اثر دوپلر

در سال 1842 کریستیان یوهان دوپلر گفت که رنگ اجسام نورانی باید در اثر حرکتشان نسبت به ناظر تغییر کند. این پدیده، که پدیده دوپلر نامیده میشود، برای همه امواج درست است. خود دوپلر به کاربرد این اصل در امواج صوتی اشاره کرده است. در سال 1845، بایز بالوت در هلند " با استفاده از یک لوکوموتیو که واگن روبازی شامل چندین ترومپت نواز را حمل میکرد" این پدیده را عملا آزمود.

هرگاه گیرنده‌ای به سمت یک منبع ساکن که از خود موج صوتی می‌فرستد برود، بسامد صوتی که می‌گیرد بیشتر از وقتی است که نسبت به منبع ساکن باشد (شنونده صدا را زیرتر می‌شنود). و اگر از منبع صوت دور شود، موجی را با بسامد کمتر می‌گیرد (شنونده صدا را بم‌تر می‌شنود). اگر منبع موج نیز از گیرنده دور و یا به او نزدیک شود، بسامد صوتی که شنونده می‌شنود نیز به ترتیب کمتر و یا بیشتر می‌شود.

اگر بسامد موج تولید شده در منبع v باشد و سرعت شنونده و منبع به ترتیب v₀ و v_s باشد، بسامد موجی که شنونده می‌شنود، ^'v ، از رابطهٔ زیر به دست خواهد آمد:

در این رابطه سرعت موج در محیط انتشار است. علامت‌های بالایی (+ در صورت و - در مخرج) مربوط به وقتی است که منبع و شنونده به هم نزدیک می‌شوند و علامت‌های پایینی مربوط به وقتی است که منبع و شنونده از هم دور می‌شوند. این رابطه در دستگاهی نوشته شده است که نسبت به محیط انتشار ساکن است.

اگر سرعت منبع یا ناظر در مقایسه با سرعت نور چشم‌پوشیدنی نباشد، باید رابطهٔ نسبیتی دوپلر را به کار برد که به شکل زیر است:

در این رابطه v_r سرعت نسبی منبع و شنونده است.

بارزترین مثال آن حرکت اتومبیل آتش نشانی یا آمبولانس است که از دور با آژیر نزدیک می‌شود و عبور می‌کند و سپس دور می‌شود. وقتی که ماشین(محرک) به ما نزدیک می شود فرکانس دریافتی (در مقایسه با فرکانس گسیل شده از منبع) افزایش می‌یابد یا طول موجی که باید به ما برسد کوتاه تر می شود در نتیجه باید فاصله کمتری را طی کند. در لحظهٔ عبور این فرکانس با فرکانس گسیل شده از منبع برابر می‌شود، وقتی که ماشین دور میشود فرکانس دریافتی با دور شدن ماشین کاهش می‌یابد یا طول موج نت بیشتر شده چون باید فاصله ی بیشتری را طی کند. بدیهی است هر چه ماشین سریعتر حرکت کند تغییر طول موج بیشتر خواهد بود. به بیان ساده‌تر آمبولانسی که به فرد ساکن نزدیک می‌شود ظاهرا دارای آژیر تندتری است و وقتی از وی دور می‌شود دارای آژیر کندتر به نظر می‌رسد.

پویانمایی برای توصیف اثر دوپلر. با حرکت ماشین به سمت چپ، طول موج حاصل از صدای ماشین در سمت چپ کاهش و در سمت راست افزایش می‌یابد.

اثر دوپلر در امواج

اثر دوپلر تغییر در طول موج (و در نتیجه در بسامد) است که می‌تواند از حرکت منبع و یا از حرکت ناظر یا هر دو نشات بگیرد.

این امواج می توانند:

امواج آب (آشفتگی مکانیکی‌ای که مثلا با انداختن یک سکه کوچک در ظرف آب ایجاد می شود، موجی دایره‌ای بوجود می‌آورد که از آن نقطه به اطراف گسیل می‌شود. تعدادی سکه که بطور متوالی در یک نقطه انداخته شوند، یک رشته فیزیک امواج دایره‌ای هم‌‌مرکز ایجاد می‌کنند. اما وقتی چشمه حرکت می‌کند، برای مثال هنگامی که سکه‌ها از دستی رها می‌شوند که بر فراز ظرف حرکت می‌کند، فیزیک امواج دایره‌ای حاصل دیگر هم‌مرکز نیستند.)

فشار_ صوت (خفاش‌ها ، برای اینکه با استفاده از پژواک جای یکدیگر و همچنین جای حشرات و شکار خود را تشخیص دهند، از طریق گسیل فیزیک امواج صوتی بسیار ریزی که معمولا برای گوش انسان قابل شنیدن نیست، به اثر دوپلر وابسته‌اند.)

یا نور باشند.

اثر دوپلر در صوت

وقتی صدای آژیر آمبولانسی را که در حال نزدیک شدن به شماست، می شنوید و توجه می کنید که صدای آن ناگهان پس از دور شدن آمبولانس از شما کم می شود، در واقع اثر دوپلر را تجربه کرده اید.

وقتی منبع صدایی از کنار شما رد می شود، افت قابل توجهی در میزان صدای دریافتی توسط شما وجود خواهد داشت.

تغییرات طول موج در اثر دوپلر

سرعت صوت توسط محیطی که صوت در آن حرکت می کند، تعیین می شود؛ بنابراین برای منبع متحرک نیز همان مقدار را دارد. اما فرکانس و طول موج تغییر می کنند. طول موج برای منبع متحرک با روابط زیر داده می شود:

برای منبع در حال دور شدن، طول موج زیاد می شود:

برای منبع در حال نزدیک شدن، طول موج کم می شود:

اثر دوپلر در نور

یک سیستم متشکل از منبع نور و ناظر را در نظر بگیرید، جهت مثبت را از ناظر به سمت منبع در نظر بگیرید. بنابراین اگر منبع از ناظر دور شود، سرعت آن (v) مثبت است؛ اما اگر به سمت ناظر حرکت کند، سرعت آن منفی است. فرض می کنیم ناظر همیشه در حالت سکون است (پس v در واقع، سرعت نسبی کل بین منبع و ناظر است). سرعت نور (c) همواره مثبت در نظر گرفته می شود.

