علم الفلك الجزء الثاني

By Khaldoun Al Shalak

يعتبر كتاب "مدخل إلى علم الفلك" الأول من نوعه في المكتبة العربية. بالإضافة إلى القيمة العلمية التي يقدمها للقارئ. يحوي بين طياته اسلوباً متقدماً، فهو يعمل على توضيح مفهوم العلم ودوره. كما يعمل على تبيان دور الفلك في تطور العلم والفكر الإنساني ودوره في التغيرات الفكرية التي حدثت للبشرية. فقيمته العلمية ترفعه إلى مصاف الكتب المختصة. كما يُظهر هذا الكتاب دور العرب المسلمين الواضح والجلي والمؤثر في بناء الحضارة الإنسانية، لقد كتب بطريقة سهلة وسلسة وبعبارات بسيطة واضحة، فالقارئ الذي لا يستسيغ العبارات الرياضية ويشعر بالضيق عندما يراها، يستطيع أن يتجاوزها دون أن يؤثر ذلك على فهمه الكامل والتام للفقرة التي تحتوي هذه العبارات الرياضية. فهو كتاب متكامل بما تعني هذه الكلمة، كتاب يخدم العقل العربي. فاقتناؤه غاية في الصواب.

• Language: العربية
• Publisher: Khaldoun Al Shalak
• Release date: Aug 26, 2020
• ISBN: 9781005256050

Khaldoun Al Shalak

خلدون الشلق إجازة في العلوم الرياضية والفيزيائية. خريج جامعة دمشق، عملت في تدريس الرياضيات والفيزياء اعمل الآن ضمن مشروع يعرف باسم "السلسلة العلمية المتميزة".احاول من خلال هذه السلسلة ترسيخ الثقافة العلمية في مجتمعنا العربي، خاصة عند الناشئة من الشبان. تتالف السلسلة العلمية من مجموعة من الكتب ، علم الفلك، الفيزياء، الرياضيات، ....أحاول من خلال أعمالي طرح فكرة توحيد رؤية العالم، العلم والفكر العلمي سيجعل منا اصحاب رؤية مشتركة.أعمل منذ فترة على تحرير فكرة الله وإطلاقها خارج الأديان. هذه الأديان التي طالما احتكرت فكرة الله وسخرتها لأهداف ورؤى خاصة حيث فشلت فشلا ذريعا في احداث التقارب وزرع المحبة بين شعوب الأرض.Khaldoun Al Shalak, degree in sciences of mathematics and physics . Graduate of Damascus University , worked in the teaching of mathematics and physics . I work now in a project known as the " The Special scientific series."I'm trying through this series instill the scientific culture in our Arab society , especially at emerging from the young. The Series consists of a set of scientific books , astronomy , physics , mathematics , ....I'm trying out of my works offering the idea of unifying vision of the world , science and scientific thought would make us the owners of a shared vision .I've been working from time on the liberalization and launched God idea outside religions. These religions that have long monopolized the idea of God and tame it for its objectives and its especial visions , where failed miserably in bringing about convergence and the laying of love among the peoples of the earth .

Book preview

لماذا وُجِدَ الكون ؟ لماذا نحن بني البشر موجودون ؟ من أين آتى الكون (العالم) ؟ وإذا لم يكن موجوداً، ماذا سيكون هناك ؟ هذه الأسئلة التي امتلكها البشر وتميزوا بها عن سائر الكائنات، كانت وراء كل الأفكار والفلسفات والاكتشافات العلمية التي حققها الإنسان. ورغم كل هذه الإنجازات والاكتشافات العلمية والتطور التقني، لم يستطع أحد الإجابة بشكل قاطع وعلمي على هذه الأسئلة، فقط الدين الذي تصدى لهذه الأسئلة محاولاً الإجابة عليها.

فهل سيبقى العلم عاجزاً عن الإجابة، لقد استطعنا أن نصل بنظرنا إلى البدايات الأولى للكون، وأن نحطم نواة الذرة، وكذلك الجسيمات الذرية التي تتكون منها الذرة. لقد ازدادت معرفتنا و مازلنا نحاول التحقق والبحث في كل شيء. لقد امتلكنا العلم، الوسيلة الفعالة في التفكير وصياغة الأفكار، والفلسفات، وبناء العقول وتطويرها، وتشكيل عقول جديدة. ورغم ذلك فإن الإجابات التي نمتلكها الآن لا تختلف بشكل جوهري عن إجابات الذين سبقونا، ولكن رؤيتنا للكون والعالم أصبحت مختلفة، وطريقة فهمنا وتفسيرنا للظواهر الكونية والأرضية أصبحت مغايرة تماما.

