اجزاء تشکیل دهنده منظومه شمسی چیست؟ جلسه اول

هدف از ارائه و انجام این پروژه آشنایی با چگونگی تشکیل منظومه شمسی، نظریه های موجود در پیدایش سیارات و همچنین اجزاء تشکیل دهنده منظومه شمسی می باشد. در طی مراحل انجام این پروژه دانش پژوهان علاقمند علاوه بر آشنایی با منظومه شمسی، ماکت ابعاد کوچک منظومه شمسی

عکس نویسنده

نویسنده : الهام گارسچی

بازدید :

تاریخ : دوشنبه 1392/09/11

اجزاء تشکیل دهنده منظومه شمسی چیست؟، جلسه اول

اهداف:

• آشنایی با چگونگی تشکیل منظومه شمسی

• آشنایی با فرضیات مطرح شده در پیدایش سیارات

وسائل مورد نیاز:

کامپیوتر مجهز به اینترنت

بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِیم

وَالشَّمْسِ وَضُحَاهَا (1) وَالْقَمَرِ إِذَا تَلاهَا (2) وَالنَّهَارِ إِذَا جَلاهَا (3) وَاللَّیْلِ إِذَا یَغْشَاهَا (4) وَالسَّمَاءِ وَمَا بَنَاهَا (5) وَالأرْضِ وَمَا طَحَاهَا (6) وَنَفْسٍ وَمَا سَوَّاهَا (7) فَأَلْهَمَهَا فُجُورَهَا وَتَقْوَاهَا (8) قَدْ أَفْلَحَ مَنْ زَکَّاهَا (9) وَقَدْ خَابَ مَنْ دَسَّاهَا (1ظ ) کَذَّبَتْ ثَمُودُ بِطَغْوَاهَا (11) إِذِ انْبَعَثَ أَشْقَاهَا (12) فَقَالَ لَهُمْ رَسُولُ اللَّهِ نَاقَةَ اللَّهِ وَسُقْیَاهَا (13) فَکَذَّبُوهُ فَعَقَرُوهَا فَدَمْدَمَ عَلَیْهِمْ رَبُّهُمْ بِذَنْبِهِمْ فَسَوَّاهَا (14) وَلا یَخَافُ عُقْبَاهَا (15)

به نام خداوند بخشنده بخشایشگر

به خورشید و گسترش نور آن سوگند، (1) و به ماه هنگامى كه بعد از آن درآید، (2) و به روز هنگامى كه صفحه زمین را روشن سازد، (3) و به شب آن هنگام كه زمین را بپوشاند، (4) و قسم به آسمان و كسى كه آسمان را بنا كرده، (5) و به زمین و كسى كه آن را گسترانیده، (6) و قسم به جان آدمى و آن كس كه آن را (آفریده و) منظم ساخته، (7) سپس فجور و تقوا (شر و خیرش) را به او الهام كرده است، (8) كه هر كس نفس خود را پاك و تزكیه كرده، رستگار شده (9) و آن كس كه نفس خویش را با معصیت و گناه آلوده ساخته، نومید و محروم گشته است! (10) قوم «ثمود» بر اثر طغیان، (پیامبرشان را) تكذیب كردند، (11) آنگاه كه شقى‏ترین آنها بپاخاست، (12) و فرستاده الهى ( صالح) به آنان گفت: «ناقه خدا ( همان شترى كه معجزه الهى بود) را با آبشخورش واگذارید (و مزاحم آن نشوید)!» (13) ولى آن ها او را تكذیب و ناقه را پى كردند (و به هلاكت رساندند); از این رو پروردگارشان آنها (و سرزمینشان) را بخاطر گناهانشان در هم كوبید و با خاك یكسان و صاف كرد! (14) و او هرگز از فرجام این كار ( مجازات ستمگران) بیم ندارد! (15)

1- مقدمه:

1-1 پیدایش منظومه شمسی

یكی از نظریات پیدایش عالم، بیگ‌بنگ است. طبق این نظریه عالم در اثر یك انفجار بزرگ به وجود آمده و دائماً در حال گسترش می‌باشد. دانشمندان عمر جهان را حدود 14 میلیارد سال و عمر منظومه شمسی را حدود چهار تا چهار و نیم میلیارد سال تخمین می‌زنند. بنابراین منظومه شمسی در مقایسه با سن جهان، جوان می‌باشد.