ناظر، فرکانس fl را دریافت می کند که متفاوت از فرکانس انتقال یافته از منبع fs است. این توصیف را می توان با مکانیک نسبیتی فرمول بندی کرد؛ با به کار بردن انقباض طول در حالت نسبیتی به رابطه زیر می رسیم:

جابه جایی به سمت آبی و قرمز (آبی گرایی و قرمزگرایی)

یک منبع نور که در حال دور شدن از ناظر است (v مثبت است) دارای فرکانس fL کم تر از fS است. در طیف نور مرئی، این امر، منجر به جابجایی به سوی انتهای قرمز طیف نور می شود؛ بنابراین شیفت قرمز نام دارد.

زمانی که منبع نور به ناظر نزدیک می شود (v منفی است)، fL بزرگ تر از fS است؛ در طیف نور مرئی، این امر، منجر به جابجایی به انتهای طیف نور که فرکانس بالایی دارد، می شود. اما چون بنفش، انتهای کوتاهی در طیف دارد، چنین جابجایی فرکانسی در واقعیت، شیفت آبی نامیده می شود. بدیهی است که در محدوده طیف الکترومغناطیسی (و در خارج از محدوده طیف مرئی) ممکن است این جابجایی ها واقعا به سمت آبی و قرمز پیش نروند. برای مثال اگر در محدوده مادون قرمز هستید، زمانی که یک "شیفت قرمز" می بینید، به سمت خارج از قرمز جابه جا می شوید!

اگرچه کل طیف جابه جا می شود، ساده ترین راه آن است که هنگام مشاهده خطوط طیفی به جابه جایی ها دقت کنیم زیرا طول موج آن ها ویژه است.

در انیمیشن زیر می بینید که چرا این تغییرات اتفاق می افتند. هر چه منبع به سمت راست حرکت کند، به موج هایی که در آن مسیر منتشر کرده بود و طول موج آن ها را کوتاه تر کرده بود، می رسد و نور به سمت آبی جابه جا می شود.

به طور مشابه، موج هایی که در سمت چپ توسط منبع منتشر شده بود، باقی می مانند و نور به سمت قرمز جابه جا می شود:

کاربردهای اثر دوپلر

پلیس از این ویژگی در جعبه های رادار استفاده می کند که برای ردیابی سرعت به کار می روند. سرعت وسیله (که در نقش منبع امواج بازتابیده است)، در تعیین تغییر فرکانس مؤثر است که می تواند با جعبه کشف شود (کاربردهای مشابه این حالت در اندازه گیری سرعت باد در جو است که رادار دوپلر نام دارد و بسیار مورد علاقه هواشناسان است).

تصویری از یک رادار دوپلر

محاسبات هواشناسی با اثر دوپلر

شیفت دوپلری در ردیابی ماهواره ها هم کاربرد دارد. با مشاهده نحوه تغییرات فرکانس می توان سرعت را نسبت به موقعیت زمین معین کرد؛ این کار به ما اجازه می دهد از ردگیری با مرجع زمین برای تحلیل حرکت اجسام در فضا استفاده کنیم.

در نجوم، این شیفت ها مفیدند. هنگام مشاهده سیستمی با دو ستاره، با تحلیل تغییر فرکانس آن ها می توان گفت کدام به شما نزدیک و کدام از شما دور می شود.

تحلیل نوری که از فاصله دور در کهکشان ها به سمت ما می آید، نشان می دهد که نور یک شیفت قرمز را تجربه می کند. این کهکشان ها در حال دور شدن از زمین اند. در واقع، نتایج چنین مشاهداتی کمی فراتر از اثر دوپلر است و به انبساط فضا - زمان مربوط است که در نظریه نسبیت عام پیش بینی شده است. تعمیم این مشاهدات با دیگر یافته ها، تصویر "انفجار بزرگ یا مهبانگ" که منشأ پیدایش جهان است، تأیید می کند.

اثر دوپلر در نجوم

اثر دوپلر در نجوم کاربرد بسیار دارد زیرا در جهان همه چیز در حال حرکت است.

همانند مثال اتومبیل، زمانی که ستاره ای از ناظر دور می شود طول موج های طیف ستاره بلند تر شده در نتیجه به سوی سرخ طیف جا به جا شده(انتقال به سرخ) و اگر ستاره به ناظر نزدیک شود طول موج ها به سوی آبی طیف جا به جا میشوند(انتقال به آبی). تغییر طول موج فقط به سرعت نسبی ستاره بستگی دارد.نقش بارز این پدیده وقتی آشکار می شود که بدانیم تقریبا همه ی کهکشان ها انتقال به قرمز دارند و نتیجه بگیریم که جهان ما در حال انبساط است.

منابع

کتاب فیزیک هالیدی / رزنیک

ویکی پدیای فارسی

سایت تبیان

گرچه اینشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یکی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه‌گیری‌هایی که در سال ۱۹۹۸ گزارش شدند نشان می‌دهند که جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور که در نسبیت عام با ثابت کیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است.

تا قبل از انتشار گزارشها، ستاره‌شناسان همگی فکر می‌کردند که از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین کهکشان‌ها، کاسته شده است. اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که انفجارهای ابر نواختر در کهکشان‌های دور دست، کم نور تر از آن هستند که انتظار می‌رود. بنابراین کهکشان‌ها دورتر از آن هستند که ما تصور می‌کنیم. اما این کهکشان‌ها فقط در صورتی می‌توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند که افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد.

