منظومه شمسی
نویسنده : زهرا شریفی
مقدمه
هر موجودي به محض پا گذاشتن دراين دنياي فاني ، در پي شناخت محيط اطراف خود بر مي آيد ؛ زيرا ازاين پس در اين جهان زندگي خواهد كرد و بايستي از محيط اطرافش شناخت پيدا كند تا سازش بيشتر و بهتري با آن پيدا كند .
انسان هم ازاين قاعده مستثنا نيست . انسان اين اشرف مخلوقات ، كه داراي قوه ي درك و تعقل است از زمان هاي بسيار پيش در پي حل معماي تولد منظومه شمسي است .
قصد داريم موضوعي دراين زمينه، با عنوان «منظومه شمسي» در اختيار شما كاربر گرامي قرار دهيم. تا به پرسش هايي دراين زمينه پاسخ هرچند مختصر اما جامع و مفيد ارائه كنيم .
نظريه هاي تشكيل خورشيد و منظومه آن
اكثر دانشمندان بيان مي كنند كه از سن عالم در حدود 14 ميليار سال مي گذرد(اين گفته با گرفتن عكسي با عنوان "فرا ژرف هابل" كه نشان دهنده ي كهكشانهايي در فاصله 13.5 ميليارد سال نوري زمين هستند تاييد شد) و منظومه شمسي در حدود 4.5 ميليارد سال پيش متولد شده است .
براساس اين عددهاي گفته شده ، منظومه شمسي و ديگر اجزاي آن را در 3 نسل طبقه بندي مي كنند:
1) خورشيد تنها عضو نسل اول . كه درهمان ابتداي تشكيل منظومه شمسي زاده شده است .
2) سيارات و سياركها وبيشتر اجزاي آن كه اندكي ديرتر خورشيد بوجود آمده اند، در نسل دوم فرار ميگيرند.
3) قمرها كه فرزندان سيارت محسوب ميشوند نسل سومند.
نظريات مختلفي دراين باب بيان شده است . كه براساس چگونگي رخداد آن در 3دسته تقسيم ميشوند:
الف – نظريه كشندي ب- نظريه افزايشي ج- نظريه تكاملي
الف- نظريه كشندي
نظريه ي كشندي يا برخورد بيان ميكند كه در گذشته ستاره اي از نزديكي خورشيد عبور مي كند . بدليل نيروي گرانش، زائده اي از مواد خورشيد جدا مي شود . اين جداشدن و خارج شدن مواد همراه با انفجارهايي همراه بوده است. باهريك از اين انفجارها مقداري ازآن مواد زائد جداشده، بارديگر به خارج پرتاپ ميشود ودريك مسير بيضي شكل بدور خورشيد شروع به چرخش ميكند.
بعدازمدتي كه از تولد خورشيد گذشت وبه يك ستاره ي معمولي تبديل شد، قسمت هاي سنگين تر اين قطعات جدا شده از خورشيد هسته اوليه سيارات را بوجود آورده اند و اقمار از قطعات كوچكتر متولد شدند.
مهمترين فرضيه ازاين گروه را "چمبرلين " و " فارست مولتن" درسال 1900 ازدانشگاه شيكاگو ارائه دادند.
نقد:
طبق اين دست نظريات باعلم امروز نشان ميدهد كه اگر چنين اتفاقي رخ داده باشد امروز بايد سياراتي بااين ابعاد خرده سياراتي داشته باشيم و دراثر تجمع اين خرده سيارات منظومه فعلي بوجود آمده است.
ب- نظريه افزايشي
بنا براين گروه نظريات ،تشكيل سيارات به تشكلي خورشيد ارتباطي ندارد و بعدازآنكه خورشيد بصورت ستاره اي معمولي درآمد سيارات ازمواد حاصل ازفضاي بين سياره اي تشكيل شده اند .نظريه هاي ارائه شده توسط اشميت آلف ون ، پندرد و ويلياميز ارائه شده است.
نقد
اين دست نظريات ايراداتي بسيار وارد شده است كه ازاقبال كمتري براي قبول واقع شدند برخوردار است.
ج- نظريه تشكيل مستقيم و افزايشي
درمجموعه اين نظريات سيارات همزمان باتشكيل خورشيد ويا بدنبال آن بوجود‌آمده اند . يعني براساس تكاملي تدريجي.
