Skip to main content
Global

22.E: النجوم من المراهقة إلى الشيخوخة (تمرين)

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    197861

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

    لمزيد من الاستكشاف

    مقالات

    باليك، بي وفرانك، أ. «الوفيات الاستثنائية للنجوم العاديين». ساينتفيك أمريكان (يوليو 2004): 50. حول سدم الكواكب، واللهجات الأخيرة للنجوم منخفضة الكتلة، ومستقبل شمسنا.

    دجورجوفسكي، جي. «الحياة الديناميكية للمجموعات الكروية». السماء والتلسكوب (أكتوبر 1998): 38. تطور الكتلة والنجوم الزرقاء المتعرجة.

    فرانك، أ. «عمالقة الكون الغاضبون». علم الفلك (أكتوبر 1997): 32. على المتغيرات الزرقاء المضيئة مثل Eta Carinae.

    غارليك، م. «مصير الأرض». السماء والتلسكوب (أكتوبر 2002): 30. ماذا سيحدث عندما تصبح شمسنا عملاق أحمر.

    هاريس، دبليو وويب، جيه. «الحياة داخل عنقود كروي». علم الفلك (يوليو 2014): 18. كيف ستكون سماء الليل هناك؟

    Iben و I. و Tutokov، A. «حياة النجوم: من الولادة إلى الموت وما بعدها». السماء والتلسكوب (ديسمبر 1997): 36.

    كالر، جيه. «أكبر النجوم في المجرة». علم الفلك (أكتوبر 1990): 30. على العمالقة الحمراء.

    كاليراي، جيه. «ضوء جديد على مصير شمسنا». علم الفلك (فبراير 2014): 44. ماذا سيحدث لنجوم مثل شمسنا بين التسلسل الرئيسي ومراحل القزم الأبيض.

    كووك، س. «ما هو الشكل الحقيقي للسديم الدائري؟» السماء والتلسكوب (يوليو 2000): 33. عن رؤية سدم الكواكب من زوايا مختلفة.

    كووك، س. «التحول النجمي». السماء والتلسكوب (أكتوبر 1998): 30. كيف تتشكل السديم الكوكبية.

    ستاهلر، س. «الحياة الداخلية لمجموعات النجوم». ساينتفيك أمريكان (مارس 2013): 44-49. كيف تولد جميع النجوم في مجموعات، ولكن المجموعات المختلفة تتطور بشكل مختلف.

    سوبينسكي، ر. «كل شيء عن 47 توكاناي». علم الفلك (سبتمبر 2014): 66. ما نعرفه عن هذه المجموعة الكروية وكيفية رؤيتها.

    مواقع الويب

    صفحة بي بي سي على النجوم العملاقة: www.bbc.co.uk/science/space/u... ts/giant_stars. يتضمن معلومات أساسية وروابط لمقتطفات فيديو موجزة.

    مقالة موسوعة بريتانيكا عن مجموعات النجوم: http://www.britannica.com/topic/star-cluster. بقلم عالمة الفلك هيلين سوير هوج-بريستلي.

    معرض صور هابل: سديم الكواكب: http://hubblesite.org/gallery/album/nebula/planetary/. انقر فوق كل صورة للانتقال إلى صفحة بها المزيد من المعلومات المتاحة. (انظر أيضًا معرضًا مشابهًا في المراصد الوطنية لعلم الفلك البصري: www.noao.edu/image_gallery/p... y_nebulae.html).

    معرض صور هابل: مجموعات النجوم: http://hubblesite.org/gallery/album/... /star_cluster/. تأتي كل صورة مع شرح توضيحي عند النقر عليها. (انظر أيضًا معرض المرصد الجنوبي الأوروبي المماثل على: www.eso.org/public/images/ar... /مجموعات النجوم/).

    قياس عمر مجموعة النجوم: www.e-education.psu.edu/astr... ent/l7_p6.html. من ولاية بنسلفانيا.

    مقاطع فيديو

    دورة حياة النجوم: https://www.youtube.com/watch?v=PM9CQDlQI0A. ملخص قصير للتطور النجمي من معهد الفيزياء في بريطانيا العظمى، مع عالم الفلك تيم أوبراين (4:58).

    المهمات ألق نظرة لا مثيل لها على سوبر ستار إيتا كارينا: https://www.youtube.com/watch?v=0rJQi6oaZf0. فيديو NASA Godard حول الملاحظات في عام 2014 وما نعرفه عن زوج النجوم في هذا النظام المعقد (4:00).

