26.1: اكتشاف المجرات
- Page ID
- 197483
أهداف التعلم
في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
- وصف الاكتشافات التي أكدت وجود المجرات التي تقع بعيدًا عن مجرة درب التبانة
- اشرح لماذا كانت المجرات تسمى السديم ولماذا لا ندرجها في هذه الفئة بعد الآن
عند نشأتك في وقت يدور فيه تلسكوب هابل الفضائي فوق رؤوسنا وتظهر التلسكوبات العملاقة على قمم الجبال العظيمة في العالم، قد تتفاجأ عندما تعلم أننا لم نكن متأكدين من وجود مجرات أخرى لفترة طويلة جدًا. كانت فكرة وجود المجرات الأخرى مثيرة للجدل. حتى في عشرينيات القرن الماضي، اعتقد العديد من علماء الفلك أن درب التبانة يشمل كل ما هو موجود في الكون. كانت الأدلة التي تم العثور عليها في عام 1924 والتي تعني أن مجرتنا ليست وحدها واحدة من الاكتشافات العلمية العظيمة في القرن العشرين.
لم يكن السبب هو أن العلماء لم يطرحوا الأسئلة. لقد شككوا في تكوين وهيكل الكون في وقت مبكر من القرن الثامن عشر. ومع ذلك، ومع توفر التلسكوبات في القرون السابقة، بدت المجرات وكأنها بقع صغيرة غامضة من الضوء كان من الصعب تمييزها عن مجموعات النجوم وسحب الغاز والغبار التي تشكل جزءًا من مجرتنا. تم إعطاء جميع الأشياء التي لم تكن نقاط ضوء حادة نفس الاسم، السديم، الكلمة اللاتينية التي تعني «السحب». نظرًا لصعوبة تحديد أشكالها الدقيقة في كثير من الأحيان وعدم ابتكار أي تقنيات حتى الآن لقياس مسافاتها، كانت طبيعة السديم موضوع الكثير من النقاش.
في وقت مبكر من القرن الثامن عشر، اقترح الفيلسوف إيمانويل كانت (1724-1804) أن بعض السديم قد تكون أنظمة نجوم بعيدة (مجرات درب التبانة الأخرى)، لكن الأدلة التي تدعم هذا الاقتراح كانت تتجاوز قدرات التلسكوبات في ذلك الوقت.
المجرات الأخرى
بحلول أوائل القرن العشرين، تم تحديد بعض السديم بشكل صحيح على أنها مجموعات نجمية، والبعض الآخر (مثل سديم أوريون) على أنه سديم غازي. ومع ذلك، بدت معظم السديم خافتة وغير واضحة، حتى مع وجود أفضل التلسكوبات، وظلت مسافاتها غير معروفة. (لمزيد من المعلومات حول كيفية تسمية هذه السدم، بالمناسبة، انظر مربع الميزات الخاص بتسمية السديم في القسم 20.1 في الفصل الخاص بالمادة بين النجوم.) إذا كانت هذه السدم قريبة، بمسافات مماثلة لمسافات النجوم التي يمكن ملاحظتها، فقد كانت على الأرجح عبارة عن غيوم غازية أو مجموعات من النجوم داخل مجرتنا. من ناحية أخرى، إذا كانت بعيدة، بعيدًا عن حافة المجرة، فقد تكون أنظمة نجمية أخرى تحتوي على مليارات النجوم.
لتحديد ماهية السديم، كان على علماء الفلك إيجاد طريقة لقياس المسافات إلى بعضها على الأقل. عندما بدأ تشغيل التلسكوب الذي يبلغ طوله 2.5 متر (100 بوصة) على جبل ويلسون في جنوب كاليفورنيا، حصل علماء الفلك أخيرًا على التلسكوب الكبير الذي يحتاجونه لتسوية الجدل.
من خلال العمل باستخدام التلسكوب الذي يبلغ طوله 2.5 متر، تمكن إدوين هابل من حل النجوم الفردية في العديد من السديم ذات الشكل الحلزوني الأكثر إشراقًا، بما في ذلك M31، اللولب الكبير في أندروميدا (الشكل\(\PageIndex{1}\)). ومن بين هذه النجوم، اكتشف بعض النجوم المتغيرة الباهتة التي - عندما حلل منحنياتها الضوئية - تبين أنها سفيدات. فيما يلي مؤشرات موثوقة يمكن أن يستخدمها هابل لقياس المسافات إلى السديم باستخدام التقنية التي ابتكرها Henrietta Leavitt (انظر الفصل الخاص بالمسافات السماوية). بعد عمل شاق، قدر أن مجرة أندروميدا تبعد عنا حوالي 900 ألف سنة ضوئية. في تلك المسافة الهائلة، كان يجب أن تكون مجرة منفصلة من النجوم تقع خارج حدود درب التبانة. اليوم، نعلم أن مجرة أندروميدا في الواقع تبعد أكثر بقليل من ضعف مسافة التقدير الأول لهابل، لكن استنتاجه حول طبيعتها الحقيقية لم يتغير.
لم يقم أي شخص في تاريخ البشرية بقياس مسافة كبيرة جدًا. عندما تمت قراءة ورقة هابل عن المسافات إلى السديم قبل اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية في اليوم الأول من عام 1925، اندلعت الغرفة بأكملها بحفاوة بالغة. بدأ عصر جديد في دراسة الكون، وولد للتو مجال علمي جديد - علم الفلك خارج المجرة.
إدوين هابل: توسيع الكون
نجل وكيل التأمين في ولاية ميسوري، إدوين هابل (الشكل\(\PageIndex{2}\)) تخرج من المدرسة الثانوية في سن 16. لقد تفوق في الرياضة، حيث فاز بالأحرف في سباقات المضمار وكرة السلة في جامعة شيكاغو، حيث درس العلوم واللغات. ومع ذلك، أراد كل من والده وجده أن يدرس القانون، واستسلم لضغوط الأسرة. حصل على منحة رودس المرموقة في جامعة أكسفورد في إنجلترا، حيث درس القانون بحماس متوسط فقط. بعد عودته إلى الولايات المتحدة، أمضى عامًا في تدريس الفيزياء في المدارس الثانوية واللغة الإسبانية بالإضافة إلى تدريب كرة السلة، بينما كان يحاول تحديد اتجاه حياته.
أثبت علم الفلك في النهاية أنه قوي جدًا بحيث لا يمكن مقاومته، وهكذا عاد هابل إلى جامعة شيكاغو للعمل في الدراسات العليا. عندما كان على وشك إنهاء دراسته وقبول عرض للعمل في التلسكوب الذي سيتم الانتهاء منه قريبًا والذي يبلغ طوله 2.5 مترًا، دخلت الولايات المتحدة الحرب العالمية الأولى، وتم تجنيد هابل كضابط. على الرغم من أن الحرب انتهت عند وصوله إلى أوروبا، إلا أنه تلقى المزيد من تدريب الضباط في الخارج واستمتع بوقت قصير لمزيد من الدراسة الفلكية في كامبريدج قبل إعادته إلى الوطن.
في عام 1919، في سن الثلاثين، انضم إلى طاقم العمل في Mount Wilson وبدأ العمل مع أكبر تلسكوب في العالم. بفضل الخبرة والحيوية والانضباط والمراقب الماهر، سرعان ما أسس هابل بعضًا من أهم الأفكار في علم الفلك الحديث. أظهر أن المجرات الأخرى موجودة، وصنفها على أساس أشكالها، ووجد نمطًا لحركتها (وبالتالي وضع فكرة الكون المتوسع على أساس رصدي ثابت)، وبدأ برنامجًا مدى الحياة لدراسة توزيع المجرات في الكون. على الرغم من أن بعض الآخرين قد لمحوا أجزاء من اللغز، إلا أن هابل هو الذي جمع كل ذلك معًا وأظهر أن فهم البنية واسعة النطاق للكون أمر ممكن.
جلبت أعماله إلى هابل شهرة كبيرة والعديد من الميداليات والجوائز والدرجات الفخرية. عندما أصبح معروفًا بشكل أفضل (كان أول عالم فلك يظهر على غلاف مجلة تايم)، استمتع هو وزوجته بصداقات مع نجوم السينما والكتاب في جنوب كاليفورنيا وقاموا بتنميتها. لعب هابل دورًا أساسيًا (إذا كنت ستعفو عن التورية) في تخطيط وبناء التلسكوب الذي يبلغ طوله 2.5 متر على جبل بالومار، وكان قد بدأ في استخدامه لدراسة المجرات عندما توفي بسكتة دماغية في عام 1953.
عندما قام علماء الفلك ببناء تلسكوب فضائي من شأنه أن يسمح لهم بتوسيع عمل هابل إلى مسافات كان يحلم بها فقط، بدا من الطبيعي تسميته تكريمًا له. كان من المناسب أن تساهم الملاحظات باستخدام تلسكوب هابل الفضائي (وعمله التأسيسي حول توسيع الكون) في جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011، نظرًا لاكتشاف تسارع توسع الكون (وهو موضوع سنتوسع فيه في الفصل الخاص بالانفجار الكبير).
ملخص
ظهرت مجموعات النجوم الخافتة وسحب الغاز المتوهج والمجرات كلها كبقع خافتة من الضوء (أو السديم) في التلسكوبات المتاحة في بداية القرن العشرين. فقط عندما قام هابل بقياس المسافة إلى مجرة أندروميدا باستخدام متغيرات السيفيد مع العاكس العملاق البالغ طوله 2.5 متر على جبل ويلسون في عام 1924، تم إثبات وجود مجرات أخرى مشابهة لمجرة درب التبانة من حيث الحجم والمحتوى.