علم ستاره شناسی
مقدمه:
ستاره شناسی چیست؟ آیا آن را می‌توان شاخه‌ای از علوم قرار داد یا بیشتر به فلسفه نزدیک است؟ شاید امروزه ستاره شناسی بخشی از علوم هستند که کاربردهای مستقیمی چون علوم پزشکی و یا مهندسی ندارند) باشد، اما بی گمان در گذشته چنین نبوده است. امروزه ستاره شناسی را بخشی از علوم در نظر می‌گیرند که به مطالعه و درک پدیده‌های آسمانی می‌پردازد.
درک پدیده‌های آسمانی ، بخشی از تلاش سیری ناپذیر انسان در راه درک و شناخت نظم حاکم بر تمام طبیعت چه نقشی در زندگی بشر دارد، بحثی است که، شاید هرگز نتوان پاسخی عینی و مستقیم برای آن یافت. چرا که شاید پاسخ این سؤال خیلی شخصی باشد، اما آنچه مهم است، پاکی ، عظمت و دست نخوردگی اجرام بزرگ و دور دست عالم است که آن قدر وسوسه انگیزند که هر کسی را به مطاله خود فرا می‌خوانند و ستاره شناسی حاصل این فراخوان بزرگ است.
تعریف و ارتباط با علوم دیگر
اگر به دنبال یک تعریف مشخص از ستاره شناسی نوین باشیم، می‌توان آن را چنین بیان کرد؛ مطالعه موضع ، ساختار و چگونگی تحول (از آغاز تا پایان) اجرام آسمانی. در این زمینه ، علومی به کمک ستاره شناسی می‌آیند که هر یک پاسخگوی بخشی از پرسشهای این علم هستند. فیزیک بخش عمده‌ای از مشکلات ستاره شناسان را برطرف کنند، شیمی ، ریاضیات و مکانیک نیز از جمله علومی هستند که ارزشهای فراوانی برای ستاره شناسی و ستاره شناسان دارند. در سالهای اخیر حتی علمی مانند زیست شناسی به کمک ستاره شناسی آمده است و بحث موجودات برون زمینی ، مسأله پیدایش حیات و نیز امکان زندگی در دیگر کرات آسمانی ، رابطه روز افزون این دو علم را طلب می‌کند.
سایر علوم ، بخصوص علوم کاربردی (مانند شاخه‌های گوناگون مهندسی) نیز بحث فضاپیماها ، تلسکوپهای زمینی و فضایی غول پیکر را تکمیل می‌کند و از این طریق در گسترش ستاره شناسی قدم بر می‌دارد. رابطه ستاره شناسی و سایر علوم را در ادامه این سلسله مباحث و به تدریج متوجه خواهید شد و بی گمان در ادامه مسیر ستاره شناسی حتما متوجه می‌شوید که در هیچ حالتی قادر به حذف ارتباط یک یا چند رشته از علوم دیگر با ستاره شناسی نخواهید شد.
اهداف و سرانجام
اکنون می‌دانید که ستاره شناسی چه هدفی را پیش رو دارد، شناخت اجرام آسمانی. اما سوال اساسی که بسیاری از افراد در ذهن دارند این است که آیا عاقبت ستاره شناسی ، تنها برآوردن نیازهای درونی و حسی افراد را در بر دارد یا آنکه ، فواید دیگری از این علم پر هزینه ، عاید جوامع بشری می‌شود؟ پاسخ دادن به پرسش فوق کار چندان ساده ای نیست. چرا که نیاز به داشتن اطلاعات جامع از علوم مختلف دارد. اما آنچه را که می‌توان بطور حتم و یقین بیان کرد، خدماتی است که ستاره شناسی به فیزیک ارائه کرده است.
اگر فیزیک را به دو بخش فیزیک کلاسیک و فیزیک نوین تقسیم بندی کنیم، برای هر بخش یک مفهوم و یک قانون اساسی می‌توان نام برد. در بخش فیزیک کلاسیک ، قوانین مکانیک نیوتن و در بخش فیزیک مدرن ، قوانین انیشتین (نسبیت خاص و عام) حاکمیت بی رقیبی دارند. در هر دو مورد (قوانین مکانیک نیوتنی و قوانین نسبیتی) بخشی از اثبات قوانین مذکور به عهده ستاره شناسی بوده است.
یعنی قسمتی از قوانین فوق با استفاده از رصدهای نجومی اثبات شده است (اثبات نجومی هر دو قانون را در درسهای آینده ذکر می‌کنیم.) از دیگر خدمات اخترشناسی می‌توان به بحث پیدایش حیات روی زمین اشاره کرد، اینکه آیا بطور کلی حیات سیاره ما زمین منشا آسمانی پاسخگویی آن خواهد پرداخت و کاربردهای دیگر خواهید کرد.
