همه چيز درباره نجوم و اخترشناسي

همه چيز درباره نجوم و اخترشناسي

اخترشناسي که در زبان يوناني از ترکيب اجزاي astronomia = astron + nomos (به معناي قانون ستارگان) تشکيل شده است علم اشياء سماوي (مانند ستارگان، سيارات، ستاره‏هاي دنباله‏دار‎، کهکشان ها و پديده‏هايي است که منشاء آنها در خارج از جو زمين است (مانند پديده شفق قطبي (Aurora) و تشعشعات پس زمينه اي فضا). اين رشته با رشته هايي مانند فيزيک، شيمي و فيزيک حرکت ارتباط تنگاتنگ دارد و همچنين با رشته فضاشناسي فيزيکي (پيدايش و تکامل جهان) ارتباط نزديکي دارد. اخترشناسي يکي از قديمي ترين علوم است. ستاره شناسان در تمدن هاي اوليه بشري به دقت آسمان شب را بررسي مي کردند و ابزارهاي ساده ستاره شناسي از همان ابتدا شناخته شده بودند. با اختراع تلسکوپ، تحولي عظيم در اين رشته ايجاد شد و دوران ستاره شناسي جديد آغاز گرديد.

در قرن ۲۰، رشته اخترشناسي به دو رشته اخترشناسي شهودي و فيزيک کيهان نظري تبديل شد.

در اخترشناسي شهودي به دنبال جمع آوري داده ها و پردازش آنها و همچنين ساخت و نگهداري ابزارهاي اخترشناسي هستيم. در فيزيک کيهان نظري به دنبال کسب اطمينان از صحت نتايج به دست آمده از مدل هاي تحليلي و تحليل هاي کامپيوتري هستيم.

اين دو رشته در کنار يکديگر رشته هاي کامل را ايجاد مي کنند که اخترشناسي نظري نام دارد و به دنبال توصيف يافته هاي شهودي است. با استفاده از يافته هاي اخترشناسي مي توان نظريه هاي بنيادين فيزيک مانند نظريه نسبيت عام را آزمايش کرد.

در طول تاريخ، اخترشناسان آماتور در بسياري از کشف هاي مهم ستاره شناسي نقش داشته اند و اخترشناسي يکي از محدود رشته هايي است که در آن افراد آماتور نقشي بسيار فعال دارند و مخصوصاً در کشف و مشاهده پديده هاي گذرا و محلي اميدوارکننده ظاهر شده اند. علم ستاره شناسي مدرن را نبايد با علم احکام نجوم (طالع بيني) مقايسه کنيد چرا که در طالع بيني اعتقاد بر آن است که امور انسان ها با موقعيت اشياء سماوي در ارتباط است.

اگرچه اخترشناسي و طالع بيني دو رشته اي هستند که منشأ يکساني دارند اما اغلب متفکران بر اين باورند که اين دو رشته از هم جدا شده اند وتفاوت هاي بسياري بين آنها وجود دارد. .

● تاريخچه اختر شناسي و علم نجوم

در ابتدا، اخترشناسي تنها مشاهده و پيش بيني حرکت اجرام سماوي با چشم غيرمسلح بود. در برخي نقاط مانند استون‏هنج، تمدن هاي اوليه اشياء زيادي ساخته بودند که به نظر مي آيد با اهداف اخترشناسي ساخته شده بودند.

اين مشاهدات علاوه بر جنبه تشريفاتي شان، در پيش بيني زمان تغيير فصل ها کاربرد فراواني داشت. پيش بيني فصول براي کاشت محصولات و بررسي طول سال اهميت زيادي داشت.

با ايجاد تمدن هاي بابل، مصر باستان ، تمدن هلينک (يونان باستان) ، هند و چين، مشاهدات اخترشناسي جمع آوري شدند و نظراتي در مورد اساس پيدايش کيهان و طبيعت آن ارائه شد.

همچنين، نظرياتي در مورد حرکت سياره ها، خورشيد، ماه و زمين براساس علم فلسفه مطرح شد. از ميان اين نظريه ها مي توان به حدس هايي در مورد طبيعت کروي زمين و ماه و حرکت و چرخش کره زمين در آسمان اشاره کرد. قبل از اختراع تلسکوپ، کشف هاي اخترشناسي مهمي رخ داد که برخي از آنها عبارت اند از: تمايل محوري يا کج بودن حالت گرفتگي در ۱۰۰۰ سال پيش از ميلاد مسيح توسط چيني ها مطرح شد.

بابلي ها و آشوري ها کشف کردند که کسوف يا خسوف (پديده گرفت) در يک دايره با نام دايره ساروس تکرار مي شود. ۲۰۰ سال قبل از ميلاد، هيپارکوس ابعاد ماه و فاصله آن از زمين را تخمين زد. در طي قرون وسطي، اخترشناسي شهودي در اروپاي قرون وسطي تا قرن ۱۳ به ندرت ديده مي شد. با اين وجود، اخترشناسي شهودي در امپراتوري ايران و ديگر ممالک اسلام به اوج خود رسيد. ستاره شناسان مسلمان بسياري از ستارگان را نام گذاري کردند که امروزه هنوز از اين نام ها استفاده مي شود.