    مجموعات النجوم: المجموعات المفتوحة والكلوية: https://www.youtube.com/watch?v=rGPRLxrYbYA. ثلاثة مقاطع فيديو قصيرة من Hubblecast من 2007 إلى 2008 حول الاكتشافات التي تتضمن مجموعات النجوم (12:24).

    جولة في سديم الكواكب NGC 5189: https://www.youtube.com/watch?v=1D2cwiZld0o. حلقة مختصرة من Hubblecast مع جو ليسك، تشرح سديم الكواكب بشكل عام ومثال واحد على وجه الخصوص (5:22).

    أنشطة المجموعة التعاونية

    1. اطلب من مجموعتك إلقاء نظرة على قائمة النجوم الأكثر سطوعًا في السماء الواردة في الملحق J. ما هو الكسر الذي تجاوز مرحلة التسلسل الرئيسي للتطور؟ يقول النص أن النجوم تقضي 90٪ من حياتها في مرحلة التسلسل الرئيسي للتطور. يشير هذا إلى أنه إذا كانت لدينا عينة عادلة (أو تمثيلية) من النجوم، فيجب أن يكون 90٪ منها من نجوم التسلسل الرئيسي. يجب على مجموعتك تبادل الأفكار حول سبب عدم وجود 90٪ من النجوم الأكثر سطوعًا في مرحلة التسلسل الرئيسي للتطور.
    2. يمكن أن تكون قراءة مخطط H—R صعبة. لنفترض أن مجموعتك تُعطى مخطط H—R لمجموعة نجمية. يمكن أن تكون النجوم الموجودة فوق التسلسل الرئيسي وعلى يمينه إما عمالقة حمراء تطورت بعيدًا عن التسلسل الرئيسي أو نجوم صغيرة جدًا لا تزال تتطور نحو التسلسل الرئيسي. ناقش كيف ستقرر أيهما.
    3. في الفصل الخاص بالحياة في الكون، نناقش بعض الجهود الجارية الآن للبحث عن إشارات الراديو من الحضارات الذكية المحتملة حول النجوم الأخرى. مواردنا الحالية لإجراء عمليات البحث هذه محدودة للغاية وهناك العديد من النجوم في مجرتنا. مجموعتك عبارة عن لجنة أنشأها الاتحاد الفلكي الدولي للتوصل إلى قائمة بأفضل النجوم الممكنة التي يجب أن يبدأ بها هذا البحث. ضع قائمة بمعايير اختيار النجوم في القائمة، واشرح الأسباب الكامنة وراء كل إدخال (مع مراعاة بعض الأفكار حول قصة حياة النجوم والجداول الزمنية التي نناقشها في هذا الفصل.)
    4. اطلب من مجموعتك إعداد قائمة بالأسباب التي تجعل النجم الذي تشكل في بداية الكون (بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم) لا يمكن أن يكون له كوكب حيث يقرأ طلاب علم الفلك كتب علم الفلك المدرسية (حتى لو كان للنجم نفس كتلة شمسنا).
    5. نظرًا لأننا على يقين من أنه عندما تصبح الشمس نجمًا عملاقًا، سيتم القضاء على جميع أشكال الحياة على الأرض، فهل تعتقد مجموعتك أنه يجب علينا البدء في الاستعدادات من أي نوع؟ لنفترض أن القائد السياسي الذي نام خلال أجزاء كبيرة من فصل علم الفلك سمع فجأة عن هذه المشكلة من متبرع كبير ويعين مجموعتك كفريق عمل لتقديم اقتراحات حول كيفية الاستعداد لنهاية الأرض. ضع قائمة بالحجج التي توضح لماذا لا تكون فرقة العمل هذه ضرورية حقًا.
    6. استخدم مخططات النجوم لتحديد مجموعة مفتوحة واحدة على الأقل مرئية في هذا الوقت من العام. (يمكن العثور على هذه الرسوم البيانية في مجلات Sky & Telescope و Astronomy كل شهر ومواقعها الإلكترونية؛ انظر الملحق B.) تعتبر Pleiades و Hyades من الموضوعات الخريفية الجيدة، وتعد Praesepe جيدة للمشاهدة في فصل الربيع. اخرج وانظر إلى هذه المجموعات بمنظار ووصف ما تراه.
    7. يعتقد العديد من علماء الفلك أن السديم الكوكبية هي من بين أكثر الأشياء جاذبية وإثارة للاهتمام التي يمكننا رؤيتها في المجرة. في هذا الفصل، يمكننا فقط أن نعرض لك بعض الأمثلة على صور هذه الأشياء التي تم التقاطها باستخدام هابل أو التلسكوبات الكبيرة على الأرض. اطلب من أعضاء مجموعتك البحث بشكل إضافي عن صور سديم الكواكب عبر الإنترنت، وقم بإعداد قائمة «العشرة الأوائل» بالصور المفضلة لديك (لا تقم بتضمين أكثر من ثلاث صور ظهرت في هذا الفصل.) قم بعمل تقرير (بالصور) للفصل بأكمله واشرح لماذا وجدت الخمسة الأوائل مثيرين للاهتمام بشكل خاص. (قد ترغب في التحقق من الشكل\(22.4.4\) في القسم 22.4 في هذه العملية.)

