کاربردهای نجوم

رصدگران باستانی، به خوبی فهمیدند که ستارگان نسبت به یکدیگر مکانی ثابت دارند
 

چکیده
حتی قبل از پیدایش تاریخ نیز انسان معمولاً از آسمان به عنوان قطب‌نما، ساعت و یا تقویم استفاده می‌کرده است. توجه به این نکته کار سختی نبود که خورشید هر روز تقریباً از یک جهت طلوع می‌کند. در طول روز می‌شد از روی ارتفاع خورشید در آسمان فهمید که چقدر تا شب باقی مانده و یا از روی گرمی و طولانی بودن روز، می‌شد حدس زد که کدام فصل از سال است. در این مقاله می‌خواهیم نگاهی بیندازیم به تاریخ پیشرفت علم نجوم و کارکردهای آن از زبان دکتر استیون واینبرگ.

تعداد کلمات 2783/ تخمین زمان مطالعه 14 دقیقه

 

می‌دانیم که در ابتدای تاریخ نیز استفاده مشابهی از ستارگان می‌شده است. حدود 3000 سال پیش از میلاد، مصریان می‌‌دانستند که مهم‌ترین رویداد سرنوشت‌ساز مرتبط با کشاورزی سال، یعنی طغیان رود نیل، مصادف با بالا آمدن ستاره شعرای یمانی است. (شعرای یمانی در این روز از سال، درست قبل از طلوع صبحگاهی قابل رؤیت است. قبل از این زمان، شعرای یمانی در شب و بعد از آن هم تا قبل از سپیده قابل رؤیت نمی‌باشد.) هومر در 700 سال پیش از میلاد، شعرای یمانی را با آشیل، قهرمان تروا، مقایسه می‌کند که در پایان تابستان بر بلندای آسمان دیده می‌شود. «ستاره‌ای که در پاییز نمایان می‌شود و در سیاهی شب از همه ستارگان پرنورتر است. ستاره‌ای که به سگ شکارچی لقب گرفته است. این ستاره نشانی از شیطان دارد و برای انسان‌های نگون‌بخت، شومی و بدبختی به ارمغان می‌آورد.»
بعدها، هسیود[1] در کتاب کارها و روزها به کشاورزان توصیه می‌کند که بهترین زمان چیدن انگور، هنگام برآمدن ستاره نگهبان شمال[2] است. بهتر است زمان شخم زدن زمین به صورت فلکی خوشه پروین تنظیم شود.رصدگران باستانی، با مشاهده آسمان پرستاره و به دور از نور شهری امروزی می‌توانستند به خوبی ببینند که ستارگان، به جز چند استثناء، نسبت به یکدیگر مکانی ثابت دارند. بدین خاطر است که صور فلکی در هر شب یا هر سال، دچار تغییر نمی‌شوند ولی گویا گنبد آسمان، هر شب از سمت شرق به غرب، حول نقطه‌ای که همیشه در شمال است و به آن قطب شمال سماوی گفته می‌شود، در چرخش است. به بیان امروزی، اگر خطی از قطب شمال زمین به آسمان ترسیم کنیم، قطب شمالی سماوی نقطه‌ای است که محور زمین به سمت آن امتداد پیدا می‌کند. (این تنها روزی از سال است که خوشه پروین درست قبل از طلوع خورشید، دیده می‌شود، قبل از این زمان، آن‌ها قبل از طلوع خورشید پدیدار نشده و بعد از آن هم خیلی قبل‌تر از طلوع، ظاهر می‌شوند.) به دنبال مطالعات هیسود، تقویم‌ها (سال‌نماهایی) به نام پارادایم که طلوع و غروب ستارگان معروف را در هر روز نشان می‌دادند، به‌طور گسترده‌ای توسط یونانیان مورد استفاده قرار گرفتند. در آن زمان، یونانیان هیچ ابزار دیگری جهت تشخیص زمان نداشتند.
