Skip to main content
Global

26.E: المجرات (تمارين)

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    197486

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

    لمزيد من الاستكشاف

    مقالات

    أندروز، ب. «ما الذي تحاول المجرات إخبارنا به؟» علم الفلك (فبراير 2011): 24. مقدمة لفهمنا لأشكال وتطور أنواع مختلفة من المجرات.

    بوثون، جي. «ما وراء تسلسل هابل». السماء والتلسكوب (مايو 2000): 36. تاريخ وتحديث مخطط تصنيف هابل.

    كريستيان، جي. «إتقان الكون». علم الفلك (فبراير 1999): 60. مقدمة موجزة عن حياة هابل وعمله.

    دالكانتون، جيه. «المجرات المُغفلة». السماء والتلسكوب (أبريل 1998): 28. على المجرات منخفضة السطوع، والتي كان من السهل تفويتها.

    فريدمان، W. «معدل التوسع وحجم الكون». ساينتفيك أمريكان (نوفمبر 1992): 76.

    هودج، ب. «مقياس المسافة خارج المجرة: اتفاق أخيرًا؟» السماء والتلسكوب (أكتوبر 1993): 16.

    جونز، ب. «تراث إدوين هابل». علم الفلك (ديسمبر 1989): 38.

    كوفمان، ج. وفان دن بوش، F. «دورة حياة المجرات». ساينتفيك أمريكان (يونيو 2002): 46. حول تطور المجرات وكيف تؤدي إلى أنواع مختلفة من المجرات.

    مارتن، ب. وفريدلي، د. «في قلوب المجرات المحظورة». السماء والتلسكوب (مارس 1999): 32. على اللوالب المسدودة.

    أوستربروك، د. «إدوين هابل والكون المتوسع». ساينتفيك أمريكان (يوليو 1993): 84.

    راسل، دكتوراه في «عوالم الجزيرة من رايت إلى هابل». السماء والتلسكوب (يناير 1999) 56. تاريخ اكتشافنا للمجرات.

    سميث، ر. «إعادة النظر في المناظرة الكبرى». السماء والتلسكوب (يناير 1983): 28. حول جدل شابلي كورتيس حول مدى درب التبانة ووجود المجرات الأخرى.

    مواقع الويب

    أبجديات المسافة: http://www.astro.ucla.edu/~wright/distance.htm. ملخص موجز لعالم الفلك نيد رايت لجميع الطرق المختلفة التي نستخدمها للحصول على مسافات في علم الفلك.

    كوزميك تايمز 1929: http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/onl...mic/index.html. مشروع ناسا يشرح عمل هابل والاكتشافات المحيطة كما لو كنت تقرأ مقالات صحفية.

    إدوين هابل: الرجل وراء الاسم: https://www.spacetelescope.org/about...hind_the_name/. سيرة ذاتية موجزة من الناس في تلسكوب هابل الفضائي.

    إدوين هابل: http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee...ge_hubble.html. مقال عن حياة وعمل هابل من تأليف تلميذه وخليفته آلان سانديج. تقنية بعض الشيء في بعض الأماكن، ولكنها تعطي صورة حقيقية للرجل والعلم.

    علوم ناسا: مقدمة للمجرات: http://science.nasa.gov/astrophysics... - المجرات الحديثة/. نظرة عامة موجزة مع روابط لصفحات أخرى، والاكتشافات الأخيرة لتلسكوب هابل الفضائي.

    معرض المراصد الوطنية لعلم الفلك البصري للمجرات: www.noao.edu/image_gallery/galaxies.html. مجموعة من الصور والمعلومات حول المجرات ومجموعات المجرات بأنواعها المختلفة. يمكن العثور على أرشيف آخر مثير للإعجاب في موقع المرصد الجنوبي الأوروبي: https://www.eso.org/public/images/ar...gory/galaxies/.

    مسح سلون الرقمي للسماء: مقدمة للمجرات: http://skyserver.sdss.org/dr1/en/ast...s/galaxies.asp. نظرة عامة موجزة أخرى.

