سرنوشت عالم- قسمت اول: کوتوله های سفید

ترجمه و تالیف: اصغر ناصری

وقتی ستاره هایی در حد واندازه خورشید ما با از دست دادن ذخیره سوخت هیدروژنی به پایان عمر خود نزدیک می‌شوند، به نوعی ستاره تبهگن به نام کوتوله سفید (white dwarf) تبدیل می‌شوند. در مراحل پایانی سوزاندن ذخیره هسته‌ای، این نوع ستاره ها بیشتر جرم بیرونی خود را دفع کرده و یک سحابی سیاره ای به وجود می آورند. تنها هسته داغ ستاره باقی می‌ماند. این هسته به کوتوله سفید بسیار داغی تبدیل می شود که دمای آن از صدهزار درجه کلوین تجاوز می نماید. اگر کوتوله سفید با جذب ماده از ستارگان مجاور حیات دوباره نیابد، در طی چند میلیارد سال آتی سرد خواهد شد. کوتوله های سفیدی که در نزدیکی ما کشف شده اند اشعه ایکس کم انرژی تابش می کنند. اخیرا مشاهده این ستارگان توسط نور ماوراء بنفش اطلاعات زیادی درباره ترکیب جو نازک این ستاره ها فراهم ساخته است. 

  

سرنوشت خورشید از دید یک هنرمند. خورشید کنونی (سمت چپ) تبدیل شدن آن به غول سرخ پس از پایان سوخت هسته‌ای (وسط) و چروک خوردن آن به شکل کوتوله سفید (راست) 

یک کوتوله سفید نوعی جرمی در حدود خورشید دارد، لیکن اندازه آن تنها کمی از زمین بزرگتر است. کوتوله سفیدی به اندازه زمین چگالی در حد 1x 10⁹ کیلوگرم بر مترمکعب خواهد داشت. به عبارتی چنین کوتوله سفیدی ٢٠٠٠٠٠ برابر چگالتر از زمین است. 

درون یک کوتوله سفید 

یک کوتوله سفید قادر به ایجاد فشار درونی ناشی از انبساط حرارتی نیست، نیروی گرانش باعث تراکم و رمبش (collapse) ستاره می شود بطوریکه حتی الکترونهای پوسته خارجی اتمها به یکدیگر می چسبند. در شرایط عادی الکترونهایی که اسپین یکسان دارند نمی توانند سطوح انرژی یکسان را اشغال نمایند. از آنجایی که الکترون تنها در دوجهت می تواند بچرخد، تنها دو الکترون می توانند یک سطح انرژی معادل را اشغال کنند. این واقعیت به عنوان اصل طرد پاولی موسم است. در یک گاز معمولی به علت فاصله زیاد الکترونها مشکلی ایجاد نمی شود، اما در یک کوتوله سفید بسیار چگال  الکترونها بسیار به یکدیگر نزدیکند بطوریکه ماده سازنده آنها به نام گاز تبهگن (degenerate gas) موسوم گردیده، یعنی حالتی که تمامی سطوح انرژی توسط الکترونها اشغال شده اند. در این حالت کوتوله سفید دیگر قادر به تراکم بیشتر نیست زیرا فضای اضافی دیگری برای اشغال توسط الکترونها نمانده است. 

ستاره شناس هندی سوبرامانیان چاندراسخار کشف کردکه چگالترین کوتوله سفید می تواند حداکثر جرمی ١.٤ برابر جرم خورشید داشته باشد. این عدد به عنوان حد چاندراسخار موسوم است. 

اتمسفر یک کوتوله سفید حالتی بسیار غریب دارد. اتمهای سنگین تر در اتمسفر آن شناورند و اتمهای سبکتردر سطح ستاره باقی می مانند. برخی کوتوله های سفید دارای جوی خالص از هیدروژن یا هلیوم هستند. ارتفاع این جو تنها به چند ده متر می رسد.

دانشمندان بر این باورندکه در زیر اتمسفر بیشتر کوتوله های سفید جبه ای به ضخامت ٥٠ کیلومتر وجود دارد. زیر این جبه شبکه ای بلوری از اتم‌های کربن و اکسیژن خالص قرار دارد. این یکی دیگر از ویژگی های غیرعادی این اجرام آسمانی است. 

  

سحابی سیاره ای نزدیک NGC 2440 که یک کوتوله سفید با دمای سطحی ٢٠٠٠٠٠ هزار درجه سلسیوس را احاطه کرده است. منبع: 

http://astronomy.nmsu.edu/nicole/teaching/astr110/lectures/lecture24/slide03.html 

منبع: 

http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/dwarfs.html

اقتصاد دانش محور

ترجمه و تلخیص: اصغر ناصری 

اسفندماه ١٣٨٢ 

در توصیف اقتصاد دانش محور پنج گرایش عمده معرفی شده اند... 

متن کامل مقاله

حقایقی شگفت درباره خورشید

ترجمه و گردآوری: اصغر ناصری 

اختصاصی وبلاگ دنیای علم و تکنولوژی 

در مقایسه با میلیاردها ستاره عالم، خورشید بسیار عادی به نظر می رسد. اما برای زمین و سایر سیارات که به دور آن می گردند، خورشید مرکز قدرتمند تولید حیات است. خورشید انسجام دستگاه خورشیدی را حفظ کرده و نور حیات بخش را به سراسر این منظومه تزریق می کند؛ و اتمسفر فضایی را تولید می کند. 

خورشید ستاره بزرگی است. با قطری در حدود ١.٤ میلیون کیلومتر می تواند حدود ١٠٩ سیاره مانند زمین را در عرض خود جای دهد. اگر خورشید یک توپ توخالی بود می توانست یک میلیون زمین را در خود فرو ببرد. اما خورشید خالی نیست. این ستاره از گازهای داغ سوزانی تشکیل شده که بیش از ٩٩.٨ درصد تمامی جرم سازنده دستگاه خورشیدی را تشکیل می دهند. دمای خورشید در سطح آن حدود ٦٠٠٠ درج سلسیوس و در مرکز آن بیش از ١٥.٥ میلیون درجه سلسیوس است! 

  

source: http://www.windows2universe.org/sun/sun_size_distance.html

 در اعماق خورشید واکنش های پرتوان همجوشی هسته ای هیدروژن را به هلیوم تبدیل کرده و تولید انرژی می کند. ذرات نور که فوتون نامیده می شوند این انرژی را از میان پوسته کروی خورشید به نام منطقه تشعشعی منتقل کرده و به لایه بالایی قسمت داخلی خورشید یعنی منطقه همرفتی (convection zone) می رسانند. در اینجا حرکت گازهای جوشان (مانند تکه های گدازه) انرژی را به سطح می رساند. این مسافرت حدود یک میلیون سال طول می کشد.

 

Source: http://www.solarviews.com/eng/sun.htm

سطح خورشید یا اتمسفر آن به سه ناحیه تقسیم می شود: فتوسفر، کروموسفر و هاله خورشیدی. فوتوسفر سطح مرئی خورشید و پایین ترین لایه اتمسفر آن است. درست بالای فوتوسفر کروموسفر قرار می گیرد. هاله یا کرونا فقط در طول یک کسوف خورشیدی یعنی وقتی ماه از برابر خورشید می گذرد قابل رویت است.

 

Source: http://www.mreclipse.com/Store/TSE98/TSE98print.html

طوفان و زبانه های خورشیدی

علاوه بر نور و گرما، خورشید جریان ثابتی از ذرات باردار به نام طوفان خورشیدی از خود تشعشع می کند. این طوفان با سرعتی حدود ٤٥٠ کیلومتر در ثانیه سراسر دستگاه خورشیدی را طی می کند. هر چند لحظه یک بار انفجاری در سطح خورشید به شکل یک زبانه رخ می دهد. این زبانه ها گاهی باعث اخلال در مخابرات ماهواره ای یا قطع جریان برق در زمین می شوند. زبانه ها اغلب از فعالیت لکه های خورشیدی ناشی می شوند، یعنی مناطقی سردتر در سطح خورشید که به انتقال میدان مغناطیسی در داخل خورشید مربوطند. 

سرانجام خورشید 

ماند تمامی منابع انرژی، خورشید نیز دائمی نیست. خورشید اکنون ٤.٥ میلیارد سال عمر کرده و تقریبا نیمی از هیدروژن هسته خود را سوزانده است. با این ترتیب حدود ٥ میلیارد سال دیگر خورشید به سوزاندن هیدروژن ادامه داده و سپس از هلیوم به عنوان سوخت اولیه استفاده می کند. در این مرحله از عمر، حرات زیادناشی از هسته باعث انبساط لایه های بیرونی خورشید شده و تا ١٠٠ برابر قطر کنونی خود منبسط می شود. به این ترتیب خورشید مبدل به غول سرخی می شود که زمین و سایر سیارات را در خود می بلعد. یک میلیارد سال دیگر،خورشید رفته رفته سرد و منقبض شده و به یک کوتوله سفید با ابعادی در حد زمین ولی با چگالی بسیار بیشتر تبدیل می شود.