رصدگران باستانی، با مشاهده آسمان پرستاره و به دور از نور شهری امروزی می‌توانستند به خوبی ببینند که ستارگان، به جز چند استثناء، نسبت به یکدیگر مکانی ثابت دارند. بدین خاطر است که صور فلکی در هر شب یا هر سال، دچار تغییر نمی‌شوند ولی گویا گنبد آسمان، هر شب از سمت شرق به غرب، حول نقطه‌ای که همیشه در شمال است و به آن قطب شمال سماوی گفته می‌شود، در چرخش است. به بیان امروزی، اگر خطی از قطب شمال زمین به آسمان ترسیم کنیم، قطب شمالی سماوی نقطه‌ای است که محور زمین به سمت آن امتداد پیدا می‌کند. رصد آسمان به دریانوردان این امکان را می‌داد تا در شب از ستارگان برای پیدا کردن مسیر حرکت استفاده کنند. هومر تعریف می‌کند که ادیسه در راه رسیدن به خانه خود در ایتاکا[3] بوده که کالیپسو[4] او را در جزیره‌ای در غرب مدیترانه، به دام می‌اندازد. تا این‌که زئوس، به کالیپسو فرمان می‌دهد، ادیسه را آزاد کند تا به خانه خود بازگردد. کالیپسو به ادیسه می‌گوید: «خرس بزرگ» را که بعضی به آن ارابه سنگین نیز می‌گفتند هنگام عبور از دریا، همواره در سمت چپ خود حفظ کند. [3] خرس بزرگ، همان دب اکبر است که آن را با نام‌هایی مثل ارابه، واگن و... نیز می‌شناسند. دب اکبر در نزدیکی قطب شمال سماوی قرار دارد؛ بنابراین، هیچ‌گاه در ارتفاع مدیترانه، غروب نمی‌کند یا آن‌گونه که هومر توصیف می‌کند: «هیچ‌گاه در آب‌های اقیانوس، غوطه‌ور نمی‌شود.» و همواره کم و بیش در شمال دیده می‌شود. ادیسه با حفظ دب اکبر در طرف چپ کشتی، به سفر دریایی خود به طرف شرق و شهر خود، ایتاکا ادامه داد. برخی از یونانیان، استفاده‌های بهتری از صور فلکی می‌کردند. بر‌اساس زندگینامه اسکندر کبیر، نوشته آریان در زمان اسکندر، اکثر دریانوردان می‌توانستند از روی دب اکبر، جهت شمال را پیدا کنند.
 

بیشتر بخوانید: تاریخ نجوم

با‌این‌حال، فنیقی‌ها که بهترین دریانوردان دوران باستان بودند، بیشتر از دب اصغر استفاده می‌کردند. این صورت فلکی به وضوح دب اکبر نیست ولی نسبتاً نزدیک‌تر به قطب شمال سماوی است. آن‌گونه که دیوژن لائرتی به نقل از کالیماکوس شاعر می‌گوید، استفاده از دب اصغر به زمان تالس برمی‌گردد. به نظر می‌رسد که خورشید هم در طول روز، از شرق به غرب، حول قطب شمال سماوی در گردش است. البته در طول روز قادر به رؤیت ستارگان نیستیم، ولی هراکلیتوس و دانشمندان پیش از او دریافته بودند که ستارگان همیشه در جای خودشان هستند، فقط نور خورشید در طول روز، مانع دیدن آن‌ها می‌شود. بعضی از ستارگان تنها قبل از طلوع خورشید و برخی دیگر، پس از غروب، زمانی که خورشید در موقعیت معلومی در آسمان قرار می‌گیرد، قابل مشاهده‌اند. از این موضوع، روشن شد که خورشید همواره موقعیت ثابتی نسبت به ستارگان ندارد.
بابلیان و هندوان باستان، علاوه بر این‌که می‌دانستند خورشید به همراه سایر ستارگان، در محوری از شرق به غرب در گردش است متوجه شده بودند که خورشید هر سال در کمربندی به نام منقطه‌البروج، از غرب به شرق نیز در حال حرکت است. این مسیر در برج حمل از صور فلکی دوازده‌گانه قرار دارد، سایر برج‌ها شامل ثور، جوزا، سرطان، اسد، سنبله، میزان، عقرب، قوس، جدی، دلو و حوت می‌باشند. همان‌طور که خواهیم دید، ماه و سایر سیارات نیز در منطقه‌البروج ولی در مسیری متفاوت از مسیر خورشید، در حرکت‌اند. مسیری که خورشید در این صور فلکی طی می‌کند به دایره‌‌البروج معروف است. با شناسایی منطقه‌البروج، پیدا کردن موقعیت خورشید در پس‌زمینه ستارگان آسان شد. فقط به این توجه کنید که کدام یک از صور فلکی منطقه‌البروج در بالاترین نقطه آسمان قرار دارد. خورشید در صورت فلکی از منطقه‌البروج با موقعیت کاملاً مخالف قرار دارد. تالس تصور می‌کرد که 365 روز طول می‌کشد تا خورشید یک دوره کامل در منطقه‌البروج بزند. ممکن است تصور کنید که گنبد آسمانی ستارگان به شکل یک کره است که زمین را در بر گرفته و قطب شمال آن بالای قطب شمال زمین قرار دارد، ولی منطقه‌البروج استوای این کره نمی‌باشد. آناکسیماندر کشف کرد که کمربند منطقه‌البروج به اندازه 5/23 درجه نسبت به استوای سماوی، انحراف دارد و برج‌های سرطان و جوزا نزدیک‌ترین برج‌ها به قطب شمال سماوی و برج‌های جدی و قوس نیز دورترین آن‌ها می‌باشند. به زبان امروزی، این انحراف که عامل پدید آمدن فصل‌هاست، به این خاطر به وجود آمده که صفحه محور چرخش زمین بر مدار آن عمود نیست که شبیه به صفحه‌ای است که تمام اجسام منظومه شمسی در آن در حرکت‌اند. با این تفاوت که انحراف زمین از خط عمودی 5/23 درجه است. در تابستان و زمستان شمالگان، خورشید به ترتیب در نزدیک‌‌تر یا دورتر از قطب شمال زمین قرار می‌گیرد. با ابداع وسیله‌ای به نام شاخص[5] که امکان اندازه‌گیری دقیق حرکات ظاهری خورشید را فراهم کرد، نجوم به یک علم دقیق تبدیل شد. به عقیده اوسبیوس، اسقف اهل قیصریه، آناکسیماندر مخترع شاخص بوده ولی هرودوت اختراع آن را به بابلیان نسبت می‌دهد. این دستگاه شامل یک تیغه عمود بر سطح زمین است که در مقابل نور خورشید قرار می‌گیرد. با استفاده از این دستگاه می‌شد به راحتی ظهر را تشخیص داد. هنگام ظهر، خورشید در بالاترین نقطه آسمان قرار دارد و سایه شاخص به کوتاه‌ترین مقدار خود می‌رسد. در شمال مناطق استوایی، آفتاب هنگام ظهر در سمت جنوب قرار می‌گیرد و سایه شاخص رو به شمال قرار می‌گیرد و می‌توان نقاط قطبی را روی زمین تشخیص داد. از شاخص به عنوان قطب‌نما نیز استفاده می‌شد. خورشید در بهار و تابستان، تقریباً از شمال شرق، طلوع می‌کند. در حالی که در پاییز و زمستان، از جنوب شرق. زمانی که سایه شاخص هنگام طلوع رو به غرب بود، خورشید در شرق طلوع می‌کرد و این نشان‌دهنده اعتدال بهاری بود، یعنی اواخر زمستان و اوایل بهار، یا اعتدال پاییزی که اواخر تابستان و اوایل پاییز بود. انقلابین تابستانی و زمستانی، روزهایی در سال هستند که سایه شاخص به ترتیب به کوتاه‌ترین و بلندترین حد خود می‌رسد. (ساعت آفتابی با شاخص فرق دارد: عقربه ساعت آفتابی، موازی با محور زمین است نه عمود بر آن، بنابراین سایه آن در هر ساعت از روز، در یک جهت مشخصی قرار می‌گیرد. این ویژگی باعث می‌شود تا ساعت آفتابی بیشتر یک ساعت باشد تا تقویم.)