● انقلاب علمي

طي دوران رنسانس، نيکلاس کوپرنيک مدل خورشيد محوري را براي سامانه خورشيدي (منظومه شمسي) پيشنهاد کرد. گاليلئو گاليله و ژوهانس کپلر پيشنهاد وي را بسط داده و آن را اصلاح کردند. گاليله تلسکوپ را اختراع کرد تا بتواند مشاهدات خود را به صورت دقيق تري انجام دهد.

کپلر اولين کسي بود که با بيان اينکه خورشيد در مرکز قرار دارد و بقيه سياره ها به دور آن مي چرخند مدل تقريباً کاملي را ارائه کرد. با اين وجود کپلر نتوانست براي قوانيني که ارائه نمود نظريه اي تهيه کند. در نهايت ايزاک نيوتن با ارائه قوانين حرکت اجرام سماوي و قانون گرانش حرکت سياره ها را توصيف کرد. نيوتن مخترع تلسکوپ انعکاسي است.

کشفيات جديد باعث شد که ابعاد و کيفيت تلسکوپ بهبود بيابد. نيکلاس لوييس لاسيل نقشه هاي بيشتري از موقعيت ستارگان در فضا را ارائه نمود. ويليام هرشل نقشه گسترده اي از خوشه هاي سماوي و تهيه کرد و در سال ۱۷۸۱ توانست سياره اورانوس را کشف کند که اولين سياره کشف شده توسط انسان محسوب مي شود. در سال ۱۸۳۷ براي اولين بار فردريچ بسل فاصله ستاره ۶۱Cygni را مشخص کرد. در قرن نوزدهم ميلادي، توجه دانشمنداني چون لئونارد اولر، الکسيس کلاد کلايرات و جين دالمبرت به مسئله سه جسمي باعث شد پيش بيني هاي دقيق تري در مورد حرکت ماه و ستارگان انجام شود. ژوزف لوييس لاگرانژ و پيرسيمون لاپلاس اين کار را تکميل کردند و ميزان انحراف اقمار و سياره ها از وضعيت اصلي شان را تخمين زدند.

با اختراع طيف نگار و عکاسي افق هاي جديدي به روي اخترشناسي باز شد. در طي سال هاي ۱۸۱۴ و ۱۸۱۵ ژوزف وان فرانوفر در طيف نور خورشيد حدود ۶۰۰ نوار را مشاهده کرد و در سال ۱۸۵۹، گوستاو کيرشهف اين نوارها را به حضور عناصر مختلف در جو خورشيد نسبت داد. معلوم شد که بقيه ستارگان به ستاره منظومه شمسي (خورشيد) شباهت زيادي دارند اما در ابعاد مختلف و با دماها و عناصر دروني متفاوتي ديده مي شوند . قرار داشتن زمين در کهکشان راه شيري، به عنوان مجموعه اي از ستاره ها و سياره ها، در قرن بيستم کشف گرديد و هم زمان وجود ديگر کهکشان هاي خارجي در فضا تأييد شد و بلافاصله پديده انبساط عالم عامل اصلي وجود فاصله زياد بين زمين و ديگر کهکشان ها اعلام شد.

همچنين در اخترشناسي مدرن وجود اجرام خارجي زيادي مانند اختر نماها ، و کهکشان هاي راديويي را تأييد کرد و با استفاده از اين مشاهدات نظريه هاي فيزيکي ارائه نمود که برخي از آنها اين اجرام را براساس اجرام ديگر مانند ستاره هاي نوتروني و سياه چاله ها توصيف مي کنند. کيهان شناسي فيزيکي در طي قرن ۲۰ ميلادي پيشرفتهاي زيادي را تجربه کرد و نظريه مهبانگ (بيگ بنگ يا انفجار بزرگ) براساس شواهد کشف شده در علوم اخترشناسي و فيزيک مانند تشعشعات پس زمينه اي مايکرويو کيهاني، قانون هابل و تشکيل هسته مهبانگ قوت يافت.

● مشاهدات اخترشناسي

در بابل و يونان باستان، اخترشناسي بيشتر اخترسنجي بود و موقعيت ستاره ها و سياره ها در آسمان مورد توجه زيادي قرار داشت. بعدها، تلاش هاي اخترشناساني چون آيزاک نيوتن و يوهانس کپلر علم مکانيک سماوي را پديد آورد و اخترسنجي بر پيش بيني حرکت آن دسته از اجرام سماوي که ميانشان نيروي جاذبه گرانشي وجود داشت تمرکز يافت. اين پيشرفت به طور خاص در مورد منظومه شمسي به کار گرفته شد. امروزه موقعيت و حرکت اجرام به آساني تعيين مي شود و اخترشناسي مدرن بر مشاهده و درک طبيعت فيزيکي اجرام سماوي تأکيد دارد.