منابع: 

1. http://science.nationalgeographic.com/science/space/solar-system/sun-article.html 

سیاره شگفت انگیز زهره

تالیف: اصغر ناصری ([e-mail]) 

زهره یا ونوس (Venus) دومین سیاره دستگاه خورشیدی با اندازه ای تقریبا برابر زمین است. زهره یک سیاره ”زمینی“ (terrestrial) است بدین معنی که دارای یک سطح صلب است. لیکن شرایط خشن روی سیاره محیط آنرا بسیار نامساعد نموده است. دو فضاپیمای پایونیر ١ و ماژلان توانستند به داخل جو ضخیم این سیاره نفوذ کنند. آنها خود را در جوی بسیار مسموم کننده از دی اکسید کربن محصور یافتند که بادهای شدید آن ابرهای اسیدی را بر فراز سطح سیاره حرکت می داد. 

 

در حالیکه فضاپیمای گالیله مسیر خود بسوی سیاره برجیس (مشتری، ژوپیتر) را می پیمود، توسط جاذبه زهره محور آن چرخید و توانست این تصویر از سیاره بسیارداغ را به زمین بفرستد. این تصویر ابرهای ضخیم جو سیاره را نشان می دهد. 

وقتی ما ستاره بامدادی یا شبانگاهی را می بینیم، در حقیقت در حال نگریستن زهره هستیم. این سیاره درخشان، زیبا و مسحور کننده است. ونوس نام الهه رومی عشق و زیبایی است. مردم باستانکه این نام را بر سیاره زهره نهادند نمی دانستند که آنچه در آسمان دیده می شود بازتابش نور از ابرهایی است که بر فراز یک دنیای خشن و مرگ آور در اهتزازند. سیاره ماژلان اطلاعات زیادی درباره محیط خشن این سیاره در اختیار ما قرار داده است. 

ونوس دره ها و آتشفشان های زیادی بر سطح خود دارد. برخلاف ماه که دارای هزاران دهانه آتشفشان کوچک است، زهره دهانه های آتشفشانی بزرگی دارد. دهانه آتشفشان Howe بر سطح این سیاره بیش از 37 کیلومتر قطر دارد. 

در طول روز دمای سطح سیاره به حدود ٤٦٤ درجه سانتی گراد می رسد. بدین ترتیب زهره داغترین سیاره دستگاه خورشیدی است. گرچه سیاره تیر (عطارد، مرکوری) به خورشید نزدیکتر است، به علت جو ضخیم گازی زهره دما در طول روز بالاتر از دمای سطح تیر می شود که فاقد چنین جوی است. ونوس مثالی از پدیده گلخانه ای در مقیاس سیاره ای است. بیشتر تابش خورشیدی که به داخل جو سیاره نفوذ می کند داخل سیاره به دام می افتد زیرا جو ضخیم دی اکسید کربنی مانع خروج اشعه های بازتابش به داخل فضا می شود. 

فشار جوی در سطح زهره ٩٠ برابر بیشتر از فشار جو بر سطح زمین است. به علت دما و فشار زیاد یک فضاپیمای روسی که بر سطح این سیاره نشست تنها در مدت چند دقیقه ذوب و نابود شد بطوریکه نتوانست تصویری از این دنیای مرده مخابره کند. زهره از غرب به شرق می چرخد که یک ویژگی غیرعادی است، یعنی خورشید در غرب سیاره طلوع کرده و در شرق غروب می کند. طول روز بر روی سیاره ٢٤٣ برابر روز زمینی است در حالی که تنها ٢٢٣ روز طول می کشد تا به دور خورشید بگردد، یعنی روز زهره طویل تر از سال آن است! 

   

کامپیوتر با استفاده از داده های فضاپیمای ماژلان چنین تصویری را از سطح مذاب سیاره زهره تصویر کرده است.

مرجع اصلی: 

http://science.howstuffworks.com/46009-venus-explained.htm

طبقه بندی ستاره ها

 گردآوری و تالیف: اصغر ناصری ([e-mail])

طبقه بندی ستاره ها (Stellar classification) برپایه دمای سطحی آنها انجام می شود که توسط قانون جابجایی وین تعیین می شود. ستاره ها عملکردی شبیه تابش کننده های جسم سیاه دارند، یعنی جسم یا سیستمی که تمام انرژی تابشی که به آن برخورد می کند را جذب می نماید و انرژی جذب شده را بر اساس ویژگی های تابشی خود (و نه نوع انرژی دریافتی) باز می تاباند. 

بر اساس قانون وین، وقتی دمای یک تابش کننده جسم سیاه افزایش می‌یابد، انرژی کلی تابش شده از آن نیز افزایش یافته و نوک قله منحنی تابش آن به سمت طول موج های کوتاه تر جابجا می شود. حاصلضرب طول موج قله و دمای جسم همواره برابر مقدار ثابتی است. 

  

بر این اساس ستارگان به هفت رده تقسیم می شوند: 

رده	دمای سطحی (کلوین)	رنگ ظاهری
O	30000-60000	آبی
B	10000-30000	آبی - سفید
A	7500-10000	سفید
F	6000-7500	سفید - زرد
G	5000-6000	زرد (خورشید)
K	3500-5000	زرد-نارنجی
M	3500>	قرمز

 

 ستارگان رده O 

 ستارگان رده O بسیار درخشان و داغ هستند بطوریکه بیشتر تابش آنها بصورت اشعه ماوراء بنفش است. رنگ آنها از شدت داغی به آبی گراییده است. این ستاره ها بسیار نادرند بطوری که از هر ٣ میلیون ستاره معمولی یکی به این صورت است. قدرت تابندگی این ستاره ها یک میلیون بار بیشتر از خورشید ماست. این ستاره ها نمی توانند دارای سیستم های سیاره ای باشند زیرا هر جرمی در اطراف خود را تبخیر می کنند. به علت شدت زیاد واکنش های هسته ای در مرکز آنها، این ستاره ها سوخت هیدروژن خود را بسرعت به پایان رسانده و لذا اولین نوع ستاره هایی هستند که رشته اصلی را ترک می کنند. 

یکی از معروفترین این ستاره ها، سه تایی زتا اوریونز یا آلنیتاک در انتهای کمربند اوریون است که به فاصله ٨٠٠ سال نوری از ما قرار دارد. یکی از این ستاره ها قطری ٢٠ برابر خورشید و جرمی ٢٨ برابر آن دارد. در شکل زیر اندازه این ستاره با خورشید زردرنگ ما مقایسه شده است.

 

ستارگان رده B 

 ستارگان این رده نیز بسیار داغ و درخشان هستند. طیف آنها بیشتر شامل عنصر هلیوم است. این ستاره ها بیشتر به صورت خوشه ای به چشم می خورند. ستاره رایگل (Rigel) بزرگترین ستاره خوشه اوریون و ششمین ستاره بزرگی که در آسمان دیده می شود، یکی از ستاره های معروف این رده است. شعاع آن ٧٨ برابر خورشید، جرم آن ١٧ برابر خورشید ودمای سطحی آن حدود ١١٠٠٠ کلوین است. این ستاره یک ابرغول آبی-سفید به شمار می آید.

ستارگان رده A

ستارگان این رده از پرشمارترین ستارگانی هستند که توسط چشم غیرمسلح دیده می شوند. حدود یکی از هر ١٦٠ ستاره رشته اصلی از این نوع هستند. در طیف آنها علاوه بر خطوط پرقدرت هیدروژن، عناصری چون آهن، منیزیوم، سیلیسیون و کلسیوم نیز دیده می شود. ستاره سیریوس معروفترین ستاره این رده است. ستاره سیریوس درخشانترین ستاره در آسمان شب است. قدر ظاهری این ستاره 1.46- است. دلیل درخشندگی زیاد آن علاوه بر دمای سطحی زیاد، نزدیکی نسبی به زمین (حدود ٨.٦ سال نوری) است. جرم این ستاره ٢ برابر خورشید و شعاع آن ١.٧ برابر خورشید است. سیریوس در واقع یک زوج دوتایی متشکل از سیریوس آ و کوتوله سفیدی به نام سیریوس بی است که به دور آن می چرخد.

 

ستارگان رده F

رنگ این ستاره ها سفید است. حدود ١ در ٣٣ ستاره رشته اصلی از این نوع است. 

ستارگان رده G

معروفترین ستاره آسمان یعنی خورشید متعلق به این دسته است. حدود ١ از هر ١٣ ستاره رشته اصلی متعلق به این رده می باشد. آلفاقنطورس نزدیکترین ستاره به زمین بعد از خورشید نیز از این رده است. 

ستارگان رده K

برخی از ابرغول ها متعلق به این رده می باشند. ابرغول نارنجی آرکتاروس متعلق به این رده است.

ستارگان رده M

پر شمارترین ستاره های رده اصلی هستند. بیشتر آنها از نوع کوتوله های قرمزند لیکن برخی از غول ها و ابرغول ها مانند آنتارس، ابط الجوزا و متغیرهای مایرا متعلق به این رده هستند. 

مراجعی برای مطالعه بیشتر: 

1. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wien.html 

2. http://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_classification