منظومه شمسی ما از تمامی اجرامی كه تحت نیروهای گرانشی خورشید در مدارها در گردشند، تشکیل شده است. این اجرام بر اساس جرمشان در سلسله مراتب مشخص قرار دارند، که در رأس آنها خورشید واقع است، سپس سیارات، اقمار و حلقه‌های آنها ، سپس خرده‌های بین سیاره‌ای (ستاره‌های دنباله‌دار، سیارك ها و شهاب ها) و در آخرین مرتبه گازها و گرد و غبار بین سیاره‌ای قرار دارند.

منظومه شمسی

اعضای منظومه شمسی از سه نسل تشکیل شده اند. خورشید تنها عضو نسل اول بوده و در حدود چهار و نیم میلیارد سال پیش از ابری متشکل از گاز و غبار بین ستاره‌ای، متولد شده است. جاذبه باعث انقباض ابر شده و کره متراکمی از گاز در مرکز ابر بوجود آورد. جاذبه همچنین باعث دوران هر چه سریع تر ابر شد. هنگام دوران، مواد موجود در ابر، پهن شده و حلقه ای به وجود آمد که نواحی متراکم مرکزی را در بر می گرفت. سرانجام در این ناحیه متراکم، گرمای لازم برای وقوع واکنش های هسته‌ای فراهم گشت و بدین ترتیب، ستاره خورشید بوجود آمد.

سیارات، سیارک ها و بیشتر اجزای دیگر منظومه شمسی که اندکی دیرتر بوجود آمده اند، نسل دوم را تشکیل می دهند. قمر ها، نسل سوم فرزندان سیارات بوده و متعلق به زمانی نزدیک ترند. عقیده عمومی بر این است که مواد اولیه همه این اجرام در آغاز متعلق به خورشید است.

پیدایش خورشید

نخستین فرضیات در مورد چگونگی پیدایش سیارات ریشه در افسانه‌ها و داستان‌های قومی و قبیله‌ای در سالیان ماقبل تاریخ دارد. به علاوه، تقریباً تمامی ادیان و آیین‌های مذهبی نیز اشاراتی به نحوه خلقت آسمان‌ها و زمین داشته‌اند. اما قرن‌ها بعد، ریاضی‌دانان و منجمانی همچون کوپرنیک، گالیله و کپلر نخستین افرادی بودند که به جستجو در مورد دلایل علمی پدیده‌های طبیعی از جمله حرکت اجرام سماوی پرداختند. از آن پس فرضیه های گوناگونی در پیدایش سیارات مطرح شده است که مهمترین آنها عبارت اند از:

1_ فرضیه سحابی یا فرضیه نیروی گریز از مرکز

2_ فرضیه کشندی

3_ فرضیه تصادم

4_ فرضیه برخورد ستاره دوگانه

5_ فرضیه تلاطم

6_ فرضیه پیش سحابی

در این بخش به توضیح سه فرضیه از مهمترین فرضیات پیدایش سیارات می پردازیم.

1-2 فرضیه سحابی

جالب است بدانیم عناصر سنگینی که جهان ما از آنها ساخته شده در دل ستاره‌ها به وجود می‌آیند. از سوی دیگر آخرین نظریه علمی که مورد قبول اغلب اخترشناسان نیز هست، پیدایش سیارات را نتیجه فرایندهای گرانشی هنگام تولد ستارگان می‌داند. بر اساس این فرضیه، که به افتخار پیر سیمون لاپلاس ریاضی دان و منجم بزرگ فرانسوی که نخستین بار آن را در سال 1796 ارائه کرد،فرضیه سحابی لاپلاس نامیده می شود، زمانی خورشید توده قرص مانند گسترده ای از گاز سوزان بودکه به کندی دوران می کرد و وسعت آن از مدار پلوتون، بیرونی ترین سیاره هم فراتر می رفت.

سلسله حوادثی که در ادامه بیان می شود، موجب پیدایش سیارات گردید: توده گازی سوزان خورشید کم کم سرد شد، در نتیجه منقبض شد و شعاع قرص کاهش یافت. کاهش شعاع موجب افزایش سرعت دورانی و در نتیجه افزایش نیروی گریز از مرکز در خورشید شد. در ادامه حلقه ی گاز به تدریج به صورت کره ای انقباض یافت و یکی از سیارات بوجود آمد. خورشید باز هم سردتر شد و این فرایند تکرار شد و سیارات دیگر بوجود آمدند.

فرضیه سحابی

گرچه این نظریه در نظر اول معقول می نماید اما انتقاداتی بر آن وارد است، زیرا با چندین اصل بنیادی ناسازگار است. دو مورد از این ناسازگاری ها عبارت اند از:

الف: می توان نشان داد که حلقه ها پس از جدا شدن از خورشید نمی توانستد به صورت جسمی واحد، یا حتی اجسامی چند، انقباض یابند. بلکه نظریه فیزیکی نشان می دهد که قسمت اعظم ماده این حلقه ها باید مولکول به مولکول تبخیر و داخل فضا می شدند. باقی مانده آن در نتیجه اثرات کشندی خورشید بر حلقه باید به صورت تعداد بی شماری جسم به اندازه قلوه سنگ یا کوچک تر در می آمدند.

ب: می توان نشان داد که حرکت وضعی (به دور خود) و انتقالی (به دور خورشید) سیاراتی که بدین طریق بوجود آمده باشند می بایست بسیار کند تر از آن باشد که در حال حاضر مشاهده می شود یا خورشید باید بسیار سریع تر دوران کند.

به بیان دیگر خورشید باید صاحب قسمت اعظم تکانه زاویه ای منظومه شمسی باشد و همه سیارات و سیارک ها باهم تکانه زاویه ای اندکی داشته باشند. مطابق این نظریه، سحابی اولیه، در حالی که سرد می شد می بایست متراکم شود و بخش اعظم تکانه زاویه ای را در جرم مرکزیش (خورشید) حفظ کند و به حلقه هایی که جدا می شوند فقط کسر کوچکی از این ماند دورانی اعطا شود. ولی واقعیت این است که خورشید فقط صاحب 2 درصد از این تکانه حرکت دورانی است.

1-3 فرضیه های کشندی و تصادم

بر طبق فرضیه کشندی، که به فرضیه برخورد نیز معروف است،‌ سیارات بر اثر کشندهای عظیمی بوجود آمدند که عبور ستاره ای دیگر از نزدیکی خورشید، در آن ایجاد کرد. گاز های چگالی که از خورشید جدا شد دارای حرکتی در امتداد ستاره گذرنده بود. بخشی از ماده ی جدا شده را احتمالاً این ستاره همراه خود برد. بخشی دیگر نیز مسلماً به سطح خورشید باز گشت. قسمت سومی نیز وجود داشت که نیروی گریز از مرکز وارد بر آن به اندازه ای بود که بر جاذبه ی گرانشی فایق آمد. این قسمت سیارات متعدد را بوجود آورد. این نظریه در ابتدا "خرده سیارات" نامیده شد. دلیل این نامگذاری حاکی از آن است که نتیجه ی بلافصل عمل کشندی صرفاً ایجاد سیاراتی خرد بود. این خرده سیارات با جذب ماده ی پراکنده ی حول و حوش خود منظومه ای از نه سیاره شناخته شده را بوجود آورد.

فرضیه تصادم

بر این فرضیه نیز انتقاداتی وارد است. محاسباتی که بر فرمول های بنیادی فیزیک مبتنی است نشان می دهد که هیچ یک از این دو فرضیه قابل قبول نیست. در اینجا نیز دشواری اصلی مربوط می شود به توزیع مشهود اندازه حرکت های زاویه ای، یعنی این که خورشید فقط 2 درصد و سیارات نزدیک 98 درصد اندازه حرکت های زاویه ای را دارند. استاد هنری نوریس راسل از دانشگاه پرینستن نتیجه گرفت که با هیچ فرضیه معقولی که به یک برخورد مربوط می شود نمی توان بیش از ده درصد از اندازه حرکت زاویه ای شناخته شده برای هر تن از جرم سیاره ای را توجیه کرد. علاوه بر اینها، احتمال تصادم بسیار اندک است. محاسبات حاکی از آنند که در 5 بیلیون سال گذشته حداکثر ده تصادم میان 100 میلیون ستاره کهکشان ما روی داده است.

