تحقيق مسبار
تستحوذُ الشمسُ على اهتمامٍ بالغٍ منذُ القدم، لدرجة اتخذها البعض إلهاً لهم، كما أصبحت محطَّ دراساتٍ للعلماء والباحثين كونها النجم الساطع الذي يطل كل يوم على سطح كوكب الأرض ليبعث فيه الحياة من جديد.
في هذا المقال، سنتحدث عن الشمس، ومما تتكون؟ كما سنجيب على سؤال: هل الشمس تتحرك وتدور؟
الشّمس
الشّمس كرة ساخنة من الغازات المتوهجة من التفاعلات النووية تقع في قلب النظام الشمسي، وتُصنف على أنها نجم قزم أصفر وواحدة من أكثر من 100 مليار نجم في مجرة درب التبانة. وتسبب جاذبية الشمس تماسُك النظام الشمسي معًا حيث تبقى جميع الأجسام في مدارها بدءًا بالحطام الصغير مرورًا بالأرض حتى أكبر الكواكب.
منذُ القدم عرف الناس قيمة الشمس بالنسبة للحياة على الأرض واعتبروها المانح الأساسي لها، حيث أن بعض الحضارات قد قامت بعبادتها أو إيجاد رموز دينية تشير إليها في الأديان والميثولوجيا المختلفة. كما تم منحها أسماء عديدة في مختلف الثقافات، ومن أشهرها اسم "سول" باللاتينية، والذي يستخدم اليوم لتوصيف كل ما له علاقة بالشمس، مثل النظام الشمي مثلًا يسمى "Solar System".
ورغم أن الشمس هي مصدر الطاقة الأساسي للحياة على كوكب الأرض، حيث وفرت الدفء الكافي والطاقة اللازمة لتشكل الحياة عبر الزمن، وكون ضوئها يعتبر عنصرًا أساسيًا في تكوين الكائنات الحية مثل النباتات، إلا أن الشمس بحد ذاتها لا تعتبر مكانًا مناسبًا للكائنات الحية، نظرًا لمزيجها الحار والحيوي من الغازات والبلازما.
وإضافة إلى فوائد الشمس على كوكب الأرض، فإن الارتباط والتفاعل بين الشمس والأرض يؤدي إلى ظهور الفصول الأربعة، وتيارات المحيط وكل ما يعتبر تحت عنوان الطقس والمناخ، إضافة إلى أحزمة الإشعاع والشفق القطبي.
حجم الشمس
لا تُعتبر الشمس من النجوم الكبيرة جدًا، إذ أنها تصنف نجمًا قزمًا أصفر، أي أن هناك المليارات من النجوم التي تكبرها حجمًا. ويُقدَّر نصف قطر الشمس بحوالي 695508 كليومترًا (432168.6 ميلًا)، أي أنها تفوق في حجمها حجم الكواكب التي تدور حولها كثيرًا، وبمقارنتها بكوكب الأرض نجد أن كتلتها تساوي أكثر من ثلاثمئة وثلاثين ضعف كتلة الأرض، بينما يصل حجمها إلى حوالي 1.3 مليون كرة أرضية تقريبًا.
مدار الشمس
تقع الشمس في مجرة درب التبانة في أحد أذرعها الحلزونية، حيث أن الشمس وكل ما حولها من كواكبها وكويكباتها والأجسام الأخرى التي تدور حولها، تدور حول مركز مجرة درب التبانة بسرعة تقدر بحوالي 720000 كيلومتر في الساعة، وتستغرق ما بين 225 إلى 250 مليون سنة لإتمام دورتها حول مركز المجرة، إذ أن مدارها يبعد عن مركز المجرة ما بين 24000 و 26000 سنة ضوئية.
كما تدورُ الشمس حول محورها ويكون ذلك الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة، حيث تستغرق الشمس ما بين 25 و35 يومًا أرضيًا لإكمال دورة واحدة حول الشمس.
تكونت الشمس من
تكونت الشمسُ من كميات كبيرة من الغازات الملتهبة والمتفاعلة، حيث أنها تعتبر كرة من الغاز مثل النجوم الأخرى. وتتكون الشمس من 91.0% من غاز الهيدروجين، و8.9% من غاز الهيليوم، وكمية قليلة جدًا نسبيًا من بعض الغازات والعناصر الأخرى.