    توسيع الكون: http://hubblesite.org/newscenter/arc...leases/1999/19. توفر مادة الخلفية هنا تسلسلاً زمنيًا رائعًا لكيفية اكتشافنا وقياس توسع الكون.

    مقاطع فيديو

    إدوين هابل (حلقة هوبلكاست 89): http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast89a/. (5:59).

    المجرات: مقدمة: https://www.youtube.com/watch?v=HYYgangrkZg. مجموعة من العديد من مقاطع الفيديو الأوروبية القصيرة التي تصف المجرات أولاً بشكل عام ثم تركز على المجرات في صور تلسكوب هابل (12:48).

    آراء هابل للكون العميق: https://www.youtube.com/watch?v=argR2U15w-M. حديث عام 2015 من قبل براندون لوتون من معهد علوم التلسكوب الفضائي حول المجرات وما بعدها (1:26:20).

    أنشطة المجموعة التعاونية

    1. طوال معظم القرن الماضي، كان التلسكوب مقاس 100 بوصة على جبل. كان ويلسون (تم الانتهاء منه في عام 1917) والتلسكوب مقاس 200 بوصة على جبل بالومار (تم الانتهاء منه في عام 1948) الوحيدين الكبيرين بما يكفي للحصول على أطياف المجرات الخافتة. لم يُسمح إلا لعدد قليل من علماء الفلك (جميعهم من الذكور - منذ الستينيات من القرن الماضي، لم تُمنح النساء الوقت على هذين التلسكوبين) باستخدام هذه المرافق، وبشكل عام لم يتنافس المراقبون مع بعضهم البعض ولكنهم عملوا على حل مشكلات مختلفة. الآن هناك العديد من التلسكوبات الأخرى، والعديد من المجموعات المختلفة تعمل غالبًا على نفس المشكلة. على سبيل المثال، طورت مجموعتان مختلفتان بشكل مستقل تقنيات استخدام المستعرات الأعظمية لتحديد المسافات إلى المجرات عند التحولات الحمراء العالية. ما النهج الذي تعتقد أنه أفضل لمجال علم الفلك؟ أيهما أكثر فعالية من حيث التكلفة؟ لماذا؟
    2. يقول أحد الأقارب البعيدين، الذي تدعوه لتناول العشاء حتى تتمكن من مشاركة كل الأشياء المثيرة التي تعلمتها في فصل علم الفلك، إنه لا يعتقد أن المجرات الأخرى تتكون من نجوم. تعود إلى مجموعتك وتطلب منهم مساعدتك في الرد. ما أنواع القياسات التي ستقوم بها لإظهار أن المجرات الأخرى تتكون من نجوم؟
    3. انظر إلى الصورة المصغرة للفصل مع مجموعتك. ما الذي يخبرك به الفرق في اللون بين الأذرع الحلزونية وانتفاخ أندروميدا عن الاختلاف في أنواع النجوم التي تسكن هاتين المنطقتين من المجرة؟ أي جانب من المجرة أقرب إلينا؟ لماذا؟
    4. ما هو رد فعلك على القراءة عن اكتشاف الكون المتوسع؟ ناقش شعور أعضاء المجموعة تجاه الكون «المتحرك». لم يكن أينشتاين مرتاحًا لفكرة الكون الذي لديه بعض الحركة الشاملة له، بدلاً من أن يكون في حالة راحة. لقد وضع نوعًا من «عامل الهراء» في معادلاته للنسبية العامة للكون ككل لمنعه من الحركة (على الرغم من أنه سمع لاحقًا عن عمل هابل وهماسون، ووصفه بأنه «أكبر خطأ» ارتكبه على الإطلاق). هل تشارك شعور أينشتاين الأصلي بأن هذا ليس نوع الكون الذي تشعر بالراحة معه؟ ما الذي تعتقد أنه كان من الممكن أن يتسبب في توسيع المساحة؟
    5. في الخيال العلمي، تتحدث الشخصيات أحيانًا عن زيارة المجرات الأخرى. ناقش مع مجموعتك مدى واقعية هذه الفكرة. حتى لو كانت لدينا سفن فضائية سريعة (تسافر بالقرب من سرعة الضوء، الحد الأقصى لسرعة الكون) ما مدى احتمالية قدرتنا على الوصول إلى مجرة أخرى؟ لماذا؟
    6. على الرغم من افتتان ابنه بعلم الفلك في الكلية، لم يرغب والد إدوين هابل في أن يدخل علم الفلك كمهنة. لقد أراد حقًا أن يكون ابنه محاميًا ودفعه بشدة لتعلم القانون عندما فاز بزمالة للدراسة في الخارج. تحدى هابل والده في النهاية وذهب إلى علم الفلك، وأصبح، كما تعلمت في هذا الفصل، أحد أهم علماء الفلك في كل العصور. لم يعش والده لرؤية إنجازات ابنه الرائعة. هل تعتقد أنه كان سيوافق على اختيار ابنه الوظيفي لو فعل ذلك? هل يجب أن تواجه أنت أو أي شخص في مجموعتك أو بين أصدقائك الاختيار بين الشغف في قلبك وما يريد الآخرون منك أن تفعله؟ ناقش كيف يتعامل الأشخاص في الكلية اليوم مع مثل هذه الخيارات.