1-4 فرضیه تلاطم

از میان فرضیه های مطرح شده یکی از بهترین فرضیه ها، فرضیه تلاطم است که توسط کارل فریدریش فن وایتس زکر فیزیکدان آلمانی، مطرح شده است. نقطه آغاز این فرضیه، شبیه فرضیه ی لاپلاس است. مطابق نظریه وایتش زکر خورشید، زمانی در جریان پیدایش به وسیله ی ابر قرص مانندی از گاز احاطه شده بود که به کندی دوران می کرد. قطر این قرص از مرتبه ی بزرگی قطر کنونی منظومه ی شمسی بود و دما در فواصل مختلف از خورشید مرکزی نظیر دمایی بود که اکنون نه سیاره ی منظومه ی شمسی در فواصل خود دارند. جرم این سحابی یک صد بار بیشتر از جرم کل سیارات و تقریباً برابر با 10 درصد جرم خورشید فرض می شود. سحابی به طور عمده متشکل از ئیدروژن و هلیوم و فقط یک درصد عناصر سنگین تر بود.

زنجیره ی حوادث زیر، به دنبال حالت اولیه روی داده است:

1- پس از 200 میلیون سال مولکول های هیدروژن و هلیوم از قرص خارج و در فضا پراکنده شدند و در نتیجه جرم گاز ها از 10 درصد جرم خورشید در آغاز به مقدار 0/1 درصد کنونی آن کاهش یافت ولی تکانه ی زاویه ای اولیه سحابی تغییر نکرد، به این طریق مقدار بزرگ کنونی این کمیت توضیح داده می شود.

2- در آن 200 میلیون سال، در نتیجه ی تفاوت سرعت میان قسمت های مختلف سحابی حجره های تلاطم بوجود آمدند. ماده ی موجود در هر حجره در جهت حرکت عقربه های ساعت حرکت می کرد در حالی که خود حجره در خلاف جهت آن است، بنابر این فرضیه سیارات در نواحی بدون راه گریز میان حجره ها تشکیل شدند. این نواحی، به علت وجود جریان های متضاد در مرزهایشان، با جذب مواد از حجره های مجاور به سرعت رشد کردند و از این رو موجب تجمع مقدار زیادی ماده شدند که در خلاف جهت حرکت عقربه های ساعت دوران می کرد. سرانجام پنج تا از این توده های متساوی الفاصله به هم پیوسته و سیاره ای در فاصله ی معین را بوجود آورد.

فرضیه تلاطم

نظریه تلاطم نیز مانند سایر نظریات با انتقاداتی روبرو است. بسیاری از مطالبی که درباره ی منظومه ی شمسی می دانیم می توان بر اساس فرضیه فن وایتس زکر توضیح داد، اما سئوال های بسیاری نیز بی پاسخ می ماند.

مثلاً این فرضیه مطالب زیر را توضیح می دهد:

1- این واقعیت که سیارات و سیارک ها تقریباً در یک صفحه ی مشترک حرکت می کنند.

2- صفحه ی استوایی خورشید تقریباً بر صفحه ی مداری سیارات منطبق است.

3- سیارات تقریباً تمام تکانه ی زاویه ای کل سیستم را در خود دارند.

4- این که فواصل سیارات از الگوی منظمی که با قانون بد بیان می شود، تبعیت می کند.

شمار سۆال هایی که هنوز بی جواب اند بسیار زیاد است و مهم ترین آنها از این جمله اند:

1- چگونه قطره ها و ذرات، کلوخه ها را تشکیل دادند؟

2- از چه طریقی چندین کلوخه با هم یکی شده و سیاره ای را بوجود آوردند؟

3- چرا سیاره ی اورانوس بر گرد محوری می چرخد که تقریباً عمود بر محور صفحه ی مداری است؟

4- چرا معدودی از قمر ها دارای حرکت معکوس اند؟

تکلیف: از میان فرضیه های مطرح شده در درس به تشریح 4 فرضیه پرداخته شد. با استفاده از یک کامپیوتر مجهز به اینترنت در مورد فرضیه های پیش سحابی و برخورد ستاره دوگانه تحقیق کرده و اطلاعات مربوط به آن را جمع آوری و مطالعه نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید: جهت دریافت مطالب بیشتر در زمینه پیدایش منظومه شمسی و نظریه های تشکیل سیارات، منبع معرفی شده را مطالعه نمایید.

منابع مطالعه: کتاب منظومه ی شمسی، از مجموعه ی «جهان اسرار آمیز فضا»، نویسنده: جان كرك وود، مترجم: مجید عمیق، انتشارات پیدایش. مطالب مورد بحث در این کتاب، همراه با عکس های بسیار جالب و حیرت انگیز از منظومه ی شمسی سخن می گوید.