ستاره شناس کسیت و چه وظایفی دارد؟
ستاره شناسی را شناختیم، شاید ستاره شناسی تنها علمی باشد که هنوز می‌توان دو بخش حرفه‌ای و آماتور در آن فعالیت کرد. افراد آماتور ، کسانی هستند که بر حسب علاقه به این علم زیبا می‌پردازند و البته تحصیلات عالیه و شغل اصلی آنها در زمینه ستاره شناسی نیست، چنین افرادی در تاریخ نجوم زیاد بوده و هستند. سوزن بان قطار ، پزشک ، رمان نویس ، مدرس علوم دینی ، زمین شناس ، میکروبیولوژیست و ... ، اینها شغل بعضی از افرادی است که به نجوم آماتوری به عنوان یک سرگرمی علمی جدی روی آورده‌اند و پیشرفتهای فراوانی هم در این علم داشته‌اند. و اما ستاره شناس حرفه‌ای کسی است که تحصیلات دانشگاهی او در زمینه شاخه‌های مختلف ستاره شناسی است و به ستاره شناسی به عنوان یک شغل نگاه می‌کند.
ارتباط ستاره شناسی حرفه‌ای و آماتوری
رابطه ستاره شناسی حرفه‌ای وآماتوری نیز در خور توجه است، در ابتدا برای بسیاری این گمان بوجود می‌آید که ستاره شناسی آماتوری ، مغلوب ستاره شناسی حرفه‌ای است و هیچ کاری وجود ندارد، در حالی که قضیه چیز دیگری است. یعنی حیطه فعالیت این دو گروه کاملا از هم جداست و به عبارتی ستاره شناسان آماتور و حرفه‌ای بطور ضمنی باهم در مورد نوع عملکردشان به توافق رسیده‌اند.
بسیاری از دنباله دارها ، سیارکها ، ستارگان انفجاری جدید (نواخترها و ابرنواخترها) توسط ستاره شناسان آماتور کشف شده‌اند. در حالی که این نوع اکتشافات در بخش ستاره شناسی حرفه‌ای یا اصلا انجام نمی‌شود و یا اگر انجام شود کاملا تصادفی است.
ستارهبطور کلی ستارگان دارای مراحل مختلف جنینی ، کودکی و جوانی و پیری هستند. پس از اکتشاف برابری جرم و انرژی توسط انیشتین ، دانشمندان تشخیص دادند، که کلیه ستارگان باید تغییر و تحول یابند. هر ستاره هنگامی که نور (انرژی) پخش می‌کند، مقداری از ماده خویش را مصرف می‌کند. ستارگان همیشگی نیستند، روزی به دنیا آمده‌اند و روزی هم از دنیا خواهند رفت. ستارگان گویهای بزرگی از گاز بسیار گرم هستند که بواسطه نورشان می‌درخشند.
در سطح دمای آنها هزاران درجه است و در داخل دمایشان بسیار بیشتر است. در این دماها ماده نمی‌تواند به صورتهای جامد یا مایع وجود داشته باشد. گازهایی که ستارگان را تشکیل می‌دهند بسیار غلیظتر از گازهایی هستند که معمولا بر سطح زمین وجود دارند. چگالی فوق العاده زیاد آنها در نتیجه فشارهای عظیمی است که در درون آنها وجود دارد. ستارگان در فضا حرکت می‌کنند، اما حرکت آنها به آسانی مشهود نیست. در یک سال هیچ تغییری را در وضعیت نسبی آنها نمی‌توان ردیابی کرد، حتی در هزار سال نیز حرکت قابل ملاحظه‌ای در آنها مشهود نمی‌افتد.
نقش و الگوی آنها در حال حاضر کم و بیش دقیقا همان است که در هزار سال پیش بود. این ثبات ظاهری در نتیجه فاصله عظیمی است که میان ما و آنها وجود دارد. با این فواصل چندین هزار سال طول خواهد کشید تا تغییر قابل ملاحظه‌ای در نقش ستارگان پدید آید. این ثبات ظاهری مکان ستارگان موجب شده است که نام متداول (ثوابت) به آنها اطلاق شود. اختر فیزیکدانان بر این باورند که در بعضی کهکشانها ، از جمله کهکشان راه شیری ، ستارگان نوزاد بسیاری در حال تولد هستند، افزون بر آن که پژوهشگران اظهار می‌دارند تکامل ، تخریب و محصول نهایی یک ستاره ، به جرم آن بستگی دارد. در واقع سرنوشت نهایی ستاره که تا چه مرحله‌ای از پیشرفت خواهد رسید با جرم ستاره ارتباط مستقیم دارد.
