شارح الدرس: النجوم والمجرات العلوم • الصف الثالث الإعدادي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نتعرَّف على مجرة درب التبانة، وكيف يُمكن استخدام السنة الضوئية مقياسًا للمسافات بين النجوم في المجرة.

عندما ننظر إلى السماء ليلًا في ليلة صافية، يُمكننا أن نرى آلاف الآلاف من النجوم. تمثِّل الصورة الآتية صورة الْتُقِطت للسماء ليلًا في متنزَّه يَلوستون الوطني في أمريكا.

على الرغم من أن النجوم تبدو كأنها نقاط ضوئية خافتة للغاية وصغيرة جدًّا؛ فإن هذا يَرجِع فقط إلى كونها بعيدة جدًّا. وإذا تَمَكَّنَّا من الانتقال إلى نجم ونظرنا إليه عن قُرب، فسنرى أنه كُرة كبيرة جدًّا، وساخِنة جدًّا، وساطعة للغاية، تمامًا مثل الشمس. في الحقيقة، الشمس عبارة عن نجم. والسبب الوحيد الذي يجعل الشمس تبدو أكبر بكثير من النجوم الأخرى وأكثر سطوعًا منها هو أنها أقرب بكثير إلى الأرض.

عندما ننظر إلى السماء ليلًا، قد نرى أيضًا حزمة ضوئية خافتة عبر جزء منها. وتسهل رؤية هذه الحزمة الضوئية من نصف الكرة الأرضية الجنوبي في مناطق مثل أمريكا الجنوبية، وجنوب أفريقيا وأستراليا. وتوضِّح الصورة الآتية التي الْتُقِطت في صحراء أتاكاما في تشيلي هذه الحزمة الضوئية.

تُعرَف هذه الحزمة الضوئية باسم مجرة درب التبانة.

لمئات السنين، كان يُعتقَد أن مجرة درب التبانة «سحابة» ساطعة. لكن في القرن السابع عشر، استَخدَم عالِم إيطالي يُسمَّى «جاليليو جاليلي» تلسكوبًا، وهو أداة يُمكن استخدامها لرؤية الأشياء البعيدة للغاية، ليُدرِك أن مجرة درب التبانة تتكوَّن بالفعل من عدد كبير جدًّا من النجوم، وكلُّها قريبة جدًّا بعضها من بعض.

في الواقع، تُعَدُّ الشمس والمجموعة الشمسية، التي تشمل الأرض، والكواكب السبعة الأخرى، والعديد من الأقمار، والكُوَيْكبات، والمُذنَّبات، جزءًا من مجرة درب التبانة. إذ تتكوَّن مجرة درب التبانة من مجموعة من مليارات النجوم، التي تدور كواكب حول الكثير منها أيضًا.

تتَّخِذ هذه المجموعة من النجوم شكل قرص. لا تبدو مجرة درب التبانة كأنها قرص من الأرض؛ وذلك لأن الأرض والشمس، وبقية المجموعة الشمسية، تُوجَد داخل القرص.

توضِّح الصورة الآتية شكل هذا القرص إذا تَمكَّنَّا من النظر إليه من أعلى.

تُكوِّن نجوم مجرة درب التبانة شكلًا حلزونيًّا.

وتوضِّح النقطة الخضراء بالصورة السابقة الموضع التقريبي للمجموعة الشمسية في مجرة درب التبانة. لاحِظ أن المجموعة الشمسية لا تقع في مركز مجرة درب التبانة، ولا تقع عند أقصى طرفها. وهذا يعني أنه بغضِّ النظر عن الاتجاه الذي ننظر فيه من سطح الأرض نحو الفضاء، لا بدَّ أن نتمكَّن من رؤية جزء من مجرة درب التبانة.

في الواقع، لا يُمكننا الْتِقاط صورة لمجرة درب التبانة تُظهِر المنظر الموجود في الصورة السابقة. ولكي نلْتقِط صورة تُظهِر هذا المنظر، علينا أن نقطع مليارات المليارات من الكيلومترات بعيدًا عن الأرض، وهذا غير مُمكِن. لكن، يُمكننا قياس مواقع النجوم في مجرة درب التبانة، ثم تحديد الشكل العام لها.

تُعرَف أيُّ مجموعة تتكوَّن من مليارات النجوم مثل هذه المجموعة باسم المجرة. ومجرة درب التبانة ليست سوى مجرة من مليارات المليارات من المجرات المنتشرة في الفضاء.

مثال ٣: وصْف شكل مجرة درب التبانة

توضِّح الصورة الآتية مجرة درب التبانة، من أعلى إلى أسفل.

أيٌّ من الآتي يَصِف شكل مجرة درب التبانة وصفًا صحيحًا؟

1. دائري
2. حلزوني
3. كُروي

الحل

بالنظر إلى الصورة المُعطاة في السؤال، يُمكننا ملاحَظة أن مجرة درب التبانة تأخذ شكلًا حلزونيًّا واضحًا. وفي الشكل الآتي، تَظهَر الأذرع الحلزونية لمجرة درب التبانة مُظلَّلة باللون الأخضر.

المجرة أيضًا مُسطَّحة في معظمها. وإذا نظرنا إلى مجرة درب التبانة من الجانب، فسنَجِد شيئًا مُماثِلًا لما نراه في الصورة الآتية.

إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ب).

تدور الشمس وجميع النجوم الأخرى الموجودة في مجرة درب التبانة حول مركز مجرة درب التبانة. وهي تتحرَّك بسرعة كبيرة في مداراتها؛ فالشمس وكذلك باقي المجموعة الشمسية، تتحرَّك بسرعة ٢٢٠ كيلومترًا لكل ثانية تقريبًا في مدارها حول مركز المجرة. ومع ذلك، نظرًا لأن المسافات المتضمَّنة كبيرة للغاية، فإن المجموعة الشمسية تستغرق سنة لإكمال مدار واحد.

عند قياس المسافات بين الأجسام في المجرة، فإن وحدات مثل المتر والكيلومتر لن تكون ملائمة. فهاتان الوحدتان صغيرتان جدًّا مقارنة بالمسافات الموجودة بين الأجسام في المجرة، وهو ما يعني أنه لا بدَّ من التعبير عن المسافات في صورة مليارات، أو تريليونات، أو كوادريليونات، بل وربما مضاعفات أكبر للمتر أو الكيلومتر.

لذا الوحدة المُستخدَمة عادة بدلًا من ذلك هي السنة الضوئية، التي يُرمَز لها بالرمز «ly». والسنة الضوئية وحدة كبيرة جدًّا لقياس المسافة، وهي تساوي كيلومتر تقريبًا، ويُمكننا كتابتها باستخدام الصيغة العلمية على الصورة: كم.

عادة ما يعتقد الناس أن السنة الضوئية وحدة لقياس الزمن؛ لأنها تتضمَّن كلمة «سنة»، لكن من المُهِمِّ تذكُّر أن السنة الضوئية وحدة لقياس المسافة. يأتي اسم «السنة الضوئية» من حقيقة أن سنة ضوئية واحدة تساوي المسافة التي يقطعها شعاع ضوئي خلال سنة واحدة، إذا لم يعوِّقه شيء في طريقه عبر الفضاء.

لكي نرى مدى فائدة السنة الضوئية، يُمكننا التفكير في المسافات التي تبعدها بعض النجوم القريبة. أقرب نجم للشمس هو نجم يُسمَّى «بروكسيما سنتوري». وبالتعبير عن المسافة بوحدة الكيلومتر، تكون المسافة بين الشمس و«بروكسيما سنتوري» كم، ولكنْ بالتعبير عنها بوحدة السنة الضوئية، تكون هذه المسافة ٤٫٢ سنوات ضوئية. وبالمثل، يَقَع «فيجا»، وهو نجم ساطع للغاية، على بُعد كم من الشمس، وهو ما يساوي ٢٥ سنة ضوئية. وكما نلاحِظ، يُعَدُّ التعبير عن هذه المسافات بوحدة السنة الضوئية أسهل كثيرًا.

ذكرنا سابقًا أن العالِم الإيطالي، جاليليو جاليلي، هو أول مَن اكتشف، في القرن السابع عشر، أن مجرة درب التبانة تتكوَّن من العديد من النجوم المنفردة. لقد اكتشف جاليليو ذلك باستخدام التلسكوب، وهو أداة يُمكن استخدامها لرؤية الأشياء البعيدة جدًّا. وكان تصميم التلسكوبات يتحسَّن كثيرًا أثناء حياة جاليليو.

هناك أنواع عديدة من التلسكوبات المختلفة، لكن أبسط نوعين هما التلسكوبات الكاسِرة والتلسكوبات العاكِسة. تَستخدِم التلسكوبات الكاسِرة العدسات لتكبير الأجسام البعيدة، وتَستخدِم التلسكوبات العاكِسة المرايا لفعل ذلك.