● روش هاي جمع آوري داده

در اخترشناسي، اطلاعات موجود براساس شناسايي و تحليل نور و انواع ديگر تشعشات الکترومغناطيسي شکل مي گيرد. انواع ديگر پرتوهاي کيهاني نيز مورد بررسي قرار مي گيرند و تحقيقاتي در حال انجام است تا در آينده نزديک بتوانيم امواج جاذبه گرانشي را شناسايي و تحليل کنيم. امروزه، آشکارسازهاي نوترينو در مشاهده نوترينوهاي خورشيد و نوترينوهايي که از سوپرنواها ساطع مي شوند کاربرد زيادي دارند.

طيف الکترومغناطيسي مي تواند اطلاعات زيادي راجع به اخترشناسي را در اختيارمان قرار دهد.

در بخش هايي از طيف که فرکانس اندک است، اخترشناسي راديويي، ساطع شدن امواجي با طول موجهاي ميلي متري و دکامتري را کشف مي کند. گيرنده هاي راديو تلسکوپي همانند گيرنده هاي راديويي معمولي هستند اما حساسيت بسيار زيادي دارد. مايکرويوها بخش ميلي متري طيف راديويي را تشکيل مي دهند و در مطالعات تشعشات مايکرويو پس زمينه کيهان کاربرد وسيعي دارند.

در اخترشناسي فروسرخ و اخترشناسي فرا فروسرخ با آشکارسازي و تحليل امواج فروسرخ (با طول موجي بزرگ تر از طول موج قرمز) سروکار داريم. معمولاً براي اين کار از تلسکوپ استفاده مي شود اما در کنار آن به يک آشکارساز حساس نيز احتياج داريم. بخارآب موجود در جو زمين امواج فروسرخ را جذب مي کند و بنابراين مراکز مشاهده امواج فروسرخ مي بايست در مکان هاي بلند و خشک و يا خارج از جو کره زمين ساخته شوند. تلسکوپ هاي فضايي به انتشار گرما در جو زمين، شفافيت جو زمين حساس نيستند و وقتي از آنها استفاده مي کنيم ديگر با دردسرهاي مشاهده در طول موج هاي فروسرخ روبرو نمي شويم. مشاهدات فروسرخ در مشاهده مناطقي از کهکشان که پوشيده از گرد و غبار هستند بسيار کارآمد هستند.

تلسکوپ سوبارو (چپ) ورصدخانه کک (وسط) درماونا کيا، هر دو نموونه هاي از يک رصدخانه هستند که در طول موجهاي نزديک مادون قرمز و مرئي کار مي کنند. تجهيزات تلسکوپ مادون قرمز ناسا(راست) نمونه اي از يک تلسکوپ است که رنها با طول موجهاي نزديک مادون قرمز کار مي کند.

در طول تاريخ، اغلب داده هاي اخترشناسي با استفاده از اخترشناسي نور تهيه شده اند. در اخترشناسي نور، با استفاده از عناصر نوري (مانند آينه، عدسي، آشکارسازهاي CCD و فيلم هاي عکاسي) طول موج هاي نور را در محدوده فروسرخ تا فرابنفش بررسي مي کنيم. نور مرئي (طول موج هايي که توسط چشم انسان ديده مي شوند و در محدوده ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر قرار دارند) در ميانه اين محدوده قرار دارد. تلسکوپ مهم ترين ابزار مشاهدات اخترشناسي است که داراي طيف نگار و دوربين هاي الکترونيکي است.

براي مشاهده منابع پرانرژي از اخترشناسي انرژي بالا کمک مي گيريم که اخترشناسي اشعه X، اخترشناسي پرتو گاما، اخترشناسي فرابنفش (UV) و همچنين مطالعات مربوط به نوترينوها و پرتوهاي کيهاني را شامل مي شود. اخترشناسي راديويي و نوري با استفاده از رصدخانه هاي زميني انجام مي شود زيرا در اين طول موج ها، جو زمين به اندازه کافي شفاف است.

جو زمين در طول موج هاي مورد مطالعه در اخترشناسي اشعه X، اخترشناسي پرتو گاما، اخترشناسي UV و اخترشناسي فرا فروسرخ (به جز در مورد چند «پنجره» طول موج) شفافيت کافي را ندارد و بنابراين تحقيقات و مشاهدات در مورد اين علوم بايد از طريق بالن هاي تحقيقاتي يا رصدخانه هاي فضايي صورت پذيرد. پرتوهاي قوي اشعه گاما براساس رگبارهاي هوايي عظيمي که توليد مي کنند شناسايي مي شوند و مطالعه پرتوهاي کيهاني زيرمجموعه اي از اخترشناسي محسوب مي شود.

● اخترشناسي سيارات

براساس مشاهدات مستقيم از طريق فضاپيماها و سفرهاي فضايي و نمونه برداري از سيارات پيشرفت خوبي را تجربه کرده است. مأموريت هاي فضايي و استفاده از سياره پيماهاي مجهز به حس گرهاي قوي به ما کمک مي کند از مواد تشکيل دهنده سطح سياره نمونه برداري کنيم و همچنين با استفاده از حس گرها مواد لايه هاي عميق تر را شناسايي کرده و در نهايت مواد را براي بررسي بيشتر به زمين منتقل کنيم.

