نجوم از قدیمی‌ترین علوم بشر است که قدمت آن به 5000 سال قبل باز می‌گردد. در این کتاب تلاش شده تا بطور اجمالی مرور سریعی بر تاریخچه این علم از هزاره دوم پیش از میلاد تا قرن بیست و یکم داشته باشد.

نجوم نه تنها حاصل کنجکاوی انسان برای شناخت آسمانِ مرموز و بیکرانی است که بالای سر او قرار دارد، بلکه از چند هزار سال قبل با شروع دریانوردی و سیاحی، به یکی از ابزارهای مهم جهت‌یابی نیز تبدیل شد. از قرون وسطی، و به ویژه از دوران رونسانس به بعد، نجوم گسترش یافت و به یکی از مهمترین علوم بشر برای پاسخ به پرسش‌های اساسی او درباره عالم هستی بدل گردید. از آن به بعد، از دل علم نجوم علم دیگری متولد شد که به کیهان‌شناسی (Cosmology) معروف گشت و هدف آن پاسخ به پرسش‌های اساسی در سطح بسیار کلان بود. البته علم کیهان‌شناسی، به معنای امروزی آن، از اوایل قرن بیستم و با مطرح شدن نظریه‌هایی مانند نظریه نسبیت عام اینشتین یا نظریه انفجار بزرگ شروع شد. ولی باید توجه داشت که مطالعه کیهان‌شناسی بدون داشتن اندک دانشی در زمینه نجوم غیر ممکن است، و صرف نظر از گمانه‌زنی‌ها، برای تایید نظریه‌های کیهان‌شناسی باید به نجوم روی آورد.

در این کتاب هم به مفاهیم اساسی علم نجوم، و هم به شخصیت‌های برجسته‌ای که در این علم سهم داشته‌اند پرداخته شده. از فحوی این کتاب اینطور برداشت می‌شود که نویسنده تمایلات مذهبی دارد و حتی اگر ستاره‌شناسانی که در این کتاب به آنها اشاره می‌شود به عنوان افرادِ خداناباور نیز معروف باشند، ولی در این کتاب اندک نظراتِ مذهبی آنها برجسته شده است.

مخاطبین این کتاب

مطالعه این کتاب هیچ پیش نیازی ندارد و برای مخاطب عمومی نگاشته شده و خواندن آن به همه کسانی که به علم، خصوصاً نجوم و کیهان‌شناسی، علاقه دارند توصیه می‌شود.

درباره نویسنده

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image001.png$ کنِت آر. لنگ (Kenneth R. Lang) متولد 1931، استاد بازنشسته نجوم و اختر فیزیک در دانشگاه تافس در ماساچوست آمریکا است. او در سال 1960 دکترای خودش در رشته اختر فیزیک را از دانشگاه ترونتو گرفت، و تا کنون بیش از 20 کتاب در زمینه‌های نجوم و اخترفیزیک نوشته، که بیشتر کتاب‌های او در زمینه اخترفیزیک کتاب‌های مرجع محسوب می‌شوند.

زمستان 1404

کامران بزرگزاد ایمانی

05/10/1404

مقدمه مؤلف

از گذشته‌های دور تا دوران اخیر، همیشه اخترشناسان نوعی کنجکاوی سیری‌ناپذیر در مورد جهان، و یک اشتیاق شدید برای فهم محتویات آن، چگونگی ترکیب آن، و نحوه عملکرد آن داشته‌اند. آنها برای گسترش دید ما نسبت به مکانهایی که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند از تلسکوپ‌های جدید و ابزارهای نوین استفاده کرده‌اند، و با اینکار انبوهی از اجرام ناشناخته را کشف کرده‌اند. آنها دریافته‌اند که چگونه بخش‌های مختلفِ آسمانِ شب به هم مرتبط هستند، و کشف کرده‌اند که این جهانِ بزرگ از آن چیزی که قبلاً تصور می‌شد خیلی پیچیده‌تر و قدیمی‌تر است. کتاب «تاریخچه نجوم و اخترفیزیک» تاریخچه این اکتشافات را دنبال می‌کند و درک فعلی ما از جهان را براساس یافته‌ها و شخصیت‌های اخترشناسانِ برجسته قرار می‌دهد.

این جستجوی مداوم برای کشف ناشناخته‌ها، بیش از چهارصد سال پیش، و از زمانی آغاز شد که گالیله تلسکوپ خود را به سمت آسمان‌ها چرخاند و چهار قمر بزرگ مشتری را کشف کرد. با ساخت تلسکوپ‌های بزرگتر، ستارگان نامرئی زیادی پیدا شدند، چگونگی حرکات آنها تعیین گردید و جهانِ درحالِ انبساطِ کهکشان‌‌ها کشف شد. بدون استفاده از یک تلسکوپ، تنها تعداد کمی از این کهکشان‌‌ها که نزدیک ما قرار دارند را می‌توان مشاهده کرد.

در مرحله بعدی کشفِ کهکشان‌های دوردست، از تلسکوپ‌هایی که در طول موج‌های رادیویی کار می‌کنند استفاده شد. این کهکشان‌ها به قدری دور هستند که می‌توان رد آنها را تا مراحل اولیه‌ پیدایش جهان هستی مشاهده کرد. رصد این کهکشان‌ها بطور تصادفی به مشاهده‌ی تپ‌اخترهای رادیویی، و متعاقباً کشف ستاره‌های نوترونی دوتایی منجر شد که برای اثبات وجود امواج گرانشی مورد استفاده قرار گرفتند. اخیراً، صدا و شکلِ موجِ‌ این امواج گرانشی شناسایی شده‌اند و در چندین مورد، دلیل آن به ادغام دو سیاه‌چاله و تشکیل یک سیاه‌چاله‌ی بزرگتر نسبت داده شده. در همین حال، در طول یکی از اولین آزمایش‌های اتصالِ زمینی به یک ماهواره‌ی مخابراتی، هنگام رصد کهکشان‌های رادیویی، به طور غیرمنتظره‌ای تابشِ زمینه‌ای ریزموجِ کیهانی 3 درجه‌ای کشف شد.

کتاب «تاریخچه نجوم و اخترفیزیک» به بحث در مورد حرکت فراگیر و تغییر بی‌وقفه کُل کیهان، از بدو تولد تا سرنوشت نهایی آن، و هر آنچه در این بین اتفاق افتاده، می‌پردازد. افق‌هایِ همیشه درحالِ گسترش نجوم، و برداشت‌های درحالِ تغییر ما از جهان، اغلب خیلی غیرمنتظره، مناقشه‌برانگیز، تردید برانگیز، و حتی تمسخرآمیز بوده‌اند. این افق‌ها نشان می‌دهند که جهان شناخته‌شده، که در هر زمانِ معین فقط می‌توان قسمتی از آن را مشاهده کرد، تنها بخش کوچکی از جهان بسیار وسیع‌تری است که هنوز کشف نشده.

در پایان هر روز ما می‌‌توانیم غروب خورشید را تماشا کنیم، یا متوجه حرکت ماه در آسمان شویم. اکنون ما برای مشاهده زمینِ در حالِ چرخش‌مان، یا ستارگانی که بالای سر ما در حال حرکت هستند، یا تماشای کیهانِ درحالِ انبساط از ماهواره‌ها استفاده می‌کنیم. هر سیاره، هر ستاره، و هر کهکشانی، برای معلق ماندن در فضا باید در حرکت باقی بماند.

