الفيزياءالفلكية pdf (1).pdf
Document Details
Uploaded by BlissfulCyan
Tags
Full Transcript
الفيزياء الفلك َّية ُ 1 اﻫﺪاف: ف المجموعةَ ال َّ شمسيّة. ٭ ٭ َّ يتعر ُ ئيسي ٭ ٭يستد ُّل على مصد ِر الطّاقة ّ الر ّ في الن ُّجوم. تحو ِل الهيدروجين إلى ٭٭ ُ يشرح آليةَ ّ الهليوم. ٭ ٭يبي ّ َن استخدامَ فع ِل دوبلر في َّ الضوء ِ جرات. والم َّ ل...
الفيزياء الفلك َّية ُ 1 اﻫﺪاف: ف المجموعةَ ال َّ شمسيّة. ٭ ٭ َّ يتعر ُ ئيسي ٭ ٭يستد ُّل على مصد ِر الطّاقة ّ الر ّ في الن ُّجوم. تحو ِل الهيدروجين إلى ٭٭ ُ يشرح آليةَ ّ الهليوم. ٭ ٭يبي ّ َن استخدامَ فع ِل دوبلر في َّ الضوء ِ جرات. والم َّ لمعرفة حركة الن ُّجوم َ انزياح الطّيو ِ ف الذّ ّريّة ف ٭ ٭ َّ يتعر ُ َ للن ُّجوم. فردة ٭٭ يشرح أنوا َ ُ ع الن ُّجوم ُ الم َ والثُّنائيّة. ف قانو َن هابل. ٭ ٭ َّ يتعر ُ يحسب أبعادَ الن ُّجوم باالعتما ِد على ٭٭ ُ ّ يفي لها. االنزياح الط ّ ف توس َع الكو ِن و نظريَّةَ ٭ ٭ َّ يتعر ُ االنفجا ِر األعظم. ف سرعةَ اإلفالت. ٭ ٭ َّ يتعر ُ وأفق السوداء ٭ ٭ َّ يتعر ُ ف الث ّ َ قوب ّ َ الحدث. ِ السوداء. ٭ ٭ َّ يتعر ُ ف رص َد الثّقوب ّ اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﻴﺔ: سماوي ٭ ٭جرم ٌ ّ الكوكب ٭٭ ُ جم ٭ ٭الن ّ ُ المجرة ٭٭ َّ طيوف الن ُّجوم ٭٭ ُ وجي ٭٭ االنزياح َ ُ الم ّ ٭ ٭تم ُّددُ الكو ِن ٭ ٭سرعة ُ اإلفالت نصف قطر شفارتزشيلد. ٭٭ ُ 254 الســماءُ تفكيــر اإلنســان منــ ُذ ِ شــغل َ ِ القــدم ،وحــاولَ دراســتَها مــن خــا ِل ت ّ َ مواقـ ِع األجــرام المُنيــرة فيهــا ِ وربطهــا بأشــكا ٍل تخيُّليّــة ترافقَــت فــي كثيـ ٍر مــن أكثــر وضوحــاً فــي القــر ِن األحيــان َ مــع األســاطير ،لكــن ّ الصــورة أصبحَــت َ العشــرين بعـ َد ظهــو ِر النَّظريّـ ِ ـات الحديثـ ِـة كالنّســبيّة ّ العامــة مثـا ً وبعـ َد أن أمكــنَ الجــوي مــن خــال تلســكوبا ٍ ٍ ضخمــة ت ج الغــاف رصــ ُد الكــو ِن مــن خــار ِ ّ ٍ الصناعيّــة كتلســكوب هابــل. ـار ّ ـدور حــولَ األرضٍ فــي مــدارات كمــا األقمـ ُ تـ ُ ما الذي نراه ُ في السماء؟ ث الســماء فــي ليلـ ٍـة غي ـ ِر غا ِئمـ ٍـة فــي مــكا ٍن ال يوج ـ ُد فيــه تلــو ٌ •أنظـ ُـر إلــى َّ ِ اإلضــاءة ِ أصــف مــا أرى ،هــل لألجــرام ِ المُنيــرة ِش َّ نفســها؟ ضوئــي، ــدة َ ٌّ ُ ـع األجــرام فــي •أكـ ّـر ُر ُمراق َب ـة َ َّ الســماء فــي أكث ـ ِر مــن يــومٍ ،هــل تبقــى جميـ ُ الموق ـ ِع ِ نفســه؟ نفســه؟ وهــل يبقــى توزُّعُهــا َ كنقــاط ُم ٍ ٍ كواكــب فــي مجموع ِتنــا ال َّشمســيّة، ضيئــة هــي بعــض مــا أراه إنّ َ ٌ ــز بينَهــا؟ وغيــر ذلــك، ات وبعضهــا نجــومٌ، جــر ٌ وبعضهــا مَ َّ ُ ُ كيــف أميّ ُ َ ُ الن ُ ّتائج ِ أكثر ثباتاً من إشعا ِع الن ُّجوم. •إشعاعُ الكواكب يبدو َ مواقــع الكواكــ ِ ب متغيّــرة ّأمــا الن ُّجــوم فتبقــى فــي تشــكيالت • ُ تبــدو ثابتــة. الكواكــب فــي مجــا ٍل ُمعيَّــن بالنّســبة لمُ ِ راقــ ٍ ب علــى تتحــر ُك ُ • ّ الســماويّة. األرضِ ّأمــا الن ُّجــومُ فهــي تنتشـ ُـر علــى امتــدا ِد القبـ ِـة َّ أكثــر وضوحــ ًا ،أمَّــا •باســتخدام ِ التّلســكوب تبــدو ُ الكواكــب َ الن ُّجــومُ فتبقــى نقاطـاً ُمضيئـةً ،وباســتخدام التّلســكوبات َّ الدقيقة يُ ِ ـن التّمييـ ُـز بيــنَ الن ُّجــوم ِ والمَجـ َّـرات. مكـ ُ ُ املجموعة َّ الشمس ّية أعلــم َّ ـب المجموعـ ِـة ال َّ شمســي ّ ِة ثمانيـة ٌ ،أربعـة ٌ منهــا غازي ّـة ٌ والباقــي صخري ّـة ٌِّ ، الكواكب أحددُ أي َّهــا الغازيّة ،أهــي أن كواكـ َ ُ ُ ـرب مــن ال َّ شــمس أم األبعـ ُد عنها؟. األقـ ُ مصدر الطّاقة ال ّذي تعطيه ال َّشمس؟ ما ُ أف ِّك ُر: أعلــم َّ أن ال َّ ـكل شــمس كمــا الن ُّجــوم األخــرى تحــوي بشـ ٍ ُ ـ ـي الهدروجيــن والهليــوم ،ومـ َع مــرو ِر الزَّمــن تــزدادُ رئيس ّ ـم أ ّن كتلـةَ كميّــة الهليــوم و تقـ ُّل ّ ّ كميّــة الهدروجيــن ،وأعلـ ُ َّ ُ ُّ ـن ذلــك؟ ـ بي ط ـ أرب ـف ـ كي ـن، ـ َّم ز ال ر ـرو ـ م ع ـ م ل ـ تق ـمس ـ ش ال ِ َ َ َ أستنتج ـق عالقـ ِـة ـج الهدروجيـ فــي الن ُّجــوم يندمـ ُ ـص فــي الكتلـ ِـة نتيجـةَ ذلــكَ إلــى طاقـ ٍـة وفـ َ ـي الهليــوم ،ويتحـ َّو ُل النَّقـ ُ ـن ليعطـ َ 2 آينشــتاين فــي النّســبية الخاصة DE = Dmc تطبيق (:)1 ٌ عــرض ألشــ ّعة ال َّ ٍ شــمس ،باعتبــا ِر أ ّن ض وســطيّاً 6.3 # 10 4 Jفــي ك ّل يتل ّقــى ك ُّل 1m 2مــن ســطح األر ِ ثانيــة عنــ َد الت ّ ُّ ِ 47%مــن أش ـ ّع ِة ال َّ ـاف الجــويُّ أو يرت ـ ُّد عنــه إلــى الفضــاء. ض والباقــي ـطح األر ِ ُّ يمتصــه الغـ ُ شــمس تص ـ ُل إلــى سـ ِ ـص فــي كتلـ ِـة ال َّ احسـ ِ همــل بُعـ ُد ـت أ ّن بُعدَهــا عــن األر ِ شــم ِ س فــي ك ِّل ثانيـ ٍـة ،إذا علمـ َ ب النَّقـ َ ض 150مليــون كيلومتـ ٍر (ي ُ َ ُ ِ ـطح األرض) الغــاف الجـ ّ ـوي عــن سـ ِ 255 الحل: الم َّ قدمة لكل 1 mمن األرض: الطّاقة ُ ُ 2 100 E 1 = 6.3 # 10 4 # 47 ( E 1 = 13.4 # 10 4 J الم َّ مركزهــا ال َّ الصــادرةُ عــن ال َّ ـف ـطح كـ َّـر ٍة شــم ِ ُ فتكــو ُن الطّاقـة ُ الكلّي ّـة ُ ّ ـمس ونصـ ُ قدمــة لسـ ِ س خــا َل ثانيـ ٍـة هــي الطّاقــة ُ شـ ُ قط ِرهــا 150مليــون كيلومتــر. )DE = 4rr 2 . E 1 = 4r (150 # 10 6 # 10 3) 2 . (6.3 # 10 4 DE . 38 # 10 27 J ِ ناتجة ٌ عن النَّقص في ِ كتلة ال َّ هذه الطّاقة ُ ِ وفق عالقة آينشتاين DE = Dm c 2 شمس َ DE c2 38 # 10 27 = Dm (3 # 10 8) 2 Dm = 4.22 # 10 11 kg = Dm ص في كتلة ال َّ شمس في ك ِّل ٍ ثانية واحدة. وهو مقدار النَّق ِ ُ تح ُّو ُل الهدروجين إلى هليوم في الن ُّجوم (ال َّشمس مثالً): يفسـ ُـر العلمــاء ُ تولي ـ َد الن ُّجــوم للطَّاقــة مــن خــا ِل العــودة إلــى كيفيّـ ِـة نشـ ِ ـق نظريّـ ِـة السَّ ــديم ()Nebula Theory ِّ ـأتها وفـ َ ِ ُ َّ َّ والجســيمات (وهــي ـار ســحابة ٌ مُكوَّنـة ٌ مــن الغــا ِز التــي تنـ ُّ ـص علــى أنّــه يبــدأ التّفاعُــل النـ ّ ُ ـووي داخـ َل النجــم عندَمــا تنهـ ُ َّ َّ ِ ـن الســديم) تحـ َ ّ ـت تأثيــر الضغــط النّاتـ ِ ـج عــن جاذبيَّتهــا فيول ّـ ُد هــذا االنهيــار كـ َّـر ًة كبيــر ًة مــن الضــوء ويبــدأ ُ االندمـ ُ ـاج بيـ َ ِّ َّ ِ ِ ِ ِ ّ ـج الهدروجيــن الــذي يشــك ُل النّســبةَ األكبــر مــن النَّجــم ـ فيندم ـن، ـ ي ع رتف الم ة ـرار ـ والح ـط ـ غ الض ر ـ تأثي ـت ـ تح ت ا ر ذ ِ َ ُ َ ُ ال ـ ّ ـق عالقـ ِـة آينشــتاين. ـدر الطّاقــة نتيج ـةَ النَّقـ َ ـص فــي الكتل ـةَ وفـ َ ليتح ـ َّو َل إلــى هيليــوم ،وتصـ ُ إضاءة ِّ الســوريّة نشــاطا ٍ تنوعـةً لهــوا ِة الفلـ ِ ـب ،مــن هــذه ـم الجمعيَّــة الفلكيّــة ُّ ك وك ِّل مَــن يرغَـ ُ ت مُ ّ تنظـ ُ النَّشــاطا ِ الرصـ ِد. ت ليالــي َّ ُ َّجمي: اإلشعاع الن ّ أفكر ُ نفسه؟ هل للن ُّجوم ِ اللّو ُن ُ الضـ ِ باعتبــا ِر َّ ـف لــو ُن ـوء مَوج ـة ٌ كهرطيســيّة ،كيـ َ ـف يختلـ ُ َّ الضــوء؟ هل يتعل ّ ُق ذلك بتركي ِ ب النَّجم؟ َّ اســتخدامها فــي حســا ِ ِ ب قوانيــن كبلــر وكيفيَّــة ــر َ أتذك ُ كتلــة الن ُّجــوم. 256 أستنتج ِ حظـ ِـة ودراسـ ِـة ِ يُ ِ طيفــه بمال َ ـي ،وع ـ ّد ِة خصائـ َ ـص أخــرى ُ مكـ ُ ـن تحدي ـ ُد كتلــة النَّجــم ،وعم ـ ِره ،وتركيبِ ــه الكيميائـ ّ وشـ َّ ِ ِ وحركتــه. ـدة إضاءَتــه نحو األحم ِر ُ االنزياح َ خــا َل رص ـ ِده للمجـ َّـرا ِ ـم "هابــل" ت البعيــد ِة دُ ِهـ َ ـش العا ِلـ ُ عندَمــا الحــ َ ِ نحــو األحمــ ِر جــرات انزيــاح ظ َ طيــف َ الم ّ َ كلّمــا كانَــت أبعــد. ِ جرات؟ ماذا يعني ذلك؟ هل لهذا عالقة ٌ الم َّ بحركة َ أعلــم َّ أن َّ المرئــي مــن األمــواج يــف ُّ الضــوء َ هــو الط ّ ُ ُ ـجي إلــى األحمـ ِر ـ البنفس ـن ـ م ـه ـ ن ألوا ج ـدر ـ تت ة، ـي ـ الكهرطيس ُ ّ ّ ُ ّ ّ ُ ـرب (ألــوان قــو ِ ـي اقتـ َ س قــزح) ،وكلمــا زادَ الطــو ُل َ الموجـ ّ َّ ـن األحمــر. اللــون ِمـ َ المجـ َّـرا ِ ـاح طيـ ِ ت نحـ َـو األحمــر؟ ـف َ إذا ً مــاذا يعنــي انزيـ ُ أتتحـ َّـر ُك مُ ِ بتعــد ًة عنّــا أم مُقت ِربــة منّــا؟ تأثير دوبلر يو ِّ ح لنا ذلك. ض ُ إ ّن َ )10-12 (cm ﺃﺷﻌﺔ ﻏﺎﻣﺎ 10-10 ﺃﺷﻌﺔ X 10-8 10-4 10-2 ﻓﻮﻕ ﺑﻨﻔﺴﺠﻴﺔ ﺗﺤﺖ ﺍﻟﺤﻤﺮﺍﺀ ﺃﻣﻮﺍﺝ ﺍﻟﻤﻜﺮﻭﻳّﺔ 1 102 ﺃﻣﻮﺍﺝ ﺍﻟﺮﺍﺩﺍﺭﻳﺔ ﺃﻣﻮﺍﺝ ﺍﻟﺮﺍﺩﻳﻮﻳﺔ ﺍﻟﻀﻮﺀ ﺍﻟﻤﺮﺋﻲ 400ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ 700ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ تأثير دوبلر ُ اختــاف صــو ِ أالحــ ٌ ت بــو ِ تمــر ق السَّ ــيّارة عندَمــا ظ َ ُّ وتتابــع مُ ِ ــبب؟ بجانبــي ُ بتعــد ًة عنّــي ،مــا السَّ ُ َّ ث عندَمــا يبتعــ ُد أعلــم أن الصَّ ــوت مَوجــة ٌ ،فمــاذا يحــد ُ َ ُ ِّ الم ِ راقــب؟ االهتزاز)عــن (منبــع ة وجــ الم د ــ المول المنبــع َ ُ ُ َ ُ ﺟﻬﺔ ﺣﺮﻛﺔ ﻣﻨﺒﻊ اﻻﻫﺘﺰاز ﻃﻮل اﳌﻮﺟﺔ للم ِ ِ راقــب ت ُشــغ ُل المنبــع عندَمــا يكــو ُن ُ ســاكناً بالنّســبة ُ الموجــة ُ مَســافة : m َ v m= f باعتبار fتوات ُر االهتزاز v ،سرعة الموجة m ،طول الموجة. ِ الم ِ المنبع مُ ِ الموجة ُ مسافةَ : ml راقب يتحر ُك عندَما َّ ُ بسرعة ، vlتشغ ُل َ بتعدا ً عن ُ v + vl ml = f v + vl ml = v m vl ml = (1 + v ) m هذا يعني َّ أكبر من m أن ml ُ موجة َّ ِ الض ِوء؟ ث عندَما يزدادُ طو ُل ما الّذي يحد ُ 257 أستنتج ب فـ َّ ـي يــزدادُ ،وبمــا أ ّن َّ ـي عــن مُ ِ راق ـ ٍ ـي الموجـ َّ عندَمــا يبتع ـ ُد منب ـ ٌع مَوجـ ٌّ الضــوء َ ذا الطّــو ِل َ ـإن الطــو َل َ الموجـ ّ ـع َّ راق ـ ِ الم ِ ـف نحـ َـو األحمــر. األكبــر هــو األحمـ ُـر ،فعندَمــا يبتع ـ ُد المنبـ ُ الضوئـ ُّ ـزاح الطّيـ ُ ب ينـ ُ ـي عــن ُ ثابت هابل نشاط (:)1 -1 ) ِ ــر المجــا ِو ِر أعتمــ ُد علــى التَّمثيــ ِل ِّ ُ البيانــي ُ وأجيــب :يعب ّ ُ التَّمثيـ ُل البيانــي عــن سـ ِ المجـ َّـرا ِ ت بداللـ ِـة بُع ِدهــا عنّــا ـرعة َ ّ ـق دراسـ ِـة العالــم هابــل. وفـ َ أي ُّهــا أكبـ ُـر ،ســرعة ُ ابتعــا ِد المجـ َّـرات القريبـ ِـة منّــا أم ِ البعيــدةِ عنّا ؟ َّ أيعنــي ذلــك أن هابــ َل وجــ َد انزياحــاً نحــو األحمــ ِر أم َ 20 25 )d (Mpc المجـ َّـرا ِ انزياحـاً نحـ َـو األزر ِ ت األكثـ ِر بعــداً؟ )ﺑُﻌﺪ ﺍﻟﻤﺠﺮﺓ ﻋﻨّﺎ( ق فــي طيــف َ مكــن اعتبــار َّ المجــرا ِ بشــكل َّــر أن ســرعةَ َّ ٍ ُ هــل ي ُ ِ ُ ت تتغي ُ مُ ِ تناســ ٍ مــع بُع ِدهــا تقريبــاً؟ ب ِ ِ بين . d ، H 0 ، v ناسب (الميل) التَّقريبي بـ ، H 0 ُ وأوجد العالقةَ َ أرمز لثابِ ت الت َّ ُ V (Km.s )ﺳﺮﻋﺔ ﺍﻟﻤﺠﺮﺓ ﺑﺎﻟﻨﺴﺒﺔ ﻟﻨﺎ( 1500 15 10 5 0 1000 650 500 0 نتيجة: ِ ِ ّ ـي ،وهــذا يعنــي الح ـظَ هاب ـ ُل انزيـ َ ـاح طي ـف المَجـ َّـرات األكث ـ ِر بُعــداً عنّــا نحـ َـو األحم ـ ِر؛ أي ازديــاد فــي الطــول المَوجـ ّ ـرعة المجـ َّـر ِ ـرعة االبتعــا ِد عنّــا ،وبدراسـ ِـة زيـ ِ ـق دوبلــر زيــاد ًة فــي سـ ِ ات بداللـ ِـة بُع ِدهــا عنّــا َّ توصـلَ هابــل إلــى أنّ وفـ َ ـادة سـ ِ َ ـق العَالقــةv = H . d : المَجـ َّـرة َ كلَّمــا كانَــت أبعـ َد كانَــت ســرعة ُ ابتعا ِدهــا أكبـ َـر وفـ َ جرة عنّا. حي ُ جرة بالنّسبة لناُ H ، ث vسرعة ُ الم َ َّ ثابت هابل d ،بع َد الم َ ّ َ 0 تطبيق (:)2 ٌ المســتخدَمة فــي التَّمثيــل البيانــي السَّ ــابق ،ث ـ َّم بداللـ ِـة الواحــدا ِ ت ال ُّدوليّـ ِـة ـب ثابِ ـ َ 1 .1أحسـ ُ ـت هابــل بداللـ ِـة الواحــدات ُ ّ ِعلم ـاً َّ ـي ،ويُســاوي 3.26ســنةً ضوئيَّ ـةً. أن ) pc (parsecهــو الفرس ـ ُ خ الفلكـ ُّ ُّ ـب بُعـ َد مجـ َّـر ٍة ر ِصـ َد خـ ُّ ـاح طــو ِل َ ِ ـط طيـ ِ ـي ـف الهيدروجيــن فيهــا فكانَــت نســبة ُ انزيـ ِ 2.2أحسـ ُ ُ الموجــة إلــى الطــول األصلـ ّ . 1/30 ق َّ جرة؟. الم َّ 3.3كم سنةً يستغر ُ الضوء ُ للوصو ِل إلينا من تلكَ َ الح ُّل: الصفر و بين ّ 1 .1آخ ُذ البُع َد َ وبالواحدا ِ ت ال ُّدوليّة: 258 10 MPCمثال ً فأج ُد َّ الصفر و 680 km/s بين ُّ أن ُّ السرعةَ ُ المقابِ لةَ هي َ v H0 = d 680 H 0 = 10 = 68km.s -1 / M pc ِ يقطعها َّ الخالء خال َل ٍ ِ 2.2 سنة الضوء ُ في لنحسبّ ،أوال ً ،السَّ نةَ الضّ وئيّةَ وهي المسافة ُ التي ُ Light year = 3 # 10 8 # 60 # 60 # 24 # 365.25 = 9.46728 # 10 15 m pc = 3.26 # 9.46728 # 10 15 . 3 # 10 16 m 68 # 10 3 m.s -1 68 H0 = 6 = 3 # 10 -19 s -1 10 (3 # 10 16) m vl ml = (1 + c ) m 3.3 vl ml = m + c m vl ml - m = c m Dm vl = c m 1 vl 30 = 3 # 10 8 vl = 10 7 m.s -1 ومن قانون هابل vl = H 0 .d 68 10 7 = 3 # 10 -19 d 3 d = 68 # 10 26 m d c = t 4 .4 3 # 10 26 68 8 = 3 # 10 t 1 t = 68 # 10 18 s قاساً بالسَّ نوا ِ ت: َّمن مُ َ فيكو ُن هذا الز ُ 1 # 10 18 68 t = 60 # 60 # 24 # 365.25 = 0.466 # 10 9 years أي َّ جرة تبع ُد عنّا Light years 0.466 # 10 9 الم َّ إن تلكَ َ وهذا يعني أيضاً َّ حدث من ُذ 0.466مليار ٍ سنة. جر ِة اليومَ قد الم َّ َ أن مانراهُ في تلكَ َ أنواعُ الن ُّجوم: شمســي نجمـاً واحــدا ً مُفـ َـردا ً هــو ال َّ يحــوي نظامُنــا ال َّ ـع الن ُّجــوم ِ ـمس ،فهــل جميـ ُ شـ ُ ّ فــي الكــون مُفـ َـردةً؟ َّ إ ّن التّلســكوبا ِ ـدور ت أظهـ َـرت لنــا أن الكثيـ َـر مــن الن ُّجــوم ِ ثُنائيّـ ِـة Binary starsتـ ُ حــو َل ِ المجـ َّـردة كالنَّجــم بعضهــا البعــض .بعـ ُ ـض الن ُّجــوم ِ الثّنائيّــة قــد تُــرى بالعيـ ِن ُ ـع نجمــان ،أحدهــا ض الـ ّد ِّ الــذي يُشـ ّكل االنحنــاء َ فــي ِمقبـ ِ ب األكبـ ِر إنّــه فــي الواقـ ِ الســها( ،)Alcorوهمــا قريبــان يُدعــى اإلزار ( ،)Mizarواألخــف لمعان ـاً يُدعــى ُّ علــى ِ تحتــاج لبصــ ٍر حــادٍّ جــ ّدا ً للتَّفريــ ِق بينَهمــا (كا َن ث بعضهمــا جــ ّدا ً بحيــ ُ ُ ص ق ـوَّة النَّظ ـ ِر) يســتخدم ُ ذلــكَ فــي الماضــي لفح ـ ِ Mizar Alcor 259 ُ نظرية االنفجارِ األعظم: أف ِّك ُر ـاح نحـ َـو األحمـ ِر لطيــو ِ المجـ َّـرا ِ ت تبتعـ ُد عــن ِ تــد ُّل ظاهــرةُ االنزيـ ِ المجـ َّـرات أ َّن ك َّل َ ف َ بعضهــا ،فالفضــاء ُ الكونــي يتمـ َّ خ. ـددُ كبالــو ٍن يُن َفـ ُ ّ كيف كا َن الكو ُن في الماضي السَّ حي ِق ٭؟ زمني، بتراجع َّلت المشه َد لو تخي َ ٍّ َ ٍ هل لهذا الكو ُن بدايةَ (لحظة والدة)؟ أستنتج •إ َّن مــن أكث ـ ِر النَّظريّــات قبــوال ً حــولَ نشـ ِ ـأة الكــو ِن نظريّ ـة ُ االنفجــا ِر األعظ ـم ِ ،Big Bangالتــي تقــو ُل إ َّن ـنة .فــي تلــك اللّحظـ ِـة ،كان َ الكــونُ عبــار ًة عــن نقطـ ٍـة ُمنفـ ِر ٍدة صغيـ ٍ الكــون َ نشـأ َ قبـلَ حوالــي 13.8مليــار سـ ٍ ـرة ـم. ج ـ ّداً ،ذات كثافـ ٍـة عاليـ ٍـة ج ـ ّداً مــن المــادَّة و الحــرارة ال ّتــي تفــو ُق الخيــالَ .ث ـ َّم حــد َ ث االنفجـ ُ ـار العظيـ ُ ِ زيئــات والج الج وبــدأَت المــادّةُ تأخــ ُذ أشــكال َها ،فتشــ َّكل َْت فــي ُ ثــم الــذ ّّر ُ ُ ات ُ البدايــة ُ ســيمات األوليّــةُّ ، ـع الكــو ِن إلــى ِ يومنــا هــذا. والمجـ ًّـر ُ ـتمر تو ُّسـ ُ ـي ،فالن ُّجــومُ ً والغبـ ُ ات ،واسـ ّ َ ـار الكونـ ّ سس الفيزيائيّة ُ لنظريّ ِة االنفجا ِر األعظم: األ ُ ُ نحو األحم ِر ِلط َ ِ • المجرات. يف َّ ُ االنزياح َ وبالشـ َّ ـع ات ّجاهــا ِ ش ضعيــفٍ لموجــا ِ ِ ـد ِة ت الكــون، •وجــودُ تشــوي ٍ ت راديويَّــة قادمــة بشـ ٍ ـكل مُنتظ َـم ٍ تمام ـاً مــن جميـ ِ ِ المتوقَّعــة فــي ِ ـعاع االنفجــا ِر األعظ ـمِ. وقتنــا الحاض ـ ِر إلشـ ِ نفســها ُ هائلـ ٍـة مــن الهيدروجيــن والهليــوم فــي الن ُّجــوم ،فمثـا ً تبيَّــن َّ ت ِ كميّــا ٍ شمســنا كميَّـةَ الهليــوم ِ التــي تحويهــا أن ِ ّ •وجــودُ ّ ُ َ َّ ب ال َّ ـاج الهيدروجيــن فــي قل ـ ِ أكبـ ُـر بثالثـ ِـة أضعــا ٍ الكميَّــة التــي ي ُ ِ شــمس ،وهــذا ـن أن تتول ـ ُد نتيج ـةَ اندمـ ِ ف مــن ِ ّ مكـ ُ س ،إنَّهــا َّ حرارتــه أعلــى بكثيـ ٍر مــن درجـ ِـة حــرار ِة ال َّ ِ ـق األولــى ـل آخـ َـر درجـة ُ شــم ِ يســتدعي وجــودَ مصــد ٍر هائـ ٍ الدقائـ ُ مــن بَـد ِْء االنفجــا ِر األعظـمِ. تطبيق (:)3 ٌ 68 عمر الكو ِن التّقريبي اعتمادا ً على قانو ِن هابل ،باعتبا ِر ثاب ِ ت هابل تقريبا ًH 0 = 3 # 10 -19 s -1 : احسب َ ّ الح ّل: المجـ َّـرة منـ ُذ حــدو ِ ث كانَــت ث االنفجــا ِر األعظـم ِ حيـ ُ dهــي بُعـ ُد مجـ َّـر ٍة مــا عنّــا ،وهــي أيضـاً المســافة ُ التــي قطعتْهــا َ ـن الــذي مضــى علــى حــدو ِ ت مُتكثَّفـةً فــي النِّقطـ ِـة ِ المجـ َّـرا ِ ث االنفجــا ِر األعظــم َّ مجرت ُنــا وجميـ ُ نفســها ،نسـ ّ ـع َ ـمي الزَّمـ َ d ، tعمــر الكــون v = t لك َّن v = H 0 . d d t = H0 . d 3 = 68 # 10 19 s 1 1 t = H = 68 0 -19 3 # 10 عمر الكون التّقريبي بالسَّ نوات : فيكو ُن ُ 260 3 # 10 19 68 t = 60 # 60 # 24 # 365.25 . 14 # 10 9 years جر ِ ات في الكو ِن: توزُّعُ الم َ َّ ـل ِمــن الن ُّجــوم ِ و الغبــار والغــازا ِ ت التــي ترتبـ ُ ط معـاً بقــوى •المجـ َّـرةُ Galaxyهــي نظــام ٌ كونـ ٌّ ـع هائـ ٍ ـي مُكـ َّو ٌن ِمــن تجمُّـ ٍ تجــاذُ ٍ ـتر ٍك. ب مُتبادَلــة ،وتـ ُ ـدور حــو َل مرك ٍز مُشـ َ أن هنــاك حوالــي 10 10إلــى 10 12مجـ َّـرة تقريبـاً فــي الكــو ِن المنظــو ِرَّ ، ـدر العلمــاء َّ إن أبعـ َد مجـ ّـرا ٍ تصويرهــا ت تـ َّم •يقـ ِّ ُ ُ ُ ت القزمـ ِـة التــي ال يتعـ َّ ِ المجـ َّـرا ِ تبعـ ُد حوالــي 10إلــى 13مليــا ِر سـ ٍ ـراوح فــي ـنة ضوئيّـ ٍـة ،تتـ ـدى عــددُ ـن َ ُ أحجامهــا بيـ َ ِ نجومهــا 10 7نجـم ٍ وتكــو ُن مســاحتُها حوالــي بضعــة آال ِ ـنة ضوئيَّــة ،و المجـ َّـرا ِ ف سـ ٍ ت العمالقـ ِـة التــي تحتــوي علــى ـف مليــو ِن سـ ٍ وحجمهــا يصـ ُل إلــى نصـ ِ ـنة ضوئيَّــة. أكثـ ِر مــن 10 12نجمـ ٍـة ُ مَجرتُنا: درب التبّانــة ،ويوجـ ُد فيهــا أكثـ ُـر مــن •تسـمَّى مجرت ُنــا َ 11 قطرهــا بحوالــي 100ألـ ِ ـف 2 # 10نجـمٍ ،ويقـ ِد ُّر العلمــاء ُ َ ت النَّجميّــة ،بمــا فيهــا المجموعـة ُ ال َّ ـنة ضوئيَّــة ،وتحــوي الكثيـ َـر مــن التّجمُّعــا ِ سـ ٍ شمســيّة ،والتــي ينتمــي إليهــا كوكبُنــا ـب األرض. كوكـ ُ إثراء: •تكريماً للعالم هابِ ل ُسمِّ َي التلسكوب الفضائي العمال ق ـارج الغــا ِ ف ـدور خـ َ باســمه ،هــذا التلســكوب الّــذي يـ ُ الجـ ّ َّ ِ ـاهم ـوي ،والــذي أعطــى صــوراً ُمذهلـ ًة للكون ،وسـ َ ِ إثبات ِ نظرية هابِ ل ِ نفسه. في صــو ِر المُ ِ تلســكوب هابِ ــل ذهلــة التــي أعطاهــا •مــن ال ُّ ُ صــورة َ ســديم ِ رأسِ الحصــا ِن الــذي يظهـ ُـر بالتّلســكوب فــي مجموعـ ِـة نطــا ِق الجبــار ،تلــك الن ُّجــوم الثّــاث ـتقامة واحـ ٍ ـك بالعي ـ ِن المُجـ َّـر ِدة علــى اسـ ٍ ـدة. التــي تظهـ ُـر لـ َ 261 السوداء: ُ الثقوب َّ أف ِّك ُر •أعلم أنّه بزياد ِة ِ كتلة الجسم ِ تزدادُ ق َّو َة جذبِ ه ،كما تزدادُ أيضاً بنقصا ِن البُع ِد عن الجسمِ. ُ الذي يصف ذلك؟ العالمي •ما قانو ُن نيوت ُن ُ ّ مك ُن أن تكو َن ق َّوةُ الجذ ِ •كيف ي ُ ِ ب تلكَ ال نهائيَّة؟ •ما سرعة ُ اإلفال ِ وفق قوانين نيوت ُن؟ ت من تلكَ الجاذبيَّة َ أتذ َك ُر ِ ُ ـح القــوة ـع البُعـ ِد بينَهمــا ،فتُصبـ ُ ـب طــردا ً مــع كتلتَيهمــا ،وعكسـاً مـ َع مربَّـ ِ ـن جســمي ِن تتناسـ ُ ـي بيـ َ •قـ َّوةُ التّجــاذُب الكتلـ ّ ـق قوانيــن نيوتــن). ـن الكتلتَيــن إلــى ّ الصفــر (وفـ َ النهائيَّــة عندَمــا يتناهــى البُعـ ُد بيـ َ ـت مــن جــذ ِ ِ ـق فــي الفضــاء، ب األرض ـرض أنّــي علــى ســطح األرض ،وأريـ ُد إلقــاء َ جسـم ٍ لألعلــى حتَــى يفلـ َ وينطلـ َ •أفتـ ُ ـب إعطــاؤه طاقـةً حركي ّـةً أكبـ َـر مــن طاقـ ِـة الجــذ ِ ِ الكامنــة لــه: ب فيجـ ُ Ek = E p 1 2 2 mv = Fc r mM 1 2 2 mv = G r 2 r 2GM =v r ث : v :سرعة ُ اإلفال ِ (السرعة الكونيّة الثّانية). ت من األر ِ حي ُ ض ّ ت التّجاذُ ِ العالمي. ب : Gثابِ ُ ّ ض (الجسم الجا ِذب). : Mكتلة ُ األر ِ نصف قط ِر األرض. :r ُ ضمن مدا ٍر حو َل الجسم ِ الجاذب. يدور الجسم السرعة ُ المداريّة ُ التي تجع ُل السرعة ُ الكونيّة األولى هي ّ • ّ َ ُ َ تطبيق (:)4 ٌ ض ،علمـاً َّ احسـ ِ ع الجاذبيّـ ِـة األرضيّـ ِـة ـار َ ـف قطـ ِر األر ِ الســرعةَ الكوني ّـةَ الثّانيـةَ لــأر ِ أن نصـ َ ب ّ ض يُعتبَـ ُـر ، 6400 kmو تسـ ُ ـر g = 10 m.s -2 علــى ســطح األر ِ ض يُعتبَـ ُ الح ُّل :أعلم َّ أن ق َّو َة جذ ِ Fc = W ض للجسم ت ُعتبَ ُر ثقلَه ب األر ِ ُ m. M = m. g r2 M g=G 2 r M r. g = G r •فتكو ُن سرعة ُ اإلفال ِ (السرعة الكونيّة الثّانية): ت ّ 262 G 2GM r v = 2gr v = 2 # 10 # 6400 # 1000 v = 8 2 # 10 6 m.s -1 =v أتساء ُل ض (الجسم الجا ِذب)؟ •ماذا لو صغ َُر نصف قط ِر األر ِ ُ َّ ِ لسرعة الجسم ِ المجذو ِ ليتمك َن من اإلفالت؟ ب ث •ماذا سيحد ُ ِ ماهي؟ لسرعة الجسمِ، •لكن هنا َك حدودا ً َ نصف قط ِر الجسم ِ الجا ِذ ِ ب عند َِئ ٍذ؟ •ما ُ أستنتج •كلَّمــا نقُــص نصــف قط ـ ِر الجس ـم ِ الجــا ِذب وزادَت كثافتُــه ،ازدادَت ســرعة ُ اإلفـ ِ ـات ّ الل ِزمــة للت َّحـ ُّـر ِر مــن ُ َ سـ ِ ـطحه. ِ مكــن أليِّ جسـم ٍ أن تتجــاوز َ ســرعتُه ســرعة َ َّ ِ ـف قطـ ِر •وبمــا أنّــه ال يُ ِ ُ الضــوء فــي الخــاء ،فيكفــي أن يكــون َ نصـ ُ الجسـم ِ الجــا ِذب يُعطَــى بالعالقــة: 2GM r 2GM =r c2 =c اإلفالت منه ،حتَّى َّ •كيال ي ُ ِ الضوء ،فيُسمَّى الثّقب األسود. مك ُن أليِّ جسم ٍ َ نصف القط ِر الّذي يحقِّ ُق العالقةَ السَّ ابقة :نصف قط ِر شفارتزشيلد. •ويُسمَّى ُ •وت ُسمَّى الحدودُ التي ال ي ُ ِ اإلفالت من الجاذبيّة :أفق الحدث. مك ُن بعدَها ُ ث ال ي ُ ِ مك ُ٭ ن قب األسودُ :حي ّ ٌز كثافتُه هائلة ٌ بحي ُ •الث ّ ُ لشـ ٍ ـات ِم ـ ٍن جاذبيّتــه حتّــى َّ الضــوء .ولــه ق ـ َّوةٌ ـيء اإلفـ ُ جاذبي ّـة ٌ جبّــارةٌ يســتحي ُل علــى أيِّ شـ ٍ ـات مــن ـيء اإلفـ ُ جاذبيّتــه بمــا فــي ذلــك أشـ ّعة َّ الضــوء .لــذا تبــدو هــذه ِ ــر مــن المنطقــة َ غيــر مرئي ٍَّــة فــي الفضــاء .وهــو يُعتبَ ُ الن ُّجوم الّتي أ َ ِفلتَت. 263 أف ِّك ُر الضوءَ؟ هل َّ يجذب َّ مك ُن للثّق ِ •كيفَذ ي ُ ِ للض ِوء كتلة؟ ب األسو ِد أن َ أتذ َك ُر ـس َّ للضــوء كتلـة ٌ ســكونيّة لكـ َّن لــه طاقـة ٌ تكافــئُ كتلـةً ت ُعطَــى بالعالقـ ِـة: •تكافـ ُـؤ الطّاقـ ِـة – كتلـة ٌ فــي النّســبيّة ّ الخاصــة ،ليـ َ E = m.c 2 الس ِ وداء: رص ُد الثّقوب َّ تبتلع َّ الرغم ِ من أنّه ال ي ُ ِ كيف ي ُ ِ الضوء؟ مك ُن رؤيتُها فهي مك ُن رص ُد الثّقوب السَّ وداء على َّ ُ • َ ص فــي غرفـ ٍـة مُ ِ ظلمـ ٍـة تمامـاً وال تمتلــكُ َّ أي ـت وجــودَ شــخ ٍ المجــا ِورة للثّقــوب السَّ ــوداء :إذا توق ّ ْعـ َ 1 .1ســلو ُك األجســام ِ ُ َّ ـددَ مكانَــه؟ َّ إن ســلو َك األشـ ِ المحيطــة ي ُ ِ ـف ي ُ ِ ـن أن تتأ َّك ـ َد مــن وجــو ِده وت ُحـ ِّ ـن أن أدا ٍة ُّ للرؤيــا الليليّــة فكيـ َ ـياء ُ مكـ ُ مكـ ُ تدلَّــكَ كحركـ ِـة البــا ِ ِ وصوتــه أو حركـ ِـة السَّ ــتائر أو أيِّ حركـ ٍـة غي ـ ِر اعتياديَّـ ٍـة فــي الغرفــة. ب •هــذا مــا اعتمـدَه العلمــاء ُ فــي رصـ ِد الثّقــوب السَّ ــوداء مــن خــا ِل دراسـ ِـة الحــركا ِ المتوقَّعــة للنّجــوم أو الغبــار ت غيـ ِر ُ أو الغــازا ِ المحيطــة باألماكـ ِن غيـ ِر المرئيّــة. ت ُ المجــا ِورة واألجســام ُ األخــرى حــو َل الثّقـ ِ ـع درجـة ُ حــرار ِة 2.2االنبعــا ُ ب األســود ،وترتفـ ُ ث اإلشـ ُّ ـدور الن ُّجــوم ُ ُ ـعاعي :تـ ُ ث ـتمر ال ّزيــادة فــي درجـ ِـة الحــرارة ،وتــزدادُ ســرعة ُ دورانهــا ،وتنبعـ ُ هــذه األجســام لمالييــن الدّرجــات المئويّــة ،وتسـ ُّ ـن رصــد هــذه األشـ ّعة بوسـ ِ منهــا أشـ ّعة ســينية .وي ُ ِ الســينيّة. ـاطة مراصــد األشـ ّعة ّ مكـ ُ ِ ث الجاذبيّــة انحنــاء ً فــي الفضــاء ،فضــوء ُ الن ُّجــوم أو عدســة الجاذبيّــة: تأثيــر وفــق النّظريّــة النّســبيّة العامّــة ت ُحــ ِد ُ َ ُ 3.3 ِ المجـ َّـرات الــذي يمـ ُّـر بجــوا ِر ثق ـ ٍ أماكنهــا بالنّســبة ب أســودَ ينحنــي فتبــدو تلــكَ الن ُّجــوم ُ أو المجـ َّـرات فــي غي ـ ِر ِ عدســة الجاذبيّــة .gravitational lensing ف هــذه الظّاهــرة باســم ِ ُعــر ُ للتّلســكوبات األرضيّــة ،ت َ إضاءة تم اإلعالن رسمياً عن أول صورة حقيقية للثقب األسود في 10نيسان 2019 • ّ 264