Scientific Information

زندگي تكثير ثروتی است كه نامش محبت است

ایجاد انحنا در بافت فضا (زمان در اثر اجسام مدور)
ساعت ٥:٠٠ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ٩ تیر ۱۳٩٠  
دانشمندان ناسا اعلام کردند برای اولین بار توانسته اند به شواهد مستقیمی مبنی بر تأثیر گذاری اجسام مدور مانند زمین بر بافت فضا- زمان پیرامون خود دست پیدا کنند. این دانشمندان با اندازه گیری انجام شده توانسته اند انحنای ناشی از کشیده شدن بافت فضا توسط چرخش زمین را اندازه گیری کنند و نتیجه آن نظریه نسبیت عام انشتین را تأیید می کند.

 

به گزارش خبرگزاری رویتر , یکبار دیگر نظریه انیشتین اثبات شد. دانشمندان در واشنگتن گفتند ماهواره هایی که به میزان کمی از مدار خود خارج شده اند نشان می دهند که زمین با چرخش خود بر بافت فضا- زمان تأثیر می گذارد. آنها گفتند این اولین بار است که بطور مستقیم این موضوع اندازه گیری شده است و یک جنبه بسیار مهم نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین را اثبات می کند. بنا به این نظریه گردش محوری اجسام در « بافت » تشکیل شده از سه بعد فضا و بعد چهارم زمان , انحنا به وجود می آورد.

مایکل سالامون فیزیک دان ناسا در واشنگتن گفت با گردش زمین به دور خود در واقع بافت فضا- زمان را به سمت خود می کشد. هر چه به زمین نزدیکتر می شویم این انحنا بیشتر می شود.

سالامون در مصاحبه تلفنی به خبرنگاران گفت « انحنای فضا- زمان تا کنون هرگز بصورت مستقیم مشاهده نشده بود.

« این اولین بار است که شواهد مستقیمی در مورد ایجاد انحنا در بافت فضا- زمان در اثر اجسام مدور بدست می آید.»

اریکاس پالویس از مرکز مشترک تکنولوژی سیستم زمین در ناسا و دانشگاه مریلند با همکاران خود مشاهده کردند هنگامی که دو ماهواره در دور زمین به چرخش در می آیند در اثر کشش ایجاد شده در فضا جابجا می شوند.

پالویس گفت « ما فاصله زمین تا ماهواره را با دقت سانتیمتر اندازه گرفته ایم. این تحقیقات در نشریه طبیعت گزارش شده است.

ماهواره لاگئوس 1 متعلق به ناسا و ماهوار لاگئوس 2 که مشترکاً متعلق به ناسا و سازمان فضایی ایتالیا است هر دو مجموعه ای ساخته شده از فلز است که تعداد زیادی منعکس کننده روی آنها وجود دارد. منعکس کننده ها ردیابی و اندازه گیری آنها از زمین را ساده می کند.

مدارهای این ماهواره ها به گونه ای تنظیم شده اند که در جابجایی به مثابه ژیروسکوپ چرخشی عمل خواهند کرد. نظریه انیشتین پیش بینی می کند که یک جسم مدور در فضای نزدیک خود انحناء بوجود می آورد و باعث جابجایی جزئی در محور ژیروسکوپ ها می شود.

پالویس گفت نمی شود ثابت کرد که نیروی دیگری بر ماهواره ها تأثیر نمی گذارد اما این نامحتمل است. او گفت نیرویی که طبق نسبیت عام تأثیر گذارد بایستی بسیار زیرک باشد. وی ما تمامی نیروهایی که می شناخته ایم را حذف کرده ایم.

پالویس این تأثیر گذاری را به تأثیر چرخاندن یک قاشق در یک ظرف عسل تشبیه کرده است. او گفت به همین صورت چرخش زمین بافت فضا- زمان اطراف خود را می کشد. این مدار ماهواره های نزدیک زمین را نیز تغییر می دهد.

در ماه آوریل ناسا ماهواره Gravity Probe B که حامل 4 ژیروسکوپ است را به فضا پرتاب نمود. دانشمندان می گویند نتایج آنها که در سال آینده منتشر می شود بایستی تئوری انیشتین را با دقت بسیار بالاتری ثابت کند ».


هشت معمای بزرگ کیهان
ساعت ٤:٥٧ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ٩ تیر ۱۳٩٠  
پیشرفت های پدید آمده در مسیر کشفیات، در سده گذشته، افق های تازه ای را برای درک منشا و خاستگاه کیهان به روی ما گشوده است، لکن هنوز راز و رمزهای بزرگی باقی است و سالیانی خواهد گذشت تا ستاره شناسان این رموز را کشف کنند.

ممکن است از یاد برده باشیم که در حدود یک قرن پیش، هیچ کس سیاره پلوتو را مشاهده نکرده بود و همین طور ستاره شناسان معتقد بودند که جهان هستی محدود به سر حدات ناحیه درخشانی به نام راه شیری است.این تصویر از عالم در حالی که ما به قرن ۲۱ پا گذاشته ایم به مراتب پیچیده تر شده است. نظریه نسبیت عام که توسط آلبرت اینشتین ارائه شده است توضیح می دهد که چگونه گرانش موجب خمیدگی فضا- زمان می شود و بدین وسیله بیان می دارد که هر جرم مانند توپ بولینگی که بر روی یک تشک قرار دارد، فرورفتگی اندکی را در سیستم فضا - زمان ایجاد می کند. در هر حال اینشتین به اشتباه معتقد بود که عالم بدون تغییر است. برای این که نظر خود را در معادلاتش لحاظ کند یک ساختار جدید ریاضی را فرض کرد (ثابت کیهان شناختی)، که این مورد تامین کننده یک نیروی دافعه است که از سقوط عالم در اثر نیروی گرانش خود پیشگیری می کند.

ریاضیدان گمنامی به نام الکساندر فریدمن که اهل روسیه بود دریافت که ایده های اینشتین در رابطه با گرانش می تواند بیانگر تفسیری کاملاً متفاوت باشد، یعنی عالم هستی به جای آن که پایداری و ثبات داشته باشد به سوی انبساط و گسترش پیش می رود.کیهان شناسی بلژیکی به نام جورج لومتر (Georges Lemaitre) که یک کشیش کاتولیک بود، نیز از فرضیه جهان در حال انبساط جانبداری می کرد.وی در سال ۱۹۲۷ بیان کرد که انتقال مشهور دوپلر در نوری که از سحابی ها (که البته امروزه آن سحابی ها را کهکشان می نامیم) به ما می رسد و به سوی طول موج های بلندتر میل می کند بیانگر این نکته است که سحابی ها از زمین دور می شوند.

بدین ترتیب نشان داد که عالم در حال انبساط است.لومتر فرضیه ای را بنیان نهاد که بر طبق آن عالم هستی، از اندازه ای کوچک آغاز شده و تا رسیدن به مقیاس ایده آل خود به پیش می رود. البته اینشتین این فرضیه را تایید نکرد.در هرحال در سال ۱۹۲۰ ادوین هابل با بهره گیری از میزان درخشندگی ستارگان متغیر، موفق به ایجاد معیاری برای محاسبه فاصله کهکشان ها شد.

هابل دریافت که هرچه یک کهکشان از زمین دورتر باشد، با سرعت بیشتری از ما فاصله می گیرد.امروزه معتقدیم که انبساط مذکور، در حقیقت انبساط و گسترش فضا است و نه حرکت کهکشان ها در فضا. (مفهومی که هابل هیچ گاه آن را به طور کامل نپذیرفت)در سال ۱۹۴۸ جورج گاموف و رالف آلفر با بهره گیری از ایده لومتر و همچنین مشاهدات هابل، نظریه «انفجار بزرگ» خود را ارائه کردند.آنها مدعی شدند که انفجار کیهانی، موجب تشکیل ماده اولیه ای شده است که بی نهایت داغ بوده و در ضمن حاوی نوترون ها و پس مانده های حاصل از انهدام آنها بوده است.این ایده عجیب یک پیش بینی قابل آزمایش را در خود نهفته داشت که برای سالیانی از نظر دور مانده بود:«باقی مانده سرد مهبانگ در قالب تابش ریزموج از زمین قابل آشکارسازی است.» در سال ۱۹۶۴ و ۱۹۶۵ رابرت ویلسون و آرنو پنزیاس، دانشمندان لابراتوار ای تی اند تی بل (AT&Tbell) از یک رادیو تلسکوپ که برای دریافت اطلاعات از نخستین ماهواره ارتباطاتی طراحی شده بود، استفاده کردند تا علائم مربوط به تابش فراگیر ریزموج را آشکار سازند.

وجود این پارازیت ، کاملاً مستقل از جهت قرارگرفتن آنتن بود. آن دو مجدداً تلسکوپ را تنظیم و آن را تمیز کردند اما سیگنال مذکور همچنان وجود داشت.

این پارازیت رادیویی صرفنظر از این که پنزیاس و ویلسون تلسکوپ خود را به سوی خورشید و یا کهکشان راه شیری نشانه بروند به شکل سابق خود باقی می ماند و این مورد بیانگر این مطلب بود که تابش موردنظر، منشاء خورشیدی و یا کهکشانی ندارد. پنزیاس و ویلسون به زودی دریافتند که این پارازیت همان تابش مایکروویو است که گامو و آلفر پیش بینی کرده بودند.

با توجه به موارد فوق، دیگر انفجار بزرگ مطلبی دور از ذهن نبود.در هرحال نظریه انفجار بزرگ مانند تمامی نظریه های عظیم قرون گذشته و احتمالاً تمام نظریه های بزرگی که در آینده ارائه خواهند شد، بیش از آن که به ابهامات پاسخ روشنی بدهد، سئوالات تازه ای را بر سر راه دانشمندان قرار داد.

در سال ۱۹۹۸ گروه های جداگانه ای از ستاره شناسان که سرپرستی آنها برعهده برایان اشمیت (از رصدخانه های سایدینگ اسپرینگ و مونت استروملو، واقع در وسترن کریک استرالیا) و سول پرلماتر (آزمایشگاه ملی لورنس واقع در برکلی _ کالیفرنیا) بود به ثبت درخشندگی ابرنواخترهای دوردست پرداختند تا میزان کندشدن انبساط عالم را محاسبه کنند.هر دو گروه به یافته هایی نائل شدند که هر جزء آن به نوبه خود به اندازه یافته های پنزیاس و ویلسون، در رابطه با ریزموج پس زمینه کیهانی غیرمنتظره بود.

«کهکشان های دوردست که دربردارنده ابرنواختر هستند با سرعتی که با گذشت زمان کاهش پیدا کند از ما دور نمی شوند، بلکه این کهکشان ها با شتاب از ما دور می شوند.»این کشف مانند تمامی پیشرفت های غیرمنتظره علمی که در گذشته روی داده است، مجموعه ای از سئوالات را در رابطه با موضوع مورد بحث پدید آورد. معماهایی که در ذیل مورد بحث قرار خواهند گرفت نشانی از دستاوردهای سترگ قرن گذشته است و در عین حال ما را آگاه می سازد که هنوز راه درازی در پیش داریم.

۱) جهان هستی در چند بعد خلاصه می شود

فی الواقع به جز در نمایش های شعبده بازی هیچ کس یک خرگوش را از یک کلاه خالی بیرون نمی آورد، برای ما که در جهانی سه بعدی زندگی می کنیم. مگر نه؟ ولی شاید هم این طور نباشد. فیزیکدان ها به طور سنتی عالم هستی را با بهره گیری از چهار بعد ترسیم و تفسیر می کنند: سه بعد فضایی آشنا و دیگری بعد زمان.مدل مذکور به ما کمک می کند تا برای همه چیز توضیح و تفسیری داشته باشیم، از خمیدگی نور ستارگان در هنگام عبور از کنار خورشید گرفته تا شکل گیری سیاهچاله ها. اکنون فیزیکدانان به این مطلب می اندیشند که احتمالاً باید چند بعد فضایی دیگر را به سیستم کنونی بیفزایند.مسئله سلسله مراتب موجبات تحریک فیزیکدانان را فراهم می سازد. به بیان ساده تر آنان نمی دانند که چرا نیروی جاذبه گرانشی به شدت از سه نیروی بنیادین دیگر یعنی الکترومغناطیس، نیروی قوی و نیروی ضعیف، ضعیف تر است. دو فیزیکدان به نام های لیزا راندال از موسسه فناوری ماساچوست در کمبریج و رامان ساندرام از دانشگاه جان هاپکینز در بالتیمور (مریلند) تفسیری ارائه کرده اند که بر طبق آن بعد دیگری به ابعاد کنونی اضافه می شود.در مدلی که آن دو ارائه دادند ما در دنیای چهار بعدی زندگی می کنیم و ذرات گراویتون که حامل نیروی گرانشی هستند، در بعدی دیگر واقع اند.اختلافی کوچک در بعد پنجم، میان این دو جهان، موجب کاهش چشمگیر نیروی گرانشی می شود.نظریه پردازان تئوری ریسمان حتی از این هم فراتر می روند. آنها چهار نیروی بنیادین فیزیک را در یک مدل یازده بعدی یکپارچه می سازند، که در آن، حلقه های بسیار کوچک و قطعات ریسمانی، بنیادی ترین ذرات هستند.اما حتی خوش بین ترین نظریه پردازان تئوری ریسمان نیز تردید دارند که در آینده نزدیک بتوانند این ریسمان ها را مشاهده کنند.نظریه مذکور پیش بینی می کند که این ریسمان ها ۱۰۰ میلیون میلیارد برابر کوچکتر از ریزترین ذرات زیراتمی هستند. (منظور ذراتی است که توسط نیرومندترین شتاب دهنده های ذرات ایجاد شده اند.)اما در این بین شواهد دال بر بعد پنجم می تواند بسیار زودتر به دست ما برسد. راندال و ساندرام پیش بینی می کنند که شتابدهنده بزرگ هادرون، واقع در جنوا که قرار است در سال ۲۰۰۷ شروع به کار کند می تواند انرژی کافی را برای نفوذ یک گراویتون به دنیای ما فراهم سازد.

۲) جهان چگونه شکل گرفت

میان کیهان شناسان بر سر زمان شکل گیری عالم قابل رویت، این اجماع وجود دارد که جهانی که ما می توانیم ببینیم، زائیده رویدادی است که بین ۱۳ تا ۱۴ میلیارد سال پیش اتفاق افتاده است.در مدت یک میکرو ثانیه پس از واقعه مذکور، عالم آشامه ای (سوپی) بی اندازه داغ بوده که حاوی کوارک ها و دیگر ذرات عجیب بوده است.

در همان اثنا که این سوپ داغ در حال خنک تر شدن بود، کوارک ها متراکم شدند و موجبات تشکیل پروتون ها و نوترون ها و همین طور ذراتی از این دست منجمله هادرون ها و مزون ها را فراهم کردند.هنگامی که جهان هستی در زمانی معادل یک ثانیه به بلوغی خاص رسیده بود، دیگر به جز نوترون ها، پروتون ها، فوتون ها، الکترون ها و نوترینوها چیز دیگری وجود نداشت.مجموعه ای از واکنش های هسته ای در دویست ثانیه بعدی، موجبات تشکیل هسته سه عنصر اولیه را که کوچکترین عناصر هستند فراهم ساخت.

امواج صوتی حاصل از پژواک مهبانگ که در شرف محو شدن بود در درون سیال بی اندازه داغ و چگال جهان، که هنوز در نخستین دوره رشد خود بود، مانند موج درون یک دریاچه انتشار می یافت.یک گروه متراکم از الکترون های آزاد با بار منفی که توسط پروتون ها (که بار مثبت دارند) کشیده می شدند، با جزر و مد این سیال همراه می شدند، در این مسیر فوتون ها در برخورد با ذرات باردار مذکور، جمع آوری و محصور می شوند.در آن هنگام که جهان سیصد و هشتاد هزار سالگی خویش را پشت سر گذاشته بود به اندازه کافی سرد شده بود که اتم ها برای شکل گیری مجال پیدا کنند.این اتفاق موجب شد که فوتون های محصور، آزاد شوند و آنگاه روشنایی جهانی هستی را فرا گرفت.فوتون های رها شده حامل اطلاعات در رابطه با نوسانات چگالی و دما در عالم نوپا در قالب الگویی از تغییرات درخشندگی بودند.

ستاره شناسان به این تابش باستانی که از دوران های نخستین حیات عالم بر جای مانده است (که البته نخستین بار توسط پنزیاس و ویلسون مشاهده گردید)، عبارت ریزموج پس زمینه ای کیهانی اطلاق می کنند.

هنگامی که ستاره شناسان تلسکوپ های ریزموج مانند کاوشگر پس زمینه کیهانی و یا جایگزین آن (کاوشگر ناهمسانگردی موج) به نام ویلکینسون را به جهت خاصی نشانه رفتند و آنگاه دمای کهموج زمینه ای کیهانی را محاسبه کردند، تابشی را مشاهده کردند که دمایی در حدود ۷/۲ درجه سیلسیوس بالاتر از صفر مطلق داشت (یا به عبارتی ۷/۲ درجه کلوین).هنگامی که جهت مخالف را بررسی کردند مجدداً ۷/۲ درجه کلوین را به دست آوردند. البته نوساناتی هم وجود داشت که ناچیز بود و در حالت بیشنیه به حدود یک واحد در صدهزار می رسد.هر انفجاری که موجبات یکنواختی کنونی عالم را فراهم آورده باشد کیهان شناسان را شیفته خود می کند. حالتی که در آن گویی تمامی اجزای عالم نوپا به یکدیگر مرتبط و متصل بوده است.حال سئوال اینجاست که چنین امری چگونه امکان پذیر است؟آلن گات (۱۹۲۵ م) در حالی که در اواخر دهه ۷۰ میلادی بر روی مسئله فوق در حال تفکر و بررسی بود به درک حیرت انگیزی نائل شد که چنین بود: چه می شد اگر جهانی که امروز برای ما رویت پذیر است به شکل حباب بسیار کوچک و در عین حال فوق العاده یکنواختی پدیدار شده باشد و به ناگاه با چنان سرعتی منبسط شده که فرصتی برای تغییر و دگرگونی نیافته است.