ستاره‌شناسان به این نتیجه دست یافته‌اند که افزایش سرعت گسترش کائنات وابسته به عاملی است که بر خلاف گرانش عمل می‌کند. این عامل ممکن است ثابت کیهانی و یا چیزی به نام انرژی تاریک باشد. دانشمندان هنوز به یک تئوری برای وجود انرژی تاریک نرسیده‌اند اما آنها می‌دانند که چقدر از آن احتمالا در دنیا وجود دارد. مقدار انرژی تاریک کائنات حدودا دو برابر مقدار ماده در آن است.

انرژی تاریک

ممکن است جهان فعلی ما به لطف انرژی تاریک، برخاسته از بذرهای باقیمانده از جهان دیگری باشد که قبل از انفجار بزرگ وجود داشته است.

یکی از مدلهای ارائه شده برای توضیح چگونگی آغاز جهان هستی پیشنهاد می‌کند که این جهان آخرین حالت از یک چرخه بی‌پایان است. از دید این مدل که در سال 1381/2002 توسط «پاول اشتنهارت» از دانشگاه پرینستون و «نیل تورک» از دانشگاه کمبریج مطرح شده است، جهان ما در یک ناحیه 3 بعدی به نام شامه (brane) وجود دارد که توسط یک بعد فضایی چهارم از سایر شامه‌ها مجزا شده است.

تحت شرایطی مناسب این شامه‌ها با هم برخورد کرده و رویدادی نظیر انفجار بزرگ را پدید آورده است. پس از برخورد و قبل از آن که میلیاردها سال بعد برخورد دیگری بین شامه‌ها رخ دهد به اطراف پراکنده شده‌اند.

Brane با حذف پیشوند mem، از واژه membrane به معنای پوسته و غشاء گرفته شده است. در این مدل هر جهان بر روی یک پوسته در نظر گرفته می‌شود.

این مدل ابتدا تلاش کرد تا نوسانات دمایی و چگالی عالم را که در تابش پس زمینه‌ی کیهانی قابل مشاهده است، توضیح دهد. تنها راهی که محسابات را بر مبنای مدل چرخه‌ای سازگار می کند افزودن ابعاد اضافی – آن گونه که نظریه ریسمان پیش بینی می‌کند – به چهار بعد دیگر فضایی است.

حدود 600 میلیون سال از قدمت و حکمفرمایی انرژی تاریک بر جهان می‌گذرد.

متاسفانه افزودن ابعاد بیشتر خود باعث ایجاد مشکل دیگری می‌شود. وقتی دو شامه به هم نزدیک می‌شوند، ابعاداضافی باید با بعدی که شامه‌ها را از هم جدا می‌کند به طور همزمان منقبض یا منبسط شوند. در غیر این صورت مناطقی از شامه که بزرگ هستند طوری درهم تنیده می‌شوند که بخش زیادی از آن منجر به ایجاد سیاهچاله‌ها شده و تنها سهم کوچکی از آن به فضای معمولی و قابل سکونت تبدیل می‌شود. بعد از طی چندین چرخه، این فضا دیگر منقبض نشده و بطور غیرمتحمل باید به خلق جهان ما منجر شده باشد.

محاسبات این پژوهشگران نشان می‌دهد وقتی انرژی تاریک (چیزی که به نظر می رسد عامل انبساط شتابدار عالم باشد) وارد این مسئله شود، پذیرفتن این فرایند چرخه ای تا حدودی پذیرفتنی می‌شود، در این صورت می‌توان گفت حدود 600 میلیون سال از قدمت و حکمفرمایی انرژی تاریک بر جهان می‌گذرد.

معمای انرژی تاریک

انرژی تاریک یک معما نیست

آیا افزایش سرعت کیهان به این اندازه مهم است؟ برخی از مفسران پاسخشان مثبت است و پاسخ آنها در حل معمایی است به نام انرژی تاریک. آنها بر این عقیده‌اند که انرژی تاریک مفهومی است که هنوز توسط هیچ نظریه‌ای تایید نشده است. ما با این نظر مخالفیم به عقیده ما انرژی تاریک سال هاست که توسط نظریه نسبیت عام و ثابت کیهانی تایید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ثابت کیهانی ماده تاریک سرد مدل کیهان‌شناختی تقریباً از سوی تمام کیهان‌شناسان دنیا به عنوان بهترین نظریه بر اساس اطلاعات به دست آمده، شناخته شده است. اما در این نظریه سه ایراد به چشم می‌خورد که معما را پیچیده تر می‌کند در اینجا به بررسی این سه ایراد و دلایل خود برای تشخیص آنها می‌پردازیم.

اولین ایراد: ثابت کیهانی موضوعی بود که توسط دانشمندان نسبیت عام و حتی خود انیشتین رد شد. او در ابتدا این ثابت را مطرح کرد اما بعدها آن را بزرگترین اشتباه خود نامید. با آنکه طبق نظریه نسبیت عامش جهان ایستا نبود، اما او این موضوع را ندید و از این رو پیش گویی ساده‌ای را در رابطه با انبساط جهان از دست داد. ثابت کیهانی را نمی‌توانیم به عنوان عضوی بدانیم که به نسبیت عام اضافه شده زیرا جزئی اصلی و جدایی ناپذیر آن به شمار می آید. ماهیت و مقیاس آن چندان معماگونه تر از ثابت های دیگر در نظریه‌های بنیادین دیگر نیست.