مهمترين فرضيه دراين زمينه نظريه ي لاپلاس است كه قديمي ترين و مشهور ترين نظريه در مواد تولد منظومه مشسي است. كه اساس نظريات امروزي نيز قرار دارد. اولين بار رياضيدان و منجم فرانسوي پير سيمون لاپلاس درسال 1796 آنرا ارئه داد وبيان كرد براثر يك نيروي مركز گرا از طرف خورشيد سيارات بدورآن شروع به گردش كرده اند.
دراين نظريه بيان شده خورشيد به شكل توده قرص مانند گسترده اي ازگاز سوزان كه دست آن ازمدار نپتون هم فرا رفته است بهكندي شروع به دور خود دوران ميكند و باسرد سدن توده گار منقبض كردن كه كوچكتر شده است و باكوچكترين توده سرعت دوران افزايش مي يابد و در نتيجه ي نيروي گريز از مركز درلايه هاي بيروني توده نسبت نيروي جاذبه افزايش يافت حلقه اي ازماده بدنه اصلي توده اجرا شده درپايان هم حلقه شروع به سرد شدن بصورت كره انقاض يافته ويكي از سيارات بوجود آمده اند
اين چرخه تكرار ميشود وديگر سيرات بوجود ميآيند.
نقد
ازنقاط ضعف و اشكال اين نظريه ميتوان به اين نكته اشاره كرد كه با جداشدن حلقه توده اصلي حلقه نميتواسته منقبض شده و بصورت كره در آيد زيرا قوانين فيزيكي نشان دهد كه ماده ي تشكيل دهندهي اين حلقه ها بايستي تبخير و پراكنده ميشوند ودرصورت تشكيل چنين سياراتي و به اين روش بايستي سرعت حركت وضعي و انتقالي آنها بسيار كندتر ازسرعت فعلي آنها باشند.
نظريه كانت لاپلاس
نظريه ديگري كه امروز همخواني بيشتري باواقعيت هاي قوانين فيزيكي دارد و مربوط به كانت لاپلاس ميشود دراين نظريه صحبت از سحابي اوليه است . يعني كه يك ابرگاز و غبار بين ستاره اي به بزرگي 10 سال نوري و باجرم 1000 برابر جرم خورشيد وجودداشته كه درهنكام به درون خود بوجود‌آمده است . با تقسيم شدن اين ابر بزرگ به مجموعه اي ارابرهاي كوچك تر وچگال تر منظومه سياره اي به همراه حدود يك هزار ستاره ديگر به عنوان يك خورشيد اصلي تشكيل شده است.
نظريه پلاسما
تاكنون تلاش هاي زيادي براي كشف چگونگي منشا و تكامل منظومه شمسي انجام شده است ودراين رابطه نظري هاي گوناگوني پيشنهاد شده است .
باظهور دانش فيزيك جديد و پيدايش تكنولوژي هاي پيشرفته اخترشناسان و اخترفيزيكي توانستند به كمك تلسكوپ "200 كوه پالومار ( موسوم به تل هيل) بااسفاده ازدانش فيزيك پلاسماي بررسي ديناميك ماده پلاسما و برهم كنش آن با ميدان مغناطيسي تو ضيح قابل قبولب براي منشا منظومه شمسي ارائه بدهند.
توجه داشته باشيد كه دانشمكندان در گذشته به گار توجه ميكردند و نه به پلاسما . آنها نظريه هاي خودرا در حالي ارئه دادند كه از فيزيك پلاسما اطلاع نداشتند تا اينكه از نيم قرن 20 ام فيزيك پلاسما عملا وارد ميدان شده برااس اين نظريه كه غالبا نظريه ابر غباري نيز مينامند خورشيد و سيارات و همه اجزاي منظومه شمسي در يك زمان متولد شده اند . اساس اين نظريه بر چرخش توده ي پلاسما و تاثير ميدان مغناطيسي برآن استوار است .
نكته اصلي دراين نظريه اشاره اي است كه به كوره هاي هسته اي ستارگان دارد . يعني واكنش هاي هسته اي در درون ستارگان اسا كار است واز اين واكنش ها عناصر سنگين تري بوجود آمده اند ابتدا در ستارگان هيدروژن به هليوم تبديل شده وردپايان عمر ستاره هليوم تبديل به عناصر سنگين تر نظير كربن و اكسيژن و ... است.
قاعده بده
چنان كه درنجوم به كرات اتفاق افتاده است بسياري از پديده هاي نجومي ويا اماكان و زمان قرار گيري اجرام سماوي نخست بطور نظري براسا قوانني فيزيكي وروابط رياضي كشف شدند و سپس در آسمان مشاهده گرديدند.
يكي از همين قاعده هاي رياضي كه باعث كشف سياركها و سيارات دور دوست منظومه شمسي از قبيل اورانوس نپتون و پلوتون شده است ، قاعده بده ميباشد كه توسط منجم آلماني يوهان آلبرت بده ارائه شده است . قاعده اي كه باعث كشف اجرامي شد كه تا به آن روز خبري ازآنها نبوده و باانجام رصدهايي كشف شدند .
براي درك بهتر خودتان مراحل زير را دنبال كنيد:
1) ابتدا سيارات را به ترتيب دوري از خورشيد بنويسيد:
عطارد زهره زمين مريخ مشتري زحل اورانوس نپتون پلوتون
2) عدد 4 را در زير هركدام بنويسيد
3) حاصل ضرب هاي زير را به ترتيب در زير هر سياره بنويسيد:
0*3 1*3, 2*3, 4*3, 8*3, 16*3, 32*3 ,
4) در آخر ستونهاي قائم را جمع كنيد و حاصل را بر 10 تقسيم كنيد.
5) نتيجه بدست آمده با دقت كافي برابر با فاصله ي واقعي ازخورشيد براساس واحد نجومي است.
0.39 ، 0.72 ، 1.00 ، 1.52 ، 2.80 ، 5.2 ، 9.54
** يك واحد نجومي به فاصله ي زمين تاخورشيد گفته ميشود .**
هرچند با كشف سياركها و سياره ي اورانوس تاييدي بر قواعد رياضي حاكم بر"قانون بده" بود؛ اما با كشف سيارات نپتون و پلوتون و اندازه گيري فواصل آنها از خورشيد معلوم شد اين 2 سياره دور دست به هيچ روي بااين قاعده صدق نمي كنند.
درتوضيح چگونگي ارتباط بين قواعد رياضي "قانون بده" با واقعيات حال حاضر ، نظريه اي موسوم به "واهلش ديناميكي" ارائه شده است . براساس اين نظريه سيارات پس از تكوين يافتن در مدار هايي كاملا متفاوت با آنچه اكنون دارند حركت مي كرده اند . هر سياره در پاسخ نيروهاي گرانشي همسايگانش به مرور چنان تغيير كرده است كه نتيجه آن چنين شده است:
فاصله نظري: 0.40 0.70 1.00 1.6 2.8 5.2 10
فاصله واقعي: 0.39 0.72 1.00 1.52 2.8 5.02 9.54
با پايان يافتن سوخت ستارگان و مرگ آنها مواد تشكيل دهنده ستارگان مرده كه بخش عظيمي از ماده آن همان عناصر سنين است در طي انفجاري مهيببه فضا پرتاب شده است .
اين مواد با گاز هاي بين ستاره اي و پلاسما مخلوط شده است و باتشكيل سحاي جديد ستاره ي جوان ديگري متولد شده است.
اخترشناسان با مطالعه اين گونه سحابي ها دريافتند مخلوط غني از پلاسماي روشن و درخنشنده دركنار توده هاي تاريك گازهاي سرد وذرات غبار اجزاي سحابي هاراتشميل ميدهند.
منظومه شمسي مانيز بصورت ابر عظيم پلاسمايي وذرات غبار شروع به كار كرده ابر اوليه از جرم امروزي خورشيد بسيار سنگين تر با دمايي در حدود 50 درجه كلوين ( 223 درجه سانتي گراد) بوده است.
اين توده ابري در حاليكه درحل چرخش بوده ميدان مغناطيسي ضعيفي آن احاطه كرده است منقبض شده و درنتيجه چگالي و دماي مركزي توده ابر با رمبش و فروريختن درخود همراه شده و انرژي گرانشي را به حرارت تبديل كرد.
با اتفاق اين رويداد ها در نهايت ذرات تاريك توده سحابي به كره ي درخشاني از پلاسما با يك ستاره جديد درخشان تبديل سده است وازطرفي ميدان مغناطيسي هم فضاي اطراف خورشيد و توده را فراگرفته بود .
هنس آلفن فيزيكدان سوئدي در اوايل دهه ي 1950 نشان داد كه ساز و كار اين ميدان مغناطيسي هم چرخش خورشيد راكند كرده و همبيشتر مواد موجود در قرص پلاسماي اطراف خورشيد را به خارج ازمنظومه شمسي پرتاپ شده است و فرايند اثر ميدان به گونه اي بوده است كه در حين كند شدن سرعت دوران خورشيد موجب سرعت بخشيدن به حركت دوراني قرص پلاسما شده است واين امر باعث ميشود كه قرص پلاسما بيشتر و بيستر از خورشيد دور شوذ وازطرفي اين دور شدن خود باعث سردتر شدن توده شده است.
فون وايت ساكر براي اولين بار پيشنهاد كرده كه اين جريانها ي گردش در جايي كه ماود پلاسما تمايل به جمع شدن داشتند و بدين ترتيب ساخت اجرام بزرگ و سيارات آغاز شده است.
وازمنشا سيارات كمتر از منشا جهان نسبت و اين مهم علي رغم تحجقيقات دارند درباره منشا پيدايش جهان و مظومه شمسي هوئز بطور تكامل و اشكار فهميده شده است ودربين دانشمندان هيچ توافقي حاصل شده است .
تفاوت سيارات با ستارگان
در شبي آرام و بيصدا در آسمناي صاف و پرستاره چنين بنظور ميرسد هر آنچه ميبينيم ستارگاني بي شماري كه در بيكران آسمان هستند .اما واقعيت اين است كه درميان آن ستارگان سياراتي وجوددارد كه غالبا افراد كم تجربه آنها را باستارگان اشتباه ميگنرد. حال آنكه ستارگان و سيارات باتوجه به ساختار فيزيكي ، شيميايي و ذدوري و نزديگ بودنشان و موادي ازاين دست بايكديگر تفاوت دارند. 5 تفاوت اصلي عبارتند از :
1) ستاره يك توده گازي متراكم است كه توسط گذانش خودي نگه داشتند . دماي بسيار زيادي داخلي ستارگان باعث ميشود ماده نتواند بصورت مايع و جامد باشد از طرفي فشار زيادي درون آنها باعث چگالي زياد ستاره ميشود. ستارگان در فضا حركت ميكنند اما بدللي فاصله بسياز زيادي كه دارند از ديد ناظر زميني ستارگان نسبت به هم مان هاي ثابتي دارند ولي سيارات منظومه شمسي بدليل فاصله نزديكسان با زمين در آسمان در زمينه ي ستارگان حركت ميكنند و شبيه يه يتارگان در آسمانند.
2) سيارات اجرامي هستند كه تحت تاثير نيروي گرانشي ستارگان هستند و بواسطه بازتاب نور ستاره مرئي هستند سياره ها ممكن است بصورت توده هاي خاكيو سنگي يا گازي باشند.در ميان سيارات منظومه شمسي ما 4 سياره عطارد ، زهره ، زمين و مريخ خاكي اند و بفيه سيارات گازي هستند.
3) ستارگان داراي حيات و مرگ هستند . ازخود توليد انرژي ميكنند و پايان يافن سوختشان به ستاره اي خاموش و مرده تبديل ميشوند ولي سيبارات چنين نيستند .موجوديت يارات به ستاره گان بستگي دارد . باخامموش شدن ستاره سياره هم به زندگي خود پايان ميدهد.
4) ستارگان در آسمان چشمك ميزنند در حاليكه سيارات بانور پايداري مي دخشند . دليل آنكه هم ساده است : سيارات بخاطر نزديك بودنشان به ما بصورت قرص نوراني ديده ميشوند ، همين نقطه اي نبودنشان به مانند ستارگان باعث ميشود با نور پايداري بدرخشند.
5) سيارات با تلسكوپ به صورت قرص هاي كوچك نوراني ديده ميشوند اما هر جقدر تلسكوپ و قطر دهانه آن بيشتر شود سياره نيز بزگتر ميشود ولي ستارگان حتي با بزرگترين تلسكوپ ها فقط بصورت نقاط نوراني مشاهده ميشوند.