● اخترشناسي و مکانيک اجرام آسماني

يکي از قديمي ترين زمينه هاي تحقيقاتي در علم اخترشناسي و همه علوم عالم، اندازه گيري موقعيت و مکان اجرام سماوي در آسمان است. همواره در طول تاريخ، درک مناسب از موقعيت خورشيد، ماه، ستارگان و سيارات در تعيين موقعيت افراد بر روي زمين (ملوانان و کشتي ها) نقش داشته است.

اندازه گيري دقيق موقعيت مکاني سيارات به درک ما از نظريه انحراف وسعت داده و اکنون مي توانيم در مورد گذشته و آينده سيارات با دقت زياد اظهارنظر کنيم. علمي که به اين مباحث مي پردازد را علم مکانيک اجرام آسماني گويند. امروزه با رديابي اجرام آسماني در نزديکي زمين مي توانيم احتمال برخورد اين اجرام با يکديگر يا جو زمين را بررسي کنيم.

اندازه گيري ميزان سرعت زاويه اي ستاره هاي نزديک به کره زمين يکي از اساسي ترين کارها در تعيين نردبان فاصله کيهاني است که براي اندازه گيري مقياس جهان طراحي شده است. اندازه گيري سرعت زاويه اي ستاره هاي مجاور عامل مهمي در آگاهي از ويژگي هاي ستاره هاي دور محسوب مي شود چرا که اين ويژگي ها قابل مقايسه هستند. محاسبه سرعت شعاعي و حرکت واقعي سينماتيک حرکت اين مجموعه اجرام در کهکشان راه شيري را آشکار مي سازد. همچنين از يافته هاي اخترشناسي در اندازه گيري توزيع ماده تيره در کهکشان استفاده مي شود.

در دهه ۱۹۹۰ (ميلادي) روش اخترشناسي که در محاسبه تکانه هاي ستارگان به کار مي رفت باعث کشف سياره هايي از خارج از منظومه شمسي شد که به دور خورشيد گردش مي کنند.

● مطالعات ميان رشته اي

اخترشناسي با بسياري از رشته هاي علمي مهم ارتباط تنگاتنگ دارد. برخي از اين علوم عبارت اند از:

▪ فيزيک کيهاني: مطالعه فيزيک جهان پيرامون شامل ويژگيهاي فيزيکي (درخشندگي، چگالي، دما و ترکيب شيميايي) اجرام آسماني.بيولوژي کيهاني: مطالعه پيدايش و تکامل سيستم هاي بيولوژيکي در دنيا.اخترشناسي باستاني: مطالعه اخترشناسي قديم در بافت فرهنگي آن با استفاده از مشاهدات باستان شناسي و مردم شناسي.شيمي کيهاني: مطالعه مواد شيميايي موجود در فضا به خصوص ابرهاي گازي مولکولي و نحوه تشکيل، تعامل و مرگ آنها. بنابراين اين رشته با رشته هاي شيمي و اخترشناسي مباحث مشترکي دارد.

● اجرام سماوي

▪ اخترشناسي خورشيد

خورشيد ستاره اي است که بيشترين تحقيقات علمي بر روي آن تمرکز يافته است. خورشيد يکي از توالي هاي اصلي ستاره هاي کوتوله طبقه ستارگان G۲V است که حدود ۶/۴ گيگا سال عمر دارد. خورشيد ستاره اي متغير نيست اما در چرخه فعاليت آن تغييرات متناوبي صورت مي گيرد که به حلقه نقطه اي خورشيدي معروف است. در واقع در هر ۱۱ سال در عدد نقطه اي خورشيد نوساناتي رخ مي دهد. نقاط خورشيدي نواحي هستند که در آنها دما کمتر از دماي ميانگين خورشيد است و فعاليت هاي مغناطيسي شديدي در اين مکان ها رخ مي دهد.

ميزان درخشندگي خورشيد با افزايش عمر آن افزايش يافته است و از زماني که به يک ستاره توالي اصلي تبديل شد تاکنون به درخشندگي آن ۴۰ درصد افزوده شده است. همچنين در درخشندگي خورشيد تغييراتي ايجاد مي شود که اثرات قابل ملاحظه اي بر کره زمين دارد. دوران حداقل ماندر، باعث ايجاد پديده عصر يخبندان کوچک در قرون وسطي شده است.

سطح خارجي خورشيد را فتوسفر گويند. در قسمت بالايي اين لايه منطقه اي با نام کروموسفر قرار دارد. اين ناحيه هم توسط يک ناحيه گذرا که دماي آن به سرعت افزايش مي يابد احاطه شده و در نهايت تاج هاي بسيار داغ و گدازنده خورشيد قرار دارند.