ستارگان در طول حیات خودشان به آرامی به اشکالِ جدیدی تبدیل می‌شوند، و خودِ کهکشان‌ها نیز در فواصلِ زمانی بسیار طولانی تکامل می‌یابند. هیچ چیزی در هیچ کجای جهان یکسان نمی‌ماند. همانطور که ما شاهد تغییر همه چیز هستیم، می‌بینیم که چگونه یک بخش بر بخش دیگر تأثیر می‌گذارد و طبیعتاً از خود می‌پرسیم که چگونه همه چیز آغاز شد و چگونه می‌تواند پایان یابد.

این کتاب شامل جزئیاتِ جذابی است که توجه بشر را به درک نوین ما از جهان هستی جلب می‌کند و می‌تواند جنبه زندگینامه‌ای نیز داشته باشد. اکتشافات مهم توسط ستاره‌شناسانی انجام می‌شود که از اقشار مختلف جامعه آمده‌اند و در مناطق مختلف جهان، از مزارع روستایی گرفته تا کلان شهرها، زندگی کرده‌‌اند. برخی در فقر به دنیا آمده‌اند و از مقاطع اولیه آموزش رسمی فراتر نرفتند. برخی دیگر نیز زندگی ممتازی داشته‌اند و در معتبرترین دانشگاه‌های جهان تحصیل کرده‌اند. همه آنها در کنار زدنِ حجابِ کیهانی نقش داشته‌اند، تا جنبه‌های خارق‌العاده، ناشناخته، و فوق‌العاده زیبای جهان را آشکار کنند.

ستاره‌شناسان برجسته نیز در امیدها، ترس‌ها، عشق‌ها، دوستی‌ها، اشتباهات و روشن‌بینی‌هایی که بقیه ما در آنها سهیم هستیم، شریک بودند. برخی از آنها جاه‌طلب بودند، و تعداد کمی نیز در اعتبار بخشیدن به کار دیگران بی‌احتیاط بودند، و چندین نفر از آنها فروتن، آرام، و متواضع بودند.

اشتیاق معنوی نقش مهمی در تحقیقات، پشتکارها، و اکتشافات کسانی داشته که پایه و اساس علومِ نجومی را فراهم کردند. بسیاری از ستاره شناسان بزرگ، مانند یوهانس کپلر، گالیله، نیوتن، ادینگتون، هنری نوریس راسل، و آلبرت انیشتین، در یافتن یک نظم و الگوی اساسی برای جهان مشارکت داشته‌اند، الگویی که به اعتقاد برخی از آنها توسط خالق جهان برقرار شده است.

دیگر ستاره‌شناسان یا اخترفیزیکدانان برجسته، یا خداناباور بودند یا لاادری‌گرا، و فکر می‌کردند که ایمان به خدا برای تحقیقات علمی مهم نیست. با این وجود، برخی از آنها مانند ستاره‌شناس هندی، سوبرامانیان چاندراسخار، معتقد بودند که دینِ آنها یک روش منطقی و مداراجویانه برای زندگی ارائه می‌دهد.

علاوه بر این، اکثر ستاره‌شناسان و اخترفیزیکدانان معاصر، از انیشتین تا به امروز، به وجود یک نظم در جهان شناخته شده، و همچنین کیهانِ پهناورِ ناشناخته، صرف نظر از منشأ آن، اعتقاد داشته‌اند. این الگو اغلب شامل یک رفتار پیش‌بینی‌کننده‌ کاملاً تعریف‌شده است که آنها زندگی خود را صَرف یافتن و آزمایش آن می‌کنند.

این کتاب همچنین می‌تواند به انتقال نوعی حسِ حیرت و شگفتی کمک ‌کند که همه ما هنگام نگاه کردن به ستارگانِ شب آن را تجربه می‌کنیم. گویی ما در حال مشاهده و مشارکت در چیزی باشکوه‌تر و فراگیرتر از خودمان هستیم. در چنین مواقعی، وجودِ جهان به یک منبع شادی تبدیل می‌شود، و ما با عُمقی مقدس می‌توانیم از شکوه جهانی که ما را احاطه کرده شگفت‌زده شویم. کیهان می‌تواند کنجکاوی ما را برانگیزد، به ما در زندگی کمک کند و درخششی در چشمان ما ایجاد کند. همه ما می‌توانیم با نوعی حیرت، رمز و راز، شگفتی و سپاسگزاری به آن بنگریم.

کنِت آر. لانگ

استاد بازنشسته دانشگاه تافتس

فصل ۱

زمین حرکت می‌کند

«از این پس، هنگامی که به مدل‌سازی آسمان و محاسبه مدار ستارگان می‌پردازند، این چارچوب عظیم را چگونه به کار می‌گیرند، چگونه می‌سازند و ویران می‌کنند و تدبیر می‌چینند تا ظاهر پدیده‌ها را حفظ کنند؛ چگونه کره آسمان را دربر می‌گیرند با آن دایره‌های مرکزی و نامرکزی که بر آن خط‌خطی شده‌اند، چرخه و فلکِ تدویر، کره در دلِ کره.»

جان میلتون [1] (۱۶۶۷)

جهانی که می‌توان روی آن حساب کرد

ستاره‌شناسان باستان حتماً با یک حس شگفتی و حیرت به چراغ‌های درخشانی مانند مریخ و زهره نگاه می‌کردند. این اجسام سرگردان همراه با ستارگان حرکت نمی‌کردند. آنها با الگویی منظم در آسمان حرکت می‌کردند که می‌توانست برای پیش‌بینی زمان و مکانِ بعدی ظهور آنها مورد استفاده قرار گیرد. اجداد ما آنها را سیاره (planet) می‌نامیدند، که از یک کلمه یونانی به معنای "سرگردان" می‌آید. مطمئناً این حرکتِ منظم توسط نیرویی قدرتمند تنظیم شده بود، و هنگامی که ستاره‌شناسان سعی کردند حرکات این اجسام سرگردان را توصیف کنند، علم نجوم آغاز شد.

همانطور که فیزیکدانِ آمریکایی برنده جایزه نوبل، رابرت میلیکان (Robert Millikan)، گفته بود: «اخترشناسی نشان می‌دهد جهانی که هیچ یک از کارهایش از روی هوس نیست، جهانی که رفتارش قابل فهم و پیش‌بینی است، جهانی که می‌شود روی آن حساب کرد، کارِ خدایی است که با قانون کار می‌کند.»

مدل‌های هندسی که برای توصیف حرکت سیارات ساخته می‌شدند، به دیدگاه فرد بستگی داشتند. حدود ۲۰۰۰ سال پیش، ستاره‌شناس یونانی-مصری، کلودیوس بطلمیوس (Claudius Ptolemaeus)، مدل پیچیده‌‌ای را ارائه داد که شامل حرکات دایره‌ای بود که زمین در مرکز جهان قرار داشت، و برای حدود ۱۴۰۰ سال بهترین توصیف موجود بود. سپس ستاره‌شناس لهستانی، نیکولاس کوپرنیک (Nicolaus Copernicus)، مدل بطلمیوس را زیر سوال برد و گفت زمین مرکز جهان نیست و به دور خورشید در حال حرکت است.