نحوه تشکیل ستاره
گوی آتشین مورد نظر در نظریه انفجار بزرگ ، حاوی هیدروژن و هلیوم بود، که در اثر انفجار بصورت گازها و گرد و غباری در فضا بصورت پلاسمای فضایی متشکل از ذرات بسیاری از جمله الکترونها ، پروتونها ، نوترونها و نیز مقداری یونهای هلیوم به بیرون تراوش می‌کند. با گذشت زمان و تراکم ماده دربرخی سحابیها شکل می‌گیرند. این مواد متراکم رشد کرده و توده‌های عظیم گازی را بوجود می‌آورند که تحت عنوان پیش ستاره‌ها معروفند و با گذشت زمان به ستاره مبدل می‌شوند. بسیاری از این توده‌ها در اثر نیروی گرانش و گریز از مرکز بزرگ و کوچک می‌شوند، که اگر نیروی گرانش غالب باشد، رمبش و فرو ریزش ستاره مطرح می‌شود و اگر نیروی گریز از مرکز غالب شود، احتمال تلاشی ستاره و شکل گیری اقمار و سیارات می‌رود.
مقیاس قدری
همه ستارگان به شش طبقه روشنایی که قدر نامیده می‌شود، تقسیم شده‌اند. روشنترین ستارگان دارای قدر اول و کم نورترین ستارگان که توسط چشم غیر مسلح قابل روءیت بودند به عنوان ستارگان قدر ششم و بقیه ستارگان داراب قدرهای بین 16 - 1 هستند. قدر یک ستاره عبارت است از: سنجش لگاریتمی از روشنایی ستارگان ، اگر قدر یک ستاره را با m نمایش دهیم، داریم:
(قدر ظاهری) 2.5logL + Cte = m-
که مقدار ثابت Cte همان صفر مقیاس قدری است.
روشنایی ستاره
مقدار انرژی تابیده شده از ستاره به واحد سطح زمین را روشنایی یک ستاره می‌نامند. مقدار ثابت (صفر مقدار قدری) را طوری انتخاب می‌کنند که قدر ستاره α چنگ رومی (Vega) برابر صفر شود. علامت منفی در فرمول نشان می‌دهد که قدر روشنایی ستاره بالا باشد، دارای قدر پایین خواهد بود.
رنگ ستارگان
هر وسیله‌ای که برای آشکارسازی نور بکار می‌رود دارای حساسیت طیفی است. مثل چشم انسان که اولین وسیله‌ای است برای آشکارسازی نور و حساسیت چشم برای نورهای مختلف یکسان نیست. هر وسیله دیگری هم که برای اندازه گیری نور بکار می‌رود مثل فیلمهای عکاسی برای نورهای با طول موجهای متفاوت ، دارای حساسیت یکسان نیست. پس روشنایی یک جسم بستگی به نوع وسیله اندازه گیری شده دارد. بر این اساس قدرهای مختلفی داریم، که یکی از آنها قدر دیدگانی و دیگری قدر عکسبرداری میباشد.
طیف ستارگان
هنگام مطالعه طیف ستارگان (یا همان بررسی کیفی ستارگان) مشاهده می‌شود که اختلاف فاحشی بین ستارگان وجود دارد. از آنجایی که وجود هر خط سیاه در طیف ستاره بیانگر وجود یک عنصر شیمیایی ویژه در اتمسفر آن ستاره است، شاید به نظر می‌رسد که علت اختلاف در طیف ستارگان بخاطر اختلاف در مواد شیمیایی سازنده ستارگان باشد. ولی در نهایت چنین نیست، بلکه علت اختلاف طیف ستارگان دمای ستارگان میباشد. چون ستارگان دارای دماهای متفاوتی هستند، طیف آنها نیز متفاوت است.
اندازه گیری دمای ستارگان
در مورد ستارگان امکان اندازه گیری دمای جنبشی (دمایی که توسط دماسنج اندازه گیری می‌شود) وجود ندارد. زیرا نمی‌توانیم ترمومتر را در قسمتهای مختلف ستاره قرار داده و این دما را اندازه گیری کنیم. از طرفی لایه‌های مختلف ستاره دارای دماهای مساوی هستند و هر چه از لایه‌های خارجی به طرف لایه‌های داخلی حرکت کنیم دما افزایش می‌یابد. بنابراین تعریف دمای منحصر به فردی که مربوط به هر لایه از ستاره باشد غیر ممکن است.
اندازه گیری فراوانی عناصر در ستارگان
در حالت کلی مشاهده خطوط طیفی مربوط به یک عنصر در طیف یک ستاره دلیل بر وجود آن عنصر در اتمسفر این ستاره است و برعکس این ممکن نیست. یعنی عدم حضور خطوط طیفی یک عنصر در طیف یک ستاره دلالت بر عدم وجود آن عنصر در اتمسفر ستاره را ندارد، زیرا علاوه بر حضور یک عنصر لازم است، شرایط فیزیکی (دما و فشار) برای تشکیل خطوط طیفی آن عنصر برقرار باشد، تا بتوانیم خطوط طیفی آن عنصر را مشاهده کنیم. با توجه به اینکه شدت خطوط جذبی بستگی به فراوانی آن عنصر دارد، بنابراین می‌توانیم از روی شدت خطوط طیفی ، فراوانی عناصر را در ستارگان تعیین کنیم.