نظریه تورم گات نه تنها یکنواختی موجود در تابش زمینه کیهانی به میزان یک واحد از صد هزار را توضیح می دهد بلکه این فرض را مطرح می کند که وضعیت توده ای مورد نظر خود برخاسته از نوسانات کوانتومی واقع شده در طول مدت تورم است.

کیهان شناسان بر این امر توافق دارند که نوسانات بسیار کوچک در عالم نوپا به وسیله نیروی گرانشی تقویت شده است تا توده های بزرگی را که امروزه مشاهده می کنیم تشکیل بدهد، البته هنوز لازم است که تمامی جزئیات مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد.

در ضمن نظریه گات پیش بینی قابل آزمایشی را بیان می دارد که چنین است: جهانی که به صورت حبابی متورم شده است، در اصطلاح کیهان شناختی تخت به نظر می رسد. تخت به این معنی است که در یک فضای تخت هرگز دو خط موازی یکدیگر را قطع نمی کنند حتی اگر آن دو تمامی عالم را بپیمایند. در سال های اخیر ستاره شناسان با محاسبه اندازه های زاویه ای تغییرات تابش زمینه کیهانی که البته بسیار کم است، بارها (و اکنون در موسسه فناوری ماساچوست) پیش بینی گات را مورد آزمایش قرار داده اند.در هر بار آزمایش، آنان، به نتیجه ای به جز تخت بودن عالم هستی دست نیافتند. مارتین وایت اخترفیزیکدان دانشگاه برکلی (کالیفرنیا) می گوید: مورد مذکور ساده ترین راه حلی است که می توان برای معادله اینشتین ارائه کرد لکن می تواند جهان را به طور دقیقی توضیح دهد.هیچکس بر این امر وقوف کامل ندارد که چه چیزی موجبات پیشروی این تورم را فراهم کرده است.فیزیکدان ها لیست طویلی از مدل ها را برای عالم در حال انبساط پیشنهاد کرده اند ولی اغلب این راه حل ها پایه و اساس کاملاً فیزیکی ندارند و برای سهولت کار از یک سری ملاحظات و حذفیات ریاضی نیز در آنها استفاده شده است.

ادوارد راکی کولب، اخترفیزیکدان شتابدهنده فرمی می گوید: «پس از بررسی تمامی تئوری های موجود درباره مبحث تورم و انبساط عالم به این نتیجه می رسیم که هنوز نظریه ای کامل در این مورد در اختیار نداریم.»

نقش میدان مغناطیسى در حفاظت از کره زمین
ساعت ٤:٥٥ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ٩ تیر ۱۳٩٠  

میدان مغناطیسى زمین همانند پوست پیاز کره خاکى ما را در برگرفته است. توفان هاى خورشیدى آن را مورد حمله قرار داده و موجب بروز توفان هاى الکتریکى در آن مى گردند. این توفان ها نیز متعاقباً بر روى سیستم هاى الکتریکى زمین اثر مى گذارد. اگر چه میدان مغناطیسى زمین کره خاکى ما را از توفان هاى خورشیدى و تشعشعات فضایى حفظ مى کند اما متاسفانه این میدان مغناطیسى به تدریج در حال ضعیف ترشدن بوده و عواقب حاصل از آن مایه نگرانى کارشناسان امر است.

چندى پیش رسانه هاى گروهى از وقوع انفجارات شدید در خورشید (در منظومه شمسى) خبر داده و متذکر شدند در اثر این انفجارات، تشعشعات خطرناکى وارد جو زمین شده و ذرات الکتریکى باردار آن براى همگان مضر خواهد بود. در این گزارش ها از قطع ارتباطات رادیویى در سراسر جهان، از کار افتادن ماهواره ها و سیستم هاى برق رسانى سخن مى رفت. این نگرانى ها همه بحق بودند. پس از انفجارهاى شدید خورشیدى که 14 سال پیش صورت گرفتند ابرى از ذرات باردار پرانرژى ( این ذرات باردار در زبان فیزیکدانان، پلاسما نامیده مى شود) با قدرتى 1700 بار بیشتر از روزهاى معمولى، به سوى سیاره ما وزیدن گرفت. در آن زمان دانشمندان از این بیم داشتند که اگر توفان حاصل از این ذرات پر انرژى به میدان مغناطیسى زمین برسند، در میدان مغناطیسى، شدت جریان الکتریکى آنچنان زیاد خواهد بود که تقریباً تمامى فیوزهاى سیستم هاى الکتریکى از کار خواهند افتاد. خوشبختانه این فاجعه عظیم به وقوع نپیوست. تنها برخى از فرکانس هاى رادیویى دچار اشکال پخش شدند و کار بعضى از ماهواره ها به صورت موقت و از روى احتیاط متوقف شد.

کارشناسان به این نتیجه رسیدند که میدان مغناطیسى زمین، سپر دفاعى نامریى ما در برابر توفان هاى خورشیدى و تشعشعات فضایى بوده است. با این وجود نقش پروتون ها و ذرات آلفا در این تشعشعات و همچنین نقش میدان مغناطیسى زمین هنوز هم معماهاى بسیارى را در خود نهفته دارند.

اما اصولاً چرا کره زمین از دو قطب مغناطیسى برخوردار است؟ چه چیزى باعث مى شود که زمین همانند یک میله مغناطیسى عظیم، آن طور که همه ما آ ن را از کلاس هاى درس فیزیک مى شناسیم، عمل کند؟ چرا عقربه یک قطب نما همیشه جهت شمال و جنوب مغناطیسى را بر روى زمین نشان مى دهد؟ (این مسئله هزاران سال پیش توسط چینى ها کشف شد.)

شاید بد نباشد توضیح دهیم که حتى تا قرن شانزدهم میلادى هم بسیارى از مردم معتقد بودند که یک کوه عظیم مغناطیسى در شمال زمین وجود دارد.

متخصصان رشته هاى فیزیک و زمین شناسى تنها چند دهه پیش بود که تئورى دیگرى را ارائه کردند و این تئورى تازه، چهار سال پیش در انستیتوى تحقیقاتى شهر کارلسروهه مورد تائید قرار گرفت. طبق این تئورى تقریباً 95 درصد از میدان مغناطیسى زمین از طریق یک ماشین دینام یا در حقیقت ژنراتورى که با کمک اثر مغناطیسى، انرژى الکتریکى تولید مى کند، در ماده مذاب قشر بیرونى هسته زمین که کلاً از آهن تشکیل شده است تولید مى شود. در این قشر، جریان هایى به وجود مى آیند که بر اثر چرخش کره زمین شکلى مارپیچ به خود مى گیرند. آزمایش هاى انجام گرفته نشانگر آنند که این جریان هاى مارپیچ، واقعاً یک میدان مغناطیسى را به وجود مى آورند. میدان مغناطیسى درونى زمین بر جریان هاى الکتریکى خارجى در یونوسفر جو زمین اثر گذاشته و به این ترتیب در برابر توفان هاى خورشیدى و تشعشعات زیان آور ذرات الکتریکى نقش حفاظ را بازى مى کند.

البته این میدان مغناطیسى همانند میدان مغناطیسى زمین که دائماً ضعیف تر مى شود، از یک ثبات دائمى برخوردار نیست. علاوه براین، بررسى سنگ هاى کره زمین نشان مى دهد که پس از بروز یک چنین ضعفى در میدان مغناطیسى زمین، تقریباً هر 750 هزار سال یک بار، محل قطب هاى شمال و جنوب مغناطیسى تغییر مى کند. اما براساس محاسبات کنونى این تغییر محل قطب هاى مغناطیسى زمین حدوداً 500 سال دیگر انجام خواهد گرفت. اینکه علت این پدیده چیست و آیا به این خاطر، آن طور که برخى از محققان معتقدند، آب وهواى کره زمین تغییر خواهد کرد یا اینکه اصولاً بقاى حیات بر روى کره خاکى ما با خطر مواجه مى شود، هنوز مشخص نیست.


تصاویری از میلیاردها سال پیش
ساعت ٤:٥٤ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ٩ تیر ۱۳٩٠  

اگر شبی را در خارج از شهرها به سر برده باشید سایه های بسیاری را خواهید دید که ناشی از نور برج ها و ماشین ها و این چیزها نیست. انعکاس نور ماه، سیارات منظومه خورشیدی و حتی ستارگان پر نوری چون شباهنگ (شعرای یمانی) می تواند سایه های بسیاری از شما و دیگر چیزهایی که در نزدیکی شما است، به وجود آورد. به همین دلیل است که می گویند در گذشته ها کاروان هایی که در خارج از شهرها در حال حرکت بودند با نور ماه و سیارات و دیگر اجرام آسمانی به راه خود ادامه می دادند و مسیر خود را از شکل ستارگان می یافتند. در هر کجایی که باشید شب ها اجرام بسیاری را در آسمان خواهید دید که میزان نورانیت آنها با یکدیگر متفاوت است. تخمین میزان درخشش اجرام آسمانی و پی بردن به دیگر ویژگی های آنها محاسبات و شاخصه های مخصوصی دارد که در این مقاله با آنها آشنا می شویم.


● قدر ستارگان
بر اساس روشی که «بایر» ستاره شناس آلمانی در سال ۱۶۰۳ ابداع کرد، ستارگان هر صورت فلکی با حروف الفبای یونانی مشخص می شوند. به این ترتیب که نورانی ترین ستاره هر صورت فلکی با حرف اول الفبای یونانی- آلفا- و ستارگان دیگر از لحاظ نورانیت از حرف دوم تا آخر الفبای یونانی نامگذاری می شوند. به طور مثال می گویند ستاره آلفا خرس کوچک (دب اصغر). یعنی که این ستاره پرنورترین ستاره صورت فلکی خرس کوچک است. اما برای درجه بندی نورانیت ستارگان نیز از اعداد استفاده می شود. ستاره شناسان دنیای باستان نورانیت هر ستاره را از قدر یک تا قدر شش در نظر می گرفته اند. اما امروزه این طبقه بندی تغییر کرده و از اعداد منفی به اعداد مثبت می رسد. بدین صورت که پرنورترین ستاره از قدر منفی شروع شده به صفر می رسد و تا کم نورترین اجرام در قدر مثبت پیش می رود. به طور مثال قدر ظاهری ستاره بزرگ خورشید در حدود ۲۷- ماه بدر (کامل) ۱۲- و قدر سیاره پرنور زهره در بهترین حالت تا نزدیکی های ۵- می رسد. قدر ظاهری نورانی ترین ستاره آسمان زمین «شعرای یمانی» یا همان «شباهنگ» در حدود ۶/۱- است. در این تقسیم بندی تفاوت ۵ قدر برابر است با ۱۰۰ برابر تفاوت درخشندگی. هر چه جرم آسمانی از زمین دورتر باشد عدد قدر آن رو به مثبت می رود. به طور مثال قدر ظاهری ستاره «سها» در صورت فلکی خرس کوچک ۷/۵+ و قدر ظاهری کهکشان آندرومدا (کهکشان همسایه راه شیری ما) ۵/۳+ است. پس میزان نور دریافتی از کهکشان «آندرومدا» از ستاره «سها» بیشتر است. دقت داشته باشید که این شیوه تعیین درخشندگی ظاهری اجرام است و نشان دهنده نورانیت حقیقی و ذاتی اجرام نیست.

 


● تصاویری از میلیاردها سال پیش

 

آنچه ما از اجرام در آسمان می بینیم مربوط به میلیون ها و بلکه میلیاردها سال پیش است. (البته به جز اجرام منظومه خورشیدی و همسایگان آن) زیرا این اجرام در فاصله بسیار دوری از ما قرار دارند و با یک محاسبه ساده می توان به دلیل آن پی برد. به طور مثال نزدیک ترین ستاره به زمین ستاره «آلفا قنطورس» (پرنورترین ستاره صورت فلکی قنطورس) است که نزدیک به ۲/۴ سال نوری از ما فاصله دارد. هر ثانیه نوری معادل سرعت نور در یک ثانیه (حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه) است. بنابراین آنچه ما از ستاره آلفا قنطورس در آسمان مشاهده می کنیم مربوط به ۲/۴ سال پیش است که نور این ستاره با احتساب سرعت سیصد هزار کیلومتر در ثانیه هم اکنون به ما می رسد. این مسئله برای تمامی اجرامی که ما در آسمان مشاهده می کنیم و هر آنچه در دنیا است صدق می کند. نور ستاره بزرگی به نام خورشید که ما از وجود آن زنده هستیم پس از ۸ دقیقه به زمین می رسد زیرا خورشید در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری ما قرار دارد. بنابراین بسیاری از اجرام دوردستی که ما در آسمان مشاهده می کنیم هم اکنون بدین شکلی که می بینیم نیستند و حتی ممکن است که دیگر وجود نداشته و از بین رفته یا تغییر شکل داده باشند. اما اجرامی که در چنین فواصل دوری از زمین قرار دارند چگونه رصد می شوند؟

 


● رصد اجرام
ستاره شناسان اجرام آسمانی را به سه روش رصد و بررسی می کنند. اولین روش رصد اجرام با تلسکوپ های زمینی است که برای اجرام نزدیک کاربرد بیشتری دارد. دومین روش استفاده از رادیوتلسکوپ است که از آن بیشتر برای دریافت امواج اعماق آسمان استفاده می شود. سومین و آخرین روش استفاده از تلسکوپ های فضایی است که در خارج از جو زمین در حال گردش هستند. ۴۰۰ سال پس از اختراع تلسکوپ به شیوه امروزی تلسکوپ های بزرگ زمینی در رصد خانه های کشورهای مختلفی مشغول به فعالیت هستند. رصدخانه شیلی، جنوبی اروپا (ESO)، هاوایی، VLT، مونت پالومار و آفریقای جنوبی از بزرگ ترین رصدخانه های زمین هستند. تلسکوپ های زمینی به نسبت تلسکوپ های رادیویی و فضایی در درجه پایین تری قرار دارند زیرا که با مشکل بزرگی به نام جو زمین مواجه هستند. نور یک جرم آسمانی بایستی پس از عبور از جو زمین به تلسکوپ زمینی برسد که در این میان تغییرات آب و هوایی و اختلالات جوی تاثیر بسیاری در تصویر دریافت شده دارد. اما تلسکوپ های فضایی که در خارج از جو زمین قرار دارند چنین مشکلی ندارند و بنابراین اجرام دورتری را می توانند رصد کنند.

 


هم اکنون چندین تلسکوپ فضایی در خارج از جو زمین وجود دارد که بزرگ ترین آنها تلسکوپ فضایی هابل (HUBBLE) نام دارد که در سال ۱۹۹۰ به مدار زمین پرتاب شد. هابل با قطر آینه ۴/۲ متر به موسسه علوم تلسکوپ فضایی تعلق دارد که زیرمجموعه ناسا است. ناسا به غیر از تلسکوپ فضایی هابل دو تلسکوپ فضایی دیگر به نام های «اسپیتزر» و «چاندرا» دارد. «اسپیتزر» مجهز به آشکارسازهای فروسرخ است تا به راحتی به درون ابرهای چگال گاز و غبار نفوذ کند. جایی که می تواند بسیاری از اجرام ناشناخته را شکار کند. تلسکوپ پرتو ایکس «چاندرا» تحت نظارت بخش اخترفیزیک دانشگاه هاروارد است. سوهو آخرین تلسکوپ فضایی است که در نقطه لاگرانژی ( نقطه گرانشی بین زمین و خورشید) قرار دارد. این تلسکوپ که متعلق به سازمان فضایی ژاپن است، به طور ویژه به تصویربرداری از خورشید می پردازد.

 


رادیوتلسکوپ مهم ترین ابزار رصدی ستاره شناسان در زمین است. برای اولین بار در ۱۹۳۲ «کارل یانسکی» تلسکوپ رادیویی ساده ای را درست کرد که حاصل این کار ساخت رادیوتلسکوپ های غول پیکری است که امروزه می توانند امواج دورترین اجرام اعماق آسمان را به راحتی دریافت کنند. شیوه کار رادیوتلسکوپ به این صورت است که امواج دریافتی را در بخش مرکزی رادیوتلسکوپ متمرکز می کند و پس از ورود اطلاعات به کامپیوتر تصاویر جرم دور به دست می آید. تلسکوپ رادیویی بشقابی «افلبورگ» آلمان و تلسکوپ رادیویی کمبریج انگلستان از بزرگ ترین رادیوتلسکوپ های زمین هستند که این دومی می تواند سحابی هایی را در فاصله بیش از ۵ میلیارد سال نوری کشف کند. ستاره شناسان چگونه می توانند به ویژگی های یک جرم آسمانی پی ببرند؟ این سئوالی است که در ادامه مقاله به بررسی آن می پردازیم.