    مراجعة الأسئلة

    1. قارن المراحل التالية في حياة الإنسان والنجم: ما قبل الولادة، والولادة، والمراهقة/البلوغ، والعمر المتوسط، والشيخوخة، والموت. ماذا يفعل نجم بكتلة شمسنا في كل مرحلة من هذه المراحل؟
    2. ما هو الحدث الأول الذي يحدث لنجم بكتلة شمسنا تقريبًا يستنفد الهيدروجين في قلبه ويوقف توليد الطاقة عن طريق الاندماج النووي للهيدروجين إلى الهيليوم؟ وصف تسلسل الأحداث التي يمر بها النجم.
    3. وجد علماء الفلك أن 90٪ من النجوم المرصودة في السماء موجودة في التسلسل الرئيسي لمخطط H—R؛ لماذا هذا منطقي؟ لماذا يوجد عدد أقل بكثير من النجوم في المنطقة العملاقة والعملاقة؟
    4. وصف تطور نجم بكتلة مماثلة لكتلة الشمس، من مرحلة البروتوستار إلى الوقت الذي يتحول فيه لأول مرة إلى عملاق أحمر. اكتب الوصف بالكلمات ثم ارسم التطور على مخطط H—R.
    5. وصف تطور نجم بكتلة مماثلة لكتلة الشمس، منذ أن أصبح أول عملاق أحمر إلى الوقت الذي يستنفد فيه آخر نوع من الوقود الذي يستطيع قلبه الاندماج فيه.
    6. غالبًا ما توصف النجمة بأنها «متحركة» في مخطط H—R؛ لماذا يُستخدم هذا الوصف وما الذي يحدث بالفعل للنجم؟
    7. على أي حافة من نطاق التسلسل الرئيسي في مخطط H—R سيكون التسلسل الرئيسي للعمر الصفري؟
    8. كيف «تتحرك» النجوم عادةً عبر نطاق التسلسل الرئيسي في مخطط H—R؟ لماذا؟
    9. تتمتع بعض النجوم، مثل Betelgeuse، بدرجة حرارة سطح أقل من الشمس ومع ذلك فهي أكثر إشراقًا. كيف تنتج هذه النجوم طاقة أكثر بكثير من الشمس؟
    10. تحاول الجاذبية دائمًا انهيار كتلة النجم باتجاه مركزه. ما الآلية التي يمكن أن تقاوم انهيار الجاذبية هذا للنجم؟ خلال أي مراحل من حياة النجم سيكون هناك «توازن» بينهما؟
    11. لماذا تعتبر مجموعات النجوم مفيدة جدًا لعلماء الفلك الذين يرغبون في دراسة تطور النجوم؟
    12. هل كانت الشمس على الأرجح عضوًا في مجموعة كروية أو مجموعة مفتوحة في الماضي؟
    13. لنفترض أنه تم تسليمك مخططين من H-R لمجموعتين مختلفتين: يحتوي المخطط A على غالبية نجومه مرسومة في الجزء العلوي الأيسر من التسلسل الرئيسي مع بقية النجوم خارج التسلسل الرئيسي؛ ويحتوي المخطط B على غالبية نجومه مرسومة في الجزء الأيمن السفلي من التسلسل الرئيسي باستخدام بقية النجوم خارج التسلسل الرئيسي. أي مخطط سيكون للمجموعة القديمة؟ لماذا؟
    14. بالإشارة إلى مخططات H—R في التمرين السابق، ما الرسم التخطيطي الذي من المرجح أن يكون مخطط H—R للارتباط؟
    15. غالبًا ما تسمى العملية النووية لدمج الهيليوم في الكربون «عملية ألفا الثلاثية». لماذا تسمى على هذا النحو، ولماذا يجب أن تحدث عند درجة حرارة أعلى بكثير من العملية النووية لدمج الهيدروجين في الهيليوم؟
    16. تُظهر صور السديم الكوكبية المختلفة مجموعة متنوعة من الأشكال، لكن علماء الفلك يعتقدون أن غالبية سدم الكواكب لها نفس الشكل الأساسي. كيف يمكن تفسير هذه المفارقة؟
    17. وصف آليتي «إعادة التدوير» المرتبطتان بالنجوم (واحدة خلال حياة كل نجم والأخرى تربط بين أجيال النجوم).
    18. في أي من مجموعات النجوم هذه ستجد على الأرجح أقل وفرة للعناصر الثقيلة للنجوم بداخلها: مجموعات مفتوحة أو مجموعات كروية أو ارتباطات؟
    19. اشرح كيف يمكن استخدام مخطط H—R للنجوم في الكتلة لتحديد عمر الكتلة.
    20. من أين أتت ذرات الكربون في جذع شجرة في حرم جامعتك في الأصل؟ من أين جاء النيون في «أضواء النيون في برودواي» الأسطورية في الأصل؟
    21. ما هو سديم الكواكب؟ هل سيكون لدينا واحدة حول الشمس؟

