتي لم تشارك في الدراسة الجديدة: "ربما كان لدى درب التبانة عدد كبير جدًا من عمليات الاندماج الصغيرة والصغيرة". لكن هذا الاندماج الكبير سيكون غير مسبوق ". قال الباحثون إن الاندماج لا يشكل خطرًا حقيقيًا على تدمير الأرض أو نظامنا الشمسي. ستبقى امتدادات الفضاء الفارغ التي تفصل بين النجوم في المجرتين شاسعة ، مما يجعل من غير المحتمل حدوث أي تصادمات أو اضطرابات خطيرة . ومع ذلك ، من المحتمل أن يتم إقلاع نظامنا الشمسي إلى موقع مختلف في المجرة الجديدة ، والتي أطلق عليها بعض علماء الفلك اسم "مجرة Milkomeda". قال الباحثون إن عمليات المحاكاة تُظهر أننا ربما نحتل مكانًا بعيدًا عن قلب المجرة أكثر بكثير مما نشغله اليوم . |