معماي كيهاني

معماي كيهاني با پيشرفت روزافزون علم رازهاي كيهان برملا مي شود.

يك بار ديگر ثابت شد كه ما آن گونه كه گمان مي كنيم، عالم را نمي شناسيم. اخترشناسان اخيراً كشف كرده اند كه پيش از اين، دو - سوم ستاره هاي عالم را به حساب نياورده بوديم. بيشتر اين ستاره ها از نوع كوتوله هاي سرخي هستند كه در دل کهکشان هاي بيضوي پنهان اند. کوتوله هاي سرخ بسيار
كم نورند و نمي توان آن ها را در كهكشان هاي دوردست ديد بنابراين اخترشناسان فرض كرده بودند كه تعداد كوتوله هاي سرخ موجود در كهكشان هاي عظيم بيضوي با تعداد آن ها در قرص كهكشان راه شيري برابر است در حالي كه كهكشان راه شيري مارپيچي است و اين فرض اشتباه بود.
پيتر فن دُكِم از دانشگاه ييل و چارلي كانروي از مركز اخترفيزيك اسميتسوني براي بررسي بيشتر اين موضوع در پي تهيه ي طيف هاي دقيقي از كهكشان هاي بيضوي برآمدند. آن ها با تلسكوپ كك 1 در موناكي توانستند طيف هشت كهكشان برجرم بيضوي صورت فلكي سنبله و خوشه ي كهكشاني گيسو را بگيرند. اين طيف ها دو مشخصه ي مخصوص كوتوله هاي سرخ را آشكار مي كنند كه جرم شان از يك - سوم جرم خورشيد كم تر است. با بررسي داده هاي به دست آمده درمي يابيم كه تعداد اين ستاره ها در كهكشان هاي بيضوي 20 برابر كهكشان راه شيري است؛ نتيجه اي شگفت انگيز كه ديد ما را نسبت به تعداد ستاره هاي عالم كاملاً دگرگون كرد. با توجه به اين نتيجه، تعداد ستاره ها به سه برابر افزايش يافت. بنابراين تعداد ستاره هاي موجود دركيهان كه براي رصدگران مشاهده پذير است 10×3 به توان 23 ستاره تخمين زده شد. تعداد زياد اين كوتوله هاي سرخ كه به تازگي حضورشان در كهكشان هاي بيضوي كشف شده است نشان مي دهد كه كهكشان هاي بيضوي ماده ي تاريك كم تري نسبت به آن چه پيش بيني شده بود دارند. جرم ماده ي تاريك از حاصل تفريق جرم اجرام شناخته شده از جرم گرانشي كهكشان ها به دست مي آيد. كانروي مي گويد: «اكنون ما با روش مشابه در حال رصد خوشه هاي كروي هستيم.» به نظر مي آيد خوشه هاي ستاره اي كروي همان نوع ستاره هايي را داشته باشند كه در كهكشان هاي بيضوي نيز وجود دارد.