 


● طیف سنجی ستارگان
نور ستارگان در برخورد با جو زمین دچار نوسان شده و به طور کامل به زمین نمی رسد، اما بسته به میزان گرما، سرما و عناصر تشکیل دهنده ستاره و فاصله آنها تا زمین، ستار گان در چند رنگ متفاوت دیده می شوند. رنگ ستارگان بین آبی مایل به سفید تا قرمز است. نور برخی از ستارگان ثابت نیست و مدام تغییراتی در میزان روشنایی آنها رخ می دهد. گاه نورانیت ستارگانی که به «نواختر» معروفند طی چند روز هزاران بار بیشتر می شود و سپس رو به تاریکی می رود. اطلاعات بسیاری همچون اندازه، رنگ، دما و عناصر موجود در اجرام را می توان با طیف سنجی از نور رسیده از اجرام محاسبه کرد. طیف (Spectrum) یک دسته اشعه است که برای هر عنصری خاص آن است. «طیف سنج» (Spectrometr) دستگاهی است که ستاره شناسان به وسیله آن می توانند با بررسی نور رسیده از اجرام آسمانی، عناصر موجود در آنها را شناسایی کنند. ستاره شناسان نور دریافت شده از ستاره را تجزیه کرده و به بررسی نوع ستاره و عناصر موجود در آن می پردازند. دمای ستارگان با یکدیگر متفاوت است و با توجه به رنگ و میزان نورانیت آنها می توان به دمای ستارگان پی برد. به طور مثال دمای ستارگان بزرگی همچون خورشید بین ۵۵۰۰ تا ۶۰۰۰ درجه کلوین است. این نوع از ستارگان ستاره های زرد هستند که در تقسیم بندی سری طیفی با علامت G مشخص می شوند. دانشمندان بر اساس طیف سنجی نوری که از اجرام آسمانی به زمین می رسد ستارگان را به گروه های مختلفی تقسیم کرده اند. این تقسیم بندی به «سری طیفی» (Spectral Class) معروف است.
روش سری طیفی کاملاً تجربی بوده و بر حسب خطوط موج اجرام است که در طیف سنج دریافت می شود. این خطوط جذبی وابسته به دما است. البته میزان دما کاملاً نشان دهنده میزان نورانیت جرم نیست زیرا که ممکن است دو ستاره دمای سطح یکسانی داشته باشند اما یکی از آنها میلیون ها بار از دیگری پرنورتر باشد. اما «آینار هرتسپرونگ» (Ejnar Hertzprung) دانمارکی و «هنری نوریس راسل» (Henry Noris Russel) آمریکایی دو ستاره شناسی هستند که اولی در سال ۱۹۱۱ و دومی در ۱۹۱۳ به صورت جداگانه ستاره ها را هم بر حسب دما و هم بر حسب روشنایی(نورانیت) رده بندی کردند.

 


بر این اساس نموداری به نام «هرتسپرونگ- راسل» به وجود آمد که اجرام آسمان بر حسب روشنایی و دمایشان نشان داده می شود. در نمودار دما در روی محور افقی و روشنایی در روی محور عمودی نشان داده می شود. در این نمودار اجرام آسمان شامل ستارگان، سحابی ها، کهکشان ها، غول ها، ابرغول ها و کوتوله ها با توجه به دما و روشنایی در قسمت های مختلف نمودار قرار می گیرند.


سیاهچاله چیست؟
ساعت ٤:٥۱ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ٩ تیر ۱۳٩٠  

دید کلی
بطور کلی ستارگان دارای مراحل مختلف جنینی ، کودکی و جوانی و پیری هستند. پس از اکتشاف برابری جرم و انرژی توسط انیشتین ، دانشمندان تشخیص دادند که کلیه ستارگان باید تغییر و تحول یابند. تکامل ، تخریب و محصول نهایی یک ستاره ، به جرم آن بستگی دارد. در واقع سرنوشت نهایی ستاره که تا چه مرحله ای از پیشرفت خواهد رسید با جرم ستاره ارتباط مستقیم دارد. اطلاعات مربوط به جرم ستارگان از مسائل بسیار مهم به شمار می‌رود.


تشکیل ستاره‌ها
گوی آتشین مورد نظر در نظریه انفجار بزرگ ، حاوی هیدروژن و هلیوم بود، که در اثر انفجار بصورت گازها و گرد و غباری در فضا بصورت پلاسمای فضایی متشکل از ذرات بسیاری از جمله الکترونها ، پروتونها ، نوترونها و نیز مقداری یونهای هلیوم به بیرون تراوش می‌کند. با گذشت زمان و تراکم ماده در برخی سحابیها شکل می گیرند. این مواد متراکم رشد کرده و توده‌های عظیم گازی را بوجود می‌آورند که تحت عنوان پیش ستاره‌ها معروفند و با گذشت زمان به ستاره مبدل می‌شوند. بسیاری از این توده‌ها در اثر نیروی گرانش و گریز از مرکز بزرگ و کوچک می‌شوند، که اگر نیروی گرانش غالب باشد، رمبش و فرو ریزش ستاره مطرح می‌شود و اگر نیروی گریز از مرکز غالب شود، احتمال تلاشی ستاره و شکل گیری اقمار و سیارات می‌رود.

 

ارتباط جرم با مرگ ستارگان
سه طریق برای مرگ ستارگان وجود دارد. ستارگانی که جرم آنها کمتر از 1.4 برابر جرم خورشید است. این ستارگان در نهایت به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند. ستارگانی که جرم آنها بیشتر از 1.4 برابر جرم خورشید است، در نهایت به ستارگان نوترونی و به سیاه چاله‌ها تبدیل خواهند شد.


مراحل پایانی عمر ستارگان
دیر یا زود سوخت هسته‌ای ستارگان به پایان رسیده و در این صورت ستاره با تراکم خود ، انرژی گرانشی به انرژی هسته‌ای غالب آمده و این تراکم (رمبش) تا تبدیل شدن الکترونهای آزاد ستاره به الکترونهای دژنره ادامه پیدا می‌کند، که در این صورت ستاره به یک ستاره کوتوله سفید تبدیل شده است. برخی از ستارگان از طریق انفجارهای ابر نواختری به ستارگان نوترونی تبدیل می‌شوند. هنگامی که ستاره در اواخر عمر خود باشد، به مراحل نواختر یا ابر نواختر می‌رسد.

در این مرحله ستاره از حداکثر انرژی خود استفاده می‌کند و این امر سبب می‌شود که شدت تابش نور آن بطور چشمگیر تغییر کند. در این حالت ستاره گرد و غبارهای (سحابیها) اطراف خود را می‌بلعد و این امر سبب می‌شود که بر ذرات تشکیل دهنده ستاره فشار وارد آید. ستاره حالتی پلاسمایی دارد و فشار ممکن است به حدی برسد که بر الکترونها و هسته‌های آن اثر کند و الکترون به پروتون برخورد کرده که در این برخورد به نوترون تبدیل می‌شود.

در طی این واکنش مقادیر زیادی امواج گاما تولید می‌شود. اگر تعداد نوترونهای تشکیل به قدری زیاد شوند که در این ستاره ، حجم نوترونها به 16 کیلومتر برسد در این هنگام ، چگالی این ستاره بسیار زیاد می‌شود، بطوری که می‌تواند نور را از مسیر خود منحرف و خمیده کند. در این مرحله ستاره به ستاره نوترونی تبدیل می‌شود.

اگر شعاع تعداد نوترونهای آن به بیش از 16000 کیلومتر برسد (البته در این افزایش شعاع ، نوترونها به هم فشرده هستند)، چگالی این ستاره به قدری زیاد می‌شود که می‌تواند نور را هم به خود جذب کند، که به آن سیاهچاله می‌گویند. سیاهچاله‌ها با جرم زیاد خود ، حجم کوچکی دارند. تشکیل سیاه چاله آخرین مرحله مرگ ستاره می‌باشد.

 

انواع سیاهچاله 

 سیاهچاله


1. شوارتس شیلید: ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی ، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.
2. رایزنر- نورد شتروم: هم بار دارد وهم چرخش ، می تواند دو افق رویداد داشته باشد ، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است، زیرا بارهای آن همدیگر را خنثی می کنند.
3. کر: چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ارگوسفر است، که می توان از آن انرژی استخراج کرد. می تواند دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.
4. کر- نیومان: هم بار دارد و هم چرخش ، همان سیاهچاله کر است، جز اینکه بار دارد، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد.

 

بنظر پژوهشگران چهارنوع سیاهچاله همچنانکه ذکر شد می تواند وجود داشته باشند. مهمترین موضوع در باب سیاه چاله آنست که ، بدانیم ماده در داخل سیاهچاله‌ای که حاصل آمده است در نهایت به چه سرنوشتی دچار می شود؟ اختر فیزیکدانان می‌گویند:

اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه از قبیل آنچه که از یک ستاره وزین مرده بجای مانده بیندازید، نتیجه نهایی همواره الزاما یک چیز خواهد بود و تنها جرم ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای که جسم با خود حمل می کند باقی خواهند ماند. اما اگر کل جهان به داخل حفره سیاه خود بیفتد، یعنی به شکل سیاهچاله در آید، دیگر حتی کمیاب بنیادی (جرم) ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردند.


