حياة النجوم The Life Of Stars
إذا أردنا دراسة التغير في سمات شخص يبلغ من العمر (60) عاما من لحظة ولادته إلى بلوغه هذه السن؛ بغية تصنيف الأفراد إلى فئات عمرية مختلفة، فلا شك في أننا سنعتمد التصنيف الآتي أساسًا لهذه الدراسة: فئة الأطفال، فئة الصغار، فئة الشباب، فئة كبار السن. بيد أننا سنواجه حتمًا مشكلة تتمثل في استحالة تتبع المراحل العمرية التي مر بها هذا الشخص في أثناء دراستنا إياها، بالرغم من علمنا المؤكد بوجودها، أنظر الشكل الآتي:
وبالمثل، فإنه يصعب تتبع دورة حياة نجم ما؛ لأن ذلك يستغرق مليارات السنين. وقد اهتدى العلماء إلى دراسة خصائص النجوم المختلفة لتقرير أن النجوم تولد وتمر بدورة حياة من البداية إلى النهاية.
السديم: هو سحابة كبيرة من الغبار الكوني والغاز الذي يتكون معظمه من عنصري الهيدروجين والهيليوم بحسب النظرية السديمية.
كيف نشأ نظامنا الشمسي؟
- نتيجة الانكماش الجذبي للسديم.
- نشأ عن هذا الانكماش تجمع غالبية الكتلة الناتجة في مركز السديم مشكلة الشمس.
- تراكم بقية الكتلة حوله على شكل قرص تكونت منْه كواكب المجموعة الشمسية، ومنها الأرض.
دورة حياة النجوم
تكون النجم الاولي من السديم
- تبدأ حياة النجوم جميعًا من السديم Nebula ، ويعد اكتشافه أحد أهم الأدلة على وجود دورة حياة للنجوم؛ إذ تمثل السدم الحاضنات التي تولد فيها النجوم.
- في الجزء الأكثر كثافة من السديم يبدأ انكماش مادة السديم نحو قلب النجم بفعل تأثير الجاذبية، وتزداد الطاقة الحركية بصورة كبيرة. نتيجة لذلك؛ تزداد درجة حرارة قلب النجم، فيتولد ضغط حراري يُعاكس الانكماش الجذبي، ويتكون النجم الأولي Protostar الذي يشبه الطفل حديث الولادة في حياة الإنسان، معلنًا بدء أول مرحلة من مراحل حياة النجم، أنظر الشكل الآتي:
نجوم التتابع الرئيس
- عندما ترتفع درجة حرارةِ قلب النجم الأولي إلى (1.5) مليون كلفن، تبدأ الاندماجات النووية في قلب النجم، وتطلق كميات هائلة من الطاقة، معلنة بدء حياة النجم ليصبح من نجوم التتابع الرئيس Main Sequence Stars . ويقضي النجم معظم حياته في هذه المرحلة بسبب تساوي قوة الانكماش الجذبي نحو الداخل والضغط الحراري نحو الخارج، أنظر الشكل الآتي:
وهي بذلك تشبه مرحلة الشباب في حياة الإنسان التي تعد أطول مراحل حياته.
على ماذا تعتمد دورة حياة النجم؟
تعتمد على كتلة النجم الأولي. وقد يعتقد بعض الأشخاص أن النجوم التي كتلتها أكبر تبقى مدة أطول من تلك التي كتلتها أقل، ولكن العلماء أثبتوا عكس ذلك؛ إذ تتناسب كتلة النجم عكسيًّا مع مدة حياته. فالنجوم ذات الكتلة الصغيرة (الأقل كتلة من الشمس) تستنفد وقودها النووي على نحو أبطأ من النجوم ذات الكتلة الكبيرة؛ ما يعني أن حياتها تستمر مدة أطول بكثير من حياة النجوم ذات الكتلة الكبيرة.
