:الدرس الاول

النجوم

 اهتم الانسان منذ القدم بالسماء وما فيها من مصابيح فقد اهتم الفينيقيون و الكنعانيون بالنجوم للاهتداء بها في رحلاتهم البحرية. و كذلك العرب فكانوا يهتدون بالنجوم في رحلة الصحراء.

ما هو النجم:

هو عبارة عن جسم كروي من البلازما ضخم ولامع ومتماسك بفعل الجاذبية. يستمد النجم لمعانه من الطاقة النووية المتولدة فيه ؛ حيث تلتحم ذرات الهيدروجين مع بعضها البعض مكونة عناصر أثقل من الهيدروجين ، مثل الهيليوم و الليثيوم وباقي العناصر الخفيفة حتى عنصر الحديد . إن هذا التفاعل الفيزيائي يسمى اندماج   نووي تنتج منهُ طاقة كبيرة (حرارة) جداً تصل إلينا في صورة أشعة الشمس. فتغمر الأرض بالدفء، وتكوّنعليها الظروف مناسبة للحياة. وأغلب مكونات النجم هو عنصر الهيدروجين المتأين والهيليوم المتأين (وهما يسميان في حالة التأين بلازما). وقد بينت الأرصاد الفلكية أن نسبة كبيرة من النجوم لها كواكب تدور حولها مثلما موجود في المجموعة الشمسية.

نجم الشمس:

الشمس (رمزها ) هي النجم المركزي للمجموعة الشمسية. وهي تقريباً كروية وتحوي بلازما حارة متشابكة مع الحقل المغناطيسي. يبلغ قطرها حوالي 1,392,684 كيلومتر، وهو ما يعادل 109 أضعاف قطر الأرض ، وكتلتها 2×10³⁰ كيلوغرام وهو ما يعادل 330,000 ضعف من كتلة الأرض مما يشكل نسبة 99.86 % من كتلة المجموعة الشمسية.الشمس هي إحدى نجوم مجرتنا – مجرة درب التبانة – التي تحوي نحو 200 مليار نجم تقريباً، ومجرتنا نفسها تتبع مجموعة مجرات أخرى تسمىالمجموعة المحلية ، ويبلغ الفضاء الكوني الذي تشغله تلك المجموعة كرة نصف قطرها نحو 10 ملايين سنة ضوئية (هذا بالمقارنة بسرعة الضوء الذي يصلنا من الشمس مستغرقا نحو 8 دقائق على الطريق.)من الناحية الكيميائية يشكل الهيدروجين ثلاث أرباع مكونات الكتلة الشمسية، أما البقية فهي في معظمها هيليوم مع وجود نسبة 1.69% (تقريباً تعادل 5,628 من كتلة الأرض) من العناصر الأثقل متضمنة الأكسجين والكربون والنيون و الحديد وعناصر أخرى.تنتمي الشمس وفق التصنيف النجمي على أساس الطبقات الطيفية إلى الفئة G2V.ويعرف بأنه قزم أصفر، لأن الأشعة المرئية تكون أكثر في الطيف الأصفر والأخضر. وتبدو من على سطح الكرة الأرضية ذات لون أصفرعلى الرغم من لونها الأبيض بسبب النشر الإشعاعي للسماء للون الأزرق.

 انواع النجوم:
أنواع النجوم بحسب التصنيف الطيفيّ:
جميعُ النجوم المُتسلسلة أي النجوم التي تمر بالمرحلة الأساسيّة في حياتها تُشعّ الكثير من الأمواج الكهرومغناطيسيّة، لكنَّ هذه الموجات تتركَّزُ عادةً عند أجزاءٍ مُعيّنة الطيف، والسَّببُ في ذلك أن النجوم كُلّما كانت أكبر حجماً ترتفعُ حرارتها، وتُصدر موجات كهرومغناطيسية ذات تُردّدات عالية، ولذلك يبدُو لونها قريباً من الأزرق، وأما النجوم الأصغر حجماً فتكون قليلة الحرارة، وتُصدر موجات كهرومغناطيسيّة لها تردّدات مُنخفضة، ولذلك يكون لونها مائلاً للأحمر. ويُقسّم علماء الفلك النجوم إلى سبعة أنواعٍ بحسب أطيافها:
1- O: نجومٌ زرقاء اللون، حرارتها 30,000 – 60,000 كلفن.