 
مقدمه
طبق نظریه ، نسبیت عام ، گرانش انحنا دهنده فضا - زمان است. فضای حول ستاره به نحو بارزی خم می‌شود در لحظه‌ای که هسته ستاره تبدیل به حفره سیاه می‌شود. این جرم خطوط فضا زمان را مانند پیله‌ای به دور خود می‌پیچد. امواج نوری کم تحت زوایای خاصی به سمت سیاهچاله روان می‌شود. در سطح کره‌ای که هم مرکز نقطه یکتایی سیاهچاله است، تجمع می‌کنند. در فاصله معینی از سیاهچاله که بسته به جرم ستاره رمبیده دارد، جاذبه آنچنان زیاد است که نور نمی‌تواند فرار کند، به این فاصله افق حادثه گفته می‌شود.


 ساختار سیاهچاله‌ها
با حل استاتیک غیر چرخشی با تقارن کروی برای معادلات میدان انیشتین این نکته مشخص می‌شود که سیاهچاله‌ها که از یک سمت به صورت چاه عمل می‌کنند، در سطح دیگری بصورت چشمه عمل می‌کند. یعنی می‌تواند دو سطح مختلف فضا زمان را از جهانهای گوناگون یا دو نقطه بسیار دور از جهان خودمان را به هم متصل کند. که به این حالت کرم چاله یا پل انیشتین رزن گفته می‌شود.


سیاهچاله‌ها چگونه بوجود می‌آیند؟
هر چه ستاره‌های نوترونی بزرگتر باشد کشش جاذبه‌ای داخلی آن نیز بیشتر خواهد بود. در سال 1939 اوپنهایمر فکر کرد که نوترونها نمی‌توانند در برابر همه چیز مقاومت کنند. به نظر او اگر یک چیز در حال از هم پاشیدن بزرگتر از 2.3 برابر اندازه خورشید بود، آنگاه نه تنها الکترونها بلکه نوترونهای آن نیز در هم می‌شکست.

همچنین باید بدانیم که وقتی نوترونها در هم شکستند، دیگر هیچ چیز مطلقا وجود ندارد که از در هم پاشیدن ستاره جلوگیری کند. اگر شما خود را روی سطح یک توده در حال از هم پاشیدن تصور کنید، آنگاه شما با فرو ریختن آن جسم به مرکز آن نزدیکتر و نزدیکتر خواهید شد. و بنابراین نیروی جاذبه بیشتر و بیشتری را حس خواهید کرد. تا هنگامی که ستاره به مرحله کوتوله سفید برسد، شما بیش از 1.016 تن وزن پیدا خواهید کرد.


 وقتی که ستاره به در هم پاشیدن ادامه داد و از مرحله ستاره نوترونی هم گذشت و بطور کامل از هم پاشید، وزن شما از 15000 میلیون تن بیشتر و بیشتر خواهد شد. اگر سیاهچاله به اندازه کافی به ما نزدیک بود، می‌توانستیم نیروی جاذبه بر آن را حس کنیم. اما وقتی یک سیاه چاله در میان ستاره‌ها خیلی دورتر از ما قرار دارد، آیا می‌توانیم وجود آنرا اثبات کنیم؟ برای این منظور اخترشناسان دو راه آشکار شدن حدس می‌زنند.

 

• اول از روی جرم سحابی برای مثال اگر آنها جرمهای تمام ستارگان موجود در یک خوشه ستاره‌ای مرئی بطور قابل ملاحظه‌ای کمتر از جرم خوشه وجود داشته باشد، مرکز کهکشانها به عنوان مکانهایی تلقی می‌شوند که در آنها سیاهچاله‌ها وجود دارند. زیرا چگالی مواد در آنجا زیاد است.
• راه دوم نیز این بوده که اگر چه hc سیاهچاله‌ها هیچ تشعشعی خارج نمی‌شود، اما چیزهایی که در سیاهچاله‌ها سقوط می‌کنند. به هنگام سقوط اشعه ایکس از خود منتشر می‌کنند و هر چیز کوچکی که در سیاهچاله‌ها سقوط کند تنها مقدار کمی اشعه ایکس از خود منتشر می‌کند. این مقدار برای کشف آن در فاصله میلیونها میلیون کیلومتری کافی نخواهد بود.
در سال 1971 یک دانشمند انگلیسی به نام استفن هاوکینگ عنوان کرد که این واقعه بوجود آمدن سیاهچاله‌ها هنگامی که جهان نخستین انفجار بزرگ خود را آغاز کرد اتفاق افتاده است. هنگامی که تمامی مواد تشکیل دهنده جهان منفجر شد، مقداری از این مواد آن چنان به هم فشرده شدند که تبدیل به سیاهچاله گشتند. وزن برخی از این سیاهچاله‌ها ممکن است به اندازه وزن یک سیاره کوچک و یا از آن کمتر باشد و وی آنها را سیاهچاله کوچک نامید.


نتایج تحقیقات هاوکینگ
• سیاهچاله‌ها می‌توانند وزن از دست بدهند.
• مقداری از انرژی جاذبه‌ای آنها در خارج از محدوده شعاع شوارتز شیلد ستاره به ذرات ماده تبدیل می‌شود.
• ممکن است این ذرات به فضای بیرون بگریزند از این طریق مقداری از مواد تشکیل دهنده سیاهچاله‌های بزرگ که به اندازه یک ستاره وزن دارند، برای تبخیر همه مواد تشکیل دهنده‌اش میلیونها میلیون سال وقت لازم است. در حالی که در این مدت خیلی بیشتر از این مقدار ماده به آن اضافه می‌شود. بنابراین هیچگاه از طریق تبخیر وزن آن کاسته نمی‌شود.
• هر چه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر است یک سیاهچاله کوچک واقعی باید بیشتر از مقدار ماده‌ای که به خود جذب می‌کند وزن از دست بدهد. بنابراین سیاهچاله کوچک باید بوسیله تبخیر کوچکتر و کوچکتر شود و بالاخره هنگامی که دیگر خیلی خیلی کوچک شد یک مرتبه تبخیر آن حالت انفجاری به خود گرفته و تشعشعاتی حتی با انرژی بیشتر از اشعه ایکس منتشر کند. اشعه منتشر شده از این طریق اشعه گاما خواهد بود.
• سیاهچاله‌های کوچکی که 15 میلیون سال پیش هنگام نخستین انفجار بزرگ جهان ایجاد شده‌اند، اکنون ممکن است در حال ناپدید شدن باشند. هاوکینگ اندازه اولیه آنها و نوع اشعه گامایی را که هنگام انفجار تولید می‌کنند، حساب کرد.


مجهولات سیاهچاله‌ها
اگر ستاره شناسان بتوانند نوع پرتوهایی که هاوکینگ پیش بینی کرده است، شناسایی کنند، مدرک خوبی برای تأیید تشکیل و وجود سیاهچاله بدست خواهد آمد. اما تاکنون پرتوهای پیش بینی شده کشف نشده‌اند. با اینحال هر لحظه ممکن است این پرتوها شناسایی شوند. دلیل تابش اشعه ایکس از حفره سیاه این است که جرمی که توسط طوفانهای ستاره‌ای خود ستاره ، از سطح آن می‌گریزند، در فاصله مناسبی که به حفره سیاه رسیدند، توسط حفره شکار می‌شوند و در مداری به دور حفره شروع به چرخش کرده و به این ترتیب شکل یک دیسک عظیم را تشکیل می‌دهند.

با توجه به این نکته که لایه‌های داخلی‌تر دیسک سریعتر از لایه‌های خارجی می‌چرخند، در اثر اصطکاک لایه‌های مختلف دیسک گرم شده و شروع به تابش اشعه ایکس می‌کنند. به این دیسک ، دیسک تجمعی گفته می‌شود. این حالت برای اولین بار در ستاره دوتایی (دجاجه1-X) مشاهده شده است. احتمالا قطر خود حفره سیاه (قطر افق حادثه) 30 کیلومتر است و برای تمامی ستاره دوتایی سیاهچاله ساختمان به همین شکل است


مقدمه
شاید یکی از چالشهای بزرگ اختر فیزیک در این قرون موضوع جذاب سیاهچاله‌ها باشد. آنسوی افق رویداد بر هیچ شخصی مشخص نیست. شاید در آنسوی آن فضایی عمیق پنهان شده باشد، شاید این فضا آن حد بزرگ باشد که برای انسان قابل تصور نباشد. انسان از گذشته می‌دانسته که زمین کروی بوده و به عبارت بهتر مسطح نبوده و در واقع خمیده می‌باشد، به عبارت دیگر کره‌ای است که لبه ندارد. ما از روی آن نمی‌افتیم زیرا نیروی سحرآمیز گرانش هر کس و هر چیزی را محافظت می‌کند تا به سطح سیارات دیگر نیافتد.

پس از آنکه آلبرت انیشتین و نسبیت او پا به عرصه نهادند، به این موضوع پرداخته شد که فضا خودش خمیده است. حالا ما می‌دانیم که سفر به دریای بیکران فضا که ما به آن جهان می‌گوئیم در واقع به مکانی ژرف و عمیق است و اگر مسافری بدون اطلاع به آن سفر کند ممکن است به داخل اجرامی فوق العاده عظیم سقوط کند و زندگی را برای همیشه وداع گوید و با یک ریسک جانش را از دست بدهد. او به درون افقی کاملا" مخفی سقوط می‌کند و ما هنوز بطور کامل نمی‌دانیم که برایش چه پیش می‌آید، این افق وحشتناک متعلق به سیاهچاله است.

 
گرانش مهلک

 سیاهچاله

یک سیاهچاله یک جسم متناقض کیهانی است. یک ستاره تاریک ، یک جسم کاملا" نامرئی ، یک زندان برای نور. این جسم یک مرز دارد که هر چیز وارد آن شود بازگشتی نخواهد داشت، این مرز را افق رویداد می‌باشد. یک کره که هر چیز وارد آن شود برای ابدیت اسیر آن می‌شود، مکانی که دیگر امکان فرار از آن نیست. جایی که در آن سطح جامد وجود ندارد. در این هنگام هر چیز حتی نور مکیده می‌شود و فقط یک گرداب ژرف گرانشی مشاهده می‌شود، این اجرام بسیار بی رحم هستند و هر جیز را که به طرفشان بیاید جذب می‌کنند، در واقع آن جسم را برای همیشه از آمدش پشیمان می‌کند. ما از مرکز که تکینگی خوانده می‌شود اطلاعات چندانی نداریم، ولی می‌دانیم که در آنجا گرانشی مهلک حکم فرما است.

چهره این اجرام همیشه مخفی و پوشیده است. تکینگی آنها همیشه به صورت نقطه‌ای است که نیروی گرانش فوق العاده‌ای در آن متمرکز شده است. همه اجرام و امواج الکترومغناطیسی و انرژی که در سیاهچاله فرو افتاده‌اند در نقطه‌ای فوق العاده کوچک و فوق العاده چگال فشرده شده‌اند و گرانشی نامتناهی ایجاد می‌کنند. سیاهچاله‌ها عموما" گازهای میان ستاره را حریصانه می‌بلعند. فضا از وجود این اجرام متلاطم است و هم چنین زمان از وجود آنها فشرده می‌شود تا اینکه متوقف شود. چون نور نمی‌تواند از افق رویداد سیاهچاله عبور کند ما آن مکان را لبه جهان فرض می‌کنیم.


ستاره‌های تاریک
در سال 1784 جان میشل دانشمند بزرگ ولی فراموش شده قرن 18 که کشیش نیز بود؛ (در تاریخ علم دانشمندان بزرگی مشاهده می‌شوند که بدون اقتضا به شغلشان کارهای فوق العاده کرده‌اند) از سرعت گریز بعضی از اجرام تعجب کرد (سرعت گریز حداقل سرعتی است که نیاز است تا از سطح یک سیاره یا یک ستاره جدا شویم، در واقع سرعتی است که بتوانیم از گرانش آن فرار کنیم)؛ او می‌دانست که گرانش یک جسم به جرمش بستگی دارد، همچنین این موضوع را می‌دانست که سرعت نور بسیار زیاد است، ولی با این حال متناهی است.

او از این موضوع تعجب کرد که خورشید با این جرم باز هم قادر نیست نور را در سطح خود نگه دارد و نور از سطح آن می‌گریزد (می‌دانیم که سرعت نور 299792 کیلومتر بر ثانیه است که آن را 300000 کیلو متر بر ثانیه فرض می‌کنند و از این سرعت تقریبی بیشتر استفاده می‌کنند). میشل پاسخ به این صورت استنباط کرد که اگر خورشید در همین اندازه بود ولی جرمش 500 برابر بود، نور نمی‌توانست از سطح خورشید بگریزد. زیرا در این صورت گرانش آن بسیار می شد. چند سال بعد ریاضدان بزرگ فرانسوی لاپلاس بطور مستقل تنیجه را بطور یکسان شرح داد و بدین ترتیب مفهوم ستاره تاریک زاده شد.


جهان حفره‌ها
سیاهچاله ، این اجرام نادر و عجیب ، را می‌توان نتیجه تفکرات جوان باهوش آلمانی که در سال 1919 در دفتر ثبت اختراعات سوئیس مشغول به کار بود دانست. آلبرت اینشتن در سال 1919 تئوری نسبیت عام خود را که انقلابی عظیم در فیزیک نوین بود را ارائه کرد. آلبرت اینشتن پی برده بود که جهان اساسا" در مکانهای متفاوت نسبت به قوانین نیوتن قابل توضیح نیست. او گفت که سه بعد از فضا نمی‌توانند به صورت مجزا از بعد چهارم یعنی زمان باشند. او گفت که اینها باهم پیوسته هستند و آنها فضا - زمان نامید. این ساختار همانند یک ساختار نامرئی است که در واقع وجود دارد. او گفت که فضا نمی‌تواند مطلق باشد، بلکه پیوسته است. این بافت فضا زمانی می‌تواند خمیده شود و یا اینکه پیچ و تاب پیدا کند.

این بافت که می‌تواند جالب باشد فقط در صورتی می‌تواند مسطح و صاف باشد که هیچ چیز در روی آن وجود نداشته باشد. اگر جسمی جرم دار در روی آن وجود داشته باشد گرانش نیز وجود دارد و هر جا که گرانش وجود داشته باشد این بافت فضا - زمان خمیده می‌شود. این خمیدگی این بافت برای اجرام حکم می‌کند که چگونه حرکت کنند، در واقع می‌گوید که گرداگرد این فضا - زمان خمیده به سیر و سفر بپردازند. گرانش در تئوری نسبیت عام اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است. اگر بخواهیم کمی ساده‌تر توضیح دهیم همین خمیدگی عامل ایجاد گرانش است.

انیشتین برای تصور این واقعیت فرض کرد که کاغذی دارد و آن کاغذ را ساختار فضا - زمان فرض کرد. او جسمی سنگین را در روی آن ماغذ قرار داد (آن جسم را خورشید در نظر گرفت) و دید که در ساختار کاغذ خمیدگی و فرو رفتگی ایجاد شده است. او گفت که این فضا زمان خمیده گرانشی تولید می‌کند که هر چه این خمیدگی بیشتر باشد گرانش نیز قوی‌تر خواهد بود. سرانجام در جهان اجرامی وجود دارند که این خمیدگی را به نهایت خود می‌رسانند و تمام مسیرها را بسوی خود خم می‌کنند و این اجرام حقیقتا" سیاهچاله‌های کیهانی هستند.


تولد ستاره
برای فهم مقیاس بزرگ در جهان باید مقیاسهای بسیار کوچک را درک کنیم. با باز کردن زندگی یک ستاره می‌توانیم زاده شدن یک سیاهچاله را به خوبی درک کنیم. ستاره‌ها زمانی پدید می‌آیند که ابری فوق العاده بزرگ از غبارهای کیهانی و هیدروژن در زیر بار گرانش خود فشرده شوند. در این صورت گرانش به همراه افزایش چگالی فزونی می‌یابد و بدین ترتیب فضا - زمان خمیده و خمیده‌تر می‌شود. پس مدتی گاز هیروژن در هسته متراکم می‌شود و در این تراکم شدید اتمها با یکدیگر برخورد می‌کنند و دمای آنها رفته رفته افزایش می‌یابد. زمانی که دمای هسته به 10 میلیون درجه رسید، پروتونهای هیدروژن در پی واکنشهای زنجیره‌ای همجوشی هسته‌ای به هلیوم تبدیل می‌شوند.

در هنگام این واکنشها مقداری از جرم نا پدید می‌شود که تبدیل به انرژی و امواج الکترومغناطیسی همچون نور می‌شوند. در این صورت یک جسم که همچون یک لامپ غول پیکر کیهانی است پدید آمده است و این آغاز زندگی یک ستاره است. هر ستاره‌ای که ما در آسمان مشاهده می‌کنیم در هسته‌اش واکنشهای عظیم همجوشی رخ داده است تا این نور تولید شود و به ما برسد. هنگامی که ستاره همانند خورشید درخشان و نورانی می‌شود، گرانش آن سعی می‌کند تا ستاره را هم چنان منقبض کند و در خود فرو کشد. اما واکنشهای عظیم هسته‌ای که در هسته ستاره انجام می‌شوند انرژی عظیمی تولید می‌کند و همین انرژی از در هم کشیده شدن ستاره و فرو ریختن آن جلوگیری می‌کند.

زمانی که ستاره مورد نظر (بسته به جرمش) سوخت خود را در چند میلیون یا چند میلیارد سال مصرف کرد و تمام هیدروژنها به هلیوم تبدیل شدند ستاره وارد مرحله جدید زندگی خود می‌شود. در این هنگام ستاره سعی می‌کند تا هلیوم تولید شده را به عناصر سنگین‌تر همانند آهن تبدیل کند، ولی این واکنشها چندان انرژی زیادی را تولید نمی‌کنند تا با گرانش به مقابله بپردازد. سر انجام پس از مدتی گرانش پیروز می‌شود و این پایان زندگی یک ستاره است. در این هنگام ستاره نسبت به جرمش می‌تواند به سه حالت تبدیل شود: کوتوله سفید ، ستاره نوترونی و سیاهچاله.