العملاق الأحمر و فوق العملاق الأحمر
- حين يبدأ الوَقود النووي بالنفاد من قلب نجم التتابع الرئيس، يُسخن الغلاف الهيدروجيني الذي يحيط به بسبب الانكماش الجذبي الداخلي، حتى تصبح درجة الحرارة فيه كافية لبدء اندماج الهيدروجين، ما ينتج طاقة أكثر مما كانت عليه عندما كان نجمًا من فئة التتابع الرئيس، فيزداد حجمه بسبب زيادة قوة الضغط الحراري نحو الخارجِ على الانكماشِ الجذبي نحو الداخل. ونظرًا إلى انتشار الطاقة على مساحة سطح أكبر؛ تنخفض درجات الحرارة السطحية، فيبدو النجم باللون الأحمر، عندئذ يصبح النجم عملاقًا أحمر Red Giant ، أو نجمًا فوق عملاق أحمر Super Red Giant ، اعتمادًا على كتلة نجم التتابع الرئيس، أنظر الشكل الآتي:
|
أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرة، أبحث في الأسباب التي تجعل مدة حياة النجوم ذات الكتل الصغيرة أطول كثيرًا من مدة حياة النجوم ذات الكتل الكبيرة. النجوم ذات الكتل الصغيرة تكون مدَّة حياتها أطول؛ لأنَّ معدَّل حدوث الاندماجات النووية فيها بطيء. ولهذا،فهي لن تستنفد وقودها النووي من الهيدروجين خلال مدَّة زمنية قصيرة. |
موت النجوم The Deaths of Stars
السديم الكوكبي والقزم الأبيض
تموت النجوم (بالمفهوم الفلكي) عندما يفقد العملاق الأحمر الوَقود النووي، فيكون سديمًا كوكبيًّا Planetary Nebula.
السديم الكوكبي: هو سديم يمتاز بشكله الكروي، وكثافته الكبيرة جدًّا.
أمّا مادة قلب السديم الكوكبي المتبقية، فتكوِّن نجمًا يسمّى القزم الأبيض White Dwarf كما في الشكل الآتي:
تمتاز هذه الأقزام بما يلي:
- كثافتها الكبيرة جدًّا.
- حجمها الذي يساوي حجم الأرض تقريبًا.
- كتلتها التي تقارب كتلة الشمس.
- تتوهج بصورة ضعيفة بالرغم من عدم احتوائها على وقود نووي، ومصدر هذا التوهج هو الطاقة المتبقية في قلب النجم. ومن المتوقع أن تتوقف هذه الأقزام عن التوهج بعد مليارات السنين، عندئذ يُطلق عليها اسم الأقزام السود Black Dwarfs ، أنظر الشكل الآتي:
سؤال الشكل 13: أُقارن بين القزم الأبيض والقزم الأسود من حيث العمر والتوهج الصادر عن كل منهما.
الأقزام البيض: تمتاز بكثافتها الكبيرة جدًّا، وحجمها الذي يساوي حجم كوكب الأرض تقريبًا، وكتلتها التي تقارب كتلة الشمس، وتتوهَّج بدرجة ضعيفة بالرغم من عدم احتوائها على وقود نووي، ومصدر هذا التوهُّج هو الطاقة المتبقية في قلب النجم.
- الأقزام السود: تتكوَّن نتيجة توقُّف الأقزام البيض عن التوهُّج بعد مليارات السنين.
النجم النيوتروني والثقب الأسود
النجم فوق العملاق الأحمر فينفجر انفجارًا عظيمًا خلال زمن قصير عندما يفقد وَقوده النووي، مكونًا نجمًا فوق مستعرٍ Supernova
النجم فوق المستعر: هو نجم شديد السطوع، يطلِقُ طاقةً تعادل الطاقة التي تصدرها الشمس خلال مدة حياتها.
وما تبقى من مادة القلب فإنه يُكوِّن نجمًا نيوترونيًّا Neutron Star ، أو ثقبًا أسود Black Hole ، تبعًا لكتلة مادة قلب النجم،
أنظر الشكل الآتي:
يمثل الشكل (أ): انبعاثات الأشعة السينية من سديم السرطان (السلطعون).
ب- أول صورة التقطت للثقب الأسود الهائل في شهر نيسان من عام 2019م.
تمتاز النجوم النيوترونية بأنها أصغر حجمًا من الأقزام البيض؛ إذ يبلغ قطرها(25Km)تقريبًا، وتزيد كثافتها مليون مرة على كثافة الأقزام البيض.
إذا زادت الكتلة المتبقية في قلب النجم على كتلة الشمس بنحو ثلاث مرات، فإنه ينتهي على صورة ثقب أسود.
الثقب الأسود جِرم سماوي ذو كثافة وجاذبية كبيرة جدًّا؛ فهو يجذب جميع أشكال الطاقة أو المادة التي تقترب منه، ولا يسمح لها بالإفلات منه؛ لذا لا يمكن رؤية الثقوب السوداء واكتشافها مباشرة.