2- B: لونها بين الأبيض والأزرق، حرارتها 10,000 – 30,000 كلفن.

3- A: نجوم بيضاء، حرارتها 7,500 – 10,000 كلفن.

4- F: لونها بين الأبيض والأصفر، حرارتها 6,000 – 7,500 كلفن.

5- G: نجوم صفراء، حرارتها 5,000 – 6,000 كلفن، وأشهرها هي الشمس.

6- K: تتراوحُ بين الصفراء والبرتقالية، حرارتها 3,500 – 5,000 كلفن.

7- M: نجومٌ حمراء، تكون حرارتها أقلّ من 3,500 كلفن. منها العمالقة الحمراء، ومن أشهرها نجمُ قلب العقرب.

أنواع النجوم بحسب التطوّر النجمي:
تمرُّ النجوم أثناء مراحل تطوّرها من الولادة وحتى الموت بأطوارٍ كثيرة جداً، ولكُلّ نجمٍ دورة حياة مُختلفة تعودُ إلى حجمه وكتلته، ومن أهمّ هذه الأنواع ما يأتي:
1- النجوم العملاقة: هي نجوم كبيرة الحجم ولمعانها شديد جداً، وتكونُ كتلتها (كمية المادّة فيها) أكبر من الشمس ببضعٍ عشرات من المرات.
2- القزم البنيّ: وهي نجومٌ كتلتها أقلّ بكثيرٍ من أن تُولّد الحرارة الكافية في باطنها لتنطلق عمليّة الاندماج النووي، ولذا تبقَى كُراتٍ غازيةً باردةً شبيهةً بالكواكب، وتُسمّى نجوماً فاشلة.
3- النجوم المتسلسلة: تعتبر هذه النجوم من النجوم العاديّة الشبيهة بالشمس.
4- القزم الأحمر: هو نجم مُتسلسل لكنَّ كتلته صغيرة جداً، ولذا يتميّز بأن له لوناً أحمر قوياً ناتجاً عن ضعفِ التفاعلات النوويّة في داخله. تكونُ هذه النجوم أصغر بكثيرٍ من الشمس وأقلَّ حرارة، لكنها تظلّ موجودة لفتراتٍ طويلة جداً، لأنها تستهلكُ وقودها الهيدروجيني بُبطءٍ شديد، وتعتبر الأقزام الحمراء أكثر النجوم عدداً في الكون.
5- العملاق الأحمر: تتسم هذه النجوم بأنها في مراحلها الأخيرة حيث انتهي الوقود الهيدروجيني في باطنها، ولذا تبدأ في دمج عنصر الهليوم الموجود في طبقاتها الخارجيّة، ممَّا يجعلُها تنتفخ بسُرعة شديدة بحيث تجعل حجم النجم يتضاعفُ مراتٍ كثيرةً.
6- القزم الأبيض: هي نجوم مُحتضِرَة تمرُّ بالمراحل الأخيرة من حياتها، وتُطلَق هذه التسمية على النجوم المتوسطة الحجم التي مرت بمرحلة العملاق الأحمر، وتتسم هذه النجوم بأنّها تبرد لتصبح قزماً أسود، ولا تحدث أي تفاعلات في داخلها، لكنها تبقى ساخنةً بسبب الحرارة المحتبسة في مراحلها السابقة.
7- المُستعر الأعظم: وتُسمّى السوبرنوفا (بالإنكليزيّة: Supernova)، وهي طريقةٌ تنتهي بها حياة النجوم، وهي عبارةٌ عن انفجارٍ عنيف جداً يُحرّر كمياتٍ هائلةً من الطاقة، وتتناثرُ بفعله جُزيئات النجم في مُختلف أنحاء الكون، وقد تتحوَّلُ البقايا التي يتركُها هذا الانفجار إلى أجرامٍ سماوية غريبة، منها السدم الكوكبيّة، والأقزام البيضاء، والنجوم النيوترونيّة، والثقوب السوداء.
8- النجوم النيترونية: وهي من بقايا المستعمرات العظمى، وتتسم هذه النجوم بكثافتها الهائلة، وتحركها بسرعة كبيرة جداً أثناء دورانها حول نفسها، فهي تستطيعُ إكمال عشرات الدورات حول محورها في الثانية، وتكونُ كتلة النجم النيوتروني حوالي ضعفي كتلة الشمس، وعادةً ما تتألَّفُ كتلتها بالكامل من النيوترونات.

مكونات النجوم:

تتكوّن النجوم بشكل أساسي من مجموعة من الغازات، حيث يشكل غاز الهيدروجين فيها ما نسبته تسعين بالمئة من وزنها، أما العشرة بالمئة المتبقية فتتوزع بين غازات الهيليوم، والأكسجين، والنيون، والصوديوم، والمغنسيوم، والكالسيوم، والحديد بنِسَب ضئيلة جداً قد لا تتعدى الواحد بالعشرة من تكوين النجم.

مراحل دورة حياة النجم:

مرحلة النجم الأولى:

تبدأ حياة النجم من السديم، حيث ينشأ النجم الأولي بسبب تراكم مادة السديم باتجاه مركزه بتأثير الجاذبية التي تزيد طاقاته الحركية، وتؤدي في مراحل لاحقة إلى تولد ضغط حراري يعاكس الانقباض الجاذبي إلى أن يصل النجم إلى حالة من الاتزان الدينامي.

مرحلة التتابع الرئيس:

عند ارتفاع درجة حرارة قلب النجم الأولي إلى حد يسمح ببدء اندماج نويات الهيدروجين لإنتاج الهيليوم، تنبعث من هذا التفاعل طاقة هائلة تؤدي إلى بدء حياة النجم ليصبح من نجوم التتابع الرئيس، وفِي هذه المرحلة يحافظ النجم على حالة من الاتزان بين الضغط الجاذبي نحو الداخل، والضغط الحراري نحو الخارج لمدة طويلة من الزمن، إذ يقضي النجم معظم حياته في هذه المرحلة، ومن الجدير بالذكر أنّ مدة حياة النجم تتناسب عكسياً مع كتلته، نظراً لاستهلاكه مادة الوقود النووي بصورة أسرع.

مرحلة العملاق الأحمر:

تدخل النجوم في هذه المرحلة في احتضار، حيث ينتهي الوقود النووي من الهيدروجين في قلب نجم التتابع الرئيس، بينما يستمر حدوث اندماج الهيدروجين النووي في الغلاف المحيط بقلب النجم، وبفعل الطاقة الناتجة من منطقة الغلاف يتمدد النجم على نحو هائل، ويزداد سطوعه، وينتقل إلى مرحلة العملاق الأحمر.

مرحلة موت النجم:

 يتطور العملاق الأحمر ليصبح غلافاً سديمياً كوكبياً، على شكل سديم كوكبي كروي، كما تكوّن مادة القلب المتبقية قزماً أبيضاً حجمه بحجم الأرض تقريباً، وكثافته كبيرة جداً، فيتطور العملاق الأحمر لينفجر انفجاراً عظيماً، ويشع طاقة هائلة جداً في مدة زمنية قصيرة، ويسمى حينئذ بالنجم فوق المستعر، في حين تكون مادة القلبالمتبقية اعتماداً على كتلتها نجماً نيوترونياً يبلغ قطره تقريباً عشرين كيلومتراً، أي أنّ كثافته أكبر بمليون مرة من كثافة القزم الأبيض، مما يولّد انفجاراً هائلاً ينتهي بالنجم على صورة ثقب أسود.

الدرس الثاني:

المجرات

المجرة عبارة عن تجمعات هائلة الحجم تحتوي على مليارات النجوم والكواكب والأقمار والكويكبات والنيازك  وتحتوي كذلك على الغبار الكوني والمادة المظلمة وبقايا النجوم, وتتخللها مجالات مغناطيسية مروعة وكلمة مجرة مستقاة من الجذر اللغوي “مجر” وتعني الكثير الدهم.

انواع المجرات:

المجرة الحلزونية (بالإنجليزية Spiral Galaxy) هي مجرة تتميز بوجود حوصلة مجرة بوسطها وأذرع تلتف بشكل لولبي نحو الخارجانطلاقا من الانتفاخ المركزي أو الحوصلة. وتعتبر المجرات الحلزونية أكثر المجرات انتشارا ً في الكون حيث تصل نسبتها إلى الثلثين.ويفسر الشكل الحلزوني للمجرة إلى أن دوران قرص مجرة حلزونية حول محوره يؤدي إلى قوة مركزية توازن الجذب الثقالي؛ حيث أن مركز المجرة يدور بسرعة أكبر من طرفها، مما يؤدي إلى تحول البنية الدائرية إلى بنية حلزونية. ومجرة درب التبانة تعتبر من المجرات الحلزونية، وتتسم بحوصلة من النوع الضلعي، كما يتوسط حوصلتها ثقب أسود تبلغ كتلته نحو 2 مليون كتلة شمسية.وقد تبين من الرصد أن معظم المجرات يتوسطها ثقب أسود عظيم الكتلة .والمجرة الحلزونية أعطيت ثلاثة رموز هي Sa,Sb,Sc فأذرع المجرة Sa اقل انفراجا من النوعين الآخرين وحجم مركزها أكبر و نسبتها في الكون 20% تقريبا.

المجرة الاهليجية:

المجرة الإهليلجية (بالإنجليزية : elliptical galaxy ، ورمزها اللاتيني E) توصف بشكلها البيضوي ، ويتراوح عدد النجوم بها من عدة ملايين إلى أكثر من تريليون نجم ويمكن أن تتشكل المجرات الاهليجية عن طريق تصادم مجرتان ، المجرات الاهليجية هى واحدة من ثلاث مجرات رئيسية في الكون ووصفت في الاصل من قبل الفلكى الأمريكى إدوين هابل في عام 1936 ، المجرات الأهليجية هى أقدم أنواع المجرات في الكون وسطوعها أقدم من باقى المجرات وكمية الغاز والغبار بها شبه معدومة تقريبا وتختلف في تدرج الاستطالة حيث تنقسم استطالة المجرة من الرموز E0 إلى E7 تبعا نسق هابل للمجرات حيث أن الرمز E0 يدل على ان المجرة قريبة من الشكل الكروى وهى الأكبر عمرا ، أما الرمز E7 فيدل على أن المجرة أكثر استطالة والاصغر عمرا ،، تشكل المجرات الاأهليجية نسبة 15% إلى 25% من عدد المجرات في الكون المنظور والمرصود .

المجرة الغير المنتظمة:

المجرة الشاذة أو غير المنتظمة (بالإنجليزية: Irregular Galaxy) هي مجرة تظهر بشكل عشوائي غير منتظم وليس لها شكل معين مثل المجرات الإهليجية والمجرة الحلزونية. وتحتوي معظم هذه المجرات غير المنتظمة على سحب غازية متلبدة ونجوم زرقاء لامعة وإن كان بعضها فقيرا في السحب الغازية، وكذلك تحوي نجوما من نوع العمالقة الحمر متقدمة في السن، ويرى العلماء إن معظمها تكون من تصادم المجرات فيما بينها فتشوه شكلها للشكل الحالي، ويعتقد العلماء أن المجرات غير المنتطمة تشكل حوالي ربع مجرات الكون المنظور، وأكثر المجرات الشاذة كانت إما حلزونية أو إهليليجية لكن عوامل الجذب شوهت المجرة لتظهر بهذا الشكل. المجرات الشاذة لها كتلة مابين 108 إلى 1010 كتلة شمسية، وأقطار من 1 كيلوفرسخ (الكيلوفرسخ 3,200 سنة ضوئية) حتى 10 كيلوفرسخ (أي 10 آلاف فرسخ فلكي) ، ومقادير إضاءة من -13 إلى -20.

نظرية الانفجار العظيم:

لا زالت نشأة الكون غامضة على العلماء، وهي لا تزال محل أخذٍ وردٍّ، وجدلٍ بين مختلف الأوساط العلمية، ولعلَّ نظرية الانفجار العظيم Big Bang Theory هي واحدة من أشيع النظريات العلمية التي حاولت إيجاد تفسير نشأة الكون. تنبثق نظرية الانفجار العظيم عن علم الفيزياء الكونية ، وقد مرت نشأة هذه النظرية  في الفكر الإنساني العلمي بعدة مراحل، إلا أن العالم ألكسندر فريدمان هو الذي يعزى إليه وضع النواة لهذه النظرية، والتي تمددت وانفجرت فيما بعد على يد العلماء الآخرين لتصبح نظرية الانفجار العظيم، وافترضت  نظرية الانفجار العظيم مرور الكون بالعديد من المراحل إلى أن وصل إلى شكله النهائي، وفيما يلي توضيح موجز لأبرز ما جاء في هذه النظرية.

مراحل حدوث الانفجار العظيم:

 1- افترضت النظرية نشوء الكون قبل حوالي ثلاثة عشر مليار وثمانمائة مليون عام تقريباً، وقد كانت درجة الحرارة في البداية مرتفعة بشكل كبير جداً، كما كانت الكثافة مرتفعة أيضاً، وقد حالت هذه الظروف دون انطباق القوانين الفيزيائية، حيث يعزى ذلك إلى وحدة القوة الأربعة: القوة الكهرومغناطيسية، والجاذبية، والنووية الكبرى، والصغرى.

2- انخفضت الحرارة بعد ذلك بثوانٍ معدودة، وقد انخفضت الحرارة بسبب تضاؤل كثافة الطاقة نفسها، مما سمح لقوة الجاذبية بالانفصال عن باقي القوى، وقد أتاحت لحظة الانفصال هذه من إيجاد تفسيرات فيزيائة لكافة المراحل المتعاقبة، اعتماداً على النسبيتين العامة والخاصة فيما يتعلق بالجاذبية، وعلى مبادئ الفيزياء الكمية لمختلف القوى الأخرى، وقد كانت مكونات الكون في هذه الفترة عبارة عن جسيمات و مضادات تنشا و تتلاشى مباشرة.

3- مع استمرار انخفاض درجات الحرارة، استطاعت القوة النووية الكبرى الانفصال، مما أدى إلى وجود تدفق كبير جداً من الطاقة، مما ساعد على البدء في مرحلة التضخم والتمدد السريع للكون، كما ساعد مقدار الطاقة المرتفع الجسيمات المضادة على أن تستحيل إلى الأشكال المعروفة اليوم من المادة؛ كالإلكترون، والكوارك، والنوترينو، وغيرها، وبالتالي صارت المضادات غير قابلة للاندثار.

4- بعد فترة تقدر بجزء من مليون جزء من الثانية استطاعت الكواركات الاتحاد مع بعضها البعض لتكوّن كلاً من البروتونات والنيترونات، ويبدأ بعد ذلك خلق نوى العناصر المختلفة؛ كالليثيوم، والهيليوم، إلا أن الذرة الأولى لم تتكون إلا بعد ما يقترب من ثلاثمائة وثمانين ألف عام، أي عندما انخفضت الحرارة إلى ما يقترب من حوالي ثلاثة آلاف كلفن تقريباً، وعندما تضاءلت الطاقة التي كانت تحملها الفوتونات، والتي كانت تمنع الإلكترونات من الثبات حول الأنوية الذرية.

5- كان الكون في البداية ممتلئاً بالسحب الهيدروجينية، وسحب الهيليوم، وقد حدثت اضطرابات لهذه السحب بفعل قوة الجاذبية ساعدت على تفتيتها إلى شظايا صغيرة، حيث انهارت هذه الشظايا حول بعضها مما أدى إلى تكوين الأجسام الكبيرة، فكانت أولى النجوم بعد حوالي مئة مليون عام.

حجم المجرّة:

ان المجرة الواحدة على الأغلب تكون مليئة بكميات هائلة من النجوم، فالمجرات القزمة يكون بها حوالي بضعة آلاف النجوم، أما عن تلك العملاقة فيكون بمقدار المئة ترليون نجم، وجميعها تأخذ مركز الثقل مداراً لها.