سيارات فراخورشيدي
 

اكنون تعداد سيارات فراخورشيدي به بيش از 500 سياره مي رسد و احتمال مي رود با انتشار داده هاي فضاپيماي كپلر كه در پي سيارات فراخورشيدي است تعداد اين سيارات از 1000 تا هم بيشتر مي شود. اما گذشته از اين اعداد و ارقام، محققان در حال بررسي اين سيارات هستند تا بدانند آن ها از چه اجزايي تشكيل شده اند. براي مثال سياره ي WASP -12b را در نظر بگيريد. اين سياره ي فراخورشيدي سه سال پيش هنگام گذر از جلوي ستاره ي ميزبانش كشف شد. ستاره ي ميزبان در صورت فلكي ارابه ران است و 1200 سال نوري از ما فاصله دارد. ستاره اي كه بسيار بزرگ تر و داغ تر از خورشيد است. سياره ي WASP-12b بسيار به ستاره اش نزديك است به همين علت فقط، در هر 26 ساعت يك بار، به دور ستاره اش مي گردد. دماي سطح WASP-12b بايد حداقل 2600 كلوين باشد و آن قدر داغ است كه به شدت مي درخشد. به همين سبب اخترشناسان مي تواند پيش و پس از اختفاي سياره پشت ستاره ي ميزبان آن را در طول موج هاي فروسرخ اندازه گيري كنند. سپس اندازه هاي به دست آمده را از يكديگر كم كنند و روشنايي خالص سياره را به دست مي آورند. گروهي با تلسكوپي فضايي اسپيترز اين اندازه ها را در چهار طول موج گوناگون به دست آوردند و آن ها را با سه تاي ديگر (1/2، 1/6 و 1/2 ميكرون) تركيب و اخيراً منتشر كردند. همين كافي بود تا الگويي مناسب از نمونه ي اصلي به دست بياورند اما موفق به گرفتن طيف از تابش فروسرخ سياره نشدند. اخترشناسان گزارشي را ازتحليل طيف هاي جذبي اين سياره در وب گاه نيچر منتشر كردند. در اين گزارش از وجود عناصري مانند متان، مونواكسيدكربن و بخار آب خبر داده شده بود. تركيب هاي CO,CH4 و H2O به طور حتم درصد كمي از جوّ سياره را تشكيل مي دهند و بيشتر آن از گازهاي هليوم و هيدروژن است. آن ها در گزارش خود نوشته اند كه اين سياره آب چنداني ندارد اما پر از گاز متان است و اين نشان مي دهد كه در اين سياره نسبت كربن به اكسيژن به طور غيرمنتظره اي زياد است (بيش از 1). اين فراواني كربن كليد فهم مبداء و تحول سياره ي WASP-12b است. درون اين سياره به جاي عناصر سنگي مانند سيليكات ها، كربن وجود دارد. هسته اي غني كه احتمالاً در آن موادي مانند كاربيد، گرافيت يا الماس به وفور وجود دارد. علاوه بر اين، به نظر نمي آيد كه بخشي از سياره كه روز است داغ تر از روي شب آن باشد، احتمالاً جو سياره مورد تهاجم بادهاي سهمگين قرار مي گيرد و به اين ترتيب گرما، پيرامون سياره پخش مي شود.