إن الوسائل التي نمتلكها متواضعة للإجابة على مثل هذه الأسئلة. فالحقيقة المطلقة التي ظن بعض العلماء والفلاسفة، أنه من الممكن الوصول إليها، باتت اليوم أبعد ما يمكن. إن التخلي عن هذه الحقيقة وكذلك البحث عنها، أصبح أمراً موضوعياً، فالاهتمام بالكون وظواهره ومحاولة تفسيرها أصبح الشغل الشاغل للعلماء، فالحقائق العلمية والقوانين الكونية المكتشفة والتي ستكتشف ستجعلنا نقترب دون أن نبتعد بشكل أو بآخر من هذه الحقيقة.

قصة قصيرة : الكون The universe

في البداية لم يكن هناك زمن، ولم يكن هناك مكان، ولم تكن هناك مادة، فالمكان والزمن لم يكونا موجودين؟؟!!

لسبب ما لا نفهمه، الكون فجأة كان، والزمن بدأ يتدفق و المكان خلق، وأخذ حجمه يتضخم، والمادة أخذت تتواجد داخله وتنتقل بعيداً أثناء توسع المكان. يطلق على كل هذا اسم الانفجار الكوني Big Bang. هذا الانفجار الهائل حدث قبل حوالي 15 مليار سنة، وحطام هذا الانفجار الكوني الآخذ بالتوسع ،أصبح الكون الذي نعرفه الآن.

بعض المادة الموجودة في الكون بدأت بالتغير. فالمادة الأساسية المكونة للنجوم والكواكب والأرض حتى أنفسنا نحن البشر، نتجت بشكل فريد لا نظير له من الانفجار الكوني. فالكثير من الأحداث المهمة من دراما الكون تمت بشكل قريب نسبياً بعد ولادته مباشرةً قبل أن تتكون الأرض. سحب الغاز الساخنة الناتجة من الانفجار الكوني شكلت النجوم. التي تجمعت في جزر هائلة من النجوم تدعى المجرات.

المجرات تتصادم مع بعضها البعض. المجرات تنمو وتسمن فهي تتغذى على الغازات، أو بابتلاع بعضها البعض. كل هذه الحوادث جرت، قبل أن يشهدها البشر بزمن طويل. لكن الفلكيين استطاعوا سبر الماضي السحيق للكون، مستخدمين جميع الأنواع المختلفة من التلسكوبات. فالتلسكوب يجمع الضوء أو الإشعاع القادم من الفضاء، وهذه الإشعاعات تأخذ زمناً لتنتقل إلينا فالضوء الذي نشاهده أثناء ظهور الشمس على سبيل المثال : يغادر الشمس قبل حوالي ثمان دقائق. وضوء النجوم المتألق ليلاً، يأخذ بضع عشرات السنين في طريقه إلينا.

عالم المجرات عالم واسع جداً، نحن بني البشر نستطيع أن نحدق وننظر أعمق في الزمن، فبالعين المجردة نستطيع أن نرى مجرة أندروميدا Andromeda Galaxy التي تبعد عنا حوالي 2.3 مليون سنة ضوئية أي أننا نستطيع رؤيتها كيف كانت قبل 2.3 مليون سنة. وبالتلسكوبات الكبيرة والحديثة والقوية، نستطيع أن نرى أجزاء أبعد من الكون، حيث تشكلت بعد الانفجار الكوني بزمن قريب (كلما نظرنا ابعد في الكون اقتربنا أكثر من بدايته).

إن النظر من خلال التلسكوب يعطينا لمحات ضبابية فقط، لكن الفلكيين قادرون على انتزاع المعلومات من هذه القطرات الضوئية والإشعاعات الأخرى الساقطة على الأرض وتكوين فكرة جيدة حول الكيفية التي كان الكون يبدو عليها عند بدايته.

الانفجار الكوني الهائل The Big Bang

انبثق الكون من بقعة صغيرة من المادة أصغر من الذرة. هذه الذرة البدائية كانت أكثر حرارة مليون مليون مليون مرة من حرارة نواة الشمس. إنها طاقة حبيسة دفعت الكون بقوة ليتمدد. فكل الفراغ (المكان) كان محتوى داخل هذه الذرة البدائية. هذه الذرة البدائية لم تستطع الانتفاخ خارج بيئتها أو محيطها، حيث لم يكن هناك مكان Space خارج هذه الذرة.

فتمدد الذرة كان شبيهاً بالبالون عندما ينفخ. فالمكان بنفسه بدأ يكبر وينتشر خارجاً مثل غشاء البالون. فحتى هذه المرحلة والكون يحتوي على القليل من المادة، وتمدده أصبح لطيفاً. إذاً من أين أتت كل هذه المادة الموجودة في الكون اليوم. ولماذا الكون يتمدد حتى الآن كما لو أنه قذف بانفجار عملاق. الفيزيائي الأمريكي Alan Guth اكتشف الجواب عام 1981 :

فالغازات الحارة في ذاك الكون الشاب لم تكن تحتوي على المادة كما نعرفها اليوم، فعند هذه الدرجات من الحرارة، الذرات وكل محتوياتها مثل البروتونات والنيوترونات لم تكن موجودة. القوى مثل قوى الجاذبية الكونية (الثقالة) والمغناطيسية لم تكن موجودة بالشكل الذي نعرفها فيه الآن. فالمادة والقوى كانت تتوالف وتمزج بشكل أكثر اتساقاً، حيث كان من المتعذر تميز كل من المادة والقوى عن بعضها البعض.

ولكن الكون كان يبرد بمرور الزمن، فأدرك Guth أنه هناك مؤشر حيث المادة والقوى لا بد أنها اختارت الأشكال والهيئات التي نجدها عليها اليوم في ذلك الوقت حيث كان الكون في حالة استثنائية لم يكن بها من قبل ولن يكون بها مرةً أخرى، فطبقاً لحسابات Guth كأن المادة والقوى أخذت هويتها، فالثقالة -لبرهة قصيرة من الزمن- ذهبت عبر أطوار غريبة ومعاكسة. فاليوم الثقالة قوة تجذب الأشياء لبعضها البعض، ولكن عند مرحلة معينة من تاريخ الكون الباكر، كانت الثقالة لفترة قصيرة الأمد قوة تقوم بدفع أجزاء المادة عن بعضها البعض.

فشدة الثقالة عند البدايات المبكرة للكون حولت التمدد البطيء للمكان Space إلى انفجار هائل؛ يطلق الفلكيون على تلك الفترة من تاريخ الكون الدور الانتفاخي Inflationary Period أو (الحقبة الانتفاخية). ففي تلك الحقبة عندما كانت الثقالة Gravity تمزق وتباعد أجزاء الكون كان الانفجار الكوني الهائل The Big Bang. فالقوى السلبية للثقالة في تلك المرحلة استطاعت أن تكون مادة جديدة في الكون : انطلقت هذه المادة إلى الوجود لتعوض أو لتعادل الثغرات الواسعة التي خلفها المكان Space أثناء توسعه بمعدل سرعات عالية. خلال هذا الكسر (الجزء) من الثانية الأولى، كانت المادة الموجودة في الكون بضعة كيلوجرامات تضاعفت وتزايدت حتى شكلت المجرات اليوم.

حالما انتهت الحقبة الانتفاخية، كان الكون قد احتوى على مجموعة من القوى المألوفة مثل : القوى الكهربائية والمغناطيسية، والثقالة التي أصبحت تجذب الأجسام لبعضها البعض؛ والمادة الأقل ألفة تشكلت فكانت الكواركات (Quarks)، التي تجمعت مع بعضها في ثلاثيات لتشكل البروتونات Protons والنيترونات Neutrons، الجسيمات التي نجت لتشكل نواة الذرات الموجودة اليوم. وكذلك الإلكترونات Electrons التي انضمت إلى بقية الجسيمات لتشكل الذرات.

ولكن بيئة معادية تحتوي على المادة المضادة Anti Matter كانت موجودة. فعندما تتقابل المادة والمادة المضادة فالنتيجة تكون الإبادة. معركة بين المادة والمادة المضادة كانت تجري في الثانية الأولى من حياة الكون. فإذا كانت كميتا المادة والمادة المضادة متساويتين بالضبط فالنتيجة هي تدمير وإبادة للمادة، وسيصبح الكون خالياً من المجرات والنجوم أو الكواكب. مثل هذا قد حدث ودمرت معظم المادة ولكن ليس بشكل تام، فلكل جسيم من المادة، هناك جسيم من المادة المضادة. إذاً كمية صغيرة من المادة نجت من إبادة هائلة. هذه الإبادة خلفت كميات هائلة جداً وغزيرة من الحرارة والإشعاع التي أخذ يلتقطها الفلكيون بواسطة التلسكوبات الراديوية اليوم. هذه الخلفية من الإشعاع الماكرويف واحدة من أهم العينات التي تدل على أن الانفجار الكوني Big Bang قد حدث فعلاً. وعينة أخرى تشير إلى هذا الانفجار تأتي من نسب الغازات المختلفة التي نجدها في الكون الآن. فالانفجار الكوني أنتج الهيدروجين أبسط العناصر، وعندما أصبح عمر الكون ثلاث دقائق بعض الهيدروجين تفاعل لينتج العنصر الثاني الهليوم. في الواقع هناك سحب غاز في الكون نشاهدها اليوم، حيث توجد النسب المضبوطة لكل من الهيدروجين والهليوم، التي تتنبأ بها نظرية الانفجار الكوني Big Bang. وهكذا أمتلئ الكون البدائي المتمدد بالسحب الدوامة من الهيدروجين والهيليوم.