اختراع شاخص، مثال خوبی است از ارتباط میان علم و فناوری. ساخت یک ابزار فنی به جهت اهداف علمی می‌تواند راه را برای اکتشافات بیشتر علمی، هموار کند. با کمک شاخص، محاسبه دقیق روزهای هر فصل، یعنی زمان بین یک اعتدالین تا انقلابین و از انقلابین تا اعتدالین بعدی، امکان‌پذیر شد. با کمک همین شاخص بود که اوکتمون[6]، ستاره‌شناس معاصر سقراط، کشف کرد که طول فصل‌های سال با یکدیگر برابر نیست. این موضوعی غیرمنتظره بود، چرا که در آن زمان تصور بر این بود که خورشید با سرعت ثابت در مداری به دور زمین در گردش است (یا زمین با سرعت ثابت به دور خورشید در گردش است) که این عامل باعث می‌شود که طول تمام فصول سال با یکدیگر برابر شود.
اخترشناسان، قرن‌ها به دنبال جوابی برای علت یکسان نبودن فصل‌ها بودند، ولی توضیح درست این موضوع به همراه جواب‌های دیگر درباره موارد غیرعادی تا قرن هفدهم، به دست نیامد. در این زمان بود که یوهان کپلر متوجه شد که زمین در مداری بیضوی و نه کاملاً دایره‌ای شکل، به دور خورشید می‌گردد و خود خورشید نیز نه در مرکز این مدار، بلکه در نقطه‌ای به نام کانون متمایل شده و با سرعتی در گردش است که این سرعت با نزدیک یا دور شدن زمین به خورشید، کم و زیاد می‌شود. گویا ماه هم مثل سایر ستارگان، هر شب از شرق به غرب، حول قطب شمال سماوی در گردش است. ماه نیز مثل خورشید، طی مدت زمان طولانی کمربند منطقه‌البروج را از غرب به شرق می‌پیماید. با این تفاوت که در مقابل یک سال خورشید، 27 روز برای ماه طول می‌کشد تا یک دور کامل در مقابل ستارگان پس‌زمینه بزند. از آن‌جا که خورشید در همان مسیر ولی خیلی آهسته‌تر، منطقه‌البروج را طی می‌کند، 5/29 روز طول می‌کشد تا ماه به مکان اول خود نسبت به خورشید برگردد (دقیقاً 29 روز و 12 ساعت و 44 دقیقه و 3 ثانیه). از آن‌جا که اهله ماه به موقعیت آن نسبت به خورشید بستگی دارد، به این 5/29 روز، ماه شمسی[7] می‌گویند که زمان بین یک ماه تا ماه بعدی، محسوب می‌شود. دانشمندان، قبلاً متوجه شدند که خسوف، هر 18 سال و زمانی که ماه به حالت کامل درآمده، رخ می‌دهد. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که مسیر ماه در گردش مقابل ستارگان پس‌زمینه با مسیر خورشید تلاقی پیدا می‌کند.[8] در بسیاری جهات، از ماه می‌توان به عنوان تقویم مناسب‌تری نسبت به خورشید استفاده کرد.اخترشناسان، قرن‌ها به دنبال جوابی برای علت یکسان نبودن فصل‌ها بودند، ولی توضیح درست این موضوع به همراه جواب‌های دیگر درباره موارد غیرعادی تا قرن هفدهم، به دست نیامد. در این زمان بود که یوهان کپلر متوجه شد که زمین در مداری بیضوی و نه کاملاً دایره‌ای شکل، به دور خورشید می‌گردد و خود خورشید نیز نه در مرکز این مدار، بلکه در نقطه‌ای به نام کانون متمایل شده و با سرعتی در گردش است که این سرعت با نزدیک یا دور شدن زمین به خورشید، کم و زیاد می‌شود. با مشاهده وضع