    أسئلة الفكر

    1. هل الشمس في عصر الصفر هي التسلسل الرئيسي؟ اشرح إجابتك.
    2. كيف يمكن مقارنة السدم الكوكبية بمصباح الفلورسنت في فصلك الدراسي؟
    3. أي من الكواكب في مجموعتنا الشمسية لها مدارات أصغر من نصف قطر الغلاف الضوئي لـ Betelgeuse المدرج في الجدول\(22.1.2\) في القسم 22.1؟
    4. هل تتوقع العثور على كوكب يشبه الأرض (بسطح صلب) حول نجم منخفض الكتلة جدًا تشكل في بداية حياة الكتلة الكروية؟ اشرح.
    5. في مخططات H—R لبعض المجموعات الصغيرة، تظهر النجوم ذات السطوع المنخفض جدًا والعالي جدًا على يمين التسلسل الرئيسي، بينما تظهر النجوم ذات اللمعان المتوسط في التسلسل الرئيسي. هل يمكنك تقديم تفسير لذلك؟ ارسم مخططًا H—R لمثل هذه المجموعة.
    6. إذا كانت الشمس عضوًا في المجموعة NGC 2264، فهل ستكون على التسلسل الرئيسي حتى الآن؟ لماذا أو لماذا لا؟
    7. إذا كانت جميع النجوم في الكتلة لها نفس العمر تقريبًا، فلماذا تكون المجموعات مفيدة في دراسة التأثيرات التطورية (المراحل المختلفة في حياة النجوم)؟
    8. لنفترض أن مجموعة النجوم كانت على مسافة كبيرة لدرجة أنها ظهرت كنقطة ضوء لم يتم حلها من خلال التلسكوب. ماذا تتوقع أن يكون اللون العام للبقعة إذا كانت صورة الكتلة مباشرة بعد تشكيلها؟ كيف سيختلف اللون بعد 10 10 سنوات؟ لماذا؟
    9. لنفترض أن عالمة فلك معروفة بالمزاح أخبرتك أنها عثرت على نجمة التسلسل الرئيسي من النوع O في مجرة درب التبانة التي لا تحتوي على عناصر أثقل من الهيليوم. هل تصدقها؟ لماذا؟
    10. تستغرق النجوم التي تبلغ كتلتها حوالي 0.8 مرة كتلة الشمس حوالي 18 مليار سنة لتتحول إلى عمالقة حمراء. كيف يمكن مقارنة هذا بالعمر الحالي للكون؟ هل تتوقع العثور على مجموعة كروية ذات دوران تسلسلي رئيسي للنجوم ذات الكتلة الشمسية 0.8 أو أقل؟ لماذا أو لماذا لا؟
    11. غالبًا ما تُستخدم السيارات كقياس لمساعدة الناس على فهم أفضل لمدى عمر التسلسل الرئيسي الأقصر بكثير مقارنة بالنجوم الأقل ضخامة. هل يمكنك شرح مثل هذا القياس باستخدام السيارات؟