نحن نتوقع أن الغاز ربما كان سينتشر بعيداً ليملئ الكون بطريقة منتظمة ليخلق كوناً غير حي : كون مؤلف من غاز غير كثيف إلى الأبد. ولكن الثقالة قررت أن لا يكون ذلك فانضم الغاز على بعضه مشكلاً المجرات والنجوم والكواكب وأخيراً الحياة.

***

القسم الثالث

الفصل الأول

القدْر النجمي، قَدْر (رتبة) الجرم الفلكي

القَدْر المرئي Visual Magnitude مقياس يستخدمه الفلكيون لقياس لمعان النجم. ومصطلح كلمة مرئي Visual : يعني اللمعان المقاس في الجزء المرئي من الطيف (القسم الذي نستطيع رؤيته بواسطة عيوننا).

أول دليل معروف للنجوم قام بوضعه الفلكي اليوناني هيبارخوس Hipparchus حوالي 120BC ويحتوي على 1080 نجم. حيث نقح فيما بعد وزيد عدد النجوم على يد بطلميوس Ptolemy بدليل مشهور يعرف باسم المجسطي Almagest. لقد جدول هيبارخوس النجوم التي يمكن رؤيتها في كل مجموعة نجمية (برج)، واصفاً بذلك مواقعها، وربط لمعانها بمقياس من 1 إلى 6 حيث أعطى ألمع النجوم القيمة 1. هذه الطريقة في وصف لمعان النجوم مازالت تستخدم حتى يومنا هذا. بالطبع هيبارخوس لم يكن لديه تلسكوب، ولهذا كان باستطاعته أن يرى فقط نجوماً خافتة من القَدْر (الرتبة) 6. وبدخول التلسكوب في القرن السابع الميلادي امتد هذا النظام ليشمل نجوماً أكثر خفوتاً بطرق مختلفة تبعاً للفلكيين. أما اليوم فإننا نستطيع رؤية نجوم من القَدْر (الرتبة) تحت 22.

ففي القرن التاسع عشر تطور هذا النظام ليصبح نظاماً معيارياً بشكل نهائي. حيث اعتمد هذا النظام على أنه إذا كان لدينا نجم من القدر الأول فإن لمعانه الظاهري يكون أكبر مرة من اللمعان الظاهري لنجم من القَدْر الثاني، وكذلك النجم من القَدْر الثاني سيكون لمعانه الظاهري أكبر من اللمعان الظاهري لنجم من القَدْر الثالث، وهكذا. والميزة لهذه النسبة الخاصة للقَدْر تطابقها القريب من نظام بطلميوس؛ وبسبب كون .

فإذا كان لدينا نجم من القدر الأول فإن لمعانه الظاهري يكون أكبر مرة من لمعان نجم من القدر السادس. ومنه فإن نجم من القدر السابع يكون أشد لمعاناً بمقدار 100 مرة من لمعان نجم من القدر الثاني عشر؛ ونجماً من القَدْر الأول يكون أشد لمعاناً بمقدار مرة من النجم ذو القدر الخامس.

وبواسطة أجهزة عالية الدقة، مثل : مقياس الطاقة الإشعاعية الحرارية Bolometer*، و مقياس كثافة الطاقة الإشعاعية Radiometer*، استطاع الفلكيون اليوم قياس اختلافات صغيرة تبلغ من القَدْر النجمي. والنجوم التي تتراوح أقَدْارها بين تدعى بنجوم القَدْر الثاني. والنجوم الألمع من القَدْر ، حيث يوجد 20 نجماً تدعى بنجوم القَدْر الأول. فنجم القدر الأول Aldebaran الدَّبَرَان* له قَدْر ظاهري يبلغ ، ونجم من القَدْر الأول ألمع قليلاً هو النسر الطائر* Altair ويبلغ قَدْره وهو الحادي عشر من النجوم الأكثر ضياءً في السماء، ونجم النسر الواقع* Vega له قَدْر مرئي قريب من 0. كما أن ألمع النجوم لها قَدْر أصغر من الصفر (عدد سالب). بعض الكواكب تبدو ألمع من النسر الواقع ولهذا فان أقَدْارها المرئية تكون عبارة عن أعداد سالبة، فكوكب الزهرة يبلغ قَدْره الظاهري .

وألمع نجوم السماء (باستثناء الشمس) هو نجم الشِّعْرَى اليمانية* Sirius له قَدْر يبلغ . أما القَدْر المرئي للشمس فيبلغ ، حيث يبلغ لمعانها الظاهري أكثر بحوالي

مرة من لمعان نجم الشِّعْرَى اليمانية كما يبدو لنا. عادة ما يستخدم الفلكيون مصطلح القَدْر الظاهري Apparent Magnitudes للدلالة على اللمعان الذي يبدو عليه النجم بالنسبة لنا من على الأرض. ويرمز للقَدْر الظاهري Apparent Magnitude بالحرف الصغير m (مثل m).

وبسبب كون العين البشرية أكثر حساسية للضوء الأصفر من الضوء الأزرق، ومن المعروف أن فيلم التصوير الضوئي (الفوتوغرافي) أكثر حساسية للضوء الأزرق من الضوء الأصفر فإن القَدْر الظاهري للنجم والذي يمثل لمعانه الظاهري قد يختلف عن لمعانه الذي يبدو عليه في فيلم التصوير الضوئي. فنجم يبلغ قَدْره الظاهري 2 قد يبدو قَدْره الظاهري على فلم التصوير الضوئي 1 إذا كان النجم أزرقاً، أو 3 إذا كان النجم أصفراً أو أحمراً. وابهت نجم نستطيع ملاحظته بتعريض فلم التصوير الضوئي لفترة طويلة وبأضخم التلسكوبات يكون من القَدْر الظاهري 23.

يبلغ عدد النجوم في كل فئة من القَدْر النجمي يكون ثلاثة أضعاف عدد النجوم في الفئة التي تسبقها وتستمر هذه النسبة حتى الفئة العاشرة. يبلغ عدد نجوم القَدْر الظاهري الأول 20 نجماً، وحوالي 60 نجماً من القَدْر الظاهري الثاني، وحوالي 180 نجم من القَدْر الظاهري الثالث. هذه النسبة تتبدل ولتصبح أقل من 3 إلى 1 بالنسبة إلى النجوم الأقل لمعاناً، حيث تقترب من 2 إلى 1 من أجل نجوم القَدْر الظاهري 20.

لا يعتمد لمعان النجم الظاهري على لمعانه الحقيقي (الفعلي) فقط ولكن أيضاً على المسافة التي يبعد بها عنا ولهذا طور الفلكيون مفهوماً جديداً هو مقياس اللمعان المطلق Absolute Brightness للنجم؛ وبالتالي فإن مصطلح القَدْر المطلق Absolute Magnitude هو بالتعريف : كيف يبدو لمعان النجوم إذا وضعت جميعها على بعد يبلغ بالضبط 10 parsecs بارسك، أي حوالي سنة ضوئية (يساوي البارسك سنة ضوئية) من الأرض. فالقَدْر الظاهري للشمس Apparent Magnitude كما ذكرنا سابقاً يبلغ بسبب قربها الشديد من الأرض، والقَدْر المطلق Absolute Magnitude لها يبلغ . يرمز للقَدْر المطلق بالحرف الكبير M.

العلاقة بين القَدْر الظاهري Apparent Magnitude، و القَدْر المطلق Apparent Magnitude.

إن كل من حجم ودرجة حرارة سطح النجم يحددان كمية الطاقة الإشعاعية التي يطلقها النجم في كل ثانية : وهذا يمثل الإضاءة (اللمعان) الحقيقية للنجم، وكذلك أيضاً بعد أو قرب النجم من الأرض. فكلما كان النجم قريباً من الأرض فإن كثيراً من طاقته الإشعاعية سيصل فعلياً إلى الأرض، وسيظهر لمعان النجم.

ترتبط الإضاءات الظاهرية (اللمعان الظاهري) بكمية الطاقة الضوئية التي نستقبلها من النجوم بعلاقة غريبة إلى حد ما، تطورت هذه العلاقة ونمت بشكل رئيسي من استجابة ردة فعل العين البشرية. فإذا كان لدينا نجمان القَدْر الظاهري لكل منهما ، والطاقة الضوئية التي تصلنا