وقد تكونت الشمس من خلال انهيار سَديم شمسي وهو سَحابة عملاقة دوّارة من الغاز والغُبار منذ حوالي 4.5 مليار سنة، حيث أن انهيار السديم بسبب جاذبيته سبّب دورانه بشكل متسارع ليستوي أخيرًا على شكل قرص تزيد حرارته بفعل الضغط الكبير، كما أن الجاذبية سحبت أغلب مواد السديم إلى المركز مما وفر الضغط والحرارة الكافيين لحدوث الاندماجات النووية وتشكل الشمس.
ونظرًا لأن كتلة الشمس الهائلة تنجذب لبعضها بفعل الجاذبية فإن ذلك ينتج ضغطًا ودرجة حرارة هائلة في قلبها، وبالتالي تكوّنت الشمس من ست طبقات تبعًا للحرارة وتفاعل وتركيز الغازات فيها، والطبقات الستة هي:
- اللب.
- المنطقة الإشعاعية.
- منطقة الحمل الحراري في الداخل.
- السطح المرئي، ويسمى الفوتوسفير.
- الكروموسفير.
- الهالة، وهي أبعد طبقة عن المركز.
وتقدر درجة الحرارة في اللب بحوالي 15 مليون درجة مئوية، وهي بيئة مناسبة للحفاظ على الاندماج النووي الحراري حيث تتحد الذرات لتكوين الذرات الأكبر مثل اندماج ذرات الهيدروجين لتشكيل الهيليوم. كما أن للشمس غلافًا مغناطيسيًا وهو حجم الفضاء الذي يتحكم فيه المجال المغناطيسي للشمس، حيث أن المجال المغناطيسي المعقد للشمس يتولد بسبب التيارات الكهربائية في الشمس، ويمتد إلى مدارات الكواكب المحيطة بالشمس.
هل الشمس ثابتة أم متحركة؟
الشمس هي مصدر الطاقة الأساسي للحياة على الأرض، وقد قام البشر عبر العصور بقدير أهميتها للكائنات الحية حتى أن بعض الحضارات قامت بعبادتها، وبعد التطور العلمي اكتشف البشر أن الشمس لا تدور حول الأرض كما كان المعتقد سابقًا، بل أن الكواكب الثمانية وأقمارها بما فيها الأرض وقمرها هي التي تدور حول الشمس التي تعتبر مركز مجموعتنا الشمسية، لذلك يتساءل البعض فيما إذا كانت الشمس ثابتة أم متحركة؟
الشمس هي واحدة أكثر من 100 مليار نجم في مجرة درب التبانة وتصنف على أنها نجم قزم أصفر، وهي كرة ساخنة من الغازات المتوهجة، يبلغ قطرها حوالي 109 أضعاف قطر الأرض، وتقع في قلب النظام الشمسي، حيث تعد أكبر جسم فيه وتحتوي على 99.8٪ من كتلته، وتعمل جاذبيتها على تماسك النظام الشمسي.
تبلغ درجة حرارة سطح الشمس إلى حوالي 5500 درجة مئوية (10000 فهرنهايت)، أما في اللب فتصل درجة الحرارة إلى أكثر من 15 مليون درجة مئوية بفعل التفاعلات النووية.
يقدر عمر تشكل الشمس بحوالي 4.5 مليار سنة، حيث تشكلت من سحابة جزيئية من الهيليوم والهيدروجين تعرضت لموجة صدمية مما سبب انضغاط السحابة وانهيارها، وبسبب الضغط الشديد والمتزايد سخنت احدى المناطق وبدأت بالدوران، مما سبب انجذاب بقية السحابة اليها وبقاء الكثير من الهيليوم والهيدروجين في مركزها، ومن ثم زادت الحرارة بشكل كاف حتى يبدأ الاندماج النووي.
تبعد الشمس عن الأرض حوالي 150 مليون كيلومتر (93 مليون ميل)، وتسمى هذه المسافة بالوحدة الفلكية التي يتم استخدامها احيانًا من قبل العلماء بقياس المسافات.
بنية الشمس وطبقاتها
بنية الشمس هي غازية، حيث أن ثلاثة أرباعها عبارة عن هيدروجين يندمج بفعل الاندماج النووي ليشكل الهيليوم والذي هو غالبًا الربع المتبقي من الشمس، كما توجد نسب ضئيلة من غازات ومعادن أخرى يمكن أن يذكر منها الأكسجين والسيليكون والكبريت والحديد والنيكل والمغنيسيوم والنيون والكالسيوم والكروم والكربون، وبالتالي فإن الشمس ليست كتلة صلبة أبدًا وليس لديها حدود محددة.
وتتكون الشمس من عدة طبقات حيث أن الجاذبية تنتج ضغطًا ودرجة حرارة هائلة في قلب الشمس، ولكون الشمس تتكون من الهيدروجين والهيليوم، فإن هذه الغازات تؤدي وظائف في كل طبقة بطريقة مختلفة عن الطبقات الأخرى، والطبقات الستة هي:
- اللب.
- المنطقة الإشعاعية.
- منطقة الحمل الحراري في الداخل.
- السطح المرئي، ويسمى الفوتوسفير.
- الكروموسفير.
- الهالة، وهي أبعد طبقة عن المركز.
كما أن للشمس مجال مغناطيسي يتم تعريفه من خلال ثلاث آليات معقدة: تيار كهربائي دائري يمر عبر الشمس، طبقات الشمس التي تدور بسرعات مختلفة، وقدرة الشمس على توصيل الكهرباء. وهذا المجال المغناطيسي يعتبر متحكمًا بالشمس وما حولها إلى حد ما. حيث تبدأ خطوط المجال المغناطيسي بالقرب من خط استواء الشمس حيث تتشكل حلقات صغيرة بالقرب من السطح، كما تتدفق خطوط المجال المغناطيسي للشمس عبر أحد القطبين وتمتد الى مسافات بعيدة تصل إلى آلاف الكيلومترات ثم تعود للقطب المقابل.
أما بالنسبة لسؤال هل الشمس ثابتة أم متحركة، فإن الشمس رغم أننا لا نشعر بذلك، فإنها تدور حول محورها، بطريقة مشابهة تمامًا لدوران الأرض حول نفسها، ويكون ذلك الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة. وتستغرق الشمس ما بين 25 و35 يومًا أرضيًا لإكمال دورة واحدة حول الشمس.
كما أن الشمس ليست ثابتة بالنسبة للمجرة، فهي تدور حول مركز مجرة درب التبانة، وتستغرق ما بين 225 إلى 250 مليون سنة لإتمام دورتها حول مركز المجرة، إذ أن مدارها يبعد عن مركز المجرة ما بين 24000 و 26000 سنة ضوئية.
هل الشمس تتحرّك وتدور؟
هناك اعتبارات قديمة بأن الشمس ثابتة ولا تتحرك من مكانها، لكن جاء العلم ليدحض هذه المعلومات الخاطئة وليُنير للناس مداركهم. ليقول أنّ كل شيء في الكون يدور!
لذلك، الحقيقة أن الشمس تتحرّك وتدور بالفعل، فالشمس تدور حول محورها تمامًا مثلما يفعل كوكب الأرض. وتستغرق مدّة دورانها من 24 إلى 35 يومًا لاستكمال دورة واحدة في عكس اتجاه عقارب الساعة. فهي تدور مرة كل 24 يومًا عند خط الاستواء ومرة واحدة كل 35 يومًا عند القطبين. كما وتدور الشمس مع اتجاه عقارب الساعة حول مركز درب التبانة وليس حول محورها فقط.، وتستغرق 250 مليون سنة من أجل أن تدور مرة واحدة حول مركز المجرة.
هل الشمس تتحرّك وتدور إلى الأبد؟
أكَّدَ العلماءُ أن بعد ما يقارب خمس مليارات من الآن سوف تحترق الشمس وتنهار إلى نجم أبيض، وبأن وجودها في الواقع ليس أبديًا، كما سيُهيمن الهيليوم على مكونات الشمس ليصبح المكوّن الأكثر فيها. لكن منذ هذا الوقت وحتى تلك اللحظة ستستمر الشمس في الدوران ولكن بسرعات مختلفة.
هناك حقيقة مذهلة عن دوران الشمس، حيث يدور الجزء الأوسط منها بسرعة أكبر من أجزائها العلوية والسفلية، وإن ما يعطيها هذه الخاصية كونها مكونة من الغازات وليست من المواد الصلبة.
المجرّات
تُعرّف المجرّة على أنها نظام كوني كبير من غازات وغُبار ونُجوم ومواد مظلمة تتجمع وتترابط مع بعضها البعض داخل هذا النظام بواسطة قوى التجاذب فيما بينها، ومنها ما هو صغير يكون على شكل مجرة قزمة يصل عدد النجوم فيها إلى بضع عشرات من النجوم، ومنها كبير الحجم عبارة مجرّات عملاقة يصل عدد النجوم فيها إلى ترليون نجم وأكثر. كما أن قُطر بعض المجرّات يبلغ مئات الملايين من السنين الضوئية، والسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في مدة زمنية قدرها سنة أرضية، حيث تقدر سرعة الضوء بحوالي 300,000 كيلومتر بالثانية الواحدة.
وتختلف المجرّات أيضًا عن بعضها في الشكل، ومقدار النشاط الملحوظ، مع وجود اختلافات بطريقة تشكل الأنظمة وتطورها فيما بعد، حيث توجد بعض المجرّات فيها مواقع تكوّن نجمي قوي، بما يصاحبها من غازات متوهجة والكثير من الغيوم والغبار، بينما توجد أخرى أكثر هدوء وأقل نشاطًا حيث يبدو أنها توقفت عن انتاج نجوم جديدة.
وتعتبر مجرتنا التي تنتمي مجموعتنا الشمسية إليها من المجرّات النموذجية، فلديها مئات المليارات من النجوم، والكثير من الغاز والغبار لصنع مليارات النجوم، إضافة إلى كمية من المادة المظلمة تعادل عشرات أضعاف كل ما تحتويه المجرة من نجوم وغازات معًا، كما أن كل ذلك يرتبط ببعضه من خلال الجاذبية. وتتجمع المجرّات مع بعضها مشكلة ما يسمى بالعناقيد، والتي يتم تجميعها بدورها في مجموعات أكبر يبلغ قطرها مئات الملايين من السنين الضوئية.
وتشير الدلائل أنه في مركز الكثير من المجرّات توجد أجسام فائقة الكتلة يرَجّحُ أنها ثقوب سوداء مركزية فائقة تشكلت من مليارات السنين، يتم رصد بعد هذه الجسيمات في طور تشكلها الذي مضى عليه ملايين السنين بسبب الوقت اللازم لوصول الضوء إلى الأرض، وتسمى هذه الجسيمات "الكوازارات".
تشكل المجرّات
يبدو أن جميع المجرّات تشكّلت بعد وقت قصير من بدء الكون أو بعد الانفجار العظيم، حيث كان الكون مكونًا من إشعاع وجسيمات دون ذرية. ويدور نقاش مستمر في الأوساط العلمية لتقدير ما حدث لاحقًا، حيث أنه هناك احتمالين حتى الآن، الأول هو أن الجسيمات الصغيرة تتشكل مع بعضها ببطء حتى يتم تشكيل النجوم بفعل جاذبية هذه الجسيمات لبعضها، ومن ثم تتشكل عناقيد النجوم ومن ثم المجرّات، أما الاحتمال الثاني أن المادة انقسمت الى كتل هائلة من المادة وكل كتلة بذاتها انقسمت الى مجرّات.
كما أن شكل المجرّات يتأثر بجيرانها من المجرّات، بالإضافة إلى أن بعض المجرّات تتصادم في كثير من الأحيان، حتى أن مجرتنا درب التبانة هي في مسار تصادمي مع مجرة أندروميدا.
تصنيف المجرّات
تصنف المجرّات وفق الطريقة التي ابتكرها العالم "هابل" إلى ثلاثة أنواع رئيسية هي:
- المجرّات الحلزونية
تظهر المجرّات الحلزونية على شكل قرص دوار مسطح من النجوم والغازات والغبار ألوانها بيضاء وزرقاء مع انتفاخ مركزي باللون الأصفر في مركزها يكون محاطًا بأذرع لولبية. وقد تؤدي حركة الدوران بسرعة مئات الكيلومترات في الساعة إلى تشكل الشكل الحلزوني وأحيانًا يكون مميزًا مثل دواليب الهواء. ويوجد مجموعتان من المجرّات الحلزونية هي الحلزونات العادية والحلزونات الضلعية ذات القضبان، وأكثر من ثلثي المجرّات المرصودة هي مجرّات حلزونية، ومجرتنا درب التبانة، تعتبر مجرة حلزونية لديها شريط خطي مرصع بالنجوم في مركزها.
- المجرّات الإهليجية
وهي مجرّات مستديرة عادة، لكنها تمتد أحيانًا ليصبح شكلها متطاولًا قد يشبه المستطيل، ويوجد منها مجرّات إهليجية قزمة، ومجرّات إهليجية عملاقة قد تحتوي على تريليون نجم وتمتد على مسافة ميلوني سنة ضوئية.
- المجرّات غير المنتظمة
هي مجرّات تحتوي على القليل من الغبار ويختلف شكلها عن أشكال المجرّات الأخرى، ويعتقد أن هذه المجرّات كانت متوفرة في بدايات الكون قبل أن تتطور المجرّات الحلزونية والإهليجية.
مجرة درب التبانة
مجرة درب التبانة هي اسم المجرة التي تنتمي لها الشمس، وهي واحدة من المجرات الحلزونية الكبيرة، تدور حول نفسها دورة واحدة كل 250 مليون سنة. تُسمّى بالطريق اللبني لأنها تظهر على شكل حزمة لبنية من ضوء النجوم ممتدةً في السماء. تدور المجموعة الشمسية حول مركزها، كما وتحتوي على مجموعة هائلة من بلايين النجوم والأتربة والغبار.
اعتقد العلماء قديماً وكان من ضمنهم آينشتاين بأنّ الكون ما هو سوى مجرّتنا، مجرة درب التبانة. لكن تبيّن بعد ذلك أنّ هناك مئات من المجرات الكونية الأخرى.
المجرّات والمجموعة الشمسية
نسمع كثيرًا بمصطلحات مختلفة عن الفضاء الخارجي، مثل المجرّات والمجموعة الشمسية والكواكب والنجوم والثقوب السوداء وغيرها، فما الفرق بين هذه المصطلحات وما هو الاختلاف بين المجرّات والمجموعة الشمسية؟
لسنين عديدة وحتى عام 1925 كانت السُدم الحلزونية والأشكال الأخرى تُعتَبر أشكالًا غير مؤكدة من قبل العلماء، حيث ظنّ البعض أنها مجاميع بعيدة من النجوم مثل مجرة درب التبانة، وقد اقترح ذلك العديد من العلماء مثل الفيلسوف الألماني إيمانويل كانط قبل عدة قرون. لكنّ الأدوات والوسائل لم تكن كافية لإثبات الأمر حينها، وصولًا إلى بعض عُلماء بدايات القرن العشرين الذين أيدوا الفكرة، بينما كان علماء آخرون مقتنعين أنها مجرد سُدم غازيّة محلية في المجرة، أو مجموعات شمسية في طور التكوين.
وبعد تطور الأدوات توصّل العلماء الى أن هذه السدم الضبابية هي مجرّات بحد ذاتها، وتم تعريف المجرّات التي هي مُدن كونية عملاقة تتكون من الغازات والغبار والنجوم والمادة المُظلمة، تتجاذب فيما بينها مما يشكل عناقيد المجرّات. ويختلف حجم المجرّات فمنها ما هو صغير أي مجرّات قزمة يصل عدد النجوم فيها إلى بضع عشرات من النجوم، ومنها مجرّات عملاقة كبيرة في الحجم يصل عدد النجوم فيها إلى ترليون نجم وأكثر، وقد يصل قُطرها إلى مئات الملايين من السنين الضوئية. كما يختلف نشاط المجرّات، فمنها ما هو أكثر نشاطًا توجد فيها مواقع تكوّن نجمي قوي بما يصاحبها من نجوم متوهجة والكثير من الغيوم والغبار، بينما توجد أخرى أكثر هدوء وأقل نشاطًا حيث يبدو أنها توقفت عن إنتاج نجوم جديدة.