أتحقق: ما المقصود بالثقب الأسود؟
جِرم سماوي ذو كثافة وجاذبية كبيرة جدًّا؛ فهو يجذب جميع أشكال الطاقة أو المادة التي تقترب منه، ولا يسمح لها بالإفلات منه؛ لذا لا يمكن رؤية الثقوب السوداء واكتشافها مباشرة.
يمثل الشكل الآتي ملخصا لدورة حياة النجوم:
تبدأ دورة حياة النجوم بالنجم الأولي الذي تكوَّن من مادة السديم الكوني، وتنتهي بموت النجم في صورة قزم أبيض، أو نجم نيوتروني، أو ثقب أسود.
سؤال الشكل (15): أتتبَّع دورة حياة نجم تتابع رئيس كبير.
دورة حياة الشمس Life Cycle of the Sun
تعد الشمس أحد النجوم متوسطة الحجم، ويقدر العلماء عمرها الآن بنحو (4.6)مليارات سنة؛ أي إنها ما تزال شابة، وفي أكثر مراحل حياتها استقرارًا. أنظر الشكل الآتي الذي يمثل دورة حياة الشمس.
سؤال الشكل (16): أبين: ما العمر الذي قدره العلماء لموت الشمس؟
العمر الذي قدَّره العلماء لموت الشمس هو (12) مليار سنة.
توقع العلماء أن يستمر إشراق الشمس مدة (5.5) مليارات سنة أُخرى، وبيَّنوا أنها الآن في مرحلة التتابع الرئيس التي تُولِّد الشمس فيها الطاقة، وأنها ستتطور إلى عملاق أحمر عند نفاد مخزون الهيدروجين والهيليوم منها. توقع العلماء أيضًا أن الحرارة الناتجة من العملاق الأحمر ستجتاح كوكب الأرض، وتجعل الحياة مستحيلة على سطحه، وأن حياة الشمس ستنتهي، وتموت في صورة قزم أبيض بعد مرور ملياري سنة أخرى.
أتحقق: أتتبع المراحل التي تمر بها الشمس.
سديم كوني ، نجم أولي، نجم تتابع رئيس، عملاق أحمر، سديم كوكبي ، قزم أبيض.
|
أفكر: 1. "يرتبط وجودنا على سطح الأرض بالاندماجات النووية في قلب النجم." أذكر الأدلة التي يمكن أن تُثبت صحة هذه العبارة، مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرةِ. الاندماجات النووية مصدر الطاقة الشمسية اللازمة لعملية البناء الضوئي، وهي العملية التي تقوم بها النباتات، وبها يُصنَع الغذاء على سطح الأرض. نجوم التتابع الرئيس المتوسطة التي لها عمر قريب من عمر الشمس؛ لأنَّ محتواها من الطاقة يُماثِل محتوى الشمس، ما يعني أنَّ كمية الطاقة التي تصل سطح |
|
الإثراء والتوسع مقراب الكوة الدائرية الصيني (فاست) يعد هذا المقراب الأكبر حجمًا بين المقاريب (التلسكوبات) الراديوية في العالم، وهو يمتاز بتصميم مبتكر؛ إذ يبلغ قطره (500m)، ويتكون من (4450) لوحًا؛ ما يعطيه مساحة تجميع تقرب من (196000m2)، وهذا يعادل مساحة (30) ملعب كرة قدم. بدأ تنفيذ مشروع FAST عام 2011 م، وقد رأى النور أول مرة في شهر أيلول عام 2016 م. وبعد مرحلة اختبار استمرت (3) سنوات، أُعلن عن تشغيله كاملا عام 2020 م. في شهر آب عام 2017 م، استعمل علماء الفلك هذا المقراب الضخم لاكتشاف زوج من النجوم النابضة، يبعدان عنّا آلاف السنين الضوئية. والنجمان المكتشفان عاليا الكثافة، ومحاطان بمجالات مغناطيسية قوية، ويدوران حول محورهما بسرعة كبيرة. يبدو هذان النجمان كأنهما ينبضان عند النظر إليهما من الأرض؛ لذا يطلق عليهما وعلى النجوم المماثلة لهما اسم النجوم النابضة. تستخدم مواقع هذه النجوم وتوقيتاتها نقاطًا مرجعية في الفضاء، وهي تساعدنا على فهم نظرية الانفجار العظيم. ومن المنتظر استخدام هذا التلسكوب العملاق في تتبع مركبة الفضاء التي ستسافر إلى كوكب المريخ،
|