    مراجعة الأسئلة

    1. وصف السمات المميزة الرئيسية للمجرات الحلزونية والإهليلجية وغير المنتظمة.
    2. لماذا استغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى يتم إنشاء مجرات أخرى؟
    3. اشرح ما هي نسبة الكتلة إلى الضوء ولماذا تكون أصغر في المجرات الحلزونية ذات مناطق تكوين النجوم مقارنة بالمجرات البيضاوية.
    4. إذا أدركنا الآن أن المجرات البيضاوية القزمية هي أكثر أنواع المجرات شيوعًا، فلماذا نجت من ملاحظتنا لفترة طويلة؟
    5. ما أفضل طريقتين لقياس المسافة إلى مجرة حلزونية قريبة، وكيف يمكن قياسها؟
    6. ما أفضل طريقتين لقياس المسافة إلى مجرة حلزونية بعيدة ومعزولة، وكيف يمكن قياسها؟
    7. لماذا يعتبر قانون هابل أحد أهم الاكتشافات في تاريخ علم الفلك؟
    8. ماذا يعني القول بأن الكون يتوسع؟ ما الذي يتم التوسع فيه؟ على سبيل المثال، هل يتم توسيع فصل علم الفلك الخاص بك؟ هل النظام الشمسي؟ لماذا أو لماذا لا؟
    9. هل كان تقدير هابل الأصلي للمسافة إلى مجرة أندروميدا صحيحًا؟ اشرح.
    10. هل تدور المجرة البيضاوية مثل المجرة الحلزونية؟ اشرح.
    11. لماذا يبدو قرص المجرة الحلزونية مظلمًا عند النظر إليه من الحافة؟
    12. ما الذي يسبب أكبر نسبة من الكتلة إلى الضوء: الغاز والغبار، المادة المظلمة، أو النجوم التي احترقت؟
    13. ما هي طريقة المصباح القياسي الأكثر فائدة لتحديد المسافات إلى المجرات؟
    14. عند مقارنة مجرتين حلزونيتين معزولتين لهما نفس السطوع الواضح، ولكنهما تدوران بمعدلات مختلفة، ماذا يمكنك أن تقول عن لمعانها النسبي؟
    15. إذا كانت جميع المجرات البعيدة تتوسع بعيدًا عنا، فهل هذا يعني أننا في مركز الكون؟
    16. هل ثابت هابل ثابت بالفعل؟