پیروزی نهایی گرانش 
 یک ستاره نوترونی در برابر فشار عظیم گرانش در برابر فشرده شدن مقاومت می‌کند. اما اگر باقیمانده هسته پس از انفجار بیش 3 برابر خورشید جرم داشته باشد، آنگاه دیگر شرایط کاملا" متفاوت می‌شود. در این شرایط حتی نوترونها از فشار بی وقفه گرانش نمی‌توانند در امان باشند. نوترونها در بی خبری هم چنان فشرده می‌شوند و هسته ستاره در زیر بار گرانش در فضای خودش از پای در می‌آید و از شکل می‌افتد و در این صورت جرمی بسیار ترسناک می‌شود. یک فرم تاریک که در قلب ستاره‌ها قرار داشته است و حال بی وقفه حرکت می‌کند و از فضای اطراف خود مواد را می‌مکد و آن را به درخشش وا می‌دارد. این اجسام گرسنه همان سیاهچاله‌ها هستند که در آنها گرانش به پیروزی نهایی رسیده است. هر چیز که به محدوده جادویی آن وارد شود برایش بازگشتی نخواهد بود و نخواهد توانست تا بگریزد و سرانجام آین جسم بلعیده می‌شود.

آن سوی تاریکی
لبه سیاهچاله را افق رویداد می‌خوانند، زیرا همه رویداد آن سوی آن بر ما پوشیده است و بر ما نامرئی است و فقط تا جایی ما حق مشاهده داریم که افق رویداد وجود دارد. در برخی از سیاهچاله‌ها ممکن است شعاع افق رویداد تنها چند کیلومتر باشد. هرگاه ستاره‌ای در مداری دوتایی با سیاهچاله‌ای قرار گیرد هر از چند گاهی مقداری از گازهای خود را برای سیاهچاله پرتاب می‌کند و سپس سیاهچاله آنها را بوسیله تکینگی می‌رباید ؛ همانطور که گفته شد تکینگی نقطه‌ای است که در آن چگالی بی‌نهایت است، در واقع جرم آن بی نهایت است ولی حجم آن بسیار بسیار کوچک است. تکینگی پایان علم است و در این مکان موجودیت فضا و زمان متوقف می‌شود و جایگزین آن جرم آشفته و خروشانی می‌شود که آن را اسفنج کوانتومی می‌نامند.

دانشمندان حدس می‌زنند این نقطه جایی باشد که قوانین انیشتین و نسبیت و مکانیک کوانتوم شکسته می‌شود. این حوضه چیزی است که کوانتوم گرانشی نامیده می‌شود، در این مکان از یافته‌های بسیار پیشرفته ریاضی استفاده می‌شود. گفته می‌شود که تکینگی وجود داشته است که جهان از آن آغاز شده است. در بسیاری از راههای رسیدن یک ستاره به تکینگی یک سیاهچاله فرو می‌ریزد و این معکوس بیگ بنگ است. ما نمی‌دانیم که در آن سوی افق رویداد چه می‌گذرد، شاید در آن سویش جهانی هم چون جهان ما پنهان باشد و شاید حتی این جهان نمونه‌ای از جهانهای موازی خود باشد.


سیاهچاله یا فیل سفید

 سیاهچاله

یک سیاهچاله شکار خود را با استتار استادانه خود بدست می‌آورد، جایی که از تاریکترین جاهای کیهان است. برای جستجوی یک سیاهچاله اول شما باید یک ستاره مرئی را بیابید که در مدار یک سیاهچاله به دام افتاده است؛ سپس شما باید چگونگی حرکت ستاره را مورد مطالعه قرار دهید. ستاره شناسان به نور ستاره‌ای که در مدار یار تاریک خود اسیر است توجه می‌کنند. یکی از بهترین نماینده‌ها برای این امر ستاره‌ای است که V404 گایگنی نامیده می‌شود. محاسبات نشان داده است که همدم مستتر V404 دوازده برابر خورشید جرم دارد. البته هنوز مجموع جرم آن بطور کامل مشخص نشده است. اما مدار هر سیاهچاله برای به دام انداخت یک سیاهچاله باید نامرئی باشد. یکی از این سیاهچاله‌ها می‌توانند در کمین ستاره‌ای پنهان شده باشد.


جارو برقی کیهانی
اگر چه سیاهچاله چنان قدرتی دارد که می‌تواند تمام اجرام را اعم از غبار و گاز را همانند جارو برقی به درون بکشد، ولی توانایی شکار کردن را ندارد. این چیزی بر خلاف اعتقادات ما است. ولی شاید اگر این موضوع را بدانیم بهتر به درک این مطلب کمک می‌کند. اگر ما در جای خورشید خودمان در مرکز منظومه شمسی سیاهچاله‌ای با همان جرم قرار دهیم نخواهد توانست زمین را جذب خود کند و فقط ما از نور خورشید محروم خواهیم شد. البته شما می‌توانید از زمین خارج شوید و رویدادهای جالبی را تجربه کنید. شما پس از نزدیک شدن به افق رویداد کشیده می‌شوید و لاغر به نظر می‌آیید، در این صورت شما می‌توانید پاهای خود را با طول به اندازه چند کیلومتر بیابید.

پس از ورود به افق رویداد شما به ذرات بنیادی تجزیه می‌شوید و در پرده تاریکی از نظرها ناپدید می‌شوید. همانطور که گفته شد پس از ورود به افق رویداد شما هرگز دیده نخواهید شد، زیرا زمان اتساع می‌یابد و فوتونهای حمل کننده تصویر شما نیز در دام چنین گرانش عظیمی خود را گرفتار می‌بینند و بسیار تقلا می‌کنند تا بدن شما را ترک کنند و به بیرون روند هر چند که چنین چیزی امکان پذیر نیست، یعنی اگر یک میلیون سال هم تلاش کند نمی‌تواند.


قلب تاریکی
بیشتر ستاره شناسان این امر را تصدیق می‌کنند که سیاهچاله‌های سنگین وزن در مرکز کهکشانهایی همچون راه شیری هستند. آخرین برآوردها نشان می‌دهد که اینگونه سیاهچاله را فوق العاده بزرگ یا سنگین می‌نامند که در کیهان موجود می‌باشند. در دهه 1950 با تلسکوپهای نوری امواج بسیار قوی دریافت کردند و آنها را با تلسکوپهای رادیویی مورد مطالعه قرار دادند. منابع جستجو شده همچون ستاره نورانی بودند و امواج بسیار قوی که آن را با نام " جت " می‌شناسیم را از خود ساتع می‌کردند. اینها نخستین اجرامی بودند که شناسایی شدند و سپس کوازار یا منابع رادیویی شبه اختری نامگذاری شدند.

کوازارها در قلب فعال کهکشان فعال قرار می‌گیرند و گازهای بسیار داغی که به گرد آن به چرخش در می‌آیند با سرعتی نزدیک به سرعت نور به چرخش در می‌آیند و درخشنده می‌شوند. جتهای عظیم ذرات باردار جریان هزار سال نوری هستند که به بالا و پائین فضا راه می‌یابند، درست همانند محور چرخها در اتومبیل و همچون موتوری که تمام فعالیتها بطور پنهانی در آن انجام می‌گیرد. با این تفاوت که در مرکز کهکشان سیاهچاله بسیار کوچک و فوق العاده چگال و فشرده است. در سیاهچاله‌های سنگین‌تر گازهای دور آنها با سرعت بیشتری می‌چرخند. دانشمندان با تخمینهایی که زده‌اند اینگونه کهکشان پنج هزار میلیون برار خورشید جرم دارند.

فرضیه ساخته شدن این کهکشانها و سیاهچاله‌هایشان بدین صورت است که می‌گوید این کهکشانها از چرخش عظیم ابری از گاز بوجود می‌آید که همین ابر پس از مدتی تبدیل به میلیونها و یا میلیاردها ستاره می‌شود؛ در مرکز جایی که گازها متمرکز شده است ماده کافی برای ساخته شدن میلیونها و یا میلیاردها ستاره وجود دارد و پس مدتی اینها دست خوش تغییراتی می‌شوند که توسط گرانش فرو می‌ریزند و سیاهچاله‌ای فوق العاده بزرگ را پدید می‌آورند. در صورتی که همان حفره ایجاد شده هنوز در مرکز کهکشانها قرار دارد و از گازها مصرف می‌کند. پس از مدتی که تمام ستاره‌ها را بلعید، سیاهچاله به حالت خاموشی و آرامی فرو می‌رود و نسبتا" به آرامی هسته کهکشان را ترک می‌کند. این تئوری درست است، زیرا در حال حاضر سیاهچاله‌ها در مرکز کهکشانها قرار دارند.