******************************
پيدا كردن سيارات در آسمان
ستارگان در تمامي پهنه آسمان ديده ميوند به هرجاي آسمان كه بنريم هزاران هزار ستاره كميبينيم اما سيارات با وجود اينكه تعدادشان كم اسن=ت ومحدود هي باريكي از آسمان ديده ميشوند .
ان هم در منطقه نوار دايرالبروجي ميتوان ديد.
نوار دايرالبروجي حدود 15 درجه است. يعني 7.5 درجه بالاي دايرالبروج و 7.5- درجه پايين دايرالبروج.
ازآنجا كه سيارات دروني مثل عطارد و زهره در مقاسه با خورشيد نزديك تر هستند بنابراين هميشه در اطاراف خورشيد ديده ميشوند. اين سبازات هيچ گاه در نيمه شب ديده نميشوند.گاهي در هنگام صبح قبل از طولع خورشيد و گاهي هم شامگاهان بعداز غروب خورشيد.
عطارد حداكثر 27 درجه و زهره 47 درجه در جهت شرق يا غرب خورشيد قراگرفته اند درحالي كه سيارات بيروني كه مدار انها خازج از زمين است براحتي در تمامي پهنه ي داير البروجي سير ميكنند و حتي درنيمه شب ديده ميشوند.
*****************************
دوره تناوب نجومي و هلالي
دوره تناوب سيارات عبارتست از زمان لازم براي گردش كامل (360 درجه) بدور خورشيد برابر است ؛ اما چون ما ازروي زمين كه خود درحال حركت است به سيارات نگاه ميكنيم بايستي دوره مهمتري بنام دوره تناوب هلالي درنظر بگيريم .يعني ازديد ناظر زميني در هر دوره ي هلالي ، سياره به نقطه مقارنه ميرسد. به عبارتي ديگربه ازاي هر دوره هلالي مركز زمين و عطارد و خورشيد برروي يك خط قرار خواهند گرفت.
سرعت گريز
سرعت گريز در سطح هرسياره رابطه اي مستقيم با جرم آن دارد ورابطه ي عكس با شعاع آن سياره (يا بعارتي فاصله از مركز سياره) بطوريكه سرعت گريز براي هرسياره راميتوان ازرابطه ي زير محاسبه كرد:
دراين رابطه G ثابت جهاني است براي گرانش:
G= 6.6 * 10 ^ -11 Nm^2 / Kg^2
********************************
اثر دوپلر
شايد علم فيزيك بايد به علم نجوم مديون باشد كه اين اثر كشف شد .یوهان کریستیان دوپلر،فيزيك دان و رياضيدان اتريشي، در سال 1842 در مقاله ای با عنوان «درباره نور رنگی ستاره‌های دوتایی و بعضی ستاره های دیگر آسمان» فرمولي در مورد حرکت چشم یا ناظر در امتداد خط واصل آنها بدست آورد. بعد از آن دوپلر آزمايشاتي درمورد اصوات انجام داد.
بطور كلي اثر دوپلر ناشي از تغییرات فرکانس موج است ، كه در نتیجه حرکت نسبی بین چشمه موج و ناظر بوجود مي آيد . شاید شما هم زمانی که در کنار جاده قرار گرفته اید، متوجه زیاد و کم شدن صدای اتومبیلی ، به ترتیب با نزدیک و دور شدن آن به خود ، شده‌اید. کم و زیاد شدن صدای اتومبیل همان اثر دوپلر حاصل از حرکت نسبی اتومبیل نسبت به شمایی است که در کنار جاده ایستاده اید.
تغییر بسامد(فرکانس) برای تمام انواع امواج : امواج آب ، امواج فشار یا صوت و نور روی می‌دهد.
تغییر بسامد یا فرکانس از لحاظ طیفی برابر است با تغییر منطقه طیفی که جسم در آن دارای تابش است.اگر جسم از ما دور شود گفته می شود که طیف ونور آن به سمت قرمز طیف وهرگاه به مانزدیک شود گفته می شود که طیف و نور آن به سمت آبی طیف منتقل شده است.
بررسی انبساط عالم از طریق اندازه گیری مقدار انتقال به قرمز اجرام بسیار دور دست به کمک همین پدیده امکان پذیر شده است.
بررسی ستاره های دوتایی ، بررسی حرکات خورشید و حركت سيارات (حركات وضعي و انتقاليشان) و ...از کاربردهای این پدیده هستند.
درس سوم - منظومه شمسي
