فصل 10 (علوم تجربی نهم)

فصل 10 (علوم تجربی نهم)

نجوم علمی است که به مشاهده، مطالعه و تحلیل اجرام آسمانی می‌پردازد. منجمان ایرانی و مسلمان حدود هزار سال پیش اسطرلاب (ابزاری برای تعیین زاویهٔ ارتفاع ستارگان)، رصدخانه و جدول‌های نجومی ساختند؛ در قرن هفتم هجری خواجه نصیرالدین طوسی رصدخانهٔ مراغه را بنا کرد؛ حدود ۴۰۰ سال پیش گالیله برای نخستین بار تلسکوپ را در رصد علمی آسمان به کار برد؛ و امروز تلسکوپ‌های فضایی و سفینه‌های بدون سرنشین کار رصد را ادامه می‌دهند.

کهکشان و جایگاه ما

کهکشان مجموعه‌ای عظیم از ستارگان، گازها، غبار و فضای بین‌ستاره‌ای است که نیروی گرانش آن‌ها را کنار هم نگه داشته است. زنجیرهٔ جایگاه ما چنین است: زمین بخشی از سامانهٔ خورشیدی است، سامانهٔ خورشیدی بخش بسیار کوچکی از کهکشان راه شیری، و راه شیری خود یکی از میلیاردها کهکشانِ کیهان.

ستارگان و واحدهای فاصله

ستاره کره‌ای عظیم از گازهای بسیار داغ است که از خود نور و گرما تولید می‌کند. دو واحد فاصله در نجوم مهم‌اند:

• واحد نجومی (AU): فاصلهٔ زمین تا خورشید، حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر.
• سال نوری: فاصله‌ای که نور در یک سال طی می‌کند، حدود ۹٫۵ تریلیون کیلومتر.

نور فاصلهٔ زمین تا خورشید را در ۸ دقیقه و ۲۰ ثانیه می‌پیماید؛ یعنی خورشیدی که می‌بینیم تصویر ۸ دقیقه پیشِ آن است. نزدیک‌ترین ستاره پس از خورشید پروکسیما قنطورس با فاصلهٔ حدود ۴٫۲۵ سال نوری (نزدیک ۲۶۸٬۰۰۰ واحد نجومی) است.

خورشید تنها ستارهٔ سامانهٔ خورشیدی است؛ ترکیبش حدود ۷۳٪ هیدروژن، ۲۵٪ هلیم و ۲٪ سایر عناصر است و در آن هیدروژن به هلیم تبدیل می‌شود؛ جرمِ از دست‌رفته در این فرایند طبق $E = mc^2$ به مقدار عظیمی نور و گرما تبدیل می‌گردد. جرم خورشید چند صد برابر مجموع سیارات است.

صورت‌های فلکی

صورت فلکی الگویی از ستارگان است که از زمین به شکل خاصی دیده می‌شود، در زمان و موقعیت مشخصی از آسمان. در قدیم برای تقویم و جهت‌یابی به کار می‌رفت. برای یافتن شمال: در صورت فلکی دب اکبر خط واصل ستارهٔ ششم و هفتم را حدود پنج برابر فاصلهٔ بین آن دو امتداد بده تا به ستارهٔ قطبی (دمِ دب اصغر) برسی؛ رو به آن بایستی، شمال است. آلودگی نوری یعنی روشن‌شدن آسمان شهرها با نور مصنوعی که رصد ستارگان را دشوار می‌کند.

سامانهٔ خورشیدی، سیارات و قمرها

سامانهٔ خورشیدی شامل خورشید (در مرکز)، ۸ سیاره، حدود ۲۰ قمر طبیعی، چند خرده‌سیاره و میلیون‌ها سیارک است. بیشتر ستاره‌شناسان معتقدند همهٔ این اعضا از سحابی خورشیدی — ابر عظیم چرخانی از گاز و غبار — پدید آمده‌اند.

سیاره جسمی است که در مداری به دور خورشید می‌چرخد، جرمش برای شکل کروی کافی است، اجرام کوچک‌تر اطراف مدارش را جذب کرده و از خود نور ندارد (نور خورشید را بازتاب می‌دهد).

پلوتو در سال ۲۰۰۶ به دلیل جرم کم و ناتوانی در جذب اجرام اطراف مدارش از فهرست سیارات خارج شد و اکنون جزو اجرام ماورای نپتون به شمار می‌رود — اما همچنان عضو سامانهٔ خورشیدی است.

قمر جسمی است که تحت گرانش به دور یک سیاره می‌چرخد. ماه تنها قمر طبیعی زمین است؛ مدارش بیضی، تندی متوسطش حدود $1\,km/s$ و فاصلهٔ متوسطش از زمین حدود ۳۸۴٬۰۰۰ کیلومتر است. ماهواره‌ها قمرهای مصنوعی‌اند: مخابراتی، هواشناسی و موقعیت‌یاب. سامانهٔ GPS از ۲۴ ماهواره ساخته شده و برای تعیین موقعیت دقیق دست‌کم به سیگنال سه ماهواره نیاز است.

سیارک، شهاب و شهاب‌سنگ

سیارک‌ها اجرام سنگی‌اند که به دور خورشید می‌گردند؛ بیش از ۹۰٪ آن‌ها در کمربند اصلی، میان مدار مریخ و مشتری، قرار دارند. شهاب ذرات سنگ و غباری است که در جو می‌سوزد و رگه‌ای درخشان می‌سازد، اما شهاب‌سنگ آن است که به سطح زمین می‌رسد و قابل لمس است (سنگی، آهنی یا سنگی-آهنی). بیشتر شهاب‌سنگ‌ها در اقیانوس‌ها می‌افتند، چون ۷۱٪ زمین آب است. نمونه‌های ایرانی: ورامین، نراق (۱۳۵۳) و لوت.

تنها سیارهٔ دیگری که بررسی شرایط حیات در آن دنبال می‌شود مریخ است و تاکنون بیش از ۶ هزار سیارهٔ فراخورشیدی کشف شده است.

نکته‌های فراتر و تله‌های رایج

• «سال نوری» واحد فاصله است، نه زمان.
• ستاره‌ها چشمک می‌زنند چون از فاصلهٔ زیاد مثل یک نقطه دیده می‌شوند و نورشان در جوِ متلاطم می‌شکند؛ سیارات به‌شکل قرص کوچکی دیده می‌شوند و این نوسان‌ها یکدیگر را خنثی می‌کنند.
• داغ‌ترین سیاره ناهید است نه تیر، به دلیل جو ضخیم $CO_2$ و اثر گلخانه‌ای.
• مدار سیارات بیضی است، نه دایره؛ طبق قانون دوم کپلر سیاره نزدیک خورشید سریع‌تر و دور از آن کندتر حرکت می‌کند.
• زاویهٔ ارتفاع ستارهٔ قطبی نسبت به افق برابر عرض جغرافیایی ناظر است؛ این ستاره از نیمکرهٔ جنوبی دیده نمی‌شود.
• گالیله تلسکوپ را اختراع نکرد؛ نخستین بار آن را برای رصد علمی به کار برد.
• ماه همیشه یک رویش را به ما نشان می‌دهد، چون زمان چرخش آن به دور خودش با زمان چرخش به دور زمین برابر است (قفل‌شدگی کشندی).

نمونهٔ کامل

سؤال: فاصلهٔ متوسط زمین تا خورشید تقریباً ۱۵۰ میلیون کیلومتر و سرعت نور تقریباً ۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه است. با محاسبه نشان دهید چرا می‌گویند نور خورشید در حدود ۸ دقیقه به زمین می‌رسد.

پاسخ تشریحی: زمان از تقسیم مسافت بر سرعت به دست می‌آید:

یعنی ۵۰۰ ثانیه. این عدد را به دقیقه تبدیل می‌کنیم: $500 \div 60 \approx 8.3$ دقیقه، یعنی حدود ۸ دقیقه و ۲۰ ثانیه — دقیقاً همان عددی که در درس آمده است.