صد سال بعد، گالیله با استفاده از تلسکوپی که جدیداً خودش اختراع کرده بود، آسمان‌ها را به زمین آورد تا کوه‌ها و دره‌های روی ماه، ستارگان بی‌شمار کهکشان‌ِ راه شیری، و چهار قمری که به دور مشتری می‌چرخند را پیدا کند. یکی از معاصران گالیله، به نام یوهانس کپلر، حرکت دایره‌ای «کاملِ» سیارات را رد کرد و آن را با مسیرهای بیضی‌مانند به دور خورشید جایگزین کرد. او قوانینی را کشف کرد که پایه و اساس نظریه گرانش جهانی نیوتن را فراهم کرد.

یک موسیقی ناب، جاودانه و آسمانی

در دوران باستان تصور می‌شد که سیارات و ستارگان در مدارهای دایره‌ای شکل به دور زمین حرکت می‌کنند، همان زمینی که تصور می‌شد مرکز جهان، و ساکن بود. از نظر آنها، حرکت دایره‌ای اجرام آسمانی هیچ آغاز یا پایانی نداشت و تا ابد بدون تغییر ادامه داشت. گذشته از اینها، چرخ‌ها به دلیل گرد بودنشان به راحتی روی سطح زمین حرکت می‌کنند، پس مسیر خورشید و ماه هم باید گرد باشند.

این ایده به فیلسوف و ریاضیدان یونان باستان، فیثاغورث (Pythagoras)، اهل ساموس، نسبت داده می‌شود که در فاصله میان سیارات، نوعی موسیقی وجود دارد و سیارات صداهای هماهنگی منتشر می‌کنند که با فاصله و سرعتِ حرکت آنها ارتباط دارد. تصور می‌شد که سیاراتِ نزدیک‌ و آهسته، صدای بم، و سیارات دورتر و سریع‌تر، صدای زیر تولید می‌کنند.

به دنبال آن، افلاطون (Plato) و ارسطو (Aristotle) مفهوم موسیقی افلاک را توسعه دادند. افلاطون در کتاب جمهوری خودش، که حدود ۳۸۰ سال قبل از میلاد نوشته شده بود، به مدلی از حرکات دایره‌ای سیارات اعتقاد داشت که در آن سیارات با سرعت‌های یکنواخت، ولی متفاوت که با فاصله آنها از زمین متناسب است، حرکت می‌کنند.

ارسطو، که شاگرد افلاطون بود، در کتاب خودش با عنوان «درباره آسمان‌ها»، با اتصال سیارات به هفت کره متحدالمرکز چرخان و بلوری‌شکل، که همگی در خلاف جهت یک کره هشتم و بیرون از ستارگان می‌چرخند، برای حرکات آنها مکانیسمی را ارائه داد. چنین کره ستاره‌ای توضیح می‌دهد که چرا به نظر می‌رسد ستارگان در آسمان شب می‌لغزند و چرا مسافرانی که به سرزمین‌های جدید و دوردست سفر می‌کنند، ستارگان جدید، و همچنین افراد جدید را می‌بینند.

برای ارسطو زمین مکانی بود برای زوال و تغییر، خانه‌ا‌ی برای زندگی موقت و ناخالص ما. برخلاف حرکات اجباری سیارات، حرکات طبیعی روی زمین بصورت خطوط مستقیم بودند و این نوع حرکات همیشه پایان می‌یابند. یک سنگ مستقیماً به پایین می‌افتد و متوقف می‌شود، یک شعله مستقیماً به بالا برمی‌خیزد و ناپدید می‌شود، و سفر هر انسانی نهایتاً به پایان می‌رسد. در مقابل، سیارات و ستارگان در یک حرکت ابدی، فناناپذیر، و خالص هستند. به نظر می‌رسد که آنها تا ابد پایدارند و هرگز از حرکت باز نمی‌مانند.

برای یونانیان باستان، بیرونی‌ترین کره آسمانی، آخرین مرزِ جهان قابل مشاهده را تشکیل می‌داد. این کره شامل ستارگان ثابتی بود که بدون هیچ حرکتی نسبت به یکدیگر، محکم در آسمان شب ثابت ایستاده بودند. همه آنها با هم حرکت می‌کردند، زیرا کره آسمانی هر روز یک بار به دور زمین مرکزی می‌چرخید. تصور می‌شد که سیارات با سرعت کمتری در جهت مخالف حرکت می‌کنند.

به دنبال پیشنهاد افلاطون، برای قرن‌ها ستاره‌شناسان تلاش کردند تا حرکات سیارات و ظاهر آنها را با استفاده از یک حرکت دایره‌ای، و با سرعت ثابت به دور زمین مرکزی، توصیف کنند، اما هرگز نتوانستند حرکت موقت و رو به عقب مریخ، که به عنوان حرکت قهقرایی شناخته می‌شود، یا حرکات سریع‌تر و کندتر آن که در بخش‌های مختلف مسیرش در آسمان مشاهده می‌شود، را توضیح دهند.

در قرن دوم میلادی ستاره‌شناس یونانی، کلودیوس بطلمیوس، یک مدل هندسی ایجاد کرد که می‌توانست «ظواهری» که سیارات از خودشان نشان می‌دهند را «توضیح دهد». آنطور که معروف است، بطلمیوس در کتابخانه باارزش اسکندریه مصر کار می‌کرد، جایی که می‌توانست به آثار ستاره‌شناسان قبلی مراجعه کند. او نشان داد که حرکات سیاره‌ای رصد شده را می‌توان با سیستمی از دایره‌های متحرک در حالِ حرکت به دور زمین، مانند چرخ دنده‌های یک ماشین پیچیده، توصیف کرد. قرار بود هر سیاره با سرعت ثابت روی یک دایره کوچک یا فلکِ تدویر (Epicycle) حرکت کند، در حالی که مرکز این فلکِ تدویر روی یک دایره بزرگتر که مرکز آن زمین بود، می‌چرخید. از نظر یک ناظر زمینی، یک سیاره در حالِ حرکتِ دورانی یکنواخت، حول مرکزی که کمی از زمین فاصله دارد، با سرعت متغیری حرکت می‌کند، و وقتی به زمین نزدیک‌تر است سریع‌تر، و وقتی دورتر است کندتر حرکت می‌کند.

با این آرایش پیچیده، بطلمیوس توانست با استفاده از دایره‌هایی که روی دایره‌های دیگر حرکت می‌کردند، حرکات ظاهری سیارات را با دقتِ قابل توجهی بازتولید و پیش‌بینی کند. او آنقدر در این کار موفق بود که بیش از هزار سال پس از مرگش، هنوز مدل او برای پیش‌بینی مکانِ سیارات در آسمان مورد استفاده قرار می‌گرفت.