    أسئلة الفكر

    1. من أين يمكن أن يأتي الغاز والغبار (إن وجد) في المجرة البيضاوية؟
    2. لماذا لا يمكننا تحديد المسافات إلى المجرات بنفس الطريقة المستخدمة لقياس أوجه تشابه النجوم؟
    3. أيهما أكثر احمرارًا - مجرة لولبية أم مجرة بيضاوية؟
    4. لنفترض أن النجوم في مجرة بيضاوية الشكل تشكلت جميعها في غضون بضعة ملايين من السنين بعد وقت قصير من بدء الكون. لنفترض أن هذه النجوم لها مجموعة من الكتل، تمامًا كما تفعل النجوم في مجرتنا. كيف سيتغير لون الشكل الإهليلجي على مدى عدة مليارات من السنين القادمة؟ كيف سيتغير لمعانها؟ لماذا؟
    5. بدءًا من تحديد حجم الأرض، حدد سلسلة من الخطوات اللازمة للحصول على المسافة إلى مجموعة بعيدة من المجرات. (تلميح: راجع الفصل الخاص بالمسافات السماوية.)
    6. لنفترض أن مجرة درب التبانة كانت معزولة حقًا وأنه لم تكن هناك مجرات أخرى في غضون 100 مليون سنة ضوئية. لنفترض أن المجرات تمت ملاحظتها بأعداد أكبر على مسافات أكبر من 100 مليون سنة ضوئية. لماذا سيكون تحديد المسافات الدقيقة لتلك المجرات أكثر صعوبة مما لو كانت هناك أيضًا مجرات قريبة نسبيًا؟
    7. لنفترض أنك كنت هابل وهاماسون، تعملان على المسافات وتحولات الدوبلر في المجرات. ما أنواع الأشياء التي يجب عليك القيام بها لإقناع نفسك (والآخرين) بأن العلاقة التي كنت تراها بين الكميتين كانت سمة حقيقية لسلوك الكون؟ (على سبيل المثال، هل ستكون البيانات من مجرتين كافية لإثبات قانون هابل؟ هل تكفي البيانات من أقرب المجرات فقط - في ما يسميه علماء الفلك «المجموعة المحلية» -؟)
    8. ماذا يعني أن تحتوي مجرة بيضاوية واحدة على خطوط طيف أوسع من مجرة بيضاوية أخرى؟
    9. استنادًا إلى تحليلك للمجرات\(26.3.1\) في الجدول في القسم 26.3، هل هناك علاقة بين تعداد النجوم وكمية الغاز أو الغبار؟ اشرح لماذا قد يكون هذا.
    10. هل يمكن أن تعني نسبة الكتلة إلى الضوء الأعلى وجود غاز وغبار في النظام الذي يتم تحليله؟

    اكتشاف نفسك

    1. وفقًا لقانون هابل، ما هي السرعة الراكدة لمجرة تبعد عنا\(10^8\) بسنوات ضوئية؟ (افترض أن ثابت هابل يبلغ 22 كم/ثانية لكل مليون سنة ضوئية.)
    2. لوحظ أن مجموعة من المجرات تبلغ سرعتها الراكدة ٦٠٠٠٠ كم/ثانية، فأوجد المسافة إلى المجموعة. (افترض أن ثابت هابل يبلغ 22 كم/ثانية لكل مليون سنة ضوئية.)
    3. لنفترض أنه يمكننا قياس المسافة إلى المجرة باستخدام إحدى تقنيات المسافة المدرجة في الجدول\(26.4.1\) في القسم 26.4 وتبين أنها 200 مليون سنة ضوئية. يُظهر الانزياح الأحمر للمجرة أن سرعة ركودها تساوي ٥٠٠٠ كم/ثانية، ما هو ثابت هابل؟
    4. احسب نسبة الكتلة إلى الضوء لمجموعة كروية ذات لمعان 106\(L_{\text{Sun}}\)\(10^5\) ونجوم. (افترض أن متوسط كتلة النجم في مثل هذه الكتلة هو 1\(M_{\text{Sun}}\).)
    5. احسب نسبة الكتلة إلى الضوء لنجمة مضيئة مقدارها\(M_{\text{Sun}}\) ١٠٠ ذات لمعان يساوي\(10^6\)\(L_{\text{Sun}}\).