حلقه هاي پراهميت زحل
 

از يك محقق سيارات بخواهيد كه شگفت انگيزترين موضوعات منظومه ي شمسي را براي تان فهرست كند. خواهيد ديد كه حلقه هاي زحل يكي از آنها خواهد بود. ما هنوز نمي دانيم كه چگونه، چه زماني و چرا اين حلقه ها به وجود آمدند. كتاب هاي نجومي معمولاً دو احتمال را مطرح مي كنند؛ يكي اين كه قمري به سبب نيروهاي كشندي متلاشي و به خرده سنگ تبديل شده باشد و ديگر آن كه همان نيروهاي كشندي مانع از شكل گيري قمري بزرگ از خرده سنگ هاي موجود در قرص اطراف زحل شده اند. اگر كتابي واقعاً عالي باشد احتمال سومي را هم مطرح مي كند؛ نظريه اي كه حدود 20 سال پيش مطرح شد. بر طبق آن، هنگامي كه زحل در حال شكل گيري بود دنباله دار پرجرمي از نزديكي آن گذشت و آن قدر از آن مواد يخي جدا شد تا حلقه هاي زحل شكل گرفتند.
اما در واقع هيچ كدام از اين احتمال ها به كار نيامدند. مدارگرد كاسيني پس از شش سال تحقيق و بررسي، مُهر تاييدي بر نظريه اي زد كه رصدگران فروسرخ در سال 1990/1369 به آن رسيده بودند. اين نظريه بيان مي كند كه همه ي حلقه ي تقريباً از جنس يخ آب است. در واقع پس از برخوردهايي كه شهاب سنگ ها با زحل داشتند با گذشت زمان اين اجرام دور اين سياره را فراگرفتند. آن ها در حين شكل گيري از جنس يخ خالص بودند.
ساختار بيشتر قمرها و اجرام كوچك در منظومه ي شمسي بيروني نيمي از يخ و نيمي از سنگ است. بنابراين چگونه ممكن است قمري خُرد شود بدون اين كه كوچك ترين جرم يا صخره اي به حلقه ي زحل اضافه شود؟ رابين كانوپ پاسخ اين پرسش را مي دهد و مي گويد اگر با دقت تجزيه شوند، امكان روي دادن چنين حالتي بعيد نيست. اگر خوب متوجه شويد كه پس از شكل گيري قمرهاي زحل چه اتفاقي براي شان مي افتد و اين كه برخلاف مشتري، زحل فقط يک قمر بزرگ دارد (تيتان) شايد اين نظريه براي تان منطقي به نظر برسد. كانوپ مي گويد كه بيشتر قمرهاي زحل به درون سياره كشيده و بلعيده شده اند. همان طور كه در بدو شكل گيري منظومه ي شمسي سيارات بزرگ به سوي خورشيد جذب مي شوند. سياره اي كه تقريباً هم اندازه ي تيتان باشد و به زحل نزديك شود دمايش به علت نيروهاي كشندي افزايش خواهد يافت و داغ مي شود و سبب مي شود يخ هايش آب شوند و اجرام سنگي به سوي هسته پايين بروند. هرچه اين اجرام بيشتر به داخل آن سياره فرو بروند، سياره ي بد اقبال با گذر از حد رُش، با نيروهاي كشندي زحل خرد مي شود. هوشمندي مدل كانوپ در اين جاست كه بيان مي كند: حد رُش اجرام سنگي به سيارات بسيار نزديك تر است تا به اجرام يخي. زيرا سنگ چگال تر است و باعث مي شود تا گرانش اش ساختار سنگي اش را محكم در كنار يكديگر نگه دارد. بنابراين هنگامي كه سطح بيروني يخي قمر از آن جدا مي شود و به سوي حلقه جب مي شود هسته ي سنگي سالم باقي مي ماند و سرانجام جذب زحل مي شود. همين پديده بسياري از يخ هاي موجود در زحل را پديد آورده است. شايد بيش از هزار برابر آن چيزي كه اكنون با آن روبه رو هستيم. اما اين مشكل نيست.
از آن جايي كه حلقه ها تمايل دارند اجرام سنگي خود را پراكنده كنند بسياري از اين تكه ها به سوي زحل مي روند و بسياري ديگر فراتر از حد رُش مي روند، جايي كه مي توانند به هم بپيوندند و قمري يخي تشكيل دهند. براي مثال، تيتيس، 1066 كيلومتر پهنا دارد و بخش عمده اي از جرم آن يخ خالص است. به گفته ي متخصصان فرانسوي: «اين نخستين باري است كه نظريه ي كانوپ مدلي منطقي درباره ي چگونگي شكل گيري حلقه ها و قمرهاي زحل ارايه مي دهد». اگر نظر او درست باشد حلقه هاي زحل حدود چهار و نيم ميليارد سال سن دارند. اما كشش گرانشي مداوم ميان حلقه ها و قمرهاي كوچك، مانند اطلس، اين بحث را پديد مي آورد كه حلقه ها به تازگي مثلاً زماني حدود 500 ميليون سال پيش شكل گرفته اند.
اگرچه اين مجموع پرجرم تر از آن است كه قبلاً تصور مي شد اما شهاب سنگ هاي يخ هاي خالص حلقه ها را حدود 100 ميليون سال پيش نابود كرده اند. با صرف زمان بيشتر و كمي شانس اطلاعات كاسيني به دانشمندان اين فرصت را مي دهد تا مقدار سنگ ريزه هايي را كه شهاب سنگ ها به حلقه ها اضافه كرده اند و مقدار جرم حلقه ها را با دقت خوبي تخمين بزنند.

شكست اكاتسوكي در گردش به دور زهره
 

پانزده آذر 1389، كاوشگر نيم تني ژاپني، آكاتسوكي، كه رسما به نام مدار گرد هواشناسي زهره شناخته مي شود هنگامي كه از كنار زهره مي گذشت نتوانست در مدار آن قرار بگيرد. طبق برنامه ي زماني از پيش تعيين شده، قرار بود موشك حامل فضاپيما به مدت 9 دقيقه، نيروي پيش برنده را تامين كند اما در دقيقه ي سوم، موتور موشك به طور ناگهاني خاموش شد و نتوانست در مدار زهره قرار بگيرد. اگرچه آكاتسوكي سالم ماند اما در مدار جديدي به دور خورشيد قرار گرفته است كه او را تا شش سال ديگر به نزديكي زهره نخواهد رساند و پس از آن نيز در مسيري قرار دارد كه بايد 3/7 ميليون كيلومتر فاصله را كم كند تا به نزديك زهره برسد. به گفته ي مدير پروژه، ماساتو ناكامورا، اين كاوشگر به اندازه ي كافي سوخت دارد تا اين فاصله را كم كند و بار ديگر براي قرار گرفتن در مدار زهره تلاش كند. اما اگر دهانه ي خروجي موتور آكاتسوكي همان طور كه مهندسان انتظار دارند خراب شود اين كار ناممكن خواهد بود. آكاتسوكي قرار بود از بالاي ابرهاي سطحي زهره به بررسي جوّ آن بپردازد. پروژه ي علمي آن بررسي هاي اطلاعات كاوشگر ونوس اكسپرس، متعلق به سازمان فضايي اروپا، را تكميل مي كرد. ونوس اكسپرس از سال 2006/1385 در مداري به دور زهره مي گردد.

تحقيق هاي نجومي بيشتر
 

هنوز انسان با روش هاي عادي و معمولي، رايانه ها را به كار مي گيرد. براي مثال كهكشان هاي كم نور را بر اساس شكل هاي مبهم و نامنظم آن ها و بر اساس اجرام جالبي كه در تصويرهاي بزرگ و عميق از كهكشان ها پيدا مي شوند، طبقه بندي مي كند. به همين علت اخترشناسان هزاران داوطلب را بسيج كرده اند، تا از خانه تصويرهايي را كه هرگز بررسي نشده اند يا به احتمال قوي هيچ كس آن ها را تا به حال نديده است بررسي كنند. ناسا كساني را به كار گرفته است تا بايگاني تصاويري از مريخ را كه با كيفيت عالي - بعضي با تفكيك جزئيات درحد يك متر- گرفته شده است را براي يافتن ويژگي هاي زمين شناختي بررسي كنند. همچنين از 26 هزار داوطلب خانگي خواسته است تا نقاط ميكروسكوپي غبار دنباله دار را در هَواژِلي (دود جامد) كه كپسول استارداست برمي گرداند پيدا كنند.
تلاش اِستارداست، پروژه ي گلكسي زو را نيز تحت تاثيرخود قرار داد و اين پروژه هم از كاربران خانگي كمك مي گيرد تا در تصاوير ديجيتالي عميق و گسترده آسمان، ابونواخترهاي كم نور را پيدا كنند و كهكشان ها را بر اساس دسته بندي هابل طبقه بندي كنند. پروژه ي راه شيري و شكار سياره ها دو طرح اخير زونيورس هستند. داوطلب ها شكل هاي حباب مانند را در تصويرهاي تلسكوپ فضايي اسپيترز پيدا و مشخص مي كنند. اين تصويرها براي بررسي آسمان در نور فروسرخ براي پروژه ي گليمپس 2 گرفته شده اند. كاربران براي مشخص كردن شكل ها و اندازه ها با ابزارهاي گرافيكي روي تصوير علامت مي زنند. مي توان با نقطه گذاري و علامت گذاري، مناطق گازي، خوشه هاي ستاره اي كوچك، و ديگر مكان هاي تولد ستاره ها را در كهكشان راه شيري مشخص كرد. زماني كه اين پروژه عمومي شد گروه زونيوِرس (با 354 هزار عضو) به سرعت 50 هزار حباب را در تصويرها مشخص كردند. پروژه ي گيلمپس بيش از 4،400،000 تصوير در نور فروسرخ در اختيار دارد كه 85 درصد از كهكشان راه شيري را در بر مي گيرد.
داوطلبان به دنبال الگوهاي تكراري در ميان بي نظمي هستند كه شايد در مرحله ي تحليل با كامپيوتر از قلم افتاده اند. احتمال كمي هست كه الگوهاي تكراري پيدا شوند زيرا مغز انسان براي يافتن موارد تصادفي با ديدن الگوهايي كه وجود ندارند، مناسب نيست. به گفته ي دِبرا فيشر، محقق سياره هاي فراخورشيدي در دانشگاه ييل: «شكار سياره ها تجربه اي است كه كسب مي كنيم، گويا ما به دنبال سوزني در انبار كاه هستيم.»

گسترش تحقيق هاي آماتوري
 

بررسي تصويرهاي ديگران يك چيز است و اين كه خودتان رصدهاي تحقيقي كنيد چيزي ديگري است. بيش از 100 منجم آماتور و حرفه اي مجذوب تحقيق هاي جدي آماتورهاي سخت كوش و سمجي هستند كه با ابزارهاي جديد به تحقيق مي پردازند. براي مثال در نشست «دانش تلسكوپ» كه هر سال در كاليفورنيا برگزار مي شود آماتورها منحني هاي نوري بسيار دقيقي از سيارك ها و ستاره هاي متغير ارايه دادند. اين منحني ها با چند روش به دست آمده بودند: 1- با فيلم برداري از اختفاي سيارك ها، مقابله ي قمرهاي مشتري و شهاب سنگ ها 2- طيف سنجي گرفت ها و تپش هاي ستاره هاي متغير 3- قطب سنجي نور براي آزمايش پراكندگي نور مواد داخل يا اطراف اجرام سماوي. در نشست اخير، ستاره ي دوتايي گرفتي اپسيلون ارابه ران توجه ويژه اي را به خود جلب كرد. اطلاعاتي جديد از طيف سنجي گرفت دو ساله ي اين ستاره ارائه شد كه به حلقه هايي در قرص تاريك همدم آن اشاره دارد. در واقع همين قرص تاريك است كه باعث گرفت مي شود.
طبق نظر حرفه اي ها پروژه هاي تحقيقي ديگري هم هستند كه نياز به توجه آماتورها دارند مانند منحني نوري سيارك ها، نورسنجي سريع از نواخترهاي قديمي و ديگر تحول ها در ستاره هاي متغير. در كارگاه، سخنراني هايي درباره ي ابزارها و تكينك هاي طيف سنجي با تلسكوپ هاي كوچك ارايه شد (مانند ثبت تغييرات خط هاي نشري ستاره هاي نوع B) و شركت كنندگان با نكاتي از ازارهاي جديد آشنا شدند. رشد و پيشرفت چنين برنامه هايي به گسترش تحقيق هاي آماتوري كمك مي كند.

واژه نامه
 

حد رُش...
... فاصله اي را مي گويند كه هر جرمي در اين فاصله تحت تاثير نيروي هاي كشندي جرم بزرگ تر خرد مي شود زيرا نيروهاي كشندي بر نيروي گرانش ميان ذرات جرم كوچك تر غلبه مي كنند. در اين فاصله موادي كه به دور جرم مي گردند پراكنده مي شوند و تشكيل حلقه مي دهند و خارج از آن مواد با هم ادغام مي شوند...
MIPSGAL...
... و گليمپس، پروژه هايي اند كه در آن ها، دانشمندان با تلسكوپ فضايي اسپيترز به بررسي صفحه ي كهكشان راه شيري مي پردازند تا همه ي مناطق شكل گيري و تولد ستاره ها را مشخص كنند و نقشه اي از ميزان توزيع غبار در كهكشان راه شيري به دست آورند
هواژل يا دود جامد...
... سبك ترين ماده جامد توليدي شناخته شده در جهان است كه چگالي سبك ترين نمونه ي ساخته شده ي آن فقط سه برابر هواست. ويژگي منحصر به فرد اين ماده آن را به يكي از پركاربردترين مواد به كار رفته در ماموريت هاي فضايي تبديل كرده است. براي مثال ناسا از هواژل براي جلوگيري از يخ زدگي مريخ نوردها استفاده كرد. هم چنين اين ماده براي گرد آوري ذرات كيهاني در فضا بسيار مناسب است و در ماموريت استارداست از آن براي جمع آوري مواد موجود در هاله ي پيرامون دنباله دارها استفاده شد.
توضيح عکس:
در اين تصوير خيالي منظومه ي سياره ي WASP- b12 و ستاره ي ميزبانش به نمايش در آمده است. اين سياره ي بزرگ که به رنگ نارنجي در جلوي تصوير ديده مي شود بسيار به ستاره ي خود نزديک است. همين سبب شده است تا شکلي تخم مرغي پيدا کند.

* خوشه ي کهکشاني Abell S.740 زير سلطه ي يک کهکشان عظيم بيضوي قرار گرفته است . به نظر مي آيد کهکشان هاي بيضوي مملو از کوتوله هاي سرخ اند که پيش از اين ديده نمي شدند.

*تصويري خيالي از سيارات بد اقبالي که بر اثر نيروهاي کشندي زحل به خرده سنگ هاي يخي تبديل شده اند.

* تصويري خيالي از فضا پيماي بدشناس آکاتسوکي

* نمايي از صفحه ي وبگاه Galaxy Zoo که داوطلبان در آن مي توانند در دسته بندي کردن کهکشان هاي عکاسي شده با تلسکوپ هاي غول پيکر زمين و فضايي همکاري کنند.

منبع: نجوم شماره 210.