سپس، در اواسط قرن شانزدهم، یک روحانی لهستانی، به نام نیکولاس کوپرنیک (Nicolaus Copernicus)، گفت زمین و سایر سیارات به دور یک خورشید ثابت و غیرمتحرک در حال حرکت هستند.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image002.png$

نیکولاس کوپرنیک

دیدگاه کوپرنیک در مورد حرکت خورشید-مرکزی

نیکلاس کوپرنیک در ۱۹ فوریه ۱۴۷۳ در شهر تور اون در پروس، منطقه‌ای از پادشاهی لهستان، متولد شد. پدرش یک تاجری اهل کراکوف و مادرش از خانواده‌‌های ثروتمند و قدرتمند تور اون بود .

پس از مرگ پدرش، زمانی که کوپرنیک تنها ۱۰ سال داشت، نزد دایی خودش، لوکاس واتزنرود، مشغول به تحصیل شد. او در ۱۹ سالگی در دانشگاه کراکوف ثبت‌نام کرد، جایی که درس‌های او شامل نجوم، ریاضیات، فلسفه، فیزیک و آثار ارسطو و بطلمیوس می‌شد. چهار سال بعد در سال ۱۴۹۶، کوپرنیک یک دوره سه ساله حقوق را در دانشگاه بولونیا، در ایتالیا، که یک موسسه حقوقی برجسته اروپایی بود، آغاز کرد. در آنجا او احکام پاپ در مورد اقتدار، احکام، حقوق، و مجازات‌ها در حوزه قضایی کلیسا را، که به عنوان قانون شرع شناخته می‌شود، آموخت. سپس کوپرنیک برای تکمیل تحصیلات خود، یک دوره دو ساله پزشکی را در دانشگاه پادوا در ایتالیا، که یک دانشکده پزشکی پیشرو بود، آغاز کرد.

...........................................

محتویات کامل این کتاب در 14 فصل و 350 صفحه منتشر شده، برای ادامه مطالعه این کتاب می‌توانید نسخه کامل PDF آن را تهیه کنید.

فصل 2

گرانش حرکت را هدایت می‌کند

« ای موجود شگفت‌انگیز! برو به جایی که علم هدایتت می‌کند، صعود کن؛

برو، زمین را اندازه بگیر، هوا را وزن کن و جزر و مد را توضیح بده.

به سیارات دستور بده که در چه گوی‌هایی حرکت کنند،

زمان قدیم را اصلاح کن و خورشید را تنظیم کن

با افلاطون به آسمان عروج کن.»

الکساندر پوپ[2] (۱۷۳۴)

مراقبه مداوم نیوتن

ایزاک نیوتون (Isaac Newton) کمی پس از مرگ پدرش به دنیا آمد . وقتی نیوتن سه ساله بود، هانا، مادرش، دوباره ازدواج کرد و به خانه شوهر جدیدش، که یک روحانی ثروتمند و مسن بود، نقل مکان کرد. ولی ایزاک جوان در خانه‌ای که در آن متولد شده بود ماند. پدربزرگ و مادربزرگش تا هشت سال بعد که ناپدری‌اش درگذشت، از او مراقبت کردند و در آن زمان مادرش به همراه سه فرزند از ازدواج دومش به خانه بازگشت.

ایزاک در سن ۱۲ سالگی به مدرسه گرامر در گرانتهام فرستاده شد. او در آنجا دستور زبان لاتین را آموخت و نزد یک داروساز محلی، که دارو می‌فروخت و به احتمال زیاد باعث علاقه ایزاک به شیمی شد، اقامت گزید. نیوتون بعدها، در سن ۱۷ سالگی به ملک خانوادگی خود در لینکلن‌شایر بازگشت و در ژوئن ۱۶۶۱ به کالج ترینیتی در دانشگاه کمبریج رفت.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image003.png$

ایزاک نیوتون

نیوتن در جوانی با اشکال مختلف عبادت در کلیسای آنگلیکان (کلیسای انگلستان) و پرسبیتریان آشنا شد. در آن زمان این دو کلیسا برای منافع عمومی و کنترل سیاسی انگلستان با هم رقابت می‌کردند. او هنگام ورود به دانشگاه جوانی مومن بود و در بزرگسالی نیز به ایمان فعال و پرشور مسیحی خود پایبند ماند و بسیاری از باورهای مذهبی محلی را پذیرفت.

نیوتن در دوران دانشجویی بیشتر وقت خود را صرف فعالیت‌های مذهبی می‌کرد و در این زمینه تنها نبود. از همه دانشجویان کالجِ ترینیتی خواسته می‌شد که بخش‌های طولانی از کتاب مقدس را بخوانند، آن را با دقت بررسی و حفظ کنند، در خطبه‌های روزانه شرکت کنند و در دعاهای عصرگاهی شرکت کنند. این کاری قابل پیش‌بینی بود، زیرا حدود سه چهارم دانشجویانی که در آن زمان در کالج ترینیتی تحصیل می‌کردند، قرار بود در کلیسای انگلستان مشغول به کار شوند.

نیوتن در ابتدا با کار برای اعضای هیئت علمی و دانشجویان ثروتمند معاش خود را در ترینیتی تأمین می‌کرد. او مجبور بود چکمه‌های آنها را تمیز کند، سر میز آنها پیشخدمتی کند، و ظرف‌هایشان را خالی کند. وقتی در سال ۱۶۶۴ این کارها به پایان رسید، نیوتن به عنوان یک محقق در ترینیتی برگزیده شد، اما سال بعد طاعون خیارکی به کمبریج آمد و دانشگاه تعطیل شد.

پس از آن ایزاک به مزرعه اجدادی خود رفت و ۱۸ ماه را در مراقبه و تفکر عمیق گذراند. در این دوره، او نظریه نور و رنگ‌ها را توسعه داد، به گرانشِ و تاثیر آن بر ماه فکر کرد و متوجه شد که چگونه نیروهایی که سیارات را به حرکت در می‌آورند، باید با فاصله آنها از خورشید تغییر کنند.

هنگامی که دانشگاه کمبریج در بهار ۱۶۶۷ بازگشایی شد، ایزاک در سن ۲۴ سالگی به دانشگاه بازگشت و در پاییز همان سال به عنوان عضو هیئت علمی کالج ترینیتی انتخاب شد. دو سال بعد، او به عنوان استاد لوکاسین ریاضیات منصوب شد، سمتی که به مدت ۳۲ سال آن را در اختیار داشت.

نیوتن از تعامل با مردم خوشش نمی‌آمد و معمولاً نسبت به آنها بی‌تفاوت بود. او بیشتر دعوت‌ها را رد می‌کرد، از تماس شخصی اجتناب می‌کرد و هرگز به خارج از انگلستان سفر نمی‌کرد. او همچنین تمایلی به انتشار یافته‌های خود نداشت، از جنجال بیزار بود، «احترام عمومی» را نمی‌خواست و در تحقیقاتش درخواست کمک یا دعوت به همکاری نمی‌کرد.

هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد این دانشمند مشهور هرگز عاشق زنی بوده است، و وقتی در سن ۸۴ سالگی درگذشت، ظاهراً هنوز باکره مانده بود. او در تمام عمر مجرد بود و فکر می‌کرد که فعالیت جنسی با زنان، پاکیِ معنوی او را که در بخشی از کتاب مقدس به او القا شده بود، از بین می‌برد.