دومین ایراد "مسئله انطباق" نام دارد. اطلاعات نشان می‌دهد که ما در مرحله کوتاهی از کیهان زندگی می‌کنیم. دوره ای که در آن ماده و انرژی تاریک در انبساط آن نقش دارند. چنین انطباق غیرمحتملی به عنوان "مسئله‌ای" برای فرضیه ثابت کیهانی ماده تاریک سرد است. اما اگر این اجزاء که تابع زمان کیهانی هستند، به عنوان اجزائی که با هم نسبت خطی و نه لگاریتمی دارند در نظر گرفته شوند، مشاهده می‌شود که این زمان کوتاه برابری می‌کند با نصف عمر جهان و انطباق غیرمحتملی وجود ندارد. نکته دیگر این مسئله این است که در هیچ حالتی ما نباید فرض را بر این بگذاریم که در یک مکان_زمان تصادفی و کاملاً اتفاقی قرار گرفته‌ایم، آنچنان که اشتباه "مسئله انطباق" آن را پیش فرض قرار می‌دهد. مثلاً چگالی در اطراف ما از چگالی میانگین کیهان فاصله زیادی دارد.

همیشه برای یک پدیده پیچیده فیزیکی یک توضیح ساده و اشتباه وجود دارد. 

سومین ایراد، "انرژی خلاء" است. نظریه میدان کوانتومی به سبب ثابت کیهان‌شناسی فرض می‌کند که انرژی خلاء به نیروی کیهان‌شناختی افزوده شود. مانند برخی تشعشعات که بر بار الکترون می‌افزایند. اما این سهم فرض شده در ثابت کیهانی بسیار بزرگتر از مقدار مشاهده شده آن است. این ناهمخوانی یک معمای باقی مانده در نظریه میدان کوانتومی در حضور گرانش است، اما این یک اشتباه مفهومی است که ثابت کیهانی را با انرژی خلاء در نظریه میدان کوانتومی مغشوش کنیم. ثابت کیهانی را نباید به عنوان اثر نوعی انرژی مانند انرژی خلاء در نظریه میدان کوانتومی دانست، بلکه ثابت کیهان‌شناسی از رده مربوط به "انحنای نقطه صفر" است که دارای نوعی نیروی دافعه است که به علت دینامیک ذاتی فضا- زمان پدیدار می‌شود.

آزمایشات بر روی مدل ثابت کیهان‌شناسی ماده تاریک سرد باید ادامه پیدا کند و باید به دنبال فکرهای تازه برای آن باشیم. به عقیده ما و بسیاری دیگر، انرژی تاریک را اگر به عنوان معمایی بزرگ بپنداریم، خود باعث پیچیده تر شدن مسئله شده‌ایم.

انرژی تاریک یک معماست

در حال حاضر ثابت کیهانی ماده تاریک سرد به عنوان بهترین، موفقیت‌آمیزترین و کاملترین مدل شناخته شده کیهان‌شناسی است و برای آن آزمایشات فراوانی انجام گرفته همچنین تاکنون هیچ داده‌های رصدی نتیجه‌ای خلاف انرژی تاریک نداده است.

اما این موفقیت به بهایی به دست آمده است. در این مدل تنها 5 درصد از انرژی_ماده جهان قابل مشاهده و درک است و 95 درصد باقی مانده آن تاریک است. این 95 درصد تشکیل شده است از 25 درصد این بخش تاریک مجموعه ای از جرم- انرژی است که به شکل ماده تاریک که کهکشان‌ها و ساختارهای مقیاس بزرگ را به یکدیگر پیوند می‌دهد و 70 درصدش به صورت انرژی تاریک است که باعث افزایش سرعت انبساط جهان و دور شدن کهکشان‌ها شده است.

کیهان‌شناسان ترجیح می‌دهند که از ماده و انرژی تاریک به عنوان معما یاد کنند. نویسندگان بخش قبل عقیده دارند که انرژی تاریک می‌تواند با استناد به ثابت جدیدی به نام ثابت کیهانی توضیح داده شود. آنها ادعا می‌کنند که این یک توضیح کامل، ساده و بدون معما برای انرژی تاریک است و من مخالفم. به عقیده من ثابت کیهانی حتی در معنی غیرماورائی کلماتش هم دارای معماست. چیزی غیرقابل فهم یا ورای درک است.

ثابت کیهانی انرژی تاریک اینشتین ساده‌ترین توضیح برای انرژی تاریک است. به اندازه کافی با داده‌ها متناسب است و دلیلی برای حذف آن وجود ندارد. اما مفهوم بزرگی ثابت کیهان‌شناسی، توصیف‌کننده مشاهداتی فراسوی حد فهم ماست.

انتظارات ما از کیهان‌شناسی بیشتر از اینست که مولفه ها و ثابت‌هایی را برای یک مدل تعیین کند تا مشاهدات ما را دوباره عملی سازد. در غیر اینصورت ما باید همچنان از اینکه دایره‌ای دیگر را بر مدل سیاره‌ای بطلمیوس بیافزاییم خوشحال می‌بودیم. بزرگی این ثابت را نمی‌توان با هیچ یک از قوانین فیزیکی شناخته شده توضیح داد و این یک معما است. به گفته اختر فیزیکدان تامی گلد همیشه برای یک پدیده پیچیده فیزیکی یک توضیح ساده و اشتباه وجود دارد. پس نباید به دلیل ساده بودن توضیحات با استفاده از ثابت کیهانی به آن قانع شویم.

منابع

• دانشنامه ستاره‌شناسی
• سایت تبیان
• مجله نجوم
• ماهنامه آسمان شب

در سال 1973 ،کشف اتفاقی فورانگرهای پرتو گاما کیهانی(GRBs) ،بر اساس اطلاعاتی از فضاپیمای نظامی «ولا»،که هدفش نظارت بر پیمان محدودیت آزمایش هسته ای بود، اعلام شد.اما فهم یک ایده روشن از منشا آنها تا اواخر سال 1990 طول نکشید. فورانگر پرتو گاما( GRB) یک پالس کوتاه مدت از تشعشع گاما) با انرژی حدود 20 کیلو الکترون ولت تا دهها گیگا الکترون ولت) است.

سیر زمانی بلندمدت فورانگر قوی پرتو گاما در 29 اکتبر 1996 که به وسیله آشکارساز GRB در فضاپیمای « Ulysses » اندازه گیری شد

با ابزار هایی با حساسیت کافی،حدود یک انفجار در هر روز قابل آشکارسازی است.محدوده زمانی GBR از 10 میلی ثانیه تا 1000 ثانیه یا بیشتر است،ولی مقدار متوسط تقریباً 10 ثانیه است.برای این زمان کوتاه،شاید آنها روشن ترین اشیاء در آسمان پرتو گامایی باشند.یک مثال در شکل 1 نشان داده شده است.هر انفجار از یک جهتتصادفی منحصر بفرد می آید؛هیچوقت دو اتفاق از یک جهت کاملا یکسان شناسایی نشده است. توزیع منابع فورانگر گاما در آسمان کاملاً همسانگرد است (شکل 2).این خواص،که کاملا برخلاف منابع معمول پرتو گاما هستند( نجوم پرتو گاما را ببینید)توضیح می دهد که چرا پیشرفت در فهم منابع فورانگرهای پرتو گاما آهسته بوده است: تلسکوپ های پرتو گاما به داشتن میدان دید کم و ارایه دقیق اطلاعات مکانی تمایل دارند و این مسئله نظارت آنها را بر کل آسمان غیر واقعی می سازد. اصلی ترین تکنیک ردیابی برای تعیین زمان انفجار، شبکه بین سیاره ای و آرایه های بزرگی مانند رصدخانه پرتوگاما کامپتون(Compton) هستند. در سال 1997 ، یک کشف مهم به وسیله فضاپیمای ایتالیایی-هلندی ((BeppoSAX))،که هم یک دوربین میدان گسترده و هم یک تلسکوپ میدان باریک پرتو ایکس حمل میکرد، به دست آمده است .دوربین میدان گسترده آن را قادر می ساخت تا کاوش کند و محل انفجار را در محدوده ی انرژی 2 تا 10 کیلوالکترون ولت با دقت چند دقیقه قوسی مشخص کند.سپس در عرض چند ساعت فضاپیما می توانست طوری جابه جا شود که با تلسکوپ میدان باریک موقعیت منبع انفجار را نشان دهد.

مکانهای انفجار پرتو گاما که به وسیله رصد خانه پرتوی گامای کامپتون آشکارسازی شده است. از مختصات کهکشانی استفاده شده است و بر اساس شدت فورانگر کدگذاری رنگی شده است.دقت موقعیت ها معمولا چند درجه هستند

این نوع انفجارها (GRBs) درخشش تشعشعات گاما به همراه انفجار های پرانرژی هستند که در کهکشان های دوردست مشاهده شده اند. آن ها درخشان ترین پدیده های الکترومغناطیسی شناخته شده در جهان هستند. این انفجارها ممکن است از 10میلی ثانیه تا چند دقیقه بطول بیانجامند؛ و یک انفجار معمولی 40-20 ثانیه طول می کشد.

معمولاً انفجار اولیه، "پستاب" طولانی مدتی را بدنبال خواهد داشت که با طول موج بلندتری ساطع می شود (یعنی به یکی از اشکال پرتو ایکس، فرابنفش، فروسرخ، ماکروویو و رادیویی). دانشمندان معتقدند که اکثر GRB های مشاهده شده متشکلند از یک پرتو باریکِ تابش شدید که به هنگام دوران سریع یک ابرنواختر- ستاره ی پرجرمی که پس از رمبش، یک ستاره نوترونی، ستاره ی کوارکی و یا سیاهچاله از آن شکل می گیرد- آزاد می شود.

به نظر می رسد که زیر رده ای از GRB ها (انفجار های کوتاه) از فرایند متفاوتی ناشی می شوند. که این فرایند ممکن است ادغام ستاره های دوتایی نوترونی و شاید گسترش رزونانسِ بین هسته و پوسته این ستارگان باشد، که در نتیجه تحمل نیروهای جزر و مدی بسیار در ثانیه های آخر، و انفجارِ پس از آن و تکه تکه شدن کل پوسته ی ستاره، رخ داده است.

منابع اکثر GRB ها میلیارد ها سال نوری با زمین فاصله دارند. و این دال بر این نکته است که انفجارها همبسیار پرانرژی هستند (یک انفجار معمولی در عرض چند ثانیه، به اندازۀ کل انرژی آزاد شده از خورشید در طول عمر 10 میلیارد ساله اش، انرژی آزاد می کند) و هم بسیار نادر (یعنی تعدادی معدود در هر کهکشان در هر یک میلیون سال).

تمام GRB های مشاهده شده متعلق به خارج از کهکشان راه شیری هستند، گرچه یک رده ی مربوط به این پدیده، شراره های تکرار شونده ی اشعه ی نرم گاما، همراه با مگنتار های منسوب به درون راه شیری هستند. چنین فرض شده است که یک انفجار اشعه گاما در راه شیری- که مستقیماً به سمت زمین نشانه رفته- ممکن است منجر به انهدامی عظیم شود.

GRB ها اولین بار در سال 1967 توسط ماهواره های Vela شناسایی شدند - یک سری ماهواره هایی که برای شناسایی آزمایشات مخفیانه ی سلاح های هسته ای طراحی شده اند. در سالهای بعد صدها مدل فرضی برای توجیه این انفجارها ارائه شدند، از جمله برخورد دنباله دارها با ستاره های نوترونی. اطلاعات کمی برای توضیح این مدل ها در دسترس بود تا اینکه در سال 1997 اولین پرتو ایکس و پستابهای نوری آن شناسایی شد و محاسبۀ مستقیمِ انتقال به سرخ آنها با استفاده از طیف سنجی نوری صورت گرفت، و بدین گونه فواصل و انرژی خروجیشان مورد محاسبه قرار گرفت. این اکتشافات و تحقیقات بعدی بر روی کهکشان ها و ابرنواخترهای مربوط به این نوع انفجار، فواصل و درخشش GRB ها را مشخص نمود. این حقایق قطعاً آنها را در کهکشان های دور قرار داده و GRB های طولانی مدت را به مرگ ستارگان پرجرم ربط می دهد، که تنها سرچشمه ی ممکن برای انرژی خروجی مشاهده شده است.

منبع

ویکی پدیا انگلیسی[۱]

Encyclopaedia of astronomy and astrophysics - Nature Publishing Group 200

ظریه‌ی برخورد بزرگ (giant impact hypothesis) بیان می‌دارد که ماه از باقیمانده‌های حاصل از برخورد بین زمین و جسمی به اندازه‌ی مریخ، در حدود چهار و نیم میلیارد سال پیش تشکیل شده است. جسمی که به زمین برخورد کرده را بعضی اوقات تئا (Theia) می‌نامند؛ از آن رو که تئا، تیتان اسطوره‌های یونانی ما و زندگی بخشنده به سلن-خدای ماه-است.

نظریه‌ی برخورد بزرگ، یکی از نظریه‌های علمی‌ای است که در حال حاضر برای شکل‌گیری ماه پذیرفته شده است. شواهدی که این نظریه را توجیه می‌کنند عبارتند از:

• جهت خاص حرکت وضعی زمین و حرکت مداری ماه
• نمونه‌هایی از سنگهای ماه که نشان می‌دهند روزی سطح ماه مذاب بوده
• هسته‌ی به نسبت کوچک آهنی ماه، چگالی کوچکتر ماه در مقایسه با زمین
• شواهدی از برخوردهای مشابه در دیگر سیستم‌های ستاره‌ای (که دیسک‌های برافزایشی را ایجاد می‌کنند)
• و برخوردهای بزرگی که در نظریات شکل‌گیری منظومه شمسیوجود دارند.

البته با این وجود حتی درباره‌ی بهترین مدلهای برخورد بزرگ نیز سوالهایی بی پاسخ باقی می‌مانند. انرژی زیاد حاصل از چنین برخوردی زمین را به حدی گرم می‌کند که اقیانوسی از ماگما در سطح آن شکل بگیرد؛ اما هنوز شواهدی از ته نشین شدن عناصر سنگین‌تر به سمت جبه‌ی زمین که نتیجه‌ی ذوب سطحی است، به دست نیامده است. در حال حاضر هیچ مدل یکپارچه و کارآمدی که مراحل تحول قرص غبار اطراف زمین که پس از برخورد شکل گرفته است تا شکل گیری یک جرم واحد (ماه) را توصیف کند، وجود ندارد. سوالات دیگری که باقی می‌مانند شامل موارد زیر نیز می‌شوند:

• چه زمانی و چگونه ماه ذخیره‌ی عناصر فرار خود را از دست داد؟
• چرا سیاره‌ی زهره که خود نیز در طول شکل گیری برخوردهای بزرگی از این دست را تجربه کرده، اکنون هیچ قمری ندارد؟

تاریخ مدل

در سال 1898، جورج داروین نخستین کسی بود که پیشنهاد داد در ابتدا، زمین و ماه یک جسم بوده‌اند. نظریه‌ی داروین این گونه شکل‌گیری ماه را توجیه می‌کرد که ماه مذاب، به دلیل نیروی مرکزگریز حاصل از چرخش سریع زمین به دور خود، از آن به بیرون پرتاب شده است؛ و این توجیه برای شکل‌گیری ماه، در بیشتر مجامع علمی پذیرفته شد. با استفاده از مکانیک نیوتونی، داروین محاسبه کرد که ماه در گذشته به زمین نزدیک‌تر بوده و از آن دور می‌شود. این دور شدن تدریجی در آینده توسط آزمایشات شوروی و آمریکا با کارگذاشتن لیزر روی سطح ماه، اثبات شد.

اما، محاسبات داروین نتوانست مکان کنونی ماه را به درستی توجیه کند؛ به عبارت دیگر با دنبال کردن مسیر ماه در جهات عکس، نمی توانست آن را تا رسیدن به سطح زمین دنبال کند. در سال 1946، رجینالد آلدوورث دالی از دانشگاه هاروارد، با نظریه‌ی داروین مخالفت کرد، و نظریه‌ی خود را که به جای نیروی گریز از مرکز بر اساس یک برخورد بزرگ استوار بود مطرح کرد. توجه کمی به نظریه‌ی پروفسور دالی شد، تا آن که در کنفرانسی در خصوص اقمار در سال 1974 این نظریه بار دیگر مطرح شد و در سال 1975 توسط دکتر ویلیام ک. هارتمن و دونالد آر. دیویس در نشریه‌ی علمی ایکاروس به چاپ رسید و مورد بحث و بررسی قرار گرفت. مدل آنها پیشنهاد می‌کند که در روزهای پایانی شکل گیری منظومه شمسی، تعداد زیادی اجرام به اندازه‌ی اقمار، در فضای میان سیاره ای سرگردان بودند، و می‌توانستند با سیارات برخورد کنند یا توسط آنها به دام بیفتند. آنها پیشنهاد کردند که احتمالا یکی از این اجرام با زمین برخورد کرده، مقدار زیادی از مواد با ترکیبات شیمیایی فرار اندک را از آن به بیرون پرتاب کرده و این مواد پس از برافزایش دوباره، ماه را تشکیل داده‌اند. این برخورد به تنهایی می‌تواند بسیاری از ویژگی‌های منحصر به فرد زمین‌شناختی و شیمیایی ماه را توجیه کند.

رویکرد مشابهی توسط منجم کانادایی آلاستیر جی. دبلیو. کامرون و منجم آمریکایی ویلیام آر. وارد اتخاذ شد؛ نظریه‌ی آنها بیان می‌کرد ماه از باقیمانده‌ی حاصل از برخورد مماسی جسمی هم اندازه‌ی مریخ با زمین تشکیل شده است. همچنین در این نظریه مطرح شده که تقریبا تمام پوسته‌ی سیلیکاتی جسم برخوردکننده تبخیر شده، در صورتی که هسته‌ی آهنی آن باقیمانده است. در نتیجه مقادیر زیادی از موادی که به مدار فرستاده شده، سیلیکات بوده است و در نتیجه ماه از نظر عناصر آهنی فقیر است. همچنین در پی این برخورد، اغلب مواد فرار از منظومه شمسی فرار کرده‌اند.

تئا

نام پیش سیاره ای که با زمین برخورد کرده است، از اسطوره‌ی یونانی -تئا- برداشت شده که یکی از تایتان‌ها بوده و به سلن -خدایگان ماه- زندگی بخشیده است. این نام نخستین بار توسط زمین-شیمی‌دان انگلیسی، آلکس ن. هالیدی، در سال 2000 پیشنهاد شد و در مجامع علمی پذیرفته شد. بر طبق نظریات شکل‌گیری سیارات نوین، تئا یکی از اجسامی بود که در چهار و نیم میلیارد سال پیش در منظومه شمسی سرگردان بودند و اندازه‌ای تقریبا به اندازه‌ی مریخ داشتند. یکی از نکات جالب توجه درباره‌ی این نظریه، این است که شکل‌گیری ماه را به شکل‌گیری زمین مرتبط می‌سازد و حتی شاید این برخورد بزرگ، یکی از چند برخورد بزرگی بوده که زمین به خود دیده و احتمالا آخرین آنها بوده است.

مدل اساسی برخورد

منجمان معتقدند که برخورد بین زمین و تئا حدود 4.53 میلیارد سال پیش، یعنی حدود 30 تا 50 میلیون سال پس از آغاز شکل‌گیری منظومه شمسیاتفاق افتاده است. در ابعاد نجومی، این برخورد در سرعت‌های متوسط اتفاق افتاده است. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای این برخورد، زاویه‌ای حدود 45 درجه و سرعت اولیه‌ای حدود km/s 4 را پیشنهاد می‌کنند.

ید برای همه ما به هنگام رصد آسمان در شبی صاف و پر ستاره ، بدور از هرگونه آلودگی نوری ، گرد و غبار محلی و یا آشفتگی های جوی که ارمغان شهر های صنعتی هستند، این سوال پیش آید که آیا ما در میان این همه جرم آسمانی درخشان تنها هستیم؟ این سوال ، قرن ها است که ذهن بشر را به خود جلب کرده است ، چه برای بشر دیروز که زمین را در مرکز عالم می دانست ، و فضای اطراف خود را فقط محدود در 3000 جرم درخشانی که در آسمان می دید می پنداشت ،، چه برای بشر امروز که زمین را همچون نگینی کوچک و درخشان در این جهان بی کران در نظر می پندارد.اگر بخواهیم به ریشه این پرسش در گذشته بپردازیم ، فقط به حدس و گمان عده ای از دانشمندان و فیلسوفان در زمینه وجود شکل هایی از حیات محدود زمینی در دنیا های دیگر بر می خوریم.امروزه انسان به مدد تکنولوژی و فناوری های پیشرفته و بروز در آستانه یافتن پاسخی قانع کننده  به این سوال در معنای واقعی خودش قرار دارد.کشف شمار زیادی از سیارات فرا خورشیدی که به دور ستاره مادر خود  درگردشند  و همچنین کشف منظومه های مختلفی  شبیه به منظومه شمسی ، مهر تاییدی است براین  ادعا که منظومه شمسی ما ، یک منظومه بی همتا نیست.جالبتر از آن ، این موضوع است که وجود سیارات فراخورشیدی و ساختار های منظومه مانند در کهکشان ما ، امری کاملا طبیعی و رایج است.

 اگر بخواهیم سیارات فرا خورشیدی را که تاکنون کشف شده اند از لحاظ  اندازه برسی کنیم ، اکثرا در محدوده سیارات غول پیکر مانند مشتری و زحل خودمان دسته بندی می شوند.

با توجه به ساختار این سیارات غول پیکر، احتمال وجود حیات در آنها بعید به نظر می رسد.(البته با توجه به تعاریفی که ما از حیات داریم.)به بیان دیگر شاید نتوان علائمی که ما از حیات برروی زمین می بینیم (حیات زمینی) در آنجا مشاهده کرد.البته نباید این نکته را فراموش کرد که وجود سیاراتی با ساختار و اندازه شبیه به زمین ، غیر محتمل نیست. 

در 15 سال اخیر ناسا فعالیت ها و ماموریت های گسترده ای در زمینه کاوش سیارات فرا خورشیدی ترتیب داده است.همچنین برنامه های متنوع و برجسته ای  برای آینده در نظر دارد.

باید اضافه کنم که در این ماموریت ها از پیشرفته ترین و دقیق ترین ابزار ها  استفاده خواهد شد.ابزار آلاتی که بتوانند کاوشگر ها را در اجرای چنین ماموریت های گستر ده ای (به فراسوی فضای محدود منظومه شمسی) یاری رسانند.

تلسکوپ کک اینتر فرو متر با استفاده از آینه عظیم خود(بزرگترین آینه اپتیکی جهان) دید گسترده ای در جهت کاوش در ژرفای فضا به ما خواهد داد. علاوه بر این تلسکوپ کک با استفاده از سیستم تداخل سنجی به مطالعه ابر های غباری در اطراف ستارگان خواهد پرداخت.(جایی که احتمالا سیارات فرا خورشیدی در حال شکل گرفته اند.) 

همچنین با در پرتاب سیم پلنت کوئست در سال 2011 به فضا ، افق های روشنی در زمینه اندازهگیری فاصله ستارگان و همچنین موقعیت کنونی آنها نسبت به یکدیگر با دقت و ظرافتی بی سابقه در تاریخ اختر شناسی ، بروی ما خواهد گشود.این دقت چنان است که ما می توانیم  به جستجوی شواهدی دال بر و جود  سیارات زمین مانند بپردازیم.

در نهایت با ساخت تلسکوپ تریستریال پلنت فایندر(جستجو گر سیارات خاکی (زمین مانند) انقلابی نوین در زمینه اختر شناسی بوقوع خواهد پیوست، تصاویری که از این تلسکوپ بدست می آید، تا 100 برابر بزرگتر و شفاف تر از داده های بدست آمده توسط تلسکوپ فضایی هابل است. بدین سان به ژرفای فضا راه خواهیم یافت و به قلب آن نفوذ خواهیم کرد.از مزایای دیگر این سیاره ارائه داده هایی دقیق از منظومه های همسایه و سیارات فرا خورشیدی است.در آن هنگام دانشمندان به آنالیز اتمسفر دنیا های دور برای جستجوی دی اکسید کربن، بخار آب و ازن  دست خواهند پرداخت.زیرا وجود این گاز ها به عنوان عناصر بنیادی برای تشکیل حیات، خود به عنوان سندی معتبر بر تایید این تئوری است.در حال حاضر دانشمندان حدود 157 سیاره فرا خورشیدی را کشف کرده اند.البته از هیچیک از آنها به استثنای یکی تصویری مستقیم مشاهده نشده است. بلکه با توجه به تاثیرات شان بر ستاره مادر که به دور آن ها در گردشند ، به وجود آنها پی برده شده است. 

بله آن چه که ارائه  شد، فقط  بخش کوچکی از فعالیت های جاری و آتی در زمینه کاوش  برای سیارات فرا خورشیدی بود . همه این عوامل دست به دست هم خواهند داد تا بشر روزی در مکانی دیگر در و رای منظومه شمسی نشانه ای از حیات و یا مهدی از تمدن را بیابد.

 سر انجام یک زمین دیگر پیدا خواهد شد...

نظر شما چیست؟ آیا ما واقعاً تنها هستیم؟

در کهکشانی که بیش از 150 میلیارد ستاره را در خود جای داده است.در جهانی که از میلیارد ها میلیارد کهکشان تشکیل شده است.

با کاوش های آتی همه چیز روشن خواهد شد.

با سپاس فراوان از آقایان : رحیمی و جوادی

تحقیق و ترجمه :سید اسماعیل حسینی مروجی

 بهمن 84

منبع:

مقاله آقای پوریا ناظمی در جام جم

Main source:

نخستین بار در  سال  1947  یک بازرگان آمریکایی با هواپیمای شخصی خود حومه ی واشینگتن پرواز می کرد. ناگهان با دیدن تعداد زیادی سفینه های فضایی عجیب , که حرکاتی خیره کننده و فوق العاده انجام می دادند , دچار حیرت و  وحشت شد .فردای آن روز به مقامات مسؤل گزارش داد: آن ها شبیه تابه های درخشانی بودند , و مانند آیینه نور خورشید را منعکس می کردند , و در ضمن از لوله های مخصوص  شعلع های ابی رنگ بیرون می فرستادند . در مدت چند روز دگر نیز گزارشاتی شبیه آن از شطرف افراد دیگری نیز گزارش شد . از آن به بعد تا به امروز  ماهی نمی گذرد که نظیر همین مشاهدات در نقاط مختلف دنیا به وقوع نپیوندد , و مطالب مربوط به آن در رسانه های گروهی  گوناگون منتشر نشود . تازه ترین مطلب مطرح شده در این زمینه چنین است:اخیرأ جسم پرنده ای نا شناخته ای به وسیله ی دو نفر که 100 کیلومتر از هم فاصله داشتند  در شمال فرانسه دیده شد است , و توصیف این دو نغر در مورد ماشین پرنده یکی است. یکی از این دو نفر در بندر گاله (شمال فرانسه)  زندگی می کند .او هنگانی که با اتومبیل خود از یک جاده ی فرعی حومه ی شهر عبور می کرد , ناگهان در چند صد متر ی خود دو نقطه ی نورانی شبیه چراغ های اتومبیل اما خیلی پر نور تر از آن در وسط یک مزرعه مشاهده کرد. وقتی او اتومبیل خود را نگه داشت , تا به تماشای این وسیله ی نقلیه بپردازد , ناگهان مشاهده کرد , همین دو نقطه نورانی از وسط مزرعه به سوی او حرکت کردند , ودر ارتفاع 5 متری در مقابل  چشمان او از روی جاده عبور نمودند , و از نظر ناپدید شدند. این شخص اضافه می کرد , شکل این ماشین پرنده به یک بشقاب شباهت داشت . یک روز بعد از ان نیز شخص دیگری که رییس یک اداره بود, گزارش داد جسم پرنده ای با دو چراغ روشن روی چمن پارک شهر مشاهده کرده است. روزنامه های جنجالی نیز نظیر این مطالب را مرتبأ منتشر می کنند , ولی راستش را بخواهید صحت و سقم این مطالب تا به امروز روشن نشده است.