در مرکز خورشيد، دما و فشار کافي براي وقوع پديده جوش هسته اي وجود دارد. در بالاي اين هسته، ناحيه اي به نام ناحيه تشعشع قرار دارد که در آن ماده پلاسما انرژي را با استفاده از تشعشات منتقل مي کند. لايه بعدي ناحيه همرفت است که در آن ماده گازي شکل انرژي را با استفاده از جابجايي فيزيکي گاز منتقل مي کند. گفته مي شود اين ناحيه همرفت عامل ايجاد نقاط خورشيدي هستند که در اين نقاط فعاليت مغناطيسي شديدي را ملاحظه مي کنيم .

طوفان هاي خورشيدي مواد پلاسما همواره به سمت خارج خورشيد جريان دارند و در ناحيه هليوپاز متوقف مي شوند. طوفان هاي خورشيدي با مگنتوسفر کره زمين تعامل دارند و کمربند تشعشعي وان آلن را ايجاد مي کنند. همچنين پديده شفق قطبي که ناشي از نفوذ ميدان مغناطيسي زمين در جو زمين است متأثر از تعامل مگنتوسفر و طوفان هاي خورشيدي است.

● علم سيارات

اين رشته اخترشناسي مجموعه سيارات، اقمار طبيعي، سيارات کوتوله، ستارگان دنباله دار، شبه ستارگان و ديگر اجرام سماوي که به دور خورشيد مي چرخند و همچنين سيارات خارج از سلطه خورشيد را بررسي مي کند. منظومه شمسي با استفاده از تلسکوپ ها و در نهايت سفينه هاي فضايي به خوبي مورد مطالعه قرار گرفته است. اين اطلاعات بدست آمده منبع خوبي براي درک بهتر از نحوه پيدايش و تکامل اين منظومه سيارات محسوب مي شود اما هنوز بايد تحقيقات را به طور گسترده ادامه دهيم.

نقطه سياه رنگي که در بالاي تصوير ديده مي شود يک گردباد است که ديواره اي متحرک را در سطح مريخ ايجاد کرده است. اين ستون متحرک و چرخان جو مريخ (که با گردبادهاي زميني (تورنادوها) قابل مقايسه است) نوار طولاني و سياه رنگي را به وجود آورده است.

منظومه شمسي از سيارات داخلي، کمربند شبه ستاره و سيارات خارجي تشکيل شده است. سيارات خاکي عبارت اند از: تير، زهره، زمين و مريخ. سيارات ابرگاز خارجي عبارت اند از: مشتري، زحل، اورانوس و نپتون.

اين سيارات از يک صفحه ديسک مانند سياره اي بدوي تشکيل شده اند که در اطراف خورشيد قرار داشته است. به علت وجود جاذبه، برخورد و اتحاد، ديسک مجموعه اي هايي از ماده تبديل شد که همان سيارات بدوي بودند. سپس فشار تشعشعات طوفان هاي خورشيدي بخش اعظم ماده را به حاشيه راند و تنها سياراتي که از جرم کافي برخوردار بودند در جو گازي باقي ماندند. اين سيارات در طي دوراني که در آن بمباران هاي شديدي صورت مي گرفت، و از شواهد آن مي توان به دره هاي ناشي از بمباران در سطح ماه اشاره کرد، مواد موجود در اطراف خود را جذب يا آنها را دور ساختند. در طي اين دوران احتمالاً برخي از سيارات بدوي با يکديگر برخورد کردند و براي مثال نظريه برخورد بزرگ نحوه شکل گيري ماه را تشريح مي کند.

وقتي سياره به جرم مورد نظر و مناسب دست پيدا مي کند، در طي پديده تفکيک سياره اي، مواد با چگالي مختلف در داخل سياره پخش مي شوند. در طي اين فرآيند يک هسته سنگي يا فلزي تشکيل شده و اطراف آن را مواد مختلف احاطه مي کنند. هسته مي تواند حاوي مواد جامد يا مايع باشد و برخي از هسته هاي سيارات داراي ميدان مغناطيسي مخصوص به خودهستند که جوآنها را از طوفان هاي خورشيدي مصون نگاه مي دارد .

گرماي داخلي ماه يا سياره براثر برخورد مواد راديواکتيو (مانند اورانيوم و توريم و۲۶Al ) و يا گرماي ناشي از مد توليد مي شود. دربرخي از سيارات واقمار آنهاگرماي کافي براي وقوع پديده هايي مانند آتشفشان و تکتونيک وجود دارد . سطح سياراتي که داراي جو هستند دراثر حرکت آب وباد دچار فرسودگي مي شود. اجرام کوچک تر که از گرماي ناشي از مد بهره مند نيستند به سرعت سرد مي شوند واغلب فعاليت هاي عادي شان متوقف مي شود.

● اخترشناسي ستارگان (ستاره شناسي)

سحابي سياره اي مورچه. دفع گاز از ستاره مرکزي در حال مرگ برخلاف الگوهاي بي نظم انفجارات معمولي الگوهاي متقارن نشان مي هد.