نیوتن فوق‌العاده کنجکاو بود، یک بار یک سوزن بلند را در امتداد لبه چشمش فرو کرد تا ببیند چگونه کار می‌کند و چه اتفاقی می‌افتد. در یک مورد دیگر نیز آنقدر به خورشید خیره شد که به سختی می‌توانست چیزی ببیند و چندین روز در رختخوابش بستری شد.

...........................................

فصل 3

حرکت در درون ماده

”دیدنِ جهانی در یک دانه شن،

و بهشتی در دل یک گلی وحشی،

بی‌نهایت را در کف دستت نگه دار،

و ابدیت را در یک ساعت.“

ویلیام بلیک [3] (۱۸۰۳)

همه چیز در جهان ماد‌ی از تعداد بی‌شماری از ذرات نامرئی و در حال حرکت تشکیل شده است. برخی از این ذرات اتم‌ یا مولکول‌ هستند، و برخی دیگر، ذرات زیراتمی مانند الکترون، نوترون، یا پروتون‌ها هستند. در همین صندلی محکمی که روی آن نشسته‌اید، تعداد زیادی از اتم‌های نامرئی در حال حرکت هستند. الکترون‌های نامرئی در سیم‌ها حرکت می‌کنند تا چراغ اتاق شما را روشن کنند؛ و مولکول‌های موجود در هوایی که تنفس می‌کنید، با چنان سرعتی در حال حرکت هستند که این سرعت با زیاد شدنِ دما افزایش می‌یابد. تعداد زیادی از ذرات نامرئی و الکتریکی حتی از خورشید بیرون می‌آیند و بسیاری از آن‌ها اطراف زمین را در بر گرفته‌اند.

اتم‌های نامرئی و جاودانه

اشیاء از چه ساخته شده‌اند؟ برای فهمیدن این موضوع شما می‌توانید هر جسمی را به قطعات کوچک و باز هم کوچک‌تر بشکنید، تا زمانی که به مرحله‌ای برسید که کوچکترین قطعه دیگر قابل شکستن نباشد. طی این تجزیه خیالی، شما در آخرین مرحله به اتم (atom) می‌رسید، که یک کلمه‌ای یونانی به معنای «غیر قابل بریدن» است.

این باور که تمام اشیاء مرئی از اتم‌های کوچک نامرئی و جاودانه تشکیل شده‌اند، به هزاران سال پیش، و به فیلسوفان دوران یونان و روم باستان برمی‌گردد، و همیشه مطرح بوده. فرض بر این است که این اتم‌های فناناپذير، از ازل تا ابد در تمام موجودات در حرکت مداوم هستند، و گرد هم می‌آیند تا اشیاء مرئی را ایجاد کنند و هنگامی که اشیاء از هم می‌پاشند، پراکنده می‌شوند. آنها اجزای اولیه تمام چیزهایی هستند که در گذشته وجود داشته‌اند و بذر هر چیزی خواهند بود که ممکن است در آینده وجود داشته باشد.

همانطور که در سال ۱۷۰۴ دانشمند بزرگ انگلیسی، ایزاک نیوتن، نوشت:

«به نظر من محتمل است که در آغاز خداوند ماده را به صورت ذرات جامد، جرم‌دار، سخت، نفوذناپذیر، و متحرک آفرید ... حتی آنقدر سخت که هرگز ساییده یا تکه‌تکه نشود؛ هیچ قدرت عادی قادر به تقسیم آنچه خداوند در آفرینش نخستین خود آفریده است، نیست.»

در اوایل قرن نوزدهم، شیمیدان انگلیسی جان دالتون پیشنهاد کرد که تمام مواد مختلف از اجسام خالص و تغییرناپذیر، یعنی عناصر اتمی، تشکیل شده‌اند که نمی‌توان آنها را با روش‌های شیمیایی تقسیم کرد. هر جسم مادی را می‌توان به این اتم‌های ساده، و عناصر تجزیه کرد که در هر کجا و هر زمان که یافت شوند، دقیقاً یکسان باقی می‌مانند. امروزه، این عناصر با اعداد اتمی مشخص می‌شوند، هیدروژن که سبک‌ترین عنصر است با عدد ۱، کربن ۶، اکسیژن ۸، طلا با عدد ۷۹، و ... بالاتر.

اتم‌های عناصر به هزاران و میلیون‌ها روش با هم ترکیب می‌شوند و پیوند می‌خورند تا مولکول‌ها را تشکیل دهند. مولکول (molecule)، که از کلمه لاتین به معنای "جرم کوچک" گرفته شده، و تعداد بی‌شماری از آنها در هر چیزی که می‌بینیم پنهان است. هر بار که نفس می‌کشید، تقریباً یک میلیون، میلیارد، میلیارد یا 10²⁴ مولکول اکسیژن از هوا وارد ریه‌های ما می‌شود. یک قطره آب حاوی تعداد قابل توجهی اتم است، نزدیک به تعدادِ ستاره‌های جهان.

اتمِ عناصر از یک ذره غبار بسیار بسیار کوچک‌تر هستند و به مانند میکروب، شبح، یا روح نامرئی‌اند. همانطور که در کتاب شازده کوچولو آمده، «آنچه ضروری است با چشم دیده نمی‌شود؛ خانه، ستارگان، بیابان، آنچه به آنها زیبایی می‌دهد چیزی است که نامرئی است.»

عناصر رادیواکتیو

فراوان‌ترین اتم‌هایی که روی زمین یافت می‌‌شوند، به‌طور استثنایی بادوام هستند و میلیاردها سال است که وجود دارند. عناصر نسبتاً کمیابی به نام عناصر رادیواکتیو، مثل اورانیوم و رادیوم، هستند که بطور طبیعی در زمین یافت می‌شوند. چنین عناصری موقتی و ناپایدار هستند. کشف آنها در اواخر قرن نوزدهم، در دانشگاه سوربن پاریس آغاز شد. در آن زمان هنری بکرل (Henri Becquerel) دریافت که مواد معدنی حاوی اورانیوم، از خودشان یک تابش قوی و نامرئی ساطع می‌کنند که صفحات عکاسی را تار می‌کند. این تابش مرموز و نافذ، با سرعت منظمی در نور شدید یا تاریکی مطلق، و در دماهای بالا یا پایین منتشر می‌شد، و در نهایت به عنوان رادیواکتیویته (radioactivity) شناخته شد، که اصطلاح رادیو به معنای «تابش» است، بنابراین اتم‌های رادیواکتیو از نظر تابشی فعال هستند. هیچ‌کس نمی‌دانست که این پرتوهای نامرئی دقیقاً چه هستند، چگونه انرژی می‌گیرند یا چرا مواد رادیواکتیو، ظاهراً بدون هیچ توقفی، همچنان انرژی آزاد می‌کنند.

با اطلاع از کشف بکرل، پیر کوری (Pierre Curie)، که او نیز استاد فیزیک در سوربن بود، و دانشجوی جوانی که به تازگی با او ازدواج کرده بود، به نام مانیا (ماری) اسکلودوسکا کوری، شروع به بررسی این نوع جدید از اشعه‌ها کردند. ماری کوری روش‌هایی برای اندازه‌گیری میزان تابش آزاد شده ابداع کرد و دریافت که سنگ معدن اورانیوم ناخالص، اشعه‌های بیشتری از آنچه که می‌توان آن را بر اساس اورانیوم موجود در آن توضیح داد، ساطع می‌کند.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image004.png$

پیر کوری

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image005.png$

ماری کوری

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image006.png$

هنری بکرل

این زوج یک جستجوی طاقت‌فرسای 2 ساله را برای یافتن ماده ناشناخته‌ای که این پرتوهای قدرتمند را ساطع می‌کرد، آغاز کردند. آنها از یک تُن سنگ معدن اورانیوم که به عنوان پیچ‌بلِند (pitchblende) شناخته می‌شود، تنها چند گرم عنصر رادیواکتیو جدید و قدرتمند را استخراج کردند که قبلاً شناخته نشده بود. یکی از آنها، به نام رادیوم (radium)، یک انرژی‌ آزاد می‌کرد که از هر چیزی که از طریق واکنش‌های شیمیایی به دست آمده بود، فراتر می‌رفت. کریستال‌های حاوی رادیوم، اتاقی تاریک را روشن می‌کردند، و همانطور که پیر کوری در کمال نگرانی متوجه شد، پوست را نیز می‌سوزاندند.

این یافته‌ها به یک پدیده بین‌المللی تبدیل شد. برای مثال، در سال ۱۹۰۳، جایزه نوبل فیزیک به طور مشترک به بکرل، به خاطر کشف رادیواکتیویته، و به پی‌یر و ماری کوری به خاطر تحقیقات مشترکشان در مورد این پدیده تابشی اهدا شد. [ماری کوری اولین زنی بود که جایزه نوبل را دریافت کرد، و اولین کسی بود که دو بار (در سال ۱۹۱۱ برای شیمی) این جایزه را دریافت کرد و اولین زنی بود که به مقام استادی در دانشگاه پاریس رسید. او در سال ۱۹۳۴ به دلیل بیماری ناشی از قرار گرفتن در معرض رادیوم و اشعه ایکس درگذشت.]

تشعشعات رادیوم توسط ارنست رادرفورد (Ernest Rutherford)، فیزیکدان متولد نیوزیلند و شیمیدان انگلیسی، فردریک سودی، زمانی که آنها در دانشگاه مک‌گیل در مونترال کانادا کار می‌کردند، با جزئیات بیشتری بررسی شد. آنها دریافتند که پرتوهای رادیواکتیو حداقل شامل دو نوع متمایز به نام پرتوهای α و پرتوهای β هستند که امواج تابشی نیستند، بلکه پرتوهایی از ذرات پرانرژی و پرسرعت هستند. در نهایت با استفاده از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، می‌توان دو نوع ذره را از هم جدا کرد و خواص فیزیکی آنها را تعیین نمود.

پس از گذشت میلیاردها سال از شکل‌گیری زمین، هنوز هم سنگ‌ و خاک زیر پای ما رادیواکتیو هستند، و هنوز هم فضای داخلی سیاره را گرم می‌کنند. بنابراین اتم‌های رادیواکتیو برای مدت زمان بسیار طولانی وجود داشته‌اند و به آرامی در حال فروپاشی هستند. دلیلش این است که برای یک ذره α بسیار دشوار است که بر نیروهایی که آن را درون اتم نگه می‌دارند غلبه کند.

...........................................

فصل 4

چگونگی حرکتِ نور در فضا، و برهمکنش آن با ماده

” آنچه از او نادیدنی‌ست،

از روزگار آفرینش جهان،

چون آفتاب حقیقت، آشکار و روشن گشته است. “

کتاب مقدس

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image007.png$

مایکل فارادی

یک مسیحی مومن به نام مایکل فارادی

مایکل فارادی (Michael Faraday) در ۲۲ سپتامبر ۱۷۹۱ در یک خانواده‌ فقیر در لندن به دنیا آمد، جایی که آنها به سختی می‌توانستند غذا بخورند. او در ۱۴ سالگی از مدرسه اخراج شد و در آنجا شاگرد یک صحاف و کتابفروش شد. این اتفاق برای او به یک موهبت تبدیل شد، زیرا فارادی با خواندن کتاب‌هایی که صحافی می‌کرد، خودش را آموزش می‌داد.

فارادی در سن ۲۰ سالگی و در پایان دوره کارآموزی‌اش، یک بلیط برای سخنرانی‌های شیمیدان معروف، هامفری دیوی (Humphry Davy)، در مؤسسه سلطنتی لندن دریافت کرد. فارادی یک نسخه صحافی شده از سخنرانی را که نوشته بود، برای دیوی فرستاد و از او شغلی طلب کرد، و حدود یک سال بعد به عنوان دستیار دیوی در آزمایش‌های شیمی که در زیرزمین مؤسسه سلطنتی انجام می‌شد، استخدام شد. دیوی و فارادی کشف کردند که خواص شیمیایی مواد با قدرت الکتریکی آنها مرتبط است و آنها توسط بارهای مثبت و منفی الکتریسیته در کنار هم نگه داشته می‌شوند.

فارادی در سال ۱۸۲۱ پس از دو سال رابطه عاشقانه، و رد و بدل کردن نامه‌های عاشقانه فراوان، با سارا بارنارد ازدواج کرد. آنها به اتاق‌های ساده‌ای در طبقه بالای موسسه سلطنتی نقل مکان کردند، و در آنجا فارادی به آزمایش‌های زیرزمینی خود ادامه داد. مایکل و سارا در کلیسای سندمن در لندن، که شاخه‌ای از کلیسای اسکاتلند بود، با هم آشنا شدند که این در طول زندگی‌شان از نظر معنوی به آنها کمک می‌کرد.

این خانواده سخت کار می‌کرد. آنها ساده زندگی می‌کردند و صحبت کردن آنها رک و صریح بود. آنها هیچ روحانی، رهبر یا سلسله مراتب اجتماعی نداشتند و از دانش متقابل، دوستی و کلام خدا در کتاب مقدس راهنمایی می‌گرفتند. آنها فکر می‌کردند جاه‌طلبی، غرور، و تلاش برای ثروت دنیوی برای یک مسیحی واقعی مناسب نیست. آنها بر برابری معنوی تمام اعضا، صرف نظر از ثروت، سن، جنسیت یا دستاوردها آنها اصرار داشتند.

پیروان کلیسای سندمن تعهدات خود را بسیار جدی می‌گرفتند. برای مثال، فارادی به دلیل غیبت در یک مراسم هفتگی، که برای او شرم‌آور و سلامت و روحیه ضعیفی به همراه داشت، برای مدت کوتاهی از انجمن آنها کنار گذاشته شد. او به سختی و پس از توضیح اینکه او از دستور ملکه برای صرف شام در قلعه ویندزور پیروی کرده، از این ممنوعیت معاف شد.

از نظر فارادی، دانشمندان موظف بودند که یافته‌های خود را با همه به اشتراک بگذارند. بنابراین، او سالانه در مراسم کریسمس در مؤسسه سلطنتی در مورد موضوعاتی مانند شیمی، الکتریسیته، و نیروی جاذبه سخنرانی‌های عمومی ارائه می‌داد. او در سخنرانی معروف دیگری در مورد آموزش ذهنی در سال ۱۸۵۴ اشاره کرد که: «کتاب طبیعت، که باید آن را خواند، با انگشت خدا نوشته شده است.»