    اكتشاف نفسك

    1. يقول النص أن النجمة لا تغير كتلتها كثيرًا خلال دورة حياة التسلسل الرئيسي. أثناء وجوده في التسلسل الرئيسي، يحول النجم حوالي 10٪ من الهيدروجين الموجود في البداية إلى هيليوم (تذكر أن جوهر النجم فقط هو الذي يكون ساخنًا بدرجة كافية للاندماج). ابحث في الفصول السابقة لمعرفة النسبة المئوية لكتلة الهيدروجين المشاركة في الاندماج المفقودة بسبب تحويلها إلى طاقة. ما مقدار تغير كتلة النجم بأكمله نتيجة الاندماج؟ هل كنا على صواب عندما قلنا إن كتلة النجم لا تتغير بشكل ملحوظ أثناء وجوده في التسلسل الرئيسي؟
    2. يوضح النص أن النجوم الضخمة لها عمر أقصر من النجوم منخفضة الكتلة. على الرغم من أن النجوم الضخمة لديها المزيد من الوقود لتحرقه، إلا أنها تستخدمه بشكل أسرع من النجوم ذات الكتلة المنخفضة. يمكنك التحقق ومعرفة ما إذا كانت هذه العبارة صحيحة. يتناسب عمر النجم بشكل مباشر مع كمية الكتلة (الوقود) التي يحتويها ويتناسب عكسياً مع المعدل الذي يستهلك به ذلك الوقود (أي لمعانه). نظرًا لأن عمر الشمس يبلغ حوالي 10 إلى 10 سنوات، فإن لدينا العلاقة التالية:\[T=10^{10} \frac{M}{L} \text{ y} \] أين\(T\) هو عمر نجم التسلسل الرئيسي،\(M\) وكتلته المقاسة من حيث كتلة الشمس، ومدى\(L\) لمعانه الذي يُقاس من حيث لمعان الشمس.
      1. اشرح بالكلمات سبب نجاح هذه المعادلة.
      2. استخدم البيانات الموجودة\(18.4.2\) في الجدول في القسم 18.4 لحساب أعمار نجوم التسلسل الرئيسي المدرجة.
      3. هل للنجوم ذات الكتلة المنخفضة عمر أطول للتسلسل الرئيسي؟
      4. هل تحصل على نفس الإجابات مثل تلك الموجودة في الجدول\(22.1.1\) في القسم 22.1؟
    3. يمكنك استخدام المعادلة\(\PageIndex{1}\) في التمرين السابق لتقدير الأعمار التقريبية للمجموعات في الشكل والشكل والشكل\(22.3.3\)\(22.3.5\)\(22.3.6\)، وكل ذلك في القسم 22.3. استخدم المعلومات الواردة في الأشكال لتحديد لمعان أكبر نجم لا يزال موجودًا في التسلسل الرئيسي. استخدم الآن البيانات الموجودة\(18.4.2\) في الجدول في القسم 18.4 لتقدير كتلة هذا النجم. ثم احسب عمر الكتلة. تشبه هذه الطريقة الإجراء الذي يستخدمه علماء الفلك للحصول على أعمار المجموعات، إلا أنهم يستخدمون البيانات الفعلية وحسابات النماذج بدلاً من مجرد عمل تقديرات من الرسم. كيف تقارن عمرك مع الأعمار في النص؟
    4. يمكنك تقدير عمر السديم الكوكبي في الصورة (ج) في الشكل\(22.4.3\) في القسم 22.4. يبلغ قطر السديم 600 مرة قطر نظامنا الشمسي، أو حوالي 0.8 سنة ضوئية. يتمدَّد الغاز بعيدًا عن النجم بمعدل حوالي 25 مي/ثانية، مع الأخذ في الاعتبار أن المسافة = السرعة × الوقت، احسب المدة التي غادر فيها الغاز النجم إذا كانت سرعته ثابتة طوال الوقت. تأكد من استخدام وحدات متسقة للوقت والسرعة والمسافة.
    5. إذا كانت درجة حرارة النجم A أساسية\(T\)، والنجم B يحتوي على درجة حرارة أساسية\(3T\)، فكيف يُقارن معدل اندماج النجم A بمعدل اندماج النجم B؟