ظاهری ماه در هر شب، می‌توان به طور تقریبی گفت که چند روز از ماه گذشته است. این کار در مقایسه با این‌که با نگاه کردن به خورشید، بگوییم چه موقع از سال است کار آسان‌تری است. به هر حال تقویم‌های قمری در دوران باستان بسیار رایج بودند و همچنان نیز برای اهداف مذهبی در اسلام، از آن‌ها استفاده می‌شود. البته برای مقاصد دیگری چون کشاورزی، دریانوردی یا جنگ می‌بایستی تغییرات فصلی را پیش‌بینی کرد که این کار نیز به کمک تقویم‌های خورشیدی انجام می‌گرفت. متأسفانه، تمام ماه‌های قمری در یک سال نمی‌گنجند، هر سال تقریباً 11 روز از دوازده ماه قمری بیشتر است؛ بنابراین تاریخ انقلابین یا اعتدالین در یک تقویم، بر اساس وضع ظاهری ماه، ثابت باقی نمی‌ماند. یک اشکال دیگر این است که خود یک سال نیز از روزهای کامل تشکیل نشده است. این مشکل باعث معرفی سالی به نام سال کبیسه در زمان ژولیوس سزار شد که هر چهار سال یک‌بار رخ می‌دهد. البته خود این موضوع نیز باعث بروز مشکلات جدیدتری شد. چرا که هر سال، دقیقاً 5/365 روز نیست، بلکه 11 دقیقه طولانی‌تر است. تلاش‌های فراوانی صورت گرفت تا تقویمی تهیه شود که تمامی این مسائل در آن در نظر گرفته شده باشد. یکی از کارهای بنیادی در این زمینه توسط متون[9] در سال 432 پیش از میلاد صورت گرفت، او یک ریاضیدان آتنی و از دستیاران اوکتمون بود. احتمالاً متون با کمک تعالیم بابلیان متوجه شد که هر 19 سال، تنها با دو ساعت اختلاف، دقیقاً با 235 ماه خورشیدی برابر است؛ بنابراین می‌توان به جای تقویمی یک ساله، یک تقویم 19 ساله تهیه کرد که هم موقع سال و هم وضعیت ظاهری ماه را به درستی برای هر روز تعریف کرده باشد و می‌توان این تقویم را هر 19 سال یک‌بار تکرار کرد. ولی هر چند هر 19 سال تقریباً مساوی با 235 ماه خورشیدی است، ولی باز هم یک سوم روز از 6940 روز کمتر است، بنابراین متون باید توضیح می‌داد که در هر دوره 19 ساله، یک روز باید از تقویم کم شود.
تلاش اخترشناسان مبنی بر تطابق میان تقویم خورشید و تقویم ماهیانه، در رویدادی به نام عید پاک نمود پیدا کرد. شورای شهر فنیقیه (شهری در شمال غرب آناتولی) در سال 325 پس از میلاد، مقرر کرد که عید پاک باید در اولین یکشنبه بعد از اولین ماه کامل در اعتدالین بهاری، جشن گرفته شود. در زمان پادشاهی تئودئوس اول برگزاری این عید در روز و یا تاریخ اشتباه مجازات شدیدی به همراه داشت. متأسفانه اعتدالین بهاری در نقاط مختلف زمین، در زمان‌های مختلف رخ می‌دهد.[10] برای اجتناب از برگزاری این جشن در روزهای مختلف، در مکان‌های مختلف، می‌بایستی یک تاریخ دقیق برای اعتدالین بهاری و همچنین برای اولین ماه کامل پس از آن تعریف می‌شد. کلیسای رومیان در اواخر عهد عتیق از چرخه متون[11] (تقویم ارائه شده توسط متون) برای این کار استفاده کرد، در‌حالی‌که جامعه رهبانی در ایرلند از تقویم قدیمی یهودی با چرخه 84 ساله بهره برد.