فارادی در این سخنرانی‌ها، که بسیار مورد تحسین قرار می‌گرفت، شگفتی، شادی و هیجان ناشی از تفکر درباره طبیعت را منتقل می‌کرد. او شعله کنجکاوی را در همه اقشار مردم، از کارگران عادی گرفته، تا پرنس آلبرت، شعله‌ور کرد و چشمانِ بازِ جوانان را فراتر از حد معمول گشود.

فارادی پاداش‌ها، حمایت‌ها، و سیاست‌های دولتی را تضعیف‌کننده خلوصِ علم می‌دانست. او فکر می‌کرد که این موارد با اهداف علمی و جستجوی حقیقت مغایرت دارند. او دوبار ریاست انجمن سلطنتی را که به او پیشنهاد شده بود، رد کرد، زیرا ممکن بود مستلزم دسیسه‌های سیاسی باشد که او از آنها متنفر بود. او همچنین مقام شوالیه را رد کرد، زیرا فکر می‌کرد دستگاه مدال‌ دهی انگلیسی فاسد است. او تا آخرین روزهای زندگی‌اش، فوق‌العاده فروتن بود و ترجیح می‌داد مایکل فارادی ساده باقی بماند.

میدان‌‌های نامرئی فارادی

فارادی هم ریاضیات، و هم فرضیه‌های نظری را به عنوان روش‌هایی برای درک جهانِ فیزیکی رد می‌کرد. از نظر او، نظریه‌های ریاضی چیزی بیش از اعترافات نادرست جهلِ ما نبودند. تنها راه درک طبیعت از طریق حقایق قطعی تجربی بود.

آزمایش‌های او در زمینه الکتریسیته و مغناطیس تحت تأثیر تحقیقات دانشمند دانمارکی، هانس کریستین اورستد (Hans Christian Ørsted)، قرار گرفت. او نشان داد که نیروهای الکتریکی و مغناطیسی به هم مرتبط هستند. او متوجه شد که سوزنِ مغناطیسی قطب‌نما هنگامی که جریان مستقیم از سیم مجاور عبور می‌کند، حرکت می‌کند. همچنین، وقتی سوزن مغناطیسی بالا یا پایین سیم حامل جریان قرار می‌گرفت، در جهت مخالف می‌چرخید.

مایکل فارادی و هامفری دیوی با خواندن نتایج کارهای اورستد، بلافاصله آزمایش‌های او را تکرار و گسترش دادند. آنها می‌خواستند درباره نیروهای نامرئی که از طریق فضای خالی امتداد یافته و سیم و سوزن قطب‌نما را به هم متصل می‌کنند، اطلاعات بیشتری کسب کنند، گویی آنها یکدیگر را لمس می‌کنند.

آنها کشف کردند که الکتریسیته می‌تواند نیروهای مغناطیسی ایجاد کند که از فضا عبور می‌کنند و دیده نمی‌شوند. حدود ده سال بعد فارادی کشف کرد که یک آهنربای متحرک می‌تواند نیروهای الکتریکی نامرئی تولید کند. حالا از چنین برهمکنش‌هایی برای ساخت موتورهای الکتریکی و تولید برق استفاده می‌شوند.

مایکل فارادی پیشنهاد داد که هر جسم باردارِ الکتریکی توسط یک میدان الکتریکی نامرئی احاطه شده است و هر آهنربا توسط یک میدان مغناطیسی نامرئی احاطه شده است. هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی را می‌توان نمایان‌گر یک میدان نیروی نامرئی واحد، به نام میدان الکترومغناطیسی، در نظر گرفت.

قرار بود این میدان‌های نامرئی در تمام فضا نفوذ کنند و اعتقاد بر این بود که خطوط نیروی نامرئی آنها در تمام آنچه وجود دارد امتداد داشته باشند. از نظر فارادی، و پس از او، انیشتین، میدان‌ها نیروهایی هستند که زیربنای همه چیزهای قابل فهم هستند. چیزهای مادی که ما در اطراف خود می‌بینیم، تنها درک محدودی از یک واقعیت نامرئی هستند که توسط این میدان‌ها توصیف می‌شوند. نقاطی که از این میدان‌ها به هم می‌رسند و متمرکز می‌شوند، نقاطی هستند که ما وجود ماده را در آنها درک می‌کنیم. کل جهان توسط خطوط نیروهای نامرئی متقاطع شده است، اما هرچه به منبع یک میدان نزدیک‌تر باشیم، قدرت و توانایی پنهان آن برای عمل بیشتر است.

فارادی معتقد بود که خداوند در زمان خلقت جهان، میدان‌های نامرئی را در آن قرار داده، و بر اساس نیروهای‌ نامرئی که آنها اعمال می‌کنند، ما می‌توانیم قوانین جهان را تعیین کنیم. قرار بود این قوانین الهی بر جهان فیزیکی حاکم باشند و اعتقاد بر این بود که کل جهان مادی در میدان‌های خداوند در حال فعالیت هستند.

ارتعاشات پرتو

در اوایل دهه ۱۸۴۰، فارادی دچار یک بیماری طولانی و فروپاشی عصبی شد. او مطمئن بود که روزهای کشف اسرار پنهان طبیعت توسط او به پایان رسیده است. اما اشتباه می‌کرد. یکی از پیشگویانه‌ترین بینش‌های او در ۳ آوریل ۱۸۴۶ طی یکی از سخنرانی‌هایش در مؤسسه سلطنتی مطرح شد.

سخنران منتخب، چارلز ویتستون، وحشت‌زده درست قبل از سخنرانی‌اش جلسه را ترک کرد. فارادی با ارائه برخی مطالب خصوصی و منتشر نشده با عنوان « تأملاتی درباره ارتعاشات پرتو» جای او را گرفت. او تابش و پدیده‌های تابشی را به ارتعاشات در میدان‌های الکترومغناطیسی نیرو نسبت داد. وقتی این میدان‌ها دچار اختلال شوند، به صورت جانبی می‌لرزند و در امتداد خود امواج انرژی را ارسال می‌کنند. او اظهار داشت که نور، نمود این ارتعاشات میدانی است. او تأکید کرد که آنها ارتعاشات خود میدان‌های نیرو هستند و نه هیچ اِتِر (aether) نورانیِ فرضی که برخی آن را برای انتشار نور ضروری میدانستند.

اگرچه اینها افکاری نظری و صرفاً برداشت‌های مبهمی از ذهن فارادی بودند که «فقط به عنوان سایه‌ای از یک گمانه‌زنی» ظاهر می‌شدند، اما مفهومِ ارتعاشات نامرئی به عنوان یک راهنما برای جیمز کلرک ماکسول عمل کرد، همان کسی که معادلاتش کارهای فارادی را توصیف می‌کرد و به ما می‌گفت که نور چگونه حرکت می‌کند.

فصل 5

ستارگان در حال حرکت هستند

” بی‌صدا، یکی‌یکی،

در چمنزارهای بی‌کرانِ بهشت.

ستاره‌های دوست‌داشتنی شکوفا شدند“

هنری وادزورث لانگ‌فلو [4] (۱۸۴۷)

ستارگان چگونه حرکت می‌کنند؟

به نظر می‌رسد هر شب ستارگان در بالای سر ما حرکت می‌کنند، اما در واقع این حرکات ظاهری به دلیل چرخش زمین است. چرخش زمین همچنین توضیح می‌دهد که چرا به نظر می‌رسد خورشید هر روز طلوع و غروب می‌کند. با چرخش زمین، روز به شب تبدیل می‌شود و ستارگان از کنار ما می‌گذرند.

گذشته از چرخش زمین، حرکت ظریف‌تر دیگری از ستارگان وجود دارد که حدود ۱۵۰ سال قبل از میلاد، توسط ستاره‌شناس یونانی، هیپارکوس (Hipparchus)، کشف شد. ظهور یک نواختر (یک ستاره جدید) در مکانی در آسمان که قبلاً هیچ ستاره‌ای در آنجا دیده نشده بود، او را الهام بخشید تا فهرستی دقیق از ۸۵۰ ستاره درخشان تهیه کند. او فکر می‌کرد که فهرست روشنایی و موقعیت آنها می‌تواند برای تعیین اینکه آیا یک ستاره در سال‌های بعد درخشان‌تر شده یا حرکت کرده، مورد استفاده قرار گیرد.

هیپارکوس هنگام اندازه‌گیری‌های خودش برای مکان ستارگان، و مقایسه آنها با اندازه‌گیری‌های پیشینیانش، متوجه شد که برخی از این ستارگان با گذشت زمان ظاهراً به یک اندازه و در یک جهت حرکت می‌کنند. او گمان می‌کرد که همه ستارگان به آرامی و پیوسته با هم حرکت می‌کنند، که بطلمیوس حدود دویست سال بعد آن را تأیید کرد. به نظر می‌رسید که کل کره آسمان در هر قرن با سرعت یک درجه به سمت شرق می‌چرخد، اما این تغییر ظاهریِ موقعیت نیز به دلیل حرکت زمین است.

زمین نه تنها می‌چرخد بلکه مانند یک فرفره بزرگ به آرامی تلوتلو می‌خورد. همانطور که ایزاک نیوتون نشان داده بود، کشش گرانشی ماه و خورشید بر زمین، باعث چرخش آهسته و دایره‌وار محور چرخش زمین در فضا می‌شود. این چرخش هر ۲۶۰۰۰ سال یکبار، یک دور کامل را طی می‌کند.

با وجود قرن‌ها رصد ستارگان در دوران باستان، هیچ مدرکی دال بر رد این باور که ستارگان ریشه در آسمان دارند، وجود نداشت. آنها همیشه در یک مکان در کره آسمانی ظاهر می‌شدند و هرگز فاصله ظاهری خود را در آن تغییر نمی‌دادند. به همین دلیل است که می‌توانیم در میان گروه‌هایی از ستارگان الگوهای ثابتی را شناسایی کنیم، که همان صورت‌های فلکی (constellations) هستند.

در مقابل، به نظر می‌رسد همه چیز روی زمین در حال حرکت است. نهرها به سمت پایین سرازیر می‌شوند، امواجِ دریا بالا و پایین می‌روند، ابرهای آسمانِ آبی شناورند، و برگ‌های درختان در باد می‌لرزند. همه ما از خواب بلند می‌شویم تا حرکت روزمره خود را در سراسر زمین آغاز کنیم، و کل سیاره به دور محور خود، و همچنین به دور خورشید می‌چرخد.

و وقتی که در مورد آن فکر کنید، ستارگان باید حرکت کنند. چیزی بدون حرکت وجود نخواهد داشت که ستارگان را از هم جدا و در فضا معلق نگه دارد. گرانش متقابلِ ستارگان در نهایت آنها را به یک توده واحد تبدیل می‌کند. هیچ ستاره‌ای وجود ندارد که در حالت سکون کامل باشد.

اکنون می‌دانیم که حرکت یک ستاره در فضا، بسته به روشی که برای رصد آن استفاده می‌شود، به دو صورت خود را نشان می‌دهد (شکل 5.1). یکی از مؤلفه‌های حرکت، سرعت «جانبی» است که عمود بر خط دید یا متقاطع با آن قرار دارد. سرعت شعاعی بخش دیگر حرکت است. این مؤلفه‌ای است که در جهت ستاره به سمت ما، یا از ما دور می‌شود. وقتی یک ستاره مستقیماً به سمت شما حرکت می‌کند، حرکت عمودی وجود ندارد و اگر ستاره مستقیماً در امتداد خط دید شما حرکت کند، حرکت شعاعی به صفر کاهش می‌یابد. وقتی هر دو مؤلفهِ سرعت مشخص باشند، می‌توانیم سرعت و جهت ستاره را در فضای سه‌بعدی تعیین کنیم.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image008.png$

شکل ۵.۱ حرکت یک ستاره. سرعت عمودی یک ستاره، _⊥V ، که عمود بر خط دید است، را می‌توان از اندازه‌گیری فاصله ستاره، D، و حرکت خاص آن، یعنی µ، استنباط کرد. سرعت شعاعی، V_r، که در امتداد خط دید قرار دارد، می‌تواند از روی جابجایی داپلر خطوط طیفی ستاره تعیین شود. وقتی این دو مؤلفه سرعت با هم ترکیب شوند، سرعت نسبی ستاره در فضا به دست می‌آید.

...........................................

فصل 6

جهان در حال انبساط است

سحابی‌های مارپیچی، داستانِ تلسکوپ‌های بزرگ

در قرن‌های ۱۷ و ۱۸، تلسکوپ‌ها دو نوع از اجرام آسمانی را نمایان کردند که با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نبودند. آنها خوشه‌های ستاره‌ای درخشان و سحابی‌های کم‌رنگ و ابری بودند. در سال ۱۷۸۱ ستاره‌شناس فرانسوی، شارل مسیه (Charles Messier) در فهرستی که منتشر کرد، ۱۰۳ مورد از برجسته‌ترین آنها را فهرست کرد، که امروزه آنها با حرف "M" و به دنبال آن یک شماره در فهرست او مشخص می‌شوند.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image009.png$

شارل مسیه

وقتی تلسکوپ‌هایی با آینه‌های بزرگ‌تر ساخته شدند، طبیعتاً از آنها برای بررسی دقیق سحابی‌هایی فهرستِ مسیه، و بررسی اینکه آیا می‌توان آنها را به ستارگان نسبت داد، یا همچنان به صورت ابرهای مه‌آلود باقی می‌مانند، استفاده شد. به عنوان مثال، ستاره‌شناس انگلیسی، ویلیام هرشل، در سال ۱۷۸۴ از بهترین تلسکوپ خود، که یک آینه فلزی به قطر ۱۸.۷ اینچ (۰.۴۱ متر) داشت، استفاده کرد تا نشان دهد که بسیاری از سحابی‌های گردِ مسیه، اما نه همه آنها، را می‌توان به خوشه‌های ستاره‌ای کروی تجزیه کرد. آینه او حدود پنج برابر بیشتر از آینه مسیه قطر داشت که معاصر او بود.

شصت سال بعد، اشراف‌زاده انگلیسی، ویلیام پارسونز، در قلعه خانوادگی خودش در ایرلند، یک تلسکوپ ساخت که حتی بزرگتر بود (شکل 6.1). آینه فلزی این تلