بكل بساطة: كيف يتم قياس المسافات بين الأرض والنجوم والكواكب

المسافات بيننا وبين الكواكب بعيدة وتبعد أكثر عند النجوم. كذلك المجرات أبعد وأبعد؛ لذلك لا يوجد طريقة وحيدة لقياس المسافة بين الأرض والنجوم والكواكب.

وكما نقول “لكل مقامٍ مقال” لذلك تختلف طرق القياس بحسب بُعد الجسم عن الأرض. فمثلاً الأجسام المراد قياسها بالكيلو متر تختلف في طرق قياسها عن الأجسام التي تُقاس بالفرسخ الفلكي. كذلك الأجسام التي يتم قياسها بالسنة  الضوئية.

فإن قولنا أن السنة الضوئية = 9.5 تريليون كم تقريباً، فبكل تأكيد ستحاول أن تجمع قواك الذهنية لتتخيل مدى اتساع الكون.

حسناً، لا تحاول أكثر من ذلك لنبدأ موضوعنا.

المسافات بين الأرض والنجوم

السنة الضوئية = 9.5 تريليون كم (جدير بالذكر أنها المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة)

الفرسخ الفلكي = 3.26 سنة ضوئية

الوحدة الفلكية ((Astronomical unit وهي المسافة بين الأرض والشمس وعادة ما يتم استعمالها في القياس داخل مجموعتنا الشمسية وتساوي 150 مليون كم تقريباً.

نقدم لك: ثلاث طرق لإيجاد الكواكب الخارجية يتبعها العلماء

نستطيع حساب المسافات القصيرة حول كوكبنا من خلال قانون بسيط (المسافة = السرعة * الزمن)، وعن طريق إرسال ضوء مركز جداً معلوم طوله الموجي وتردده -كاليزر- ومن خلال حساب سرعة الضوء 300,000 كم/ث ومعرفة الزمن الذي سيصل فيه الضوء، فضلاً عن معرفة كمية الضوء المرتدة من الجسم، يمكن حساب المسافة بكل سهولة.

الإبهام وظاهرة التزيح – Parallex

ضع أصبعك أمام عينيك وأغلق أحدهما وأنظر لأصبعك بعينٍ واحدة ستجده على مسافة معينة. ولو قمت بعكس الأعين ونظرت بالعين الأخرى ستجد مكان إبهامك قد تغير. تسمى تلك الظاهرة التزيح أي حدوث إزاحة وهمية لجسم ما لمجرد اختلاف نقاط الرؤية.

لنكرر التجربة ونتخيل بأن هنالك خطيين وهميين، الأول يصل من العين اليمنى إلى الإبهام (أمام عينيك) والآخر يصل من العين اليسرى إلى نفس الأصبع، ليكون الشكل النهائي مثلث. لننتقل لمرحلة آخرى لتطبيق المبدأ على نجم معين.

سنعتمد على حركة الأرض حول الشمس. ولتحديد أضلاع المثلث المراد، نقوم برصد الأرض في شهر يناير ثم رصدها بعد 6 أشهر في يونيو، هكذا أصبح لدينا قاعدة مثلث كبيرة تصل بين نقطتين.

نقوم بقياس الزاوية بين الأرض واتجاه النجم المراد قياسه في النقطة الأولى وقياس الزاوية الأخرى في النقطة الثانية ومن هنا نستطيع حساب الزاوية الثالثة الخاصة بالنجم. (انظر بالصورة 1)

 

المسافات بين الأرض والنجوم
شكل المثلث

مع تنصيف المثلث ليكون قائم الزاوية عند الشمس (كما موضح بالصورة) سيكون لدينا الزاوية القائمة والزاوية من اتجاه الأرض والزاوية المراد قياسها “زاوية التزيح” ويمكن حسابها بكل سهولة من قانون مجموع قياسات زوايا المثلث=180 إذاَ ( 180 – (الزاوية القائمة + الزاوية من اتجاه الأرض).

الآن لدينا ثلاث زوايا معروفين وضلع (قاعدة المثلث المتمثلة في المسافة بين الأرض والشمس) ومن حساب المثلثات يمكننا إيجاد الضلعيين وحساب المسافة بين النجم والأرض والمسافة بين النجم والشمس أيضاً.

يرجع استخدام تلك الطريقة لعالم الفلك اليوناني هيباركوس الذي تمكن من حساب المسافة بين الأرض والقمر ولكن لقصور في طريقة القياس لم تكن النتائج دقيقة بنسبة 100% لديه. على الرغم من صحة المبدأ والمحاولة.

تتمثل قصور القياس في لو أن هنالك نجم تزيد مسافته عن 400 سنة ضوئية، ستختفي زاوية التزيح وسيكون من الصعب تكوين مثلث وإيجاد المسافة لذلك يلجأ العلماء لطريقة أخرى تعتمد على شدة إضاءة النجم – Luminosity.

Luminosity

يتم رصد الطول الموجي للنجم وحساب درجة حرارته من قانون فين (نطق فين بالألمانية)، بعدها حساب حجم النجم من قانون Stefan-boltzman. أيضاً، يمكن التنبؤء بحجم الجم وطاقته من نفس القانون. الآن لدينا الطول الموجي ودرجة الحرارة والحجم، ماذا بعد؟

عام 1910 جاء الثنائي هرتزبرنج وراسل لتطبيق طريقة التزيح على النجوم القريبة من الأرض وفهم العلاقة بين درجة الحرارة والطول الموجي واللون أو اللمعان للنجوم. وجد الثنائي بأن كلما زاد لمعان النجم زادت حرارته وقل الطول الموجي -أي إنه سوف يميل إلى اللون الأزرق-

ولكن الاكتشاف الذي أحدث ضجة هو اكتشافهم لدورة حياة النجوم بناءً على لمعانها ومعرفة طولها الموجي فوضعا مخططاً (HR-Digram) يوضح العلاقة بين لمعان النجم ودرجة حرارته وفي أي مرحلة من عمره.

 

المسافات بين الأرض والنجوم
HR-Diagram

 

ومن خلال قانون التربيع العكسي للضوء “تتناسب شدة الضوء المنبعثة من الجسم عكسياً مع مربع المسافة” أي أنك لو وضعت مصدر للضوء أمامك وأبتعدت عنه 4 أمتار سيقل الضوء بمقدار 3/4.

إقرأ أيضاً: كيف تبدو الشمس إذا نظرنا إليها من الكواكب الأخرى؟

1 – سنفترض بإننا قمنا برصد طول موجي لنجم، ومن ثم نضع الطول الموجي على ال Diagram- HR

2- نقوم بحساب درجة حرارة النجم من خلال قانون فيين

3- يمكن التنبؤ بحجم النجم وطاقته من قانون Stefan-boltzman

4- نضع نواتج الخطوة 2و3 على ال HR-Digram لنعرف شدة لمعان النجم

5- نقارن بين لمعان النجم والشمس.

4 -ولو افترضنا بأن لمعان النجم كان 100 ضعف لمعان الشمس من خلال ال HR-Digram

5- يمكن حساب المسافة بكل سهولة من خلال صيغة قانون التربيع العكسي الموجود بالصورة

قانون التربيع العكسي لحساب شدة الإضاءة والمسافة لجسمين

يوجد العديد من الطرق الآخرى التي يستخدمها العلماء لزيادة دقة القياسات. مثل استخدام قانون هابل الذي يتضمن مقدار سرعة تمدد الكون ما يؤثر بدوره على زيادة المسافات بشكلٍ أو بآخر. كذلك، تأثير دوبلر من خلاله نعرف إن كان النجم يقترب منا او يبتعد من خلال تحديد انزياح النجم على المطياف.

فمثلاً لو كانت الأطوال الموجية المرصودة من النجم منزاحة ناحية اللون الأحمر – أي زيادة في الطول الموجي- يكون خط سير النجم مبتعداً عن الأرض. في المقابل، لو كانت الأطوال الموجية منزاحة باتجاه الأزرق، يعني أن النجم يقترب منا أي نقص في الطول الموجي.

يمكنك الشعور بتأثير دوبلر في كل يوم تسير على الطريق وتسمع صوت السيارة يزداد كلما أقتربت السيارة نحوك، على العكس لو كانت مبتعدة. الأمر نفسه في النجوم.

إقرأ: أسئلة شيّقة حول الفلك والفيزياء الفلكية

 

Total
0
Shares