نزاعی که در قرن هفدهم پس از میلاد میان مبلغان رومی و راهبان ایرلندی مبنی بر اداره کلیسای انگلیسی در‌گرفت، به‌طور‌عمده به دلیل اختلاف بر سر تاریخ برگزاری عید پاک بود. تا رسیدن به دوره عصر جدید تهیه یک تقویم کامل، همواره دغدغه بزرگ ستاره‌شناسان بوده تا این‌که در سال 1582 در زیر سایه حمایت‌های پاپ گریگوری سیزدهم، تقویمی جامع تهیه شد که تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته است. برای محاسبه تاریخ عید پاک، اعتدالین بهاری، روز 21 مارس در نظر گرفته شد، ولی باز هم این با تاریخ عید پاک در تقویم ارائه شده توسط جولیان در غرب و نیز تقویم کلیسای اورتودوکس در شرق تفاوت داشت؛ بنابراین، امروزه نیز همچنان عید پاک در نقاط مختلف جهان، در تاریخ‌های مختلفی جشن گرفته می‌شود. هر چند اخترشناسی در دوران هلنی، کاربردهای مفیدی پیدا کرده بود، ولی افلاطون خیلی به آن اعتقاد نداشت. در کتاب جمهوری افلاطون، مراودات علمی زیادی میان سقراط و گلائکون[12] (فیلسوف یونانی و برادر بزرگ‌تر افلاطون) به چشم می‌خورد. سقراط عقیده داشت که اخترشناسی باید به پادشاهان تعلیم داده شود ولی نظر گلائکون این‌گونه بود: «به نظر من، تنها کشاورزان و دریانوردان نیستند که می‌بایستی به تغییرات فصول، ماه‌ها و روزهای سال حساس و آگاه باشند. این موضوع برای مقاصد نظامی نیز بسیار مهم است.» به نظر سقراط این ایده خیلی خام و ابتدایی بود. سقراط اهمیت اخترشناسی را این‌گونه بیان می‌کند: «مطالعه این اجسام باعث روشن و آگاه شدن بخش خاصی در ذهن می‌شود، بخشی که هزاران‌بار ارزشمندتر از چشمان انسان می‌باشد، چرا که تنها این بخش است که می‌تواند حقیقت واقعی را ببیند.» این غرور و افاده فکری در اسکندریه خیلی کمتر از آتن به چشم می‌خورد ولی می‌توان نمونه‌ای از این غرور فکری را در نوشته‌های فیلسوف اهل اسکندریه به نام فیلو در قرن اول پس از میلاد مشاهده کرد که می‌گوید: «آن‌چه که از طریق فکر به دست می‌آید، هزاران بار ارزشمندتر از هر چیزی است که توسط حواس بیرونی (حواس ظاهری) درک شود.» ولی خوشبختانه، به خاطر اهمیت نیازهای علمی، اخترشناسان آموختند که تنها به فکر و هوش خود اتکا نکنند.
 

نمایش پی نوشت ها:

[1] - Hesiod
[2] - Arcturus
[3] - Ithaka
[4] - Calypso
[5] - Gnomon
[6] - Ecutemon
[7] ـ به عبارت دقیق‌تر، این مدت را ماه شمسی سینودیکا می‌گویند. مدت زمان 27 روزه‌ای را که طول می‌کشد ماه نسبت به ستارگان ثابت به موقعیت اولیه خود برگردد ماه شمسی نجومی می‌گویند.
[8] ـ این اتفاق هر ماه رخ نمی‌دهد، چرا که صفحه مدار ماه به دور زمین، نسبت به صفحه مدار زمین به دور خورشید تا حدی انحراف دارد. ماه، هر دو ماه نجومی یک بار از صفحه مدار زمین عبور می‌کند، ولی خسوف زمانی رخ می‌دهد که در هنگام ماه کامل، زمین بین خورشید و ماه قرار بگیرد که این اتفاق هم هر 18 سال یک بار رخ می‌دهد.
[9] - Meton
[10] ـ اعتدالین زمانی است که خورشید در مسیر حرکتی خود از مقابل ستارگان پس‌زمینه، از استوای سماوی عبور می‌کند. (به عبارت امروزی، اعتدالین زمانی است که خط میان زمین و خورشید، بر محور زمین عمود باشد). این لحظه در نقاط مختلف زمین، در زمان‌های مختلفی از روز اتفاق می‌افتد؛ بنابراین، میان گزارش‌های مشاهده عتدالین، ممکن است تا یک روز اختلاف زمانی وجود داشته باشد. مشاهدات وضع ظاهری ماه نیز همین‌گونه است.
[11] - Metonic cycle
[12] - Glaucon

منبع: کتاب در تبیین جهان، کنکاشی در پیشرفت و تکوین علوم جدید؛ استیون واینبرگ؛ مترجمان: یاشار مجتهدزاده، امیرنظام امیری؛ انتشارات سبزان، 1396.