علم الفلك

مقدمة

1. إلى من يتوجّه هذا الدّرس:

هذا الدّرس موجّه إلى كلّ من يطمح في
الحصول على قاعدة جيّدة في علم الفلك من الهوّاة أو الطّلبة أو غيرهم.
لاستيعابه لا يحتاج القارئ أن يكون ذا مستوى أعلى من الثّانوي. فالمبادئ
لا تتطلّب سوى بعض المفاهيم الأساسية في الرّياضيات، و في الهندسة بالخصوص
كحساب المثلّثات مثلا. ويبقى الدّرس مفتوحا كذلك للأطفال من المدرسة
الإبتدائية، و خاصّة الأبواب الأولى منه.

هذا الدّرس يرمي إلى إعطاء نظرة شاملة
حول علم الفلك في ظلّ الإكتشافات العلمية الحديثة، والّتي واجب معرفتها
على كلّ من أراد فهم الكون الّذي نعيش فيه.



2. الهدف من دراسة علم الفلك :موضوع علم الفلك و فروعه

علم الفلك هو أقدم العلوم على الإطلاق. إذ
نتج عن الدّافع الطّبيعي للإنسان لإستكشاف المحيط الّذي يعيش فيه، و
محاولته فهم الظّواهر اليومية الّتي قد تبدو لنا بديهية في وقتنا الحالي،
كالحركة الظّاهرية للشّمس في السّماء أو إختلاف الفصول مثلا.


و رغم
أنّ هذه الحاجة تطوّرت خلال القرون الماضية من محاولة فهم المحيط المباشر
(الأرض) إلى محاولة فهم ما بعد ذلك (المجموعة الشّمسية، المجرّة...)، فإنّ
علم الفلك (و باقي العلوم عموما) يبقى يهدف من خلاله دارسه و الباحث فيه
إلى تلبية رغبته البسيطة في فهم ما حوله حتّى يمكنه بعد ذلك تحسين ظروف
معيشته. ففهم حركة القمر حول الأرض و حركة هذه الأخيرة حول الشّمس مكّننا
من وضع الرّزنامات الدّقيقة الّتي تنظّم حياتنا. كذلك، فإنّ معرفة مواقع
النّجوم في السّماء تمكّن المسافر و البحّار من إيجاد طريقيهما.



و موضوع علم الفلك هو "السّماء"، أي
كلّ ما يوجد خارج الأرض من أجرام سماوية كالكواكب و الأقمار إلخ. و بطبيعة
الحال يدرس علم الفلك الأرض أيضا ولكن بنظرة إجمالية، على عكس الجيولوجيا
مثلا. فعلماء الفلك يدرسون حركة الأرض حول نفسها و دورانها حول الشّمس و
تفاعلها مع الكواكب الأخرى.

وتعدّدت فروع علم الفلك بتطوّر أساليب
البحث و تقنيات الرّصد و تقدّم العلوم الأخرى. إذ أنّ علم الفلك علم شامل،
و الباحث فيه عليه إتقان الرّياضيات و الفيزياء بالخصوص، ولكن كذلك
الكيمياء و حتّى البيولوجيا (لمن يريد دراسة إمكانية الحياة على سطح
الكواكب الأخرى مثلا). و الرّاصد عليه إتقان تقنيات عديدة كالإلكترونيك و
الحاسوب مثلا. و من أهمّ فروع علم الفلك الحديث نذكر:


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


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



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


4. فيزياء الكون (Cosmology):
و
هو يدرس الكون بمجمله و بجميع مكوّناته بنظرة شاملة، و يهدف إلى دراسة
تكوينه و مستقبله، وهو علم يشهد حاليا إقبالا و إهتماما كبيرين من طرف
الفلكيين.



[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] تعاريف ومصطلحات أساسية







سنعرّف في هذا الباب بعض المصطلحات الأساسية الّتي سنعيد تناولها بالتّفصيل في الأبواب المقبلة.
1. الأرض و المجموعة الشّمسية:

نعيش على سطح كوكب الأرض. و رغم أنّ
هذا قد يبدو غريبا لأوّل وهلة، فإنّ كوكب الأرض كروي الشّكل فعلا ! و هناك
عدّة براهين بسيطة على هذا، فمثلا عندما نلاحظ سفينة تبتعد في الأفق
فإنّنا نرى أوّلا اختفاء الجزء السّفلي منها وبعد ذلك يختفي الجزء العلوي
تدريجيا. فهذا دليل واضح على عدم استواء الأرض. كذلك فإنّ الأرض تدور حول نفسها، و هذا هو سبب اختلاف اللّيل و النّهار،
و السّبب الّذي قد يجعلنا نظنّ أنّ الشّمس هي الّتي تدور حول الأرض ! إذ
أنّه رغم الغرابة فإنّ الأرض هي الّتي تدور حول الشّمس و ليس العكس. و
توجد عدّة دلائل على هذا رغم أنّها ليست ببساطة أدلّة كروية الأرض. إذ أنّ
البشر عرفوا منذ القدم أنّ الأرض كروية الشّكل و لكنّهم ظنّوا لعدّة قرون
أنّ الشّمس و الكواكب الأخرى كلّها تدور حول الأرض. سنكتفي في هذا الباب
بقول أنّ فرضية دوران الشّمس حول الأرض توقعنا في تناقض و تجعل الحسابات
الفلكية في غاية التّعقيد.

و الشّمس نجم لا يختلف في طبيعته عن
باقي النّجوم الّتي ترى في اللّيل. و الفرق الوحيد هو البعد. إذ أنّ أقرب
النّجوم إلينا بعد الشّمس يقع على مسافة تقارب 250000 مرّة البعد بيننا و
بين الشّمس ! و لهذا فإنّه خلال النّهار يطغى نور الشّمس على نور باقي
النّجوم، و لا يمكننا التّمتّع برؤيتها إلاّ بحلول اللّيل و هذا رغم أنّ
الكثير من النّجوم أشدّ لمعانا من الشّمس.


و كوكبنا ينتمي إلى مجموعة كواكب أخرى تدور كلّها حول الشّمس. و هذه المجموعة، الّتي تدعى المجموعة الشّمسية، تضم تسعة كواكب بما فيها الأرض. و هي (من الأقرب إلى الأبعد بالنّسبة إلى الشّمس): عطارد، الزّهرة، الأرض، المرّيخ، المشتري، زحل، يورانوس، نبتون و بلوتو. و
تملك بعض هذه الكواكب قمرا أو أكثر يدور حولها. فالأرض تملك قمرا واحدا
بينما المرّيخ يملك قمرين. كما تحتوي المجموعة الشّمسية على عدّة أجرام
أخرى كالكواكب السّيارة و المذنّبات ... و الكواكب تختلف عن النّجوم من
خلال طبيعتها و من خلال حركتها الظّاهرية في السّماء.































[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
2. درب التّبّانة، مجرّتنا:



كما قلنا سابقا، فإنّ الشّمس في
طبيعتها كجميع النّجوم الأخرى. و تنتمي كلّ النّجوم الّتي نراها بالعين
المجرّدة باللّيل، بما فيها الشّمس، إلى تجمّع نجمي عظيم ذي شكل حلزوني يسمّى مجرّة و الّذي يظمّ حوالي 100 مليار نجم.كما تحتوي المجرّة كذلك على أجرام أخرى غير النّجوم، كالسّدم مثلا. و الكون يحتوي على عدد لا يحصى من المجرّات الّتي قد تشابه مجرّتنا أم لا. و تدعى مجرّتنا بـ"درب التّبّانة" لأنّ أذرعها الحلزونية تظهر من على سطح الأرض و كأنّها طريق لبنية ! و المجموعة الشّمسية لا تشغل مكانا مركزيا في المجرّة.






































[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
3. الكون:







تغيّرت نظرتنا عن الكون كثيرا على
مرور القرون و خاصّة في المائة سنة الأخيرة. ففي القديم كان الظّن السّائد
هو أنّ الكون يقتصر على الأرض، الشّمس، القمر، خمسة كواكب و بضعة آلاف
النّجوم. ثمّ تغيّرت هذه النّظرة لتظمّ كواكب المجموعة الشّمسية الأخرى،
ثمّ لتظمّ باقي نجوم المجرّة، ثمّ أقرب المجرّات إلى درب التّبّانة...
حاليا
الكون هو عبارة عن مجموع المادّة و الطّاقة المعروفة و غير المعروفة. على
المستوى الرّصدي، الكون هو مجموع المجرّات الّتي تكوّنه و حدوده عظيمة
جدّا و غير معروفة على الإطلاق. و نموذج تكوينه هو انفجار ابتدائي جرى
بعده تمدّد أدّى إلى تكوين النّجوم ثمّ المجرّات... و رغم أنّ العلماء
ظنّوا لسنين عديدة أنّ الكون سيرجع إلى التّقلص، فإنّ اكتشافا حديثا أوضح
أنّ الكون بالعكس يزيد في سرعة تمدّده ! و هنا نقول أنّ هذا

الفرع من علم الفلك (علم الكون) في تغيّر مستمر و لا يوجد نموذج نهائي يشرح بدقّة تكوين الكون و تطوّره
















[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] 4. وحدات قياس الأبعاد و الأزمنة:







تغيّرت وحدات قياس الأبعاد مع تغيّر نظرتنا على الكون. فعلى مستوى المجموعة الشّمسية عرّف العلماء "الوحدة الفلكية" و هي المسافة المتوسّطة بين الأرض و الشّمس.

1 و.ف. = 150 مليون كم.

و هكذا فكوكب عطارد يدور على بعد حوالي 0.4 و.ف. من الشّمس بينما بلوتو يدور على بعد حوالي 40 و.ف. من الشّمس.

لحساب الأبعاد إلى النّجوم الأقرب إلينا عرّف العلماء وحدة "السّنة الضّوئية" و هي المسافة الّتي يقطعها الضّوء خلال سنة. بما أنّ سرعة الضّوء سر0 = 300000 كم/ ثا فإنّ:

1 س.ض. = (300000 × 1000)×(365 × 24 × 60 × 60) = 9500 مليار كم.

1 س.ض. = 63000 و.ف.

أقرب نجم إلينا بعد الشّمس يبعد بحوالي 4.3 س.ض. عن الأرض.

و على مستوى المجرّة فما أبعد، تستعمل وحدة البارسك. و سنعود إلى الكلام حول أصل هذه الوحدة و سبب تعريفها في الأبواب المقبلة.

1 ب.س. = 3.26 س.ض.

و يبلغ نصف قطر درب التّبّانة حوالي
10000 ب.س. و تبعد المجموعة الشّمسية بحوالي 8000 ب.س. عن مركز المجرّة. و
أقرب المجرّات إلى مجرّتنا تبعد عنّا بحوالي 50000 ب.س. و على مستوى
الكون، تقدّر الأبعاد الّتي يمكن الوصول إليها عن طريق الرّصد بحوالي 4000
مليون ب.س.

وبالنّسبة إلى وحدات قياس الأزمنة فهي
اليوم و السّنة. اليوم يمثّل زمن دوران الأرض حول نفسها. و السّنة تمثّل
زمن دوران الأرض حول الشّمس و تساوي حوالي 365.25 يوما.

و هكذا يبلغ زمن دوران عطارد حول
الشّمس 88 يوما بينما يتمّ بلوتو دورته في 250 سنة ! و يبلغ زمن دوران
المجموعة الشّمسية حول مركز المجرّة حوالي 200 مليون سنة. و يقدّر حاليا
عمر مجموعتنا الشّمسية بحوالي 5 مليار سنة و عمر الكون بحوالي 14 مليار
سنة.







































[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] الأجرام السماوية والظواهر المثيرة للنظر







. اللّيل و النّهار:



يوميا نلاحظ ظاهرة اللّيل و النّهار
الّتي تتمثّل في تغيّر ضياء محيطنا بدور قدره 24 ساعة تقريبا. فنرى الشّمس
تشرق صباحا من المشرق و بهذا يبدأ النّهار، لتغرب مساء في المغرب و يحلّ
هكذا اللّيل.

هل يعني هذا أنّ الشّمس تدور حول الأرض ؟
هذا
ما قد نظنّه لأوّل وهلة ويبدو أنّ هذا ما قد ظنّه أجدادنا الأقدمون. و لكن
يتبيّن أنّ اللّيل و النّهار ناتجان، ليس عن حركة الشّمس حول الأرض، الّذي
هو على كلّ حال خاطئ لأنّ الأرض هي الّتي تدور حول الشّمس، و لكن اللّيل و النّهار ناتجان عن حركة الأرض الدّورانية حول نفسها ! فالأرض تدور حول نفسها من الغرب إلى الشّرق في 24 ساعة. و بما أنّ محيط الأرض في خطّ الاستواء يبلغ طوله 40000 كم فإنّ سرعة دوران الأرض على مستوى خطّ الاستواء تزيد عن 1600 كم/س









فكيف يمكننا إذن أن نشعر بالسّكون فوق سطح الأرض ؟



في الحقيقة كلّ جسم يملك خاصيّة تلزمه الحفاظ على حركته ثابتة و تسمّى هذه الخاصيّة بالعطالة (أو القصور الذاتي). و عندما يخضع الجسم إلى تسارع تنتج شبه قوّة تسمّى قوّة العطالة تقاوم
القوّة الّتي أنتجت التّسارع. و بالتّي فنحن لا نشعر بأيّة قوّة ما دامت
سرعتنا ثابتة. فمثلا في سيّارة تسير بسرعة 80 كم/سا نشعر بسكون تامّ، و
لكن في حالة تباطؤ نشعر بجسمنا يميل نحو الأمام تحت قوّة العطالة لأنّ
المادّة تحبّ أن تبقى سرعتها ثابتة (العكس يحدث عند التّسارع، جسمنا يميل
إلى الوراء). و هكذا مهما كانت سرعة الأرض فنحن نشعر بهدوء شامل !


في زمان ما، نلاحظ أنّ طولي اللّيل و
النّهار يتغيّران من مكان إلى آخر من سطح الأرض. و في مكان ما، نلاحظ أنّ
هذين الطّولين غير ثابتين خلال السّنة. و هذا ناتج، كما سنرى، عن أنّ محور
دوران الأرض حول نفسها ليس عموديا على المستوي الّذي يشمل الأرض و الشّمس،
بل هو مائل بحوالي 23.5 درجة عن الشّاقول(الخط الرأسي أو العمودي ).

ففي
فصل الصّيف (في نصف الكرة الشّمالي) تدور الأرض حول نفسها مقابلة بصفة
دائمة الجزء الشّمالي منها نحو الشّمس، و هكذا تدور الشّمس في السّماء دون
أن تغرب في أقصى المناطق الشّمالية من الكرة الأرضية ! بينما يكون الجزء
الجنوبي للكرة الأرضية محجوبا عن الشّمس و تكون أقصى المناطق الجنوبية من
الكرة الأرضية في ليل مستمر. في فصل الشّتاء (في نصف الكرة الشّمالي)،
عندما تكون الأرض في الجهة المعاكسة تقريبا للمكان الّذي تكون فيه في
الصّيف بالنّسبة إلى الشّمس، يحدث العكس: القطب الشّمالي في ليل مستمرّ
بينما القطب الجنوبي في نهار دائم.


إذا
سافر شخص في فصل الصّيف من القطب الشّمالي إلى القطب الجنوبي يلاحظ أنّ
طول النّهار ينقص بالتّدريج. ففي أقصى الشّمال بكون النّهار تامّا، ثمّ
تبدأ الشّمس خلال سفره نحو الجنوب بالوصول إلى الأفق ثمّ تبدأ بالغياب بعض
السّاعات في اليوم إلى أن يتساوى طولي اللّيل و النّهار عند خطّ الاستواء.
بعد هذا يصبح طول النّهار أقصر من طول اللّيل، و تصبح الشّمس تشرق بعض
السّاعات في اليوم فقط، إلى أن يصبح اللّيل تامّا في أقصى الجنوب. في فصلي
الرّبيع و الخريف، يكون محور دوران الأرض عموديا على المحور الرّابط بين
الأرض و الشّمس (لا يكون متّجها نحو الشّمس)، و هكذا يطول النّهار و
اللّيل 12 ساعة تماما في كلّ أنحاء الكرة الأرضية، و تتلقّى كافّة أنحاء
الكرة الأرضية نفس الكميّة من أشعّة الشّمس !


في مكان ما بين خطّ الاستواء و
القطبين نلاحظ أنّ طولي اللّيل و النّهار خلال السّنة يتغيّران. و في خطّ
الاستواء يتساوى هذان الطّولان على مدار السّنة، بينما تحدث ظاهرة قصوى في القطبين:
يمرّ الملاحظ من ليل دائم إلى نهار دائم طول كلّ واحد منهما 6 أشهر ! كما
نلاحظ أنّ حركة الشّمس الظّاهرية في السّماء تتغيّر على مدار السّنة.
فالشّمس لا تشرق تماما في الشّرق الجغرافي: هذا لا يحدث إلاّ في يومين في
السّنة في الرّبيع و الخريف. في ما عدا هذين اليومين، تشرق الشّمس بين
+23.5 درجة (أقصى انحراف لها نحو الشّمال في الصّيف) و -23.5 درجة (أقصى
انحراف لها نحو الجنوب في الشّتاء) بالنّسبة للشّرق الجغرافي.


عرّف العلماء أربع دوائر متميّزة على الكرة الأرضية و هي: مدار
السّرطان (خطّ عرض +23.5 درجة)، مدار الجدي (خطّ عرض -23.5 درجة)،
الدّائرة القطبية الشّمالية (خطّ عرض +66.5 درجة) و الدّائرة القطبية
الجنوبية (خطّ عرض -66.5 درجة). و
تتميّز المناطق بين مدار السّرطان شمالا و مدار الجدي جنوبا بوجود يوم من
السّنة على الأقلّ تمرّ الشّمس فيه من سمت الرّأس (أعلى نقطة في السّماء).
و تتميّز المناطق بين القطب الشّمالي و الدّائرة القطبية الشّمالية جنوبا
و المناطق بين القطب الجنوبي و الدّائرة القطبية الجنوبية شمالا بوجود يوم
من السّنة على الأقلّ يطول نهاره 24 ساعة و يوم آخر من السّنة على الأقلّ
يطول ليله 24 ساعة. و سنرى في الفقرة المقبلة سبب تغيّر الفصول .





























[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] 2. الفصول:





تدور الأرض حول الشّمس في سنة شمسية
واحدة. و في الحقيقة يبلغ زمن دوران الأرض حول الشّمس 365.25 يوما (365
يوما و 6 ساعات)، و هي المدّة الّتي تفصل بين مرورين متتاليين للأرض من
نفس الموقع في مدارها. و بما أنّ نصف قطر مدار الأرض حول الشّمس يبلغ طوله
150 مليون كم، فإنّ سرعة الأرض في دورانها حول الشّمس تبلغ حوالي 108000
كم/سا !

و ظاهرة الفصول ناتجة عن تغيّر وضع
محور دوران الأرض حول نفسها بالنّسبة إلى المحور الرّابط بين الأرض و
الشّمس خلال السّنة و تغيّر كميّة الحرارة الّتي يتلقّاها الجزءان
الشّمالي و الجنوبي من الكرة الأرضية. ففي حوالي 21 مارس-آذار، يكون محور
دوران الأرض عموديا بالنّسبة إلى المحور أرض- شمس، و هذا ما يسمّى بالاعتدال الرّبيعي.
و يتساوى خلاله طولي النّهار و اللّيل في كافّة أنحاء الكرة الأرضية، و
كذلك كميّة الحرارة الّتي تصل الأرض. و في حوالي 21 يونيو-حزيران يكون
محور الأرض في ذروة ميله بالنّسبة إلى المحور أرض- شمس (+23.5 درجة) و يكون متّجها نحو الشّمس، و يكون قطب الأرض الشّمالي مقابلا للشّمس. و هذا ما يسمّى بالانقلاب الصّيفي.
و بينما يشهد نصف الكرة الأرضية الشّمالي فصل الصّيف و أطول أيّام السّنة،
يكون نصف الكرة الأرضية الجنوبي في الشّتاء ! و في حوالي 21 سبتمبر-أيلول،
يكون محور دوران الأرض عموديا بالنّسبة إلى المحور أرض-شمس، و هذا ما يسمّى بالاعتدال الخريفي. و يتساوى خلاله طولي النّهار و اللّيل في كافّة أنحاء الكرة الأرضية كما هو الحال حين الاعتدال الرّبيعي. و في حوالي 21 ديسمبر- كانون الأوّل يكون محور الأرض في ذروة ميله بالنّسبة إلى المحور أرض- شمس (-23.5 درجة) و يكون معاكسا للشّمس، و يكون قطب الأرض الجنوبي مقابلا للشّمس. و هذا ما يسمّى بالانقلاب الشّتوي. و بينما يشهد نصف الكرة الأرضية الشّمالي فصل الشّتاء و أقصر أيّام السّنة، يكون نصف الكرة الأرضية الجنوبي في الصّيف !


























و هنا نقول أنّ مدار الأرض ليس
دائريا تماما، بل هو إهليليجي (قطع ناقص) تشغل الشّمس إحدى بؤرتيه. و تكون
الأرض في أقرب أوضاعها إلى الشمس (أي في حضيضها) بجوار الانقلاب الشّتوي
(147 مليون كم)، و تكون أبعد ما تكون من الشّمس (أي في أوجها) بجوار
الانقلاب الصّيفي (151 مليون كم). و هكذا فإنّ الإهليليجية "الضّعيفة"
لمدار الأرض ليست هي سبب تغيّر الفصول.












و في الحقيقة لا تتميّز الفصول
الأربعة إلاّ في المناطق المتواجدة بين مدار السّرطان و بين الدّائرة
القطبية الشّمالية و المناطق المتواجدة بين مدار الجدي و بين الدّائرة
القطبية الجنوبية. فالمناطق المتواجدة بين مدار السّرطان و مدار الجدي
تشهد فصلي الرّبيع والخريف فقط. بينما المناطق المتواجدة بين الدّائرة
القطبية الشّمالية و القطب الشّمالي و المناطق المتواجدة بين الدّائرة
القطبية الجنوبية و القطب الجنوبي تشهد فصلي الشّتاء و الصّيف فقط.