ستاره های دنباله دار

در گذشته های دور ظهور ناگهانی و غیرقابل پیش بینی این اجرام درخشان با دنباله طولانی باعث حیرت و وحشت مردمان قدیم می‌گردید. ستاره شناسان چینی سوابق گسترده ای از این اجرام آسمانی با مشخصات ویژه دم آنها و مکان آنها در فضا برای صدها سال گردآوری کرده بودند. این سالنامه های تاریخی ستاره های دنباله دار منبع ارزشمندی برای ستاره شناسان بعدی شدند.

اکنون می دانیم که ستاره های دنباله دار باقیمانده های شکل گیری سیارات در دستگاه خورشیدی ما در حدود 4.6 میلیارد سال قبل هستند. آنها بیشتر از یخ پوشیده شده با ماده آلی تیره رنگ ساخته شده و به نام گوله برفی های کثیف موسوم بودند. این اجرام می توانند اطلاعات مهمی درباره شکل گیری دستگاه خورشیدی ما بدست دهند. ممکن است آب و ترکیبات آلی سازنده عناصر حیات توسط این ستاره های دنباله دار به زمین و سایر بخش‌های دستگاه خورشیدی آورده شده باشند.

ستاره دنباله دار هالی

ستاره های دنباله دار از کجا می آیند؟

جرارد کویپر (Gerard Kuiper) در سال 1951 این نظریه را مطرح کرد که یک کمربند دیسک مانند در ورای مدار نپتون حاوی جمعیتی از ستاره های دنباله دار تیره است که در محدوده قلمرو پلوتون به دور خورشید می گردند. این اشیاء یخ زده که گاهی توسط گرانش به مدارات خاصی رانده شده و به خورشید نزدیکتر می گردند، ستاره های دنباله دار با دوره کوتاه را تشکیل می دهند. مدار آنها به دور خورشید کمتر از 200 سال بطول می انجامد و گاهی ظهور آنها قابل پیش بینی است زیرا سابقا از آسمان زمین عبور کرده اند. ستاره های دنباله داری که کمتر قابل پیش بینی هستند از منطقه ای به نام ابر اورت (Oort Cloud) می آیند که حدود 15 هزار میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارند. این ستاره های دنباله دار ابر اورت حدود 30 میلیون سال طول می کشد تا مدار خود به دور خورشید را کامل کنند.

مدار ستاره دنباله دار به دور خورشید

هر ستاره دنباله دار دارای یک بخش یخزده کوچک است که هسته نام دارد و ممکن است تنها چند کیلومتر پهنا داشته باشد. هسته شامل تکه های یخ، گازهای یخزده و کمی غبار گیرافتاده درون یخ است. وقتی یک ستاره دنباله دار به خورشید نزدیک می شود، داغتر شده و یک اتمسفر به نام کوما به دور خود ایجاد می کند.  گرمای خورشید باعث تصعید یخ ها شده و کما بزرگتر می شود. کما ممکن است صدها یا هزاران کیلومتر گسترش یابد. فشار نور خورشید و ذرات پرسرعت خورشیدی (توفان خورشیدی) غبار و گاز سازنده کوما را از خورشید به دور می راند که به شکل یک دم طولانی و درخشان دیده می شود. ستاره های دنباله دار اغلب دارای دو دم هستند، یک دم از غبار و دم دیگری از گاز یونیزه شده.

بیشتر ستاره های دنباله دار در فاصله امنی از خورشید سیر می کنند. ستاره هالی از 89 میلیون کیلومتر به خورشید نزدیکتر نمی شود. لیکن برخی ستاره های دنباله دار که خورشید خراش (sungrazer) نامیده می شوند مستقیما به درون خورشید سقوط می کنند یا آنچنان به خورشید نزدیک می شوند که خرد شده و تبخیر می شوند.

منبع:

https://solarsystem.nasa.gov/asteroids-comets-and-meteors/comets/in-depth/

چرخه عمر ستارگان

سرگذشت هیجان انگیز تولد، زندگی و مرگ یک ستاره

ستارگان کراتی عظیم از پلاسمای درخشان هستند. تنها در کهکشان راه شیری میلیاردها ستاره وجود دارد که خورشید ما تنها یکی از آنهاست و میلیاردها کهکشان نیز در سراسر عالم وجود دارند. تا به امروز صدها ستاره شناخته شده اند که سیاراتی بر دور آنها می گردند.

یک ستاره از ابر غول آسایی متشکل از هیدروژن و هلیوم که به آهستگی به دور مرکز خود می گردد ساخته می شود. این ابر بواسطه کشش گرانشی خود شروع به فروریختن به درون خود می کند و همچنانکه منقبض می شود، بر سرعت دوران آن افزوده می گردد. در نتیجه بخشهای بیرونی ستاره به یک دیسک شباهت یافته در حالی که بخش های درونی به یک توده کمابیش کروی تبدیل می شود.

این تصویر از تلسکوپ فضایی هابل شکل گیری یک ستاره از ابرهای هیدروژن را نشان می دهد.

چرخه عمر یک ستاره. بالای تصویر یک ابرنوستاره منفجر شده نشان داده شده که ماده لازم برای شکل گیری ستاره ها و منظومه های جدید را فراهم می سازد.

ماده رمبنده (ماده ای که تحت اثر گرانش به درون خود فرو می ریزد) داغتر و چگالتر شده و به یک پیش ستاره (protostar) کروی تبدیل می شود. وقتی گرما در پیش ستاره به 1 میلیون درجه سلسیوس می رسد هسته اتم ها که در حالت عادی یکدیگر را می رانند، سروع به همجوشی می کنند و ستاره مشتعل می شود. همجوشی هسته ای مقدار کمی از جرم این اتمها را به مقادیر هنگفتی انرژی تبدیل می کند. برای مثال یک گرم جرم اگر کاملا به انرژی تبدیل شود انرژی معادل انفجار همزمان 22 هزار تن تی ان تی تولید خواهد کرد!

تحول ستاره ای

چرخه عمر ستارگان از الگویی پیروی می کند که مبتنی بر جرم اولیه آنهاست. ستارگانی با جرم متوسط مانند خورشید یا جرمی بین نصف تا هشت برابر خورشید، ستارگان جسیم با جرمی بیشتر از هشت برابر خورشید و ستارگان کم جرم با جرمی از یک دهم تا نیمی از جرم خورشید رده های اصلی را تشکیل می دهند. بطور کلی هرچه جرم ستاره ای بیشتر باشد طول عمر آن کوتاهتر است. اجرامی با جرم کمتر از یک دهم خورشید دارای کشش گرانشی کافی برای شروع واکنش های همجوشی هسته ای در مرکزخود نیستند. برخی از آنها به ستارگان ناکام به نام کوتوله های قهوه ای تبدیل می شوند.

یک ستاره با جرم متوسط زندگی خود را با ابری شروع می کند که رمبش آن به شکل یک پیش ستاره با دمای سطحی حدود 3725 درجه سلسیوس حدود 100 هزار سال طول می کشد. نتیجه یک ستاره T-Tauri است که ستاره ای متغیر با درخشش متناوب است. این ستاره به مدت 10 میلیون سال دیگر به رمبش ادامه می دهد تا تراکم آن به واسطه کشش گرانشی با انبساط حرارتی ناشی از همجوشی هسته ای آن موازنه یابد. پس از آن یک ستاره رشته اصلی خواهیم داشت که تمامی انرژی خود را از همجوشی هیدروژن در هسته خود بدست می آورد.

هرچه جرم یک ستاره بیشتر باشد سوخت هیدروژن خود را سریعتر مصرف کرده و مدت زمان کوتاهتری در رشته اصلی باقی می ماند. پس از تبدیل تمامی هیدروژن هسته به هلیوم، ستاره بسرعت تغییر می کند. بدون تشعشع هسته ای که در برابر تراکم گرانشی مقاومت کند، گرانش بسرعت ماده موجود در هسته اتم را تحت فشار بی امان خود در هم می شکند که باعث افزایش سریع دمای ستاره می شود. این امر منجر به انبساط عظیم لایه های بیرونی ستاره می شود که به دنبال آن سرد شده و به رنگ قرمز می درخشد. در این مرحله به آن یک غول قرمز گفته می شود.

پس از این مرحله در هسته ستاره، اتمهای هلیوم شروع به همجوشی کرده و به محض تمام شدن هلیوم، هسته منقبض شده و داغتر می شود. بار دیگر ستاره در اثر گرمای فزاینده هسته شروع به انبساط می کند اما آبی تر و درخشان تر از پیش شده و لایه های خارجی خود را به بیرون پرتاب می کند. پس از اینکه پوسته های منبسط شونده محو شدند، هسته باقیمانده و متراکم ستاره به جرمی به نام کوتوله سفید تبدیل می شود که بیشتر از کربن و اکسیژن با دمایی در حدود 100 هزار درجه سانتیگراد تشکیل شده است. از آنجایی که کوتوله های سفید دیگر سوختی برای همجوشی ندارند، بتدریج سردتر و سردتر شده و در طی میلیاردها سال به کوتوله های سیاه تبدیل می شوند که کم نور تر از آنند که توسط تلسکوپها دیده شوند. خورشید ما حدود 5 میلیارد سال بعد از رشته اصلی خارج شده و چنین سرنوشتی را می پیماید.

یک ستاره پرجرم سریعتر شکل گرفته و به پایان عمر خود می رسد. این ستاره ها در طی 10 تا 100 هزار سال از یک پیش ستاره تشکیل می شوند. تا زمانی که در رشته اصلی هستند داغ و آبی رنگند و حدود 1000 تا یک میلیون بار درخشانتر از خورشید و شاید ده برابر بزرگتر هستند. وقتی رشته اصلی را ترک می کنند به یک ابرغول قرمز درخشان تبدیل می شوند و نهایتا آنقدر داغند که می توانند کربن را به عناصر سنگین تر تبدیل کنند. پس از حدود 10 هزار سال همجوشی کربن، آنچه باقی می ماند یک هسته آهنی با قطر حدود 6000 کیلومتر است و از آنجایی که همجوشی اتمهای آهن بجای تولید انرژی، آن را مصرف می کند ستاره دیگر تشعشع هسته ای تولید نمی کند که بتواند در برابر نیروی بی امان گرانشی آن مقاومت کند.

اگر جرم باقیمانده چنین هسته آهنی بیش از 1.4 برابر جرم خورشید باشد، دافعه بین الکترونها نمی تواند در برابر کشش گرانشی مقاومت کند و گرمای عظیم تولید شده در اثر رمبش گرانشی لایه های گاز بیرونی را چنان به بیرون پرتاب می کند که یک ابر نوستاره شکل می گیرد. گرانش باعث فروریختن هسته می شود تا جایی که دمای هسته به حدود 10 میلیارد درجه سلسیوس می رسد. در این دما هسته های آهن به ذرات نوترون و نوترینو می شکند. در کسری از ثانیه هسته به قطر حدود 10 کیلومتر چروک می خورد و شوک انفجاری ناشی از این رمبش سریع و دهشتناک باعث ضروع همجوشی در لایه های گاز به بیرون پرتاب شده می شود. در این وضعیت ستاره به شکل یک ابرنو ستاره از نوع دوم منفجر می شود. اگر هسته باقیمانده کمتر از سه برابر خورشید جرم داشته باشد به یک ستاره نوترونی تبدیل می شود که تماما از نوترون ساخته شده است. ستاره های نوترونی دوار پالس های رادیویی قدرتمندی ارسال کرده و به پولسار (pulsar) موسومند. اگر هسته مزبور جرمی بیش از سه برابر خورشید داشته باشد هیچ چیزی در برابر رمبش نامحدود آن نمی تواند مقاومت کند و تحت اثر گرانش بی امان، به چیزی به نام سیاهچاله تبدیل می شود...

(ادامه دارد)

منبع: space.com

کوازارها: درخشان ترین اجرام آسمان

تلسکوپ فضایی هابل این تصویر را از کوآزار 3C 273 ثبت کرده است. این کوآزار در فاصله 2.5 میلیارد سال نوری از ما قرار دارد و با این وجود نزدیکترین کوآزار به ما و نخستین کوآزاری است که در سال 1960 توسط آلن سندیج کشف شده است.

درخشندگی خیره کننده آنها به قدری است که کهکشان محتوی آنها را تحت الشعاع قرار می دهد. کوآزارها اجرام بسیار دوری هستند که توان خود را از سیاهچاله های ابرجسیمی می گیرند که میلیاردها برابر خورشید جرم دارند. این موتورهای نیرومند از زمان کشف توسط ستاره شناسان در حدود نیم قرن پیش همواره تحیر آنها را برانگیخته اند.

در دهه 1930 کارل ژانسکی فیزیکدانی از آزمایشگاههای تلفن بل متوجه شد که تداخل ایستا در تلفن بین قاره ای از نقطه ای در کهکشان راه شیری می آید. با آغاز دهه 1950 ستاره شناسان شروع به کاوش جهان توسط رادیوتلسکوپها کردند و سیگنالهای دریافتی از دنیای بیرون را مشاهدات چشمی خود تطبیق دادند.

لیکن برخی از منابع رادیویی نقطه ای با شواهد چشمی تطبیق نداشتند. ستاره شناسان آنها را به نام منابع رادیویی ستاره مانند یا کوآزار نامیدند زیرا سیگنالهای آنها مانند ستاره از یک نقطه می آمدند. لیکن این نام چندان مناسب نبود زیرا امروزه معلوم شده تنها 10 درصد کوآزارها امواج رادیویی گسیل می کنند.

اما نامگذاری مزبور کمکی به شناخت آنها نکرد. چندین دهه طول کشید تا ستاره شناسان دانستند خواص این اشیای دوردست توسط ذراتی ایجاد می شوند که با سرعتهایی نزدیک به سرعت نور شتاب یافته اند.

جت هایی با سرعت نور

دانشمندان اکنون بر این باورند که شاید این نقاط درخشنده آسمان، سیگنالهایی صادر شده از هسته کهکشانی باشند که نور آنها از کهکشان میزبان خود نیز بیشتر است. کوآزارها تنها در کهکشانهایی با سیاهچاله های ابرجسیم وجود دارند، سیاهچاله هایی که چندین میلیارد برابر خورشید ما جرم دارند. گرچه نور نمی تواند از خود سیاهچاله بگریزد، برخی سیگنالها می توانند از لبه آن فرار کنند. در زمانی که غبار و گاز کیهانی به درون سیاهچاله فرو می افتند، انرژی آزاد شده از فروافتادن آنها برخی ذرات دیگر را با سرعتی نزدیک به نور از لبه سیاهچاله به بیرون می راند. این ذرات در دو باریکه جت مانند از بالا و پایین سیاهچاله منتشر شده و توسط یکی از نیرومندترین شتابدهنده های ذره در عالم رانده می شوند.

کوآزارها در مناطقی از عالم شکل می گیرند که چگالی بسیار عظیم تر از میانگین در آنجا وجود دارد. بیشتر :وآزارهای یافت شده میلیاردا سال نوری از ما فاصله دارند. از آنجایی که نور آنها با تاخیر بسیار طولانی به ما می رسد، مطالعه این اشیا در عالم همانند ماشین زمان عمل می کند. یعنی این اشیا را در حالی می بینیم که میلیاردها سال قبل وجود داشته اند. هرچه کوآزاری دوورتر باشد امکان م یدهد گذشته دورتری را ببینیم. حدود 2000 کوآزار شناخته شده وجود دارند. کهکشان راه شیری احتمالا زمانی میزبان کوآزاری در مرکز خود بوده که اکنون ساکت شده و سیگنالی گسیل نمی کند.

در دسامبر 2017 دورترین کوآزار در فاصله 13 میلیارد سال نوری از زمین کشف شد. این کوآزار که J1342+0928 نام گرفته احتمالا حدود 690 میلیون سال پس از مهبانگ ایجاد شده است. کوآزاری چنین جوان می تواند اطلاعات با ارزشی در مورد تکامل کهکشانها در اختیار ما قرار دهد.

کوآزارها انرژی هایی در اندازه میلیونها، میلیاردها یا حتی تریلیون ها الکترون ولت از خود ساتع می کنند. این انرژی از کل نور صادره توسط تمامی ستارگان یک کهکشان بیشتر است. به عنوان روشن ترین اجسام آسمان با درخشندگی بیش از 10 تا 100 هزار برابر کهکشان راه شیری می درخشند. برای مثال اگر کوآزار 3C 273 در فاصله 30 سال نوری از ما قرار می گرفت، به درخشندگی خورشید در آسمان می بود.

درخت خانوادگی

کوآزارها رده ای از اجرام شناخته شده به عنوان هسته های فعال کهکشانی (AGN) هستند.سایر این رده ها شامل سیفرت ها و بلازارها می شوند. تمام این سه رده از اجرام آسمانی دارای ابرسیاهچاله هایی در مرکز خود هستند.

کهکشانهای سیفرت کم انرژی ترین AGN ها هستند که تنها حدود 100 کیلوالکترون ولت انرژی ساتع می کنند. بلازارها انرژی به مراتب بیشتری دارند. برخی دانشمندان بر این باورند که هر سه نوع هسته های فعال کهکشانی همانند هستند لیکن جت ذرات پرانرژی آنها با زوایای متفاوتی از ما قرار دارند که میزان انرژی سیگنالهای دریافتی از آنها را متفاوت می سازد.

منبع:

https://www.space.com/17262-quasar-definition.html

سیاره تیر یا عطارد

سیاره تیر (عطارد، مرکوری) نزدیکترین سیاره به خورشید و کوچکترین در دستگاه خورشیدی با قطری حدود 4880 کیلومتر است که از نصف قطر کره زمین (12756 کیلومتر) نیز کمتر است. با این وجود سریعترین سیاره در دستگاه خورشیدی در گردش خود به دور خورشید است.

این سیاره نام خود را از پیان آور خدایان مرکوری گرفته است. سیاره تیر در آسمان شب بدون تلسکوپ قابل رویت بوده و هزارن سال است که برای انسان آشنا است. سومری ها اولین تمدنی بودند که در 5 هزار سال پیش از این سیاره در نوشته های خود خبر دادند.

با این که تیر نزدیکترین سیاره به خورشید است، داغترین آنها نیست. تیر فاقد یک اتمسفر مانند کره زمین است که بتواند گرما را به دام انداخته و نگاه دارد. سمتی از تیر که پشت به خورشید است همواره بسیار سرد می شود بویژه اینکه 59 روز زمینی طول می کشد تا تیر یکبار به دور خود بگردد. دما در سطح روبروی خورشید تیر تا 427 درجه سلسیوس بالا می رود در حالی که سمت پشت به خورشید بسرعت تا دمای منفی 179 درجه سلسیوس سرد می شود.

ناهید (زهره، ونوس) دومین سیاره از خورشید داغترین سیاره است زیرا اتمسفر چگالی دارد که گرمای ناشی از تابش خورشیدی را در خود نگاه می دارد. دمای سطحی ناهید تا 462 درجه سلسیوس بالا رفه و در سراسر سیاره تقریبا به همین اندازه است.

تیر عمدتا از آهن ساخت شده است. دارای هسته ای درونی است که توسط یک هسته از فلز مذاب احاطه شده و مانند زمین یک جبه و یک پوسته دارد. تیر تنها یک اتمسفر بسیار نازک دارد که توسط بادهای خورشیدی و برخورد سیارک ها به تیر ایجاد شده که اتمهایی از سطح آن کنده و به صورت یک اتمسفر نازک به دور آن شکل می دهند. سطح تیر آکنده از حفره هایی مانند سطح ماه است. تیر هیچ قمری ندارد زیرا گرانش عظیم خورشید اجازه نگهداشتن قمر به آن نمی دهد.

تصویری از سیاره تیر که توسط ستارگان احاطه شده است

برخلاف زمین که طلوع خورشید در آن از زیباترین منظره هاست، طلوع خورشید بر سیاره تیر منظره ای براستی وحشتناک است. ظهور ستاره داغ و سوزان در آسمانی سیاه رنگ در حالی که اشعه های سوزان آن به هر طرف شعله می کشند (تصور هنرمند از این منظره)

تصویر تهیه شده با تلسکوپ زمینی که عبور تیر از پهنه خورشید را نشان می دهد

---

تدریس دروس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی مجرب - کارشناس مکانیک جامدات از دانشگاه تهران

با بیش از 23 سال سابقه تدریس خصوصی ریاضیات

09360771981

---

سیاره شگفت انگیز اورانوس

این تصویر در سال 1986 توسط ویاجر 2 گرفته شده است.

اورانوس هفتمین سیاره دستگاه خورشیدی است و اولین سیاره ای که به کمک تلسکوپ کشف گردید. دنیای شگفتی است که محور دوران آن به پهلو مایل شده و  حلقه هایی نازک و چندین دوجین قمر دوار دارد.

در سال 1781 فردریک ویلیام هرشل ستاره شناس مشهور با تلسکوپ خود اورانوس را آشکارسازی کرد. ابتدا تصور می کرد یا ستاره دنباله دار یا ستاره ای معمولی را کشف کرده است. لیکن مشاهدات صورت گرفته توسط ستاره شناسان دیگر از جمله یوهان البرت باد در انتهای سده 1700 ثابت کرد که آن یک سیاره جدید است. اورانوس نام خدای یونان برای آسمان است.

مانند همسایه دورتر خود نپتون، اورانوس نیز یک غول یخی است به این معنا که 80 درصد سیاره یک سیال داغ چگال تشکیل شده از مواد یخی از جمله آب، متان و آمونیاک است. این ماده یخ به معنای مصطلح خود نیست بلکه مانند یک دوغاب متراکم است. اورانوس و نپتون با دو سیاره گازی کیوان و برجیس که به تقریب تماما از هیدروژن و هلیوم ساخته شده اند تفاوت بسیاری دارند.

درون اورانوس یک هسته کوچک سنگی است که تا 9000 درجه سلسیوس حرارت آن بالا می رود. دما و فشار بسیار بالای پیرامون این هسته به این معناست که مواد تشکیل دهنده آن در وضعیت های غریب کوانتومی قرار دارند و غیرعادی بودن کوانتومی آنها یک سوپ ابرچگال ساخته است که به سمت سطح سیاره از تراکم آن کاسته می شود.

نمایش گرافیکی ساختار داخلی اورانوس

اتمسفر اورانوس اساسا از هیدروژن و هلیوم ساخته شده و مقادیر اندکی متان دارد. این ترکیب به سیاره رنگ آبی می بخشد. در 2021 پژوهشگران شفق های مادون قرمز زیبایی در اتمسفر فوقانی آن مشاهده کردند.

زیر اتمسفر فوقانی، دما و فشار بسیار بالای سیاره مولکول های متان را از هم می گسلد و کربن آزاد می کند که سپس به شکل بلوری در آمده و بارانی از ذرات الماس گون ایجاد می کند. وقتی مولکولهای متان از هم می گسلند قارچهای بدبوی آمونیاکی نیز از آسمان فرو می ریزند.

اورانوس اندکی بزرگتر از نپتون است و قطری حدود 50724 کیلومتر دارد اما جرم آن اندکی کمتر است. دمای حداقل در اورانوس به منهای 224 درجه سلسیوس می رسد بنابراین در برخی مناطق از نپتون نیز سردتر است.

اورانوس بطور متوسط 2.9 میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله می گیرد که 20 برابر فاصله زمین تا خورشید است. سال اورانوس معادل 84 سال زمینی است لیکن یک روز اورانوس تنها 17 ساعت طول می کشد.

محور اورانوس بیش از 90 درجه با صفحه سیارات دستگاه خورشیدی زاویه دارد. علت این پدیده به درستی معل.وم نیست اما ستاره شناسان حدس می زنند اورانوس در گذشته های دور با سیاره ای یخی اندازه کره زمین برخورد داشته است.

تنها فضاپیمای ویاجر 2 از اورانوس بازدید کرده است که در سال 1986 به این سیاره رسید. این فضاپیما به 81500 کیلومتری ابرهای فوقان یاورانوس رسید و 10 قمر جدید، دو حلقه جدید و میدان مغناطیسی قدرتمندتر از کیوان کشف کرد.

 

شکلی که میدان مغناطیسی اورانوس را نشان میدهد. پیکان های زرد به سمت خورشید اشاره دارند. پیکان آبی کمرنگ محور مغناطیسی اورانوس را نشان می دهد.

---

تدریس خصوصی ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

با کیفیت عالی

09360771981

---