مطالعه ستارگان و تکامل ستارگان در درک بهتر از نحوه تکامل عالم بسيار مفيد است .درک اختر فيزيک ستارگان با مشاهدات فضايي ، درک نظريات مختلف و شبيه سازي کامپيوتري امکان پذير است .

فرايند شکل گيري ستارگان درمحل هايي که حاوي گرد و غبارغليظ هستند وبه ابرهاي مولکولي عظيم يا سحابي سياه شهرت دارند رخ مي دهد. تکه ابرها درحالت ناپايداري وتحت تأثير جاذبه ستارگان اوليه را تشکيل مي دهند. براثر پديده جوش هسته اي يک هسته داغ وبه اندازه کافي چگال تشکيل شده و درنهايت به يک ستاره توالي اصلي تبديل مي شود.

ويژگي هاي ستاره اي که به وجود آمده است به جرم اوليه ستاره بستگي دارد . هرچه جرم اوليه بيشتر بوده باشد ، درخشندگي ستاره و سرعت مصرف سوخت هيدروژن در هسته آن بيشتر است . با گذشت زمان سوخت هسته بيشتري نياز است و بنابراين هسته حجيم تر و چگال تر مي شود. درنتيجه اين واکنش ها يک غول قرمز توليد مي شود که تا زمان مصرف شدن همه سوخت هليم عمر مي کند. ستاره هاي بزرگ در فرايندهاي جوش هسته اي از عناصر سنگين تر هم استفاده مي کنند و فازهاي تکاملي ديگري به اين فازها اضافه مي شود.

سرنوشت ستاره به جرم آن بستگي دارد و ستارگاني که جرم آنها بيش از ۴/۱ برابر جرم خورشيد است به سوپرنوا تبديل مي شوند درحاليکه ستارگان کوچک تر به سحابي هاي سياره اي ودرنهايت به کوتوله هاي سفيد تبديل مي شوند. جسم باقي مانده از سوپرنوا يک ستاره نوتروني چگال است واگر جرم ستاره بيش از سه برابر جرم خورشيد باشد سوپرنوا به يک سياه چاله تبديل مي شود.

● اخترشناسي کيهاني

ساختار رصد شده بازوهاي مارپيچي کهکشان راه شيري.

منظومه شمسي درون کهکشان راه شيري درحال چرخش است که کهکشاني مارپيچي و بسته است که يکي از اعضاي اصلي کهکشان هاي Local Group محسوب مي شود. منظومه شمسي مجموعه اي از گاز ، غبار ، ستارگان و ديگر اجرام است که نيروي جاذبه آنها را درکنار هم قرار داده است. ازآنجا که زمين در بازوي خارجي پرگرد وغبار کهکشان راه شيري قرار دارد بخش عظيمي از اين کهکشان از ديده مان پنهان است.

درمرکز کهکشان راه شيري يک برآمدگي ميله مانند قرار دارد که گمان ميرود يک سياه چاله بسيار بزرگ باشد در اطراف هسته چهار بازوي مارپيچ قرار دارند. دراين ناحيه بسياري از ستارگان شکل مي گيرند و مملو از ستارگان جوان و نسل دوم ستارگان است . دراطراف ديسک ، يک شبه کره کهکشاني مسن تر که نسل اول ستارگان محسوب مي شوند و همچنين مجموعه اي از خوشه هاي دايره اي نسبتاً چگال قرار دارد.

درميان ستارگان يک واسط بين ستاره اي قرار دارد که ناحيه اي است حاوي مواد پراکنده. درچگال ترين قسمت ، ابرهاي مولکولي از جنس هيدروژن وديگر عناصر نواحي تشکيل ستاره را تشکيل مي دهند. سحابي هاي تيره نامنظم (که در محدوده اي که توسط طول جينز مشخص مي شود تمرکز يافته اند) ستارگان نوزاد فشرده را تشکيل مي دهند.

با تشکيل ستارگان با جرم زيادتر ابر تبديل به ناحيه HII مي شود که درآن گازهاي درخشنده و پلاسما قراردارند. طوفان هاي ستاره اي و انفجار سوپرنواها باعث پراکنده شدن ابر مي شوند و درنهايت يک يا چند خوشه باز از ستارگان تشکيل مي شوند. اين خوشه ها در کنار هم کهکشان راه شيري را تشکيل داده اند . مطالعات سينماتيک ماده درکهکشان راه شيري و ديگر کهکشان ها نشان مي دهد که جرم نامرئي درآنها بيش از جرم مرئي است بيشتر جرم کهکشان را هاله هاي سياه تشکيل مي دهند طبيعت اين ماده سياه رنگ هنوز براي دانشمندان نامشخص است .

● کهکشان ها و خوشه ها

مطالعه اجرامي که درخارج از کهکشان راه شيري قرار دارند به يک علم جديد تبديل شده که شاخه اي از اخترشناسي محسوب مي شود. دراين علم نحوه پيدايش و تکامل کهکشان ها، ساختار و طبقه بندي آنها ، کهکشان هاي فعال وگروه ها و خوشه هاي کهکشاني مورد بررسي قرار مي گيرند . بررسي گروه ها وخوشه هاي کهکشاني در درک بهتر از ساختار کلي کيهان نقش مهمي ايفا مي کند.

