وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
در جلسه گذشته با آنچه در آسمان شب می توانید ببینید و شگفتی های آن تا حدودی آشنا شدید. همانطور که ملاحظه کردید بخش اعظمی از آسمان شب را ستارگان تشکیل می دهند. همه ی ستارگان به نوعی شبیه خورشید، که تنها ستاره منظومه شمسی ما است، هستند. اما تفاوت زیادی در ان
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : الهام گارسچی
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم

اهداف جلسه:

 

  • آشنایی با عناصر تشکیل دهنده ستارگان
  • آشنایی با شکل گیری ستارگان
  • آشنایی با ویژگی های ستارگان

 

وسایل مورد نیاز:

 

  • اینترنت پر سرعت

 

مقدمه


در جلسه گذشته با آنچه در آسمان شب می توانید ببینید و شگفتی های آن تا حدودی آشنا شدید. همان طور که ملاحظه کردید بخش اعظمی از آسمان شب را ستارگان تشکیل می دهند. همه ی ستارگان به نوعی شبیه خورشید، که تنها ستاره منظومه شمسی ما است، هستند. اما تفاوت زیادی در اندازه و دمای ستارگان مختلف وجود دارد. برای آنکه بخواهیم درباره زندگی ستارگان و در نهایت سیاهچاله ها و علل بوجود آمدنشان تحقیق و مطالعه کنیم ابتدا باید ستارگان و انواع آن را به خوبی بشناسیم. در این جلسه با شکل گیری ستارگان آشنا می شویم.

 

2-1عناصر تشکیل دهنده ستارگان

آنچه که از ستارگان در آسمان شب می بینیم، زیبایی و درخشندگی است. اما این ستارگان چگونه به وجود آمده اند و مواد تشکیل دهنده شان چیست؟!

با مطالعاتی که تاکنون صورت گرفته است، دانشمندان دریافتند که ستارگان از بخشی از فضا که گاز و غبار متراکم وجود دارد متولد می شوند، که به آن گاز و غبار میان ستاره ای می گویند. شاید جالب باشد بدانید مواد سازنده بدن هر یک از ما روزگاری به صورت گاز و غبار میان ستاره ای بوده است. تمام آنچه در دنیای پیرامون خود می بینیم روزی در دل ستاره ای پنهان بوده است. در این جلسه به مطالعه این مواد می پردازیم، موادی که سرانجام ستارگان و منظومه های سیاره ای را پدید آورده اند.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم


درست متوجه شدید، ستارگان متولد می شوند. ستارگان هم مانند موجودات زنده متولد می‌شوند، زندگی می‌کنند و سپس می‌میرند، ولی طول عمر آنها آنقدر طولانی است که ما نمی توانیم زندگی کامل یک ستاره را در مراحل مختلف شاهد باشیم. با این حال اخترشناسان با مطالعات بسیار این مراحل را برای ما مشخص کرده اند.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم


ستاره هنگامی متولد می شود که عناصر لازم و شرایط مناسب وجود داشته باشد. مطالعه فراوانی عناصر شیمیایی ستارگان و اندازه گیری واکنش هایی که در نواحی معینی از کهکشان ما صورت می گیرد نشان می دهد که شکل گیری ستاره با انبوهش ابرهای بسیار بزرگ گاز و غبار آغاز می شود.

مواد اصلی تشکیل دهنده ستارگان همین گاز و غبار میان ستاره ای است. گاز تشکیل دهنده ساختمان یک ستاره در حقیقت همان سوخت مصرفی ماده میان ستاره ای عبارت است از گاز و غبار که عموماً به صورت ابر هایی نسبتاً چگال یافت می شوند. هیدروژن که فراوان ترین عنصر جهان است، بیش ترین بخش گاز میان ستاره ای را تشکیل می دهد. که آن را به سه شکل می‌توان یافت:


الف: اتم های خنثی
هیدروژن خنثی با تلسکوپ نوری قابل روئیت نیست و سالیان دراز مشاهده آن ناممکن بود. اتم هیدروژن یک پروتون و یک الکترون دارد و اگر این الکترون از تراز انرژی بالا به تراز پایین انتقال یابد انرژی از دست می دهد که به صورت تابش گسیل می شود. با توجه به این موضوع امروزه تلسکوپ های رادیویی بزرگ در سراسر جهان به پژوهش و رصد هیدروژن خنثی می پردازند. این تابش ها که طول موج بلندی دارند بر خلاف تابش های نوری (طول موج کمی دارند) می توانند از مناطق تاریک و غباری کهکشان ما نفوذ کنند. درنتیجه دانشمندان می توانند در مورد ماهیت و ویژگی های مناطق دور دست و غیر قابل مشاهده ی کهکشان اطلاعات زیادی به دست آورند.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم


ب: مولکول
بعد از مطالعات بسیار یکی از مهم ترین کشفیات اخیر درباره فضای میان ستاره ای، یافتن مقداری هیدروژن به حالت مولکولی است. مولکول های هیدروژن از دو اتم هیدروژن تشکیل می شوند. پیوند مولکولی، اتصال نسبتاً سستی میان آن دو به وجود می آورد. با تحقیقات انجام شده دانشمندان معتقدند، پیوند یافتن اتم‌های هیدروژن در آمیزه ای از گاز و غبار عملی تر است به طوری که شکل گیری مولکول های هیدروژن در سطح ذرات غبار به بهترین وجه صورت می گیرد.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم


پ: اتم های یونیده
در نواحی فضای میان ستاره ای که چگالی هیدوژن خنثی بیشتر است، برخی از اتم های هیدوژن، تابش های نوری گسیل می کنند. معمولاً این ابرهای گازی بسیار داغ تر از محیط عمومی میان ستاره ای هستند، زیرا در میان آنها یک یا چند ستاره درخشان و داغ وجود دارد. همان طور که می دانید ستاره‌ها از ابرهای گاز میان ستاره‌ای تشکیل شده اند، بنابراین در بین این ابرها دیده می شوند و ستارگانی جوان و با دمای بسیار بالا هستند.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم


ستارگان با دمای بالاتر، بیش تر تابش خود را به صورت امواج پر انرژی و با طول موج کوتاه گسیل می کنند. این تابش نیز عموماً گاز های اطراف را گرم می کند و دمای آنها را 80000 تا 10000 درجه کلوین بالا می برد. اتم‌های هیدروژن در این حالت، بر انگیخته یا یونیده می‌شوند. در اتم برانگیخته هیدروژن دیگر الکترون در مدار حالت پایه نیست، بلکه به مداری با انرژی بالاتر انتقال یافته است. از این رو از هیدروژن بر انگیخته نوری گسیل می شود که تلسکوپ‌های روی زمین قادرند آن را شکار کنند.

 

2-2 عناصر دیگر فضا


هیدروژن فراوان ترین عنصر در فضای میان ستاره ای است ولی عناصر و مولکول های دیگر و هم چنین بنیان های آزاد نیز یافت می شوند. بنیان آزاد ترکیبی است از دو یا چند عنصر که بخشی از یک مولکول را تشکیل می دهد. در طول موج های قابل رویت، می‌توان هلیم، اکسیژن، نیتروژن، کربن و برخی دیگر از عناصر را آشکار کرد. این آشکار سازی به سبب وجود خطوط نشری در طیف آنها امکان پذیر می شود.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم

در سال های اخیر، چندین نوع مولکول و بنیان آزاد یافته شده که آشکار سازی آنها در طول موج های رادیویی صورت گرفته است که برجسته ترین آنها، بنیان OH است. این مولکول ناکامل آب به مقدار زیاد در کهکشان ما یافت می شود. به همین شکل، مولکول آب H2O و روی هم رفته 50 مولکول دیگر مانند آمونیاک NH3 و فرمالدئید HCHO در برخی نواحی آشکار شده اند. ظاهراً این مولکول ها به سبب بر هم کنش بین تابش گاز و غبار شکل گرفته اند که در نهایت اجزای مهم در فرایند شکل گیری ستارگان هستند.
بیش از نیم قرن است که اخترشناسان اثرات لایه کاملاً گسترده ای از غبار میان ستاره ای را کشف کرده اند که خورشید و اکثر ستارگان را در میان گرفته است. غبار، از روی اثری که بر نور ستارگان دور دست دارد آشکار شد. اختر شناسان پی بردند که ستارگان با رده طیفی مشابه و رنگ واقعی همانند، به رنگ های متفاوتی رصد می شوند که به فاصله آنها بستگی دارد. هر چه ستاره دور تر است، قرمز تر دیده می شود. محتمل ترین علت این اثر، جذب نور توسط غبار میان ستاره ای است. ذرات ریز غبار، تابش های با طول موج کوتاه را بیشتر از تابش های با طول موج بلند جذب و پراکنده می کنند. از این رو، نور رسیده از یک ستاره دور دست، بیشتر تابش آبی خود را از دست می دهد ولی تابش قرمز آن با کاهش کمتری مواجه می شود. به همین سبب، هنگام اندازه گیری از زمین، رنگ ستارگان به طور غیر معمولی قرمز تر دیده می شود.

 

 

2-3 شکل گیری ستارگان


همانطور که آموختید ستارگان در ابرهای غبار و گاز متولد می‌شوند. جالب است بدانید دمای غبار و گاز اولیه چند درجه از صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد یا 459.67- فارنهایت) بالاتر است. پیش از آنکه ستاره ای بتواند شکل بگیرد، ابری از گاز و غبار می باید خود را به نحوی از محیط میان ستاره ای جدا کند. ابر جدا شده باید به چنان ابعادی انقباض یابد که بتواند هویت گرانشی برای خود کسب کند و از آن به بعد، رمبش (فروریزش) را تا رسیدن به ابعاد ستاره ای ادامه بدهد.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم

اگر محیط میان ستاره ای که ماده در آن به صورت کاملاً یکنواخت توزیع شده است، تحت تأثیر نیروی خارجی قرار نگیرد همواره به همان حالت باقی خواهد ماند و هیچگاه ستاره ای در آن شکل نمی گیرد. برای آغاز چگالش ستاره، یا باید نوعی ناهمگونی داخلی در آن وجود داشته باشد، یا نیرویی خارجی بر آن تأثیر کند. این تغییر چگالی ممکن است بر اثر عبور یک موج ضربه‌ای ابرنواختر از میان این ابر اتفاق بیفتد. بر اثر جاذبه، مناطق متراکم منقبض شده و متراکم تر و داغ تر می‌شوند.


اختر شناسان با محاسبات نظری نشان می دهند که چگونه این فرآیند ها واقع می شوند. آنها دریافته اند که چگالش ستاره ها به شرایط ویژه ای وابسته است که در نواحی به خصوصی از کهکشان حاصل می شود.
در این مرحله، هنگامی که ابر گازی و غبار توانست خود را از محیط میان ستاره ای عمومی جدا کند و به اندازه مطلوبی کوچک شود، بسته به چگالی و جرمی که دارد، می تواند به طور طبیعی در اثر گرانش خود برمبد(فروریزد). هنگامی که کشش گرانشی ابر بر بخش های دوردست خود بیش تر از کشش گرانشی مواد بیرونی کهکشان بر این بخش ها باشد، رمبش بدون ممانعت ادامه می یابد. تنها اثری که در مقابل کشش رو به درون گرانش متقابل مواد موجود در ابر مقاومت می کند گرم شدن گاز است.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم


رمبش گرانشی آنچنان شدید است که به رغم گرم شدن و افزایش فشار گاز، همچنان ادامه می یابد. محاسبه شده است که یک پیش ستاره نمونه با قطر چند سال نوری و جرم کلی تقریباً معادل جرم خورشید، حدود 10 میلیون سال به رمبش ادامه می دهد. بعد از فشرده شدن در مرکز ستاره، دمای این ماده حداقل 10 میلیون درجه سانتی گراد (18 میلیون فارنهایت) می‌شود.

قبل از آنکه پیش ستاره‌ها به ستارگان بالغ درخشانی مبدل شوند، از خود کمی نور و حرارت ساطع می‌کنند. بخش عمده‌ای از این تشعشع توسط غبار سحابی پیرامون پیش ستاره جذب می‌شود. این غبار پرتوها را، عمدتاً در منطقه مادون قرمز طیف، دفع می‌کند. اگر چه شاید ستاره شناسان نتوانند درخشش پیش ستاره‌ها را مستقیماً ببینند، آنها می‌توانند با تلسکوپ های مادون قرمز حضورشان را در سحابی درک کنند.


پیش ستاره که به صورت ابری از گاز با قطر چند سال نوری موجودیت می یابد، گشتاور زاویه ای معینی دارد. این بدان سبب است که کهکشانی که ستاره در آن شکل می گیرد به دور ناحیه مرکزی می چرخد و سرعت چرخش آن در فواصل مختلف از مرکز، متفاوت است. یعنی، داخلی ترین نقطه ابرگاز با سرعت متفاوتی نسبت به خارجی ترین نقطه آن به دور کهکشان می چرخد.
بعد از چگالش ابرگاز و شکل گیری پیش ستاره به عنوان وجودی مستقل، نیروی گرانش بیش از پیش آن را در هم می فشارد و تراکم به سرعت ادامه می یابد. در مدت زمان کوتاه، البته در مقیاس کیهانی، ابر گاز به جسم درخشان کوچکی تراکم می یابد و نهایتاً به یک ستاره تبدیل می شود.

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه دوم

 

2-4 ویژگی های ستارگان

ستارگان چهار ویژگی مهم دارند که عبارت اند از : دمای سطح، درخشندگی کل، جرم و ترکیبات شیمیایی. اگر این ویژگی ها شناخته شوند، ویژگی های دیگر ستاره را می توان محاسبه کرد. دو کمیت دما و درخشندگی مناسب ترین کمیت ها برای تفکیک ستارگان به گونه های مختلف و درک تکامل آنها هستند. دما و درخشندگی ستاره در طول زمان تغییر می کند، در حالی که تغییرات جرم و ترکیبات شیمیایی آن حداقل تا آخرین مراحل زندگی محسوس نیست. از این رو اخترشناسان عموماً "نمودار دما و درخشندگی" ستارگان را رسم می کنند تا تفاوت بین گونه های مختلف و نیز تغییرات ستارگان منفرد را در جریان تکاملشان نشان دهند.
بنابراین نمودار دما – درخشندگی کارآمدترین و سودمندترین نمودار در اخترشناسی است و زمینه ای را فراهم می کند که می توان بسیاری از رویدادهای دوران حیات ستاره را پیگیری کرد.

 

تکلیف1:  درباره واژگان "رمبش" و "ابرنواختر" که در متن درس آمده تحقیق کنید و نتایج را برای ما ارسال نمایید.
تکلیف2:  درباره تولد و نحوه شکل گیری ستارگان و مراحل حیاتشان در اینترنت تحقیق کنید. نتایج تحقیقتان را برای ما ارسال نمایید.


محل بازدید/ اردو/ خرید:  برای آشنایی بیش تر با علم نجوم و آسمان پر ستاره شب می توانید از آسمان نمای تهران واقع در خیابان معلم بازدید نمایید. اطلاعات کامل این مرکز در آدرس زیر مشاهده کنید.

http://www.tebyan.net/newindex.aspx?pid=108661


منابع مطالعه:  برای کسب اطلاع بیش تر در زمینه تولد ستارگان و خصوصیات آنها فصل 9 از کتاب نجوم به زبان ساده- نویسنده: مایر دگانی و ترجمه: محمدرضا خواجه پور را مطالعه نمایید.


بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان
تهیه: الهام گارسچی - تنظیم: علی سرمدی

 

 

مطالب مرتبط

نظریه نسبیت و سیاهچاله ها - جلسه اول
نظریه نسبیت و سیاهچاله ها – جلسه دوم
نظریه نسبیت و سیاهچاله ها – جلسه سوم
نظریه نسبیت و سیاهچاله ها – جلسه چهارم
نظریه نسبیت و سیاهچاله ها – جلسه پنجم
نظریه نسبیت و سیاهچاله ها – جلسه ششم
نظریه نسبیت و سیاهچاله ها – جلسه هفتم
نظریه نسبیت و سیاهچاله ها – جلسه هشتم

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین