الحقول الفرعيه لعلم الفلك

الحقول الفرعية لعلم الفلك

علم الفلك الشمسي

وعلى مسافة تصل إلى نحو ثماني دقائق ضوئية، يعتبر الشمس أكثر النجوم دراسةً، وهو نجم قزمي نموذجي من المجموعة G2 V، ويبلغ عمرها حوالى 4.6 مليار عام. لا تعتبر الشمس نجماً متغيراً، ولكنها لا تخضع للتغييرات الدورية في نشاطها المعروف باسم الدورة الشمسية. وذلك يعد تقلباً في الأرقام الشمسية لمدة 11 عاماً.والبقع الشمسية عبارة عن مناطق ذات درجة حرارة أقل من المتوسط ترتبط بالنشاط المغناطيسي المكثف.

 

صورة التقطت بالأشعة فوق البنفسجية للفوتوسفير النشط للشمس باستخدام تلسكوب التتبع الفضائي. صورة ناسا.

ازدادت الشمس اشراقاً عبر الزمن، وتبلغ الزيادة بنسبة 40 ٪ منذ أن أصبحت الشمس نجم تسلسل رئيسي. كما خضعت الشمس أيضا لتغيرات دورية من حيث الإشراق والذي يمكن أن يكون له تأثير ملموس على كوكب الأرض.^[32] وعلى سبيل المثال، يعتقد أن ظاهرة موندر قد سببت حدوث ظاهرة العصر الجليدي الصغير خلال القرون الوسطى. ^[33]

يطلق على السطح الخارجي المرئي للشمس الفوتوسفير. ويوجد فوق هذه الطبقة، منطقة رقيقة تعرف باسم الكروموسفير. ويحيط بها منطقة انتقالية ذات درجات حرارة تتزايد بسرعة، ثم يأتي بعدها طبقة الكورونا الساخنة.

ويقع في مركز الشمس المنطقة الرئيسية، وهي تحتوي على كمية من درجة الحرارة والضغط تكفي لحدوث اندماج نووي. بينما يوجد فوق المنطقة الرئيسية منطقة الإشعاع، حيث تنقل البلازما تدفق الطاقة عن طريق الإشعاعات. وتكون الطبقات الخارجية منطقة حرارية حيث تنقل المواد الغازية الطاقة عن طريق تغيير المكان الفيزيائي للغاز.ويعتقد بأن تلك المنطقة الحرارية تخلق نشاطاً مغناطيسيأ مما يولد بقع شمسية.^[

يخرج من الشمس رياح شمسية تتكون من جزيئات البلازما في شكل تيارات حتى تصل إلى منطقة أفول الشمس. وتتفاعل هذه الرياح الشمسية مع المجال المغنطيسي لكوكب الأرض لتكوين حزام فان ألن الإشعاعي، بالإضافة إلى الشفق القطبي، حيث تنحدر خطوط الحقل المغناطيسي لكوكب الأرض لتصل إلى الغلاف الجوي. ^[34]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علم دراسة الكواكب

يفحص مجال الفلك تجمع الكواكب، والأقمار، والكواكب القزمية، والمذانب، والكويكبات، وغيرها من الأجسام التي تدور حول الشمس، فضلا عن الكواكب التي تقع خارج المجموعة الشمسية. ولقد تم دراسة النظام الشمسي بشكل جيد نسبياً باستخدام التلسكوب في باديء الأمر، ثم من خلال المركبات الفضائية. وأدى ذلك إلى فهم كيفية تكوين وتطور الكواكب بشكل جيد وشامل، على الرغم من وجود العديد من الاكتشافات الجديدة. [100]

 

تمثل البقعة السوداء في الجزء العلوي من الصورة شيطان غباري يتسلق جدار حفرة على سطح كوكب المريخ. ويخلق العمود المتحرك الملتف للغلاف الجوي لكوكب المريخ (مقارنةً بالإعصار الأرضي) الخط الداكن الطويل. صورة من وكالة ناسا

وينقسم النظام الشمسي إلى الكواكب الداخلية، وحزام الكويكبات، والكواكب الخارجية. تتكون الكواكب الصخرية الداخلية من كوكب عطارد، والزهرة، والأرض، والمريخ. بينما تضم الكواكب الغازية الخارجية كل من كوكب المشتري، وزحل، واورانوس، ونبتون. ^[35] ويقع حزام كويبر بعد كوكب نبتون، وأخيراً توجد سحابة أورط التي قد تمتد على بعد سنة ضوئية.

وتكونت الكواكب من خلال قرص كوكبي كان يحيط بالشمس في أول عهدها.كون ذلك القرص كتل مادية تطورت مع الوقت لتصبح كواكب أولية، وتمت تلك العملية من خلال الجاذبية، والتصادم، والتراكم.ثم قام الضغط الإشعاعي الناتج من الرياح الشمسية بطرد معظم المواد التي لم تتطور بعد، ونجد أن الكواكب التي لديها كتل كافية هي التي حافظت على الغلاف الجوي الغازي. واستمرت الكواكب في طرد المواد المتبقية خلال فترة من القصف المكثف، والدليل على ذلك هو وجود حفر عديدة على سطح القمر. وخلال تلك الفترة، يمكن لبعض الكواكب الأولية أن تصطدم ببعضها البعض، وتلك هي الفرضية الرائدة حول كيفية تكون القمر.^[36]

وعندما يصل الكوكب إلى الكتلة الكافية، تعزل المواد ذات الكثافة المختلفة داخل الكوكب، وذلك خلال التمايز الكوكبي. ويمكن لهذه العملية أن تشكل نواة صخرية أو معدنية محاطة بغطاء وسطح خارجي. ويمكن أن تضم النواة مناطق صلبة وسائلة، بينما تنتج بعض النوى الكوكبية المجال المغناطيسي الخاص بها الذي يمكن أن يحمي غلافها الجوي من الرياح الشمسية. [106]

تنتج الحرارة الداخلية لأي كوكب أو قمر من التصادمات التي تحدث بسبب تجمع المكونات في باطنه ، ومن ضمنها المواد المشعة (مثل اليورانيوم، والثوريوم، و²⁶Al أو الحرارة الناتجة من المد والجزر، وهذه تنشأ من تجاذب الكوكب لنجمه (شمسه) المركزي الكبير. تنشأ في بعض الكواكب والأقمار قوى تعمل على دفع العمليات الجيولوجية على سطح الكوب ، مثل البراكين و حركات الصفائح التكتونية. إذا كان للكوكب كتلة استطاع الاحتفاظ بجوه عن طريق الجاذبية ، أما إذا كانت كتلته غبر كافية فإنه يفقد ما عليه من غازات ولا يصبح له جوا . ونحن نعرف ان القمر مثلا ليس له جو بسبب صغر كتلته . تبرد الأجرام الصغيرة التي ليس لها حرارة مد وجزر بسرعة كبيرة ؛ ويتوقف نشاطها الجيولوجي باستثناء أثر البراكين.^[37]

 

 

 

 

 

 

 

 

علم الفلك النجمي

 

سديم النملة الكوكبي يوضح طرد الغازات من النجم الميت بالوسط أنماط متناظرة على عكس الأنماط الفوضوية الناتجة عن الانفجارات العادية.

يجب علينا دراسة النجوم والتطور النجمي لنتمكن من فهم الكون. وتم تحديد الفيزياء الفلكية للنجوم من خلال الرصد والفهم النظري؛ بالإضافة إلى المحاكيات الحاسوبية الداخلية.

وتتكون النجوم داخل المناطق التي تحتوي على كمية كثيفة من الغبار والغاز، والمعروفة باسم السحب الجزيئية العملاقة. يمكن لشظايا السحب أن تصطدم ببعضها البعض عندما يحدث زعزعة لاستقرارها، وذلك بسبب الجاذبية لتشكل نجوم أولية.تسبب المناطق الرئيسية الساخنة ذات كثافة كافية اندماجاً نووياً، وبالتالي تخلق نجم تسلسل رئيسي. ^[

خلقت معظم العناصر الأثقل من الهيدروجين والهليوم داخل نوى النجوم.

وتعتمد خصائص النجم الذي نتج من تلك العملية على الكتلة النجمية.وكلما كان النجم ثقيلاً، كلما زادت قوة إشراقه، وبالتالي يمتد الوقود الهيدروجيني بداخله بشكل أكبر.وبمرور الوقت، يتحول الوفود الهيدروجيني إلى غاز الهليوم، ويبدأ النجم في التطور. يتطلب الهليوم درجات حرارة أساسية مرتفعة لكي ينصهر، مما يجعل النجم يتمدد في الحجم، ويزيد في كثافته الأساسية. ويتمتع العملاق الأحمر الناتج عن ذلك بعمر قصير قبل أن يستهلك وقود الهليوم.ويمكن للنجوم الضخمة جداً أن تخضع لسلسلة من مراحل تطورية منخفضة، لأنها تؤدي إلى انصهار عناصر أثقل.

ويعتمد المصير النهائي للنجم على كتلته، وتصبح النجوم ذات كتلة أكبر من اشمس بثمانية أضعاف سوبر نوفا رئيسي للتصادم، في حين تكون النجوم الصغيرة سديم كوكبي، وتتطور مكونةً أقزام بيضاء وتشكل بقايا السوبرنوفا نجم نيوتروني كثيف، أما إذا كانت الكتلة النجمية ثلاث أضعاف الشمس على الأقل، تكون تلك البقايا ثقب أسود. ^[39] ويمكن للنجوم الثنائية القريبة أن تتبع مسارات تطورية أكثر تعقيداً، مثل النقل الجماعي لقزم أبيض يحتمل أن يتسبب في حدوث سوبر نوفا. ويعتبر السديم الكوكبي والمستعر الأعظم ضروريين لتوزيع المعادن في البيئة بين النجمية؛ فلولا وجودهما، لتشكلت كل النجوم الجديدة (وأنظمتها الكوكبية) من الهيدروجين والهليوم فقط.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علم الفلك المجري

 

مراقبة هيكل الأذرع اللولبية لمجرة درب اللبانة

تدور مجموعتنا الشمسية داخل مجرة درب التبانة، وهي مجرة لولبية قضيبية وعضو بارز في المجموعة المحلية من المجرات. وهي كتلة دوارة تتكون من الغاز، والغبار، والنجوم وغيرها من الأجسام التي ترتبط معاً بواسطة جاذبية متبادلة. وحيث أن كوكب الأرض يقع ضمن الذراع الخارجية المغبرة، هناك أجزاء كبيرة من مجرة درب التبانة لا يمكن رؤيتها.

ويقع القلب في مركز مجرة درب اللبانة، وهو تضخم قضيبي الشكل ذات ثقب أسود في الوسط. يحيط به أربعة أذرع أساسية ذات قلب لولبي.وهي منطقة تتميز بالتشكيل النشط للنجوم التي تحتوي على العديد من النجوم الصغيرة من النوع الأول.ويحيط بالقرص هالة مفلطحة من النجوم الكبيرة من النوع الثاني، بالإضافة إلى مجموعات كثيفة نسبياً من النجوم تعرف باسم التجمعات المغلقة. [116] [118]

وتقع البيئة بين النجمية بين النجوم، وهي منطقة ذات مواد متناثرة.وتخلق السحب الجزيئية الهيدروجينية وعناصر أخرى مناطق لتكوين النجوم داخل المناطق ذات كثافة مرتفعة.ويبدأ ذلك في شكل غمامة سوداء ترتكز وتنخفض (في أحجام تتحدد بطول الجينز) لتشكل نجوم أولية مضغوطة.^[40]

وكلما تظهر النجوم الضخمة بكثرة، تتحول السحابة إلى منطقة H II region، التي تتكون من غازات وبلازما متوهجة.وتعمل الرياح النجمية وانفجارات السوبرنوفا الناتجة عن هذه النجوم على تفريق السحب، وغالباً ما تترك وراءها مجموعات مفتوحة من النجوم الشابة.ثم تتناثر تلك المجموعات تدريجيا، وتنضم النجوم لسكان مجرة درب اللبانة.

أوضحت الدراسات الحركية للمادة داخل مجرة درب التبانة والمجرات الأخرى أن هناك كتل أكبر من المعروفة بالنسبة للمواد المرئية.وتظهر هالة مادية مظلمة، ويبدو أنها تسيطر على الكتلة، على الرغم من عدم تحديد طبيعة تلك المادة المظلمة.^[41]

 

فروع علم الفلك

فروع علم الفلك

وتعدّدت فروع علم الفلك بتطوّر أساليب البحث وتقنيات الرّصد وتقدّم العلوم الأخرى. إذ أنّ علم الفلك علم شامل، والباحث فيه عليه إتقان الرّياضيات والفيزياء بالخصوص، ولكن كذلك الكيمياء وحتّى البيولوجيا (لمن يريد دراسة إمكانية الحياة على سطح الكواكب الأخرى مثلا). والرّاصد عليه إتقان تقنيات عديدة كالإلكترونيك والحاسوب مثلا. ومن أهمّ فروع علم الفلك الحديث نذكر فيما يلي بعض الأمثلة القليلة:

1. قياس مواقع النّجوم (Astrometry): و هو الفرع الّذي يرمي إلى قياس مواقع النّجوم في السّماء بدقّة كافية ورصد تحرّكاتها.

2. الميكانيك السّماوية (Celestial Mechanics): يهدف إلى رصد حركة الكواكب والأقمار في مجموعتنا الشّمسية والتنبّؤ بهذه الحركة في ظلّ قانون الجاذبية. وهو علم دقيق جدّا، إذ يمكن من خلاله حساب زمن خسوف القمر بدقّة، وهذا عشرات السّنين قبل حدوثه.

3. الفيزياء الفلكية (Astrophysics): والّتي تضم العديد من الشّعب كدراسة طبيعة الكواكب وفيزياء النّجوم ودراسة تكوين الأبنية الكبرى ودراسة محيط ما بين النّجوم...

4. فيزياء الكون (Cosmology): و هو يدرس الكون بمجمله وبجميع مكوّناته بنظرة شاملة، ويهدف إلى دراسة تكوينه ومستقبله، وهو علم يشهد حاليا إقبالا واهتماما كبيرين من طرف الفلكيين.

و الباحث في علم الفلك الحديث عليه أن يختصّ في واحدٍ من هذه الفروع إختصاصا عميقا، إذ أنّ كلّ فرع يكاد يشكّل لوحده علما منفردا ! ولكن مع هذا فإنّ عالم الفلك عليه معرفة المفاهيم الأساسية في جميع الفروع الأخرى الّتي لا تزال مرتبطة على كلّ حال. وسنبدأ التطلّع على هذه المفاهيم ابتداءً من الباب القادم.

علم الفلك النظري

علم الفلك النظري

يستخدم علماء الفلك النظري مجموعة كبيرة من الأدوات التي تتضمن نماذج تحليلية (مثل البوليتروبات التي تحدد سلوكيات النجوم)، والتحليل العددي الحسابي.ولكل نوع بعض المزايا. وتعد النماذج التحليلية لأي عملية مفيدة في إعطاء نظرة ثاقبة حول ما يحدث. ويمكن أن تكشف النماذج العددية عن وجود ظواهر وآثار لا يمكن رؤيتها.

ويحاول أصحاب النظريات الفلكية أن يصنعوا نماذج نظرية ومعرفة النتائج الرصدية لتلك النماذج. وذلك يساعد المراقبين في البحث عن البيانات التي يمكن أن تدحض نموذجاً أو تساعد في الاختيار بين النماذج البديلة أو المتضاربة.

كما يحاول أصحاب النظريات أيضاً صناعة أو تعديل نماذج تأخذ في الحسبان البيانات الجديدة. وفي حالة وجود تناقض، يتجه العامة إلى عمل أقل تعديلات ممكنة للنموذج لاحتواء البيانات. وفي بعض الحالات، قد تؤدي البيانات المتناقضة إلى التخلي الكلي عن النموذج.

وتشمل المواضيع التي ناقشها علماء الفلك النظري: ديناميات النجوم والتطور؛ تكون المجرات؛ هياكل المواد الكبيرة في الكون؛ مصدر الأشعة الكونية؛ النسبية العامة وعلم الكونيات المادي، بما في ذلك علم الكون الوتري وastroparticle physics.وتعد الفيزياء الفلكية بمثابة أداة لقياس خصائص الهياكل الكبيرة، حيث تلعب الجاذبية دورا هاما في التحقيق في الظواهر الفيزيائية، بالإضافة إلى أنها أساس الثقب الأسود ودراسة موجات الجاذبية.

وتشمل بعض النظريات المقبولة والنماذج علم الفلك، وهي الآن مدرجة في نموذج لامبدا: الانفجار الكبير، والتضخم الكوني، والمادة لداكنة، والنظريات الأساسية في علم الفيزياء.