اغلب کهکشان ها داراي شکل منحصر به فردي هستند که طبقه بندي آنها را آسان مي کند. به طورکلي کهکشان ها به انواع مارپيچ، بيضوي ، و نامنظم تقسيم بندي مي شوند.

همانطورکه از نام کهکشان بيضوي پيداست سطح مقطع اين کهکشان بيضي شکل است . ستارگان در مدارهاي تصادفي به دور کهکشان مي چرخند. دراين کهکشان ها غبار ميان ستاره اي وجود ندارد و يا به ندرت يافت مي شود و نقاط توليد ستاره دراين نوع کهکشان بسيار کم هستند. ستارگان اين کهکشان عموماً مسن هستند کهکشان بيضوي عموماً درمرکز خوشه هاي کهکشاني يافت مي شوند و ممکن است در اثر ترکيب کهکشان بزرگ به وجود آيند.

کهکشان مارپيچ معمولاً از يک صفحه دوار مسطح تشکيل شده که يک برآمدگي ميله مانند در مرکز آن قرار دارد و بازوهاي نوراني مارپيچي از آن خارج مي شوند. اين بازوها نواحي پر گرد و غباري هستند که درناحيه توليد ستاره قرار دارند و اين مناطق ستاره هاي جوان بسيار بزرگ رنگ آبي را در برابر ديدگان مان قرار مي دهند. کهکشان هاي مارپيچ با هاله اي از ستاره هاي پير احاطه شده اند. کهکشان هاي راه شيري و آندرومدا کهکشان هاي مارپيچ هستند.

شکل ظاهري کهکشان هاي نامنظم درهم پيچيده است واين نوع از کهکشان در دسته بندي بيضوي و مارپيچ جاي نمي گيرند. حدود يک چهارم کهکشان ها نامنظم هستند و شکل نامنظم آنها ناشي از تعامل گرانشي با محيط اطراف است.

کهکشان فعال کهکشان هايي هستند که عمده انرژي که از آنها ساطع مي شود از منبعي به جز ستارگان و گرد و غبار تامين مي شود. درمرکز اين کهکشان ها هسته اي فشرده قرار دارد که گفته مي شود يک سياه چاله بسيار عظيم است که به علت جذب اجرام انرژي زيادي را توليد مي کند. کهکشان راديويي نوعي کهشکان فعال است که در بخش راديويي طيف بسيار درخشان بوده و زبانه هاي پرانرژي گاز را متساعد مي کند. از ميان کهکشان هاي فعالي که تشعشات پرانرژي ساطع مي کنند مي توان به کهکشان هاي سيفرت ، اخترنماها و بلازارها اشاره کرد . گفته مي شود که اختر نماها درخشنده ترين اشيا عالم هستند.

ساختار عظيم کيهان بر اساس گروهها و خوشه هاي کهکشاني شکل گرفته است. دراين ساختار بزرگ ترين واحد کيهاني ابرخوشه ها هستند. مجموعه مواد به فيلامان ها و ديواره هاي کهکشاني تبديل مي شوند ودر ميان آنها فضاهاي خالي باقي مي ماند.

● کيهان شناسي

مشاهده ساختار عظيم عالم در علم کيهان شناسي فيزيکي مطرح مي شود و گام موثري در درک بهتر پيدايش وتکامل کيهان محسوب مي شود. درکيهان شناسي مدرن نظريه انفجار بزرگ مورد پذيرش قرار گرفته و اعلام شده که دربرهه اي از زمان انفجار بزرگ رخ داده با انبساط فضا درطول ۷/۱۳ گيگا سال جهان به شکل فعلي آن مبدل شده است . مفهوم انفجار بزرگ با کشف تشعشات مايکرويو پس زمينه کيهان درسال ۱۹۶۵ مطرح شد .

در طول مدت تکامل جهان چندين مرحله تکاملي را تجربه کرد . در ابتدا جهان به سرعت انبساطي کيهاني را تجربه کرد که شرايط اوليه را همگن کرد . سپس با تشکيل هسته انفجار بزرگ عناصر اوليه جهان آغازين توليد شدند.

هنگامي که اولين اتم هاي تشکيل دهنده فضا شفاف شدند توانستند امواجي را از خود ساطع کنند امواجي که امروزه به صورت تشعشات مايکرويو پس زمينه کيهان مشهور هستندسپس جهان درحال انبساط به علت عدم وجود منابع انرژي کيهاني وارد عصر تيره و تار خود شد.

با وقوع تغييرات اندک در چگالي اجرام ، ساختار سلسله مراتبي ماده شکل گرفت . موادي که در نواحي چگال جمع شده بودند ابرهاي گاز و ستارگان اوليه را تشکيل دادند. اين ستاره هاي عظيم باعث ايجاد مجدد فرايند يونيزاسيون شده و بسياري از عناصر سنگين جهان آغازين را به وجود آوردند.

توده هاي گرانشي به فيلامان تبديل شده و فضايي بين اين فيلامان ها به صورت خالي باقي ماند. به تدريج گرد وغبار با يکديگر ترکيب شده واولين کهکشان ها به وجود آمدند. باگذشت زمان اين کهکشان ها مواد بيشتري را به درون خود کشيدند و گروه ها و خوشه هاي کهکشاني و درنهايت ابرخوشه هاي عظيم شکل گرفتند.

يکي از مفاهيم اصلي در ساختار عالم ، ماده تاريک يا انرژي تاريک است. ماده تاريک عنصر اصلي تشکيل دهنده دنياست و ۹۶درصد چگالي جهان را تشکيل مي دهد.امروزه تلاش زيادي براي درک فيزيک اين ماده واجزا تشکيل دهنده آن صورت ميگيرد .

● اخترشناسي غير حرفه اي (آماتوري)

به طور کلي اخترشناسان آماتور با استفاده از تلسکوپ هاي ساخت خودشان بسياري از پديده هاي کيهاني واجرام سماوي را مشاهده مي کنند. آنها بيشتر به دنبال رصد کردن ماه ، سيارات ، ستارگان، دنباله دارها، باران هاي شهابي وبسياري از اجرام موجود درعمق فضا مانند خوشه هاي ستاره اي ، کهکشان ها وسحابي ها هستند. يکي از شاخه هاي اخترشناسي آماتوري ، عکس برداري کيهاني است که طي آن فرد آماتور از آسمان شب عسکبرداري مي کند. بسياري از افراد آماتور تلاش مي کنند درمشاهده اجرام خاص تبحر لازم را کسب کنند و با توجه به علاقه فردي خود کار مشاهده خود را تخصصي ترکنند.

اغلب آماتورها مشاهدات خود را در طول موج هاي مرئي انجام مي دهند و تعداد محدودي هم اين کار را درمورد طول موج هاي نامرئي تجربه مي کنند. آنها در تلسکوپ خود از فيلترهاي فروسرخ استفاده مي کنند ويا از تلسکوپ هاي راديويي کمک ميگيرند . کارل گوته يانسکي يکي از پيشگامان اخترشناسي راديويي آماتوري است که در دهه ۱۹۳۰ آسمان را در طول موج هاي راديويي مشاهده کرد .تعدادي از افراد آماتور از تلسکوپهاي دست ساز يا تلسکوپ هاي راديويي که براي تحقيقات اختر شناسي ساخته مي شوند ودراختيار افراد آماتور قرار مي گيرند استفاده مي کنند. ("مثلاً " تلسکوپ يک مايلي ).

اخترشناسان آماتور در پيشرفت هاي علم اخترشناسي سهم بسزايي داشته اند . اين رشته يکي از معدود رشته هايي است که در آن افراد آماتور ايفاي نقش مي کنند. آنها مي توانند دربرخي اندازه گيري ها شرکت کرده و در اصلاح مدار سيارات کوچک مفيد واقع شوند. همچنين افراد آماتور درکشف دنباله دارها و رصد ستاره هاي متغير نقش بسزايي دارند . پيشرفت هاي حاصل شده در زمينه تکنولوژي ديجيتال به افراد آماتور اجازه مي دهد تا در رشته عسکبرداري کيهاني به موفقيت هاي چشمگيري دست پيدا کنند.

● سوالات اساسي در اخترشناسي

اگرچه دررشته اخترشناسي تلاش هاي بسياري براي درک بهتر طبيعت جهان ومحتواي آن صورت گرفته است اما هنوز سوالهاي بي پاسخي در پيش رويمان قرار دارند شايد پاسخگويي به اين سوالات مستلزم ساخت ابزارهاي رصد جديد و پيشرفت هاي تازه در زمينه فيزيک نظريه و تجربي باشد.

آيا سيارات خاکي در اطراف بقيه ستارگان (به جز خورشي ) هم قرار دارند ؟ اخترشناسان از وجود ستارگان بزرگ واجرامي در اطراف ستاره ها اطمينان حاصل کرده اند . بنابراين وجود سيارات خاکي کوچک تر محتمل به نظر مي رسد .آيا در بقيه نقاط عالم حيات فرازميني وجود دارد ؟ به طور خاص آيا انسان درکره هاي ديگر هم زندگي مي کند؟ دراين صورت چگونه تناقض فرمي ( Fermi ) را توجيه مي کنيد ؟ وجود حيات درخارج از کره خاکي تبليغات علمي و فلسفي بسيار مهمي را درپي دارد .

جنس ماده تاريک و انرژي تاريک از چيست ؟ شناخت اين مساله در درک تکامل عامل و سرنوشت آن بسيار مفيداست اما هنوز درباره آن چيزي نمي دانيم.چرا دنيا به وجود آمد ؟ چرا براي مثال ثابت هاي فيزيکي با دقت تنظيم شده اند تا وجود حيات را تضمين کنند؟ چه چيزي باعث انبساط کيهاني شد و دنيا را همگن کرد ؟