اخترشناسی

ستاره‌شناسی یا اخترشناسی علم اشیاء آسمانی (مانند ستارگان، سیارات، ستاره‌های دنباله‌دار‎، کهکشان‌ها و پدیده‌هایی است که منشاء آنها در خارج از جو زمین است (مانند پدیده شفق قطبی و تشعشعات پس زمینه‌ای فضا). این رشته با رشته‌هایی مانند فیزیک، شیمی و فیزیک حرکت ارتباط تنگاتنگ دارد و همچنین با رشته فضاشناسی فیزیکی (پیدایش و تکامل جهان) ارتباط نزدیکی دارد. اخترشناسی یکی از قدیمی‌ترین علوم است. ستاره شناسان در تمدن‌های اولیه بشری به دقت آسمان شب را بررسی می‌کردند و ابزارهای ساده ستاره‌شناسی از همان ابتدا شناخته شده بودند. با اختراع تلسکوپ، تحولی عظیم در این رشته ایجاد شد و دوران ستاره‌شناسی جدید آغاز گردید.

در قرن ۲۰، رشته اخترشناسی به دو رشته اخترشناسی شهودی و فیزیک کیهان نظری تبدیل شد. در اخترشناسی شهودی به دنبال جمع آوری داده‌ها و پردازش آنها و همچنین ساخت و نگهداری ابزارهای اخترشناسی هستیم. در فیزیک کیهان نظری به دنبال کسب اطمینان از صحت نتایج به دست آمده از مدل‌های تحلیلی و تحلیل‌های کامپیوتری هستیم. این دو رشته در کنار یکدیگر رشته‌های کامل را ایجاد می‌کنند که اخترشناسی نظری نام دارد و به دنبال توصیف یافته‌های شهودی است. با استفاده از یافته‌های اخترشناسی می‌توان نظریه‌های بنیادین فیزیک مانند نظریه نسبیت عام را آزمایش کرد. در طول تاریخ، اخترشناسان آماتور در بسیاری از کشف‌های مهم ستاره‌شناسی نقش داشته‌اند و اخترشناسی یکی از محدود رشته‌هایی است که در آن افراد آماتور نقشی بسیار فعال دارند و مخصوصاً در کشف و مشاهده پدیده‌های گذرا و محلی امیدوارکننده ظاهر شده‌اند. علم ستاره‌شناسی مدرن را نباید با علم احکام نجوم (طالع بینی) مقایسه کنید چرا که در طالع بینی اعتقاد بر آن است که امور انسان‌ها با موقعیت اشیاء سماوی در ارتباط است. اگرچه اخترشناسی و طالع‌بینی دو رشته‌ای هستند که منشأ یکسانی دارند اما اغلب متفکران بر این باورند که این دو رشته از هم جدا شده‌اند وتفاوت‌های بسیاری بین آنها وجود دارد...

تعداد آسمانها

از قرنهای چهارم تا ششم پیش از میلاد مسیح، اخترشناسان یونانی پی بردند که باید بیشتر از یک سایبان (آسمان) وجود داشته باشد. چون اوضاع نسبی ستارگان ثابت، که حول زمین حرکت می‌کنند، ظاهرا تغییری نمی‌کند، اما اوضاع نسبی خورشید، ماه و پنج جسم درخشان ستاره مانند که امروزه سیارات عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل می‌گویند) تغییر می‌کنند. در قرآن مجید نیز، جایی که صحبت از حقیقت آسمان می‌کند، لفظ آسمان‌های هفتگانه بکار برده می‌شود. روشهای مختلف اندازه گیری فواصل کیهانی در حدود صد و پنجاه سال پیش از میلاد، هیپارکوس، فاصله زمین تا ماه را بر حسب قطر زمین بدست آورد. وی روشی را بکار برد که یک قرن پیش از او، بوسیله جسورترین اخترشناس یونانی آریستارکوس، پیشنهاد شده بود. آریستاکوس متوجه شده بود که انحنای سایه زمین، وقتی که از ماه می‌گذرد، باید ابعاد نسبی زمین تا ماه را نشان دهد. با پذیرش این نظر و به کمک روشهای هندسی می‌توان فاصله زمین تا ماه را بر حسب قطر زمین محاسبه کرد.برای تعیین فاصله خورشید نیز، آریستاکوس، یک روش هندسی را بکار برد که از نظر تئوری درست بود. اما نیاز به اندازه گیری زاویه‌هایی چنان کوچک داشت که جز با استفاده از وسایل امروزی ممکن نبود. هر چند که ارقام وی درست نبود، اما او نتیجه گرفت که خورشید حداقل باید هفت برابر بزرگتر از زمین باشد و لذا گردش خورشید به دور زمین که در آن زمان رایج بود، غیر منطقی دانست.ستاره‌شناسان بعدی حرکات اجرام آسمانی را بر مبنای این نظریه مورد مطالعه قرار دادند که زمین ساکن است و در مرکز عالم قرار دارد. نفوذ و سلطه این نظریه تا سال ۱۵۴۳، یعنی تا زمانی که کوپرنیک کتاب خود را منتشر کرد و با پذیرش عقیده آریستاکوس، زمین را برای همیشه از مرکز جهان بودن بیرون راند، حاکم بود.یکی دیگر از روشهایی که با آن می‌توان فاصله‌های کیهانی را محاسبه کرد، استفاده از روش اختلاف منظر است.روش دیگر استفاده از مثلثات است. بطلیموس با استفاده از مثلثات توانست فاصله راه را از روی اختلاف منظر آن تعیین کند و نتیجه‌اش با رقم پیشین، که بوسیله هیپارکوس بدست آمده بود، تطبیق می‌کرد.البته امروزه روشهای مختلف دیگری که خیلی دقیقتر از روشهای فوق است، فاصله خورشید از زمین بطور متوسط تقریبا، برابر ۵‚۱۴۹ میلیون کیلومتر است. این فاصله میانگین را واحد نجومی (با علامت اختصاری A.U) می‌نامند و فاصله‌های دیگر منظومه خورشیدی را با این واحد می‌سنجند.

سیر تحولی و رشد

با گسترش روز افزون علم و ساخت تلسکوپهای دقیق، دانشمندان، در اندازه گیری ابعاد جهان روز به روز به نتایج جدیدتری نائل می‌شدند. با ساخته شدن و گسترش این وسایل اندازه گیری، دید بشر نسبت به جهان نیز تغییر یافت. به عنوان مثال با چشم غیر مسلح تقریبا می‌توانیم در حدود ۶ هزار ستاره را ببینیم، اما اختراع تلسکوپ ناگهان آشکار کرد که این فقط جزیی از جهان است.هر چند با بوجود آمدن وسایل دقیق اندازه گیری، دانش نیز نسبت به جهان هستی، گسترش پیدا می‌کرد، اما نظریه‌های مختلفی توسط دانشمندان ارائه می‌گردد. از جمله دانشمندانی که نسبت به ارایه این نظریه‌ها اقدام کردند می‌توان به ویلیام هرشل (Wiliam Herschel)، ستاره‌شناس آلمانی‌تبار انگلیسی یا کوبوس کورنلیس کاپیتن (Jacobus cornelis kapteyn)، اخترشناس هلندی، شارل مسیر (Charles Messier) و هابل و … اشاره کرد. پایان جهان کجاست؟ سرانجام بعد از تحقیقات گسترده توسط پیچیده‌ترین تلسکوپها، دانشمندان دریافتند که:

غیر از کهکشان ما، کهکشانهای دیگری نیز وجود دارد. کهکشانهایی وجود دارند که جرم آنها بیشتر از کهکشان ماست. بر اساس مقیاس جدید فاصله‌ها، سن زمین حد اقل ۵ میلیارد سال است و این حد با حدسیات زمین شناسان در مورد سن زمین مطابقت دارد.همچنین تلسکوپهای جدید وجود خوشه‌های کهکشانی را نشان می‌دهد. کهکشان ما نیز ظاهرا جزیی از یک خوشه محلی است که شامل ابرهای ماژلان، کهکشان امرأة المسلسله و سه‌ها، کهکشان کوچک نزدیک آن و چند کهکشان کوچک دیگر هست که روی هم رفته نوزده عضو را تشکیل می‌دهند.اگر کهکشانها خوشه‌ها را و خوشه‌ها نیز خوشه‌های بزرگتری را تشکیل می‌دهند، آیا می‌توان گفت که جهان و به تبع آن فضا، تا بینهایت گسترده شده است؟ یا اینکه چرا برای جهان و چه برای فضا انتهایی وجود ندارد؟ در هر حال، دانشمندان با وجود اینکه با تخمین می‌توانند تا فاصله ۹ میلیارد سال نوری، چیزهایی را تشخیص دهند، ولی هنوز هم نشانه‌ای از پایان جهان پیدا نکرده‌اند.

