up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله کيهان شناسي PDF
QR code - کيهان شناسي

کيهان شناسي

مقدمه اي بر کيهان شناسي

يک پاسخ يک جمله اي به سؤال کيهان شناسي چيست؟ را به اين نحو مي توان بيان کرد که کيهان شناسي عبارت است از: مطالعه ساختمان جهان به صورت يک کل . اما تعريف فوق براي بحث فعلي ما زياده از حد کلي و گسترده است، زيرا بيجان و جاندار ، هر دو را شامل مي شود و اگر درست بدان بنگريم ، شامل بزرگ و کوچک ، گذشته ، حال و آينده مي شود. از اين رو ناگزيريم خود را به هدفهاي متعادلتري محدود کنيم. مشاهدات ستاره شناختي چه جيزي در مورد ساختمان بزرگ مقياس جهان به ما بازگو مي کنند؟
آيا قوانين فيزيک ، آن گونه که امروزه مي شناسيم قادرند الگوهايي که از يک چنين مطالعه اي سر بر مي آورند را توضيح دهند؟ تجسس و تحقيقي در مورد اين پرسشها ، همان چيزي است که ما از کيهان شناسي مدنظر داريم. براي در ديد قراردان صفت بزرگ مقياس محتواي فضا زمان را درون حوزه ديد قويترين تلسکوپهاي امروزي و نسبت به واحدهاي معروف و گوناگوني از طول ، جرم و زمان ، قرار مي دهيم.
● سال نوري
سال نوري يا پارسک ، مناسبترين واحد طول براي کيهانشناسي است. از لحاظ ماهيت ، زمين جسم بزرگي به نظر مي رسد، خصوصا اگر بخواهيم بر روي قسمتي از آن مطالعه کنيم. سياره ما ، تقريبا کره اي است با شعاع ۶.۴۰۰ کيلومتر. زمين از خورشيد، حدود صد و پنچاه ميليون کيلومتر ، يعني تقريبا ۲۳۵۰۰ بار بزرگتر از شعاع آن است. پلوتو ، دورترين سياره منظومه شمسي ، حدود ۴۰ بار دورتر از اين مقدار نسبت به خورشيد است. يعني تقريبا يک ميليون برابر شعاع زمين.
کهکشان ما ، تقريبا شامل ۱۰۱۱ ستاره است که در يک حجم عدسي شکل توزيع شده اند. منظومه شمسي تقريبا در دو سوم فاصله از مرکز کهکشان قرار دارد. از اين رو ديگر مناسب نيست که اين فاصله بسيار بزرگتر را بر جسب واحدهاي طول مورد استفاده در زمين بيان کنيم. امروزه دو واحد بسيار بزرگتر مورد استفاده قرار مي گيرند. يکي از آنها که از لحاظ فيزيکي معني دارتر است، سال نورزي است، فاصله اي که نور در يک سال مي پيمايد. فاصله منظومه شمسي از مرکز کهکشان ما ، حدود ۳۰.۰۰۰ سال نوري است.
● پارسک
يک واحد مناسب ديگر که اين قبيل فواصل بزرگ را بر حسب آن بيان مي کنند، پارسک (pc) است که مقدار تقريبي آن ، سال نوري ۳.۲۶ = ۱pc است. پارسک ، فاصله اي است که از آن شعاع مدار زمين حول خورشيد ، تحت زاويه ۱ ثانيه قوسي ديده مي شود. از نظر تاريخي ، پارسک به عنوان يک واحد طول در قرن نوزدهم در ارتباط با يک روش مثلثاتي مطرح شد که از آن براي تعيين فاصله نزديکترين ستارگان به منظومه شمسي استفاده مي شد.
تا قبل از قرن حاضر ، اکثر ستاره شناسان معتقد بودند که کهکشان ما ، تمام چيزي است که در جهان وجود دارد. اما داده هايي که بوسيله تلسکوپهاي قوي با آينه هاي اوليه با دهانه بزرگ بدست آمد و نشان مي داد که کهکشان ما فقط يکي از چندين کهکشان موجود است، اين باور را به تدريج تغيير دادند. کهکشانهاي ديگري با اشکال و صور گوناگون ، در سرتاسر جهان يافت شده اند که برخي مشابه کهکشان ما ، برخي ديگر با آن بسيار متفاوتند. کهکشانها منزوي و نيز کهکشانهايي به صورت گروهي يا خوشه اي وجود دارند که تعداد آنها از حدود ۱۰ عدد روي خوشه کوچک ، تا حدود ۱۰۰۰ عدد براي يک خوشه بزرگ متغير است.
منطقه اي که بوسيله يک تلسکوپ قوي قابل دسترس است، تا حدود ۳۰۰۰mpc ، يعني تا فاصله اي حدود ۱۰ بيليون سال نوري گسترده است. اين فاصله ۱۰ بيليون سال نوري مقياس مشخصه جهان را نشان مي دهد. اجرام در مقياس بزرگ ، بطور مناسب بر حسب جرم خورشيد (بعنوان يک واحد) مشخص مي شوند.
● جرم عالم
جرم تخمين زده شده کل جهان قابل مشهده چقدر است؟ تعداد کهکشانهاي قابل مشاهده جهان ، بايد چيزي حدود ۱۰۹ تا ۱۰۱۰ باشد. اين تخمين، ماده ديده نشده را که ممکن است به صورت غير مرئي جود داشته باشند شامل نمي شود. عقايد ستاره شناسان در مورد ميزان ماده ديده نشده ، بسيار متفاوت است. برخي بر اين گمانند که مقدار فوق ، نسبتا کوچک است و برخي ديگر ، جرم آنرا تا حدود ۱۰۰ برابر جرم کهکشانهاي قابل مشاهده مي دانند که به حدود ۱۰۲۳۰ M براي ماده موجود تا فاصله ۱۰ بيليون سال نوري از ما بالغ مي شود.
● واحدهاي زماني کيهان شناسي
ثانيه و سال ، واحدهايي از زمان هستند که اغلب در کيهان شناسي مور استفاده قرار مي گيرند قابل ملاحظه اي دارد و هيچ واحد خاص و يگانه اي براي تمام آنها مناسب نيست. دوره تناوب تپنده ها و مدت زماني رويداد فورانهاي پرتو ايکس و پرتو گاما ، فواصل زماني در مقياس حدود ثانيه يا کمتر دارد. انفجار ابرنواخترها نيز در مقياسهاي زماني چند ده ثانيه رخ مي دهد. طرف ديگر تاريخ تکاملي ستاره اي از گونه خورشيد ، که در رشته اصلي آغاز مي شود، گستره زماني چند بيليون ساله اي را مي پوشاند.
اما در مورد کهکشانها مي بينيم بسياري از آنها دوره هاي چرخشي دهها يا حتي صدها ميليون ساله دارند و نمونه اش کهکشان ماست. مقياسهاي زماني طولاني تر از اين نيز در تحول کهکشانها وجود دارد. اگر چه فرآيندهاي دقيق تشکيل و تحول کهکشانها هنوز بطور کامل و صحيح درک نشده ، اما گمان مي رود کهکشاني که بطور عمده از ستارگان کم جرم مثلا يک کهکشان بيضوي همچون M۸۷ تشکيل شده باشد، بيش از ۱۰ بيليون سال عمر داشته باشد. آيا يک مقياس زماني مشخه اي وجود دارد که بتوان براي کل دنيا بکار برد؟ پاسخ اين سؤال مثبت است و اين زمان مشخصه ، احتمالا در محدوده ۱۰ تا ۱۵ بيليون سال قرار دارد. براي درک مبناي اين پاسخ ، نخست يک کشف بحراني مهم را که مربوط به ادوين هابل است و مبناي پيشرفت کيهان شناسي جديد را فراهم کرد.
● قانون هابل
ادوين هابل بوسيله تلسکوپهاي ۹۰ و ۲۵۰ سانتيمتري در مونت ويلسون کاليفرنيا ، کهکشانها را بطور سيستماتيک و اصولي تا فاصله چند ميليون پارسک مورد تحقيق و بررسي قرار داد. اهداف اين تحقيق عبارت بودند از:
▪ مطالعه اشکال ساختماني کهکشانها
▪ تخمين تابندگي ظاهري کهکشانها
▪ اندازه گيري انتقال به سمت قرمز طيف کهکشانها
نخستين تعيين انتقال به سمت قرمز کهکشانها قبلا توسط وي. ام. اسليفر صورت گرفته بود، اما اين موارد براي نمونه محدودتري از کهکشانهاي درخشان نسبتا نزديک انجام شده بود. بررسي هابل ، کار اسليفر را به کهشکانهاي کم نورتر دورتر تعميم داد. اسلفر دريافته بود که خطوط طيف يک کهکشان ، بطور منظم در طول موجهاي بلندتر وسيله اي است که هابل بوسيله آن قسمت اعظم کار خود بر روي انتقال به سمت قرمز سحابه اي را انجام داد (رصدخانه هاي هيل). نسبت به آنچه در آزمايشگاه مشاهده مي شود جاي دارند.
کشف اساسي هابل
کشف اساسي که هابل انجام دارد اين بود که يک ارتباط آماري قوي بين تابندگي کهکشانها و انتقال به سمت قرمز آنها وجود دارد، به اين معني که هر قدر تابندگي کوچکتر و کمتر باشد، انتقال به سمت قرمز بزرگتر است. چون تابندگي کمتر به معني فاصله بزرگتر است معني کشف مذکور اين است که انتقال به سمت قرمز کهکشانها ، بر حسب فاصله شان افزايش مي يابد. آيا انتقال به سمت قرمز ، براي کهکشانهايي که از نمونه اول هابل دورتر باشند، باز هم افزايش مي يابد؟ نمونه اول ، شامل کهکشانهاي منفردي در حوزه ديد بود.
براي تعميم حوزه فاصله ، هابل توجه خود را به کهکشانهاي درون خوشه ها معطوف کرد، زيرا کهکشانهاي درخشنده تر در خوشه ها ، يکنواخت تر از کهکشانهاي منفردند و به اين طريق ، تفرق آماري بسيار کاهش مي يافت. اين يکنواختي ، امکان داد که نمونه کهکشانها در خوشه هاي دور ، از لحاظ تعداد ، کمتر از نمونه کهکشانهاي حوزه ديد باشد. يعني شرطي که براي انجام کار ضروري است، زيرا کهکشانهاي دورتر که اکنون مورد مطالعه و بررسي هستند، کم نوتر از کهکشانهاي بررسيهاي قبل هستند.
از اين رو ، مشاهده آنها بسيار دشوارتر بود و هر يک به تعداد ساعات مشاهده بيشتري با هر تلسکوپ نياز داشتند. کار فوق ، براستي آنقدر مورد توجه بود که فردي بنام ميلتون هوماسون با هابل به همکاري پرداخت. هابل مسؤول تعيين تابندگي و هوماسون مسؤول تعيين انتقال به سمت قرمز بود. ويژگي خطي قانون هابل براي کهکشانهايي که انتقال به سمت قرمز آنها کمر از حدود ۰.۳ باشد، بخوبي تثبيت شده فرض مي شود. اين قبيل کهکشانها ، فواصلي تا حد ۱۵۰۰mpc دارند.
● جهان در حال انبساط
قانون هابل ، لازم مي دارد که کهکشان ما به قسمي قرار گرفته باشد که به استثناي چند همسايه مجاور معدود (با z هاي منفي بسيار کوچک) تمام کهکشانهاي ديگر در حال فرار از ما باشند. در وهله اول به نظر مي رسد که بايد موقعيت خاصي در کيهان داشته باشيم، به اين صورت که ما در يک مرکز مرجح قرار داريم. اما اندک تفکري نشان مي دهد که چنين نتيجه گيري خطاست. اگر تصور کنيم که در روي کهشکان ديگري قرار مي داشتيم، دقيقا همين تصوير بزرگ مقياس را مي ديدم؛ کهکشانهاي ديگر نيز بايد از cz = Hd تبعيت کنند که در آن d , z از نقطه ممتاز جديد ما اندازه گيري مي شوند. اين جنبه ، يک ويژگي مهم جهان است که به همگني معروف است. قانون هابل ، به موقعيت ممتازي براي ناظر احتياج ندارد. دو مثال زير ، اين حقيقت که قانون هابل ، موقعيت ممتازي براي ناظر نمي طلبد را روشن مي کند.
● مثال نخست
يک بادکنک پلاستيکي در حال باد شدن است. فرض کنيد نقاطي بعنوان نشانه بر روي بادکنک وجود داشته باشد. هيچ نقطه اي موقعيت ارجحي ندارد. با اين وصف ، در اثر منبسط شدن بادکنک ، تمام نقاط يکديگر دور مي شوند.
● مثال دوم
يک شبکه سيمي مکعب شکل فلزي را در نظر بگيريد که در يک کوره ، حرارت مي بيند. سيمها در اثر گرم شدن ، انبساط طولي پيدا مي کنند و موجب مي شوند که تمام نقاط شبکه از يکديگر دور شوند. در اينجا نيز هيچ نقطه ارجح خاصي در شبکه وجود ندارد (اگر چه ممکن است نقاط داخل شبکه را از نقاط مرزي آن متفاوت بدانيم) اما با بزرگ و بزرگتر کردن شبکه ، نسبيت اين قبيل نقاط مرزي کاهش مي يابد. وقتي شبکه بينهايت بزرگ شود، حتي اين تمايز بين نقاط داخلي و نقاط مرزي نيز از بين مي رود.
مثال اول ، مشابه مدلهاي محدود بسته جهان است. اما مورد دوم ، مانند مدلهاي نامحدود باز است. در اينجا مي توانيم همچون مورد سيمهاي گرم شده ، تصور کنيم فضايي که اين کهکشانها در آن قرار داده شده اند منبسط شده و موجب مي شود که فواصل بين کهکشاني بطور يکنواخت افزايش مي يابد. اين قاعده کلي که تمام فواصل بين کهکشانها به يک نسبت با گذشت زمان تغيير مي کنند، اغلب تحت عنوان انبساط جهان ياد مي شود.
● تقارنهاي جهان
قانون هابل ، براي ناظر واقع در هر کهکشان صادق است. اعتقاد دانشمندان بر اين است که اين ويژگي همگني جهان ، به مفهوم کلي تري که در زير شرح داده مي شود اعمال مي گردد: مي توان موقعيت يک فرد در فضا را ، صرفا از روي جزئيات موضعي و نه از روي ساختمان بزرگ مقياس جهان ، مشخص کرد. البته اين عقيده را نمي توان از طريق آزمايش تجربي ثابت کرد، زيرا در عمل نمي توانيم موقعيت خود در فضا را به ميزان قابل توجهي تغيير دهيم. ليکن مي توان گفت که اين مطلب ، با هيچ جنبه اي از مشاهدات ما ناسازگاري ندارد. چگونه يک مشاهده ممکن است با همگني ناساگار باشد؟ همگني در يک مقياس بزرگ ، موضوعي است که ستاره شناسان آن را از سر ايمان و اعتقاد قبول دارند. جهان در مقياسي بزرگ نسبت به کهکشان خود ما، همسان است.
هنگامي که موقعيت نزديکترين و درخشنده ترين کهکشانها روي کره سماوي ترسيم شود (مثلا کهکشانهاي موجود در فهرست عمومي جديد)، در مي يابيم که اين توزيع هم در مناطق مجاور در آسمان و هم مناطق کاملا مجزاي آسمان ، غير يکنواخت است. ترسيمه اي مشابه اين ، تا حد قدرهاي کم نور و کم نورتر هنوز در روي مناطق کوچک و مجاور ، غير يکنواخت است. و دليل آن خوشه بندي است، اما هنگامي که اين غير يکنواختيهاي موضعي هموار شوند، توزيع در پهنه کل آسمان بطور فزاينده اي يکنواخت مي شود. در حوزه ديد قويترين تلسکوپها ، اين توزيع بسيار يکنواخت است. آنطور که از کهکشان ما ديده مي شود، براي جهان در مقياس بزرگ ، هيچ جهت مرجحي وجود ندارد. اين وضعيت براي ما همسان به نظر مي رسد.
● ناظران کهکشانهاي ديگر
آيا ناظري که در کهکشان ديگري باشد، نتيجه مشابهي را خواهد يافت؟ هيچ راهي وجود ندارد که از آن طريق بتوانيم اين سؤال را مستقيما از روي مشاهده و رصد پاسخ دهيم. برخلاف وضعيت امور در زمان قبل از کپرنيک که مردم از اين تصور خوشحال بودند که زمين يک موقعيت مرکزي را نسبت به جهان اشغال کرده است، دانشمندان امروز اين نقطه نظر را ناخوشايند يافته اند. اين مسأله که خصوصيات بزرگ مقياس جهان فقط نسبت به ما همسان باشند، به نظر دانشمندان حاضر مضحک مي آيد. در اصل ، چنين حکم مي کنيم که ناظران واقع در هر کهکشان ديگر نيز شاهد اين همساني خواهند بود. در اين حالت مي توان بطور رياضي ثابت کرد که جهان بايد در مقياس بزرگ، همگن باشد؛ مقياس بزرگتر از آنچه توسط مشاهدات بحث شده ، تضمين مي شود.
ويژگيهاي بزرگ مقياس همگني و همساني بطور عمده اي ساختمان مدلهاي رياضي جهان را ساده مي کند. چنين مي گوييم که اينگونه مدلها تابع اصل کيهانشناختي هستند. کهکشانها بر طبق قانون هابل به يکديگر مرتبط هستند. اثر قانون هابل ، همراه با همگني و همساني ، اين است که زمانهاي ويژه اندازه گيري شده توسط تمام ناظران کهکشاني را در يک سيستم زمان جهاني که مشابه زمان نيوتني است با يکديگر هماهنگ و همزمان مي کند. اين ساده سازي مهم مدلهاي کيهان شناسي ، به اين صورت عنوان مي شود.

هيدرولوژي يا آب شناسي از دو کلمه Hydro به معني آب و Logos به معني شناسايي گرفته شده است. ديد کلي هيدرولوژي علمي است که در مورد پيدايش خصوصيات و نحوه ت ...

خون شناسي به مطالعه سلولهاي خوني و انعقاد مي پردازد. اين علم مقدار و ساختمان و عمل سلولهاي خوني ، پيش سازهاي سلولهاي خوني را در مغز استخوان ، ساختار ه ...

طبيعت بر ۳ رکن اساسي آب، هوا و خاک استوار است؛ بر اين اساس شناخت طبيعت و ارکان آن، حفاظت و پاسداري از طبيعت از مسووليت اجتناب ناپذير انسان هاست. کشاور ...

سنگ شناسي سنگ شناسي آذرين ريشه لغوي سنگهاي آذرين ، Igneous rocks نام خود را از واژه Ignis گرفته‌اند که در لاتين به معناي آتش است. ديد کلي اين سنگهاي ...

اخترشناسي که در زبان يوناني از ترکيب اجزاي astronomia = astron + nomos (به معناي قانون ستارگان) تشکيل شده است علم اشياء سماوي (مانند ستارگان، سيارات، ...

بر پايه ي بررسي هاي تازه اي ادعا شده که خورشيد کوچک تر از آن چيزي است که تصور مي شود. اگر اين گونه باشد، آن گاه ويژگي هاي ديگر خورشيد مانند دماي دروني ...

پخش مجموعه مستند جديدي از شبکه ديسکاوري باعث شده است تا بار ديگر نام استفاون هاوکينگ بر سر زبان ها بيفتد. در هر قسمت اين مستند دانشمند برجسته کيهان شن ...

ستاره شناسي علمي است که درآن حرکات وحالات ستارگان با يکديگر بيان ميشود . علم نجوم دوعلم است : ۱) علم احکام نجوم . ۲) علم نجوم تعليمي علم احکام نجوم عل ...

دانلود نسخه PDF - کيهان شناسي