19: المسافات السماوية

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197261

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

ما هو حجم الكون؟ ما هو الكائن الأكثر بعدًا الذي يمكننا رؤيته؟ هذه من بين الأسئلة الأساسية التي يمكن لعلماء الفلك طرحها. ولكن مثلما يجب أن يزحف الأطفال قبل أن يتمكنوا من اتخاذ خطوات التوقف الأولى، يجب علينا أيضًا أن نبدأ بسؤال أكثر تواضعًا: إلى أي مدى تبعد النجوم؟ وحتى هذا السؤال يثبت أنه من الصعب جدًا الإجابة عليه. بعد كل شيء، النجوم هي مجرد نقاط ضوء. لنفترض أنك ترى نقطة ضوء في الظلام عندما تقود سيارتك على طريق ريفي في وقت متأخر من الليل. كيف يمكنك معرفة ما إذا كانت هناك يراعة قريبة، أو دراجة نارية قادمة على بعد مسافة، أو منارة منزل أبعد بكثير على الطريق؟ الأمر ليس بهذه السهولة، أليس كذلك؟ واجه علماء الفلك مشكلة أكثر صعوبة عندما حاولوا تقدير مدى بُعد النجوم.

في هذا الفصل، نبدأ بالتعريفات الأساسية للمسافات على الأرض ثم نوسع نطاق وصولنا إلى الخارج إلى النجوم. سنقوم أيضًا بفحص أحدث الأقمار الصناعية التي تقوم بمسح سماء الليل ومناقشة الأنواع الخاصة من النجوم التي يمكن استخدامها كعلامات درب للمجرات البعيدة.

19.1: الوحدات الأساسية للمسافة
استندت القياسات المبكرة للطول إلى الأبعاد البشرية، لكننا اليوم نستخدم معايير عالمية تحدد الأطوال بوحدات مثل العداد. يتم تحديد المسافات داخل النظام الشمسي الآن من خلال توقيت المدة التي تستغرقها إشارات الرادار للانتقال من الأرض إلى سطح كوكب أو جسم آخر ثم العودة.
19.2: مسح النجوم
بالنسبة للنجوم القريبة نسبيًا، يمكننا «تحديد» المسافات من خط الأساس الناتج عن الحركة السنوية للأرض حول الشمس. يُطلق على نصف التحول في موضع نجم قريب بالنسبة لنجوم خلفية بعيدة جدًا، كما يُرى من الجوانب المقابلة لمدار الأرض، اسم اختلاف المنظر لذلك النجم وهو مقياس لمسافته. تعتبر قياسات المنظر رابطًا أساسيًا في سلسلة المسافات الكونية.
19.3: النجوم المتغيرة - مفتاح واحد للمسافات الكونية
نجوم Cepheids و RR Lyrae نوعان من النجوم النابضة المتغيرة. تُظهر المنحنيات الضوئية لهذه النجوم أن لمعانها يختلف مع فترة تكرار منتظمة. يمكن استخدام نجوم RR Lyrae كمصابيح قياسية، وتخضع متغيرات السيفويد لعلاقة الفترة باللمعان، لذا فإن قياس فتراتها يمكن أن يخبرنا عن لمعانها. بعد ذلك، يمكننا حساب مسافاتها من خلال مقارنة سطوعها مع سطوعها الظاهري، وهذا يمكن أن يسمح لنا بقياس المسافات إلى هذه النجوم إلى
19.4: H-R والمسافات الكونية
النجوم ذات درجات الحرارة المتطابقة ولكن الضغوط المختلفة (والأقطار) لها أطياف مختلفة إلى حد ما. لذلك يمكن استخدام التصنيف الطيفي لتقدير فئة لمعان النجم وكذلك درجة حرارته. ونتيجة لذلك، يمكن أن يسمح لنا الطيف بتحديد مكان النجم على مخطط H—R وتحديد لمعانه. هذا، مع السطوع الواضح للنجم، يعطي المسافة مرة أخرى. يمكن استخدام طرق المسافة المختلفة لفحص واحدة مقابل الأخرى.
19.E: المسافات السماوية (تمارين)

الصورة المصغرة: تُظهر هذه الصورة الجميلة مجموعة عملاقة من النجوم تسمى Messier 80، تقع على بعد حوالي 28000 سنة ضوئية من الأرض. تحتوي هذه المجموعات المزدحمة، التي يطلق عليها علماء الفلك المجموعات الكروية، على مئات الآلاف من النجوم، بما في ذلك بعض متغيرات RR Lyrae التي تمت مناقشتها في هذا الفصل. يتضح بشكل خاص في هذه الصورة العمالقة ذات اللون الأحمر الساطع، وهي نجوم تشبه الشمس في الكتلة وتقترب من نهاية حياتها. (مصدر: تعديل عمل فريق هابل للتراث (AURA/STCI/NASA)).