انقلاب علمی

طی دوران رنسانس، نیکلاس کوپرنیک مدل خورشید محوری را برای سامانه خورشیدی (منظومه شمسی) پیشنهاد کرد. گالیلئو گالیله و ژوهانس کپلر پیشنهاد وی را بسط داده و آن را اصلاح کردند. گالیله تلسکوپ را اختراع کرد تا بتواند مشاهدات خود را به صورت دقیق تری انجام دهد.کپلر اولین کسی بود که با بیان اینکه خورشید در مرکز قرار دارد و بقیه سیاره‌ها به دور آن می‌چرخند مدل تقریباً کاملی را ارائه کرد. با این وجود کپلر نتوانست برای قوانینی که ارائه نمود نظریه‌ای تهیه کند. در نهایت ایزاک نیوتن با ارائه قوانین حرکت اجرام سماوی و قانون گرانش حرکت سیاره‌ها را توصیف کرد. نیوتن مخترع تلسکوپ انعکاسی است.کشفیات جدید باعث شد که ابعاد و کیفیت تلسکوپ بهبود بیابد. نیکلاس لوییس لاسیل نقشه‌های بیشتری از موقعیت ستارگان در فضا را ارائه نمود. ویلیام هرشل نقشه گسترده‌ای از خوشه‌های سماوی و تهیه کرد و در سال ۱۷۸۱ توانست سیاره اورانوس را کشف کند که اولین سیاره کشف شده توسط انسان محسوب می‌شود. در سال ۱۸۳۷ برای اولین بار فردریش بسل فاصله ستاره ۶۱ دجاجه را مشخص کرد. در قرن نوزدهم میلادی، توجه دانشمندانی چون لئونارد اولر، الکسیس کلاد کلایرات و جین دالمبرت به مسئله سه جسمی باعث شد پیش بینی‌های دقیق تری در مورد حرکت ماه و ستارگان انجام شود. ژوزف لوییس لاگرانژ و پیرسیمون لاپلاس این کار را تکمیل کردند و میزان انحراف اقمار و سیاره‌ها از وضعیت اصلی‌شان را تخمین زدند.با اختراع طیف نگار و عکاسی افق‌های جدیدی به روی اخترشناسی باز شد. در طی سال‌های ۱۸۱۴ و ۱۸۱۵ ژوزف وان فرانوفر در طیف نور خورشید حدود ۶۰۰ نوار را مشاهده کرد و در سال ۱۸۵۹، گوستاو کیرشهف این نوارها را به حضور عناصر مختلف در جو خورشید نسبت داد. معلوم شد که بقیه ستارگان به ستاره منظومه شمسی (خورشید) شباهت زیادی دارند اما در ابعاد مختلف و با دماها و عناصر درونی متفاوتی دیده می‌شوند . قرار داشتن زمین در کهکشان راه شیری، به عنوان مجموعه‌ای از ستاره‌ها و سیاره‌ها، در قرن بیستم کشف گردید و هم‌زمان وجود دیگر کهکشان‌های خارجی در فضا تأیید شد و بلافاصله پدیده انبساط عالم عامل اصلی وجود فاصله زیاد بین زمین و دیگر کهکشان‌ها اعلام شد.همچنین در اخترشناسی مدرن وجود اجرام خارجی زیادی مانند اختر نماها، و کهکشان‌های رادیویی را تأیید کرد و با استفاده از این مشاهدات نظریه‌های فیزیکی ارائه نمود که برخی از آنها این اجرام را براساس اجرام دیگر مانند ستاره‌های نوترونی و سیاه چاله‌ها توصیف می‌کنند. کیهان‌شناسی فیزیکی در طی قرن ۲۰ میلادی پیشرفتهای زیادی را تجربه کرد و نظریه مهبانگ (بیگ بنگ یا انفجار بزرگ) براساس شواهد کشف شده در علوم اخترشناسی و فیزیک مانند تشعشعات پس زمینه‌ای مایکرویو کیهانی، قانون هابل و تشکیل هسته مهبانگ قوت یافت.

اخترشناسی خورشید

خورشید ستاره‌ای است که بیشترین تحقیقات علمی بر روی آن تمرکز یافته‌است. خورشید یکی از توالی‌های اصلی ستاره‌های کوتوله طبقه ستارگان G2V است که حدود ۶/۴ میلیارد سال عمر دارد. خورشید ستاره‌ای متغیر نیست اما در چرخه فعالیت آن تغییرات متناوبی صورت می‌گیرد که به حلقه نقطه‌ای خورشیدی معروف است. در واقع در هر ۱۱ سال در تعداد لکه‌های خورشیدی نوساناتی رخ می‌دهد. لکه هایخورشیدی نواحی هستند که در آنها دما کمتر از دمای میانگین خورشید است و فعالیت‌های مغناطیسی شدیدی در این مکان‌ها رخ می‌دهد.میزان درخشندگی خورشید با افزایش عمر آن افزایش یافته‌است و از زمانی که به یک ستاره توالی اصلی تبدیل شد تاکنون به درخشندگی آن ۴۰ درصد افزوده شده‌است. همچنین در درخشندگی خورشید تغییراتی ایجاد می‌شود که اثرات قابل ملاحظه‌ای بر کره زمین دارد. کمینه ماندر، باعث ایجاد پدیده عصر یخبندان کوچک در قرون وسطی شده‌است.سطح خارجی خورشید را نورسپهر گویند. در قسمت بالایی این لایه منطقه‌ای با نام کروموسفر قرار دارد. این ناحیه هم توسط یک ناحیه گذرا که دمای آن به سرعت افزایش می‌یابد احاطه شده و در نهایت تاج‌های بسیار داغ و گدازنده خورشید قرار دارند.در مرکز خورشید، دما و فشار کافی برای وقوع پدیده جوش هسته‌ای وجود دارد. در بالای این هسته، ناحیه‌ای به نام ناحیه تشعشع قرار دارد که در آن ماده پلاسما انرژی را با استفاده از تشعشات منتقل می‌کند. لایه بعدی ناحیه همرفت است که در آن ماده گازی شکل انرژی را با استفاده از جابجایی فیزیکی گاز منتقل می‌کند. گفته می‌شود این ناحیه همرفت عامل ایجاد نقاط خورشیدی هستند که در این نقاط فعالیت مغناطیسی شدیدی را ملاحظه می‌کنیم.