جرم ستارگان
اطلاعات مربوط به جرم ستارگان از مسائل بسیار مهم به شمار می‌رود. تنها راهی که برای تخمین جرم یک ستاره در دست داریم آن است که حرکت جسم دیگری را که بر گرد آن دوران می‌کند مورد مطالعه قرار دهیم. ولی فاصله عظیمی که ما را از ستارگان جدا می‌کند، مانع آن است که بتوانیم سیارات متعلق به همه آنها را ببینیم و حرکت آنها را مورد مطالعه قرار دهیم. عده زیادی ستاره موجود است که جفت جفت زندگی می‌کنند و آنها را منظومه‌های مزدوج یا دو ستاره‌ای می‌نامند. در چنین حالات بایستی حرکت نسبی هر یک از دو ستاره مزدوج مستقیما مطالعه شود، تا از روی دوره گردش آنها جرم نسبی هر یک بدست آید. در حضور ارتباط میان جرم و نورانیت ستارگان ، نخستین بار بوسیله سرآرتورادینگتون اظهار شد که نورانیت ستاره‌ها تابع معینی از جرم آنها است، و این نورانیت با زیاد شدن جرم به سرعت ترقی می‌کند.
منابع انرژی ستارگان
برای هر ستاره‌ای سه منبع انرژی را می‌توان نام برد که عبارتند از:
انرژی پتانسیل گرانشی
می‌توان فرض کرد که خورشید یا ستارگان در حال تراکم تدریجی هستند و بدین وسیله انرژی پتانسیل گرانشی خود را بصورت انرژی الکترومغناطیسی به محیط اطراف تابش می‌کنند.
انرژی حرارتی
می‌توان فرض کرد که ستارگان و خورشید اجرام بسیار داغ آفریده شده‌اند و با تابش خود به محیط اطراف در حال سرد شدن هستند.
انرژی هسته‌ای
می توان فرض کرد که در ستارگان هسته‌های سبکتر همجوشی کرده و انرژی آزاد شده در این همجوشی منبع انرژی ستارگان را تأمین می‌کند، یا می‌توان فرض کرد که در ستارگان هسته‌های سنگینتر از طریق واپاشی به هسته‌های سبکتر تبدیل شده و انرژی آزاد شده از این واپاشیها انرژی ستارگان را تأمین می‌کند.
مرگ ستارگان
سه طریق برای مرگ ستارگان وجود دارد. ستارگانی که جرم آنها کمتر از 1.4 برابر جرم خورشید است. این ستارگان در نهایت به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند. ستارگانی که جرم آنها بیشتر از 1.4 برابر جرم خورشید است، در نهایت به ستارگان نوترونی و به سیاه چاله‌ها تبدیل خواهند شد. دیر یا زود سوخت هسته ای ستارگان به پایان رسیده و در این صورت ستاره با تراکم خود انرژی گرانشی غالب آمده و این تراکم (رمبش) تا تبدیل شدن الکترونهای آزاد ستاره به الکترونهای دژنره ادامه پیدا می‌کند، که در این صورت ستاره به یک ستاره کوتوله سفید تبدیل شده است. برخی از ستارگان از طریق انفجارهای ابرنواختری به ستارگان نوترونی تبدیل می‌شوند. ستارگانی که بیشتر از 1.4 و کمتر از سه برابر جرم خورشید دارند، به ستاره نوترونی تبدیل شده و آنهایی بیشتر از سه برابر جرم خورشید دارند، عاقبت به سیاه چاله تبدیل می‌شوند. سیاه چاله آخرین مرحله مرگ ستاره میباشد
تلسکوپ
هزاران سال بود که مطالعه ستارگان فقط از راه چشم انجام می‌گرفت. خوشبختانه ، عدسی سازان آلمانی در اوایل قرن هفدهم میلادی (قرن یازدهم شمسی) تلسکوپ را اختراع کردند. آنها دریافتند که با ترکیب دو عدسی می‌توان اجسام دور دست را درشت‌تر نشان داد. گالیله ، دانشمند ایتالیایی ، تلسکوپ را در اخترشناسی بکار برد و توانست چندین کشف مهم انجام دهد. او چهارمین سیاره (مشتری) را کشف کرد و همچنین نشان داد که راه شیری از میلیونها ستاره کم نور تشکیل یافته است.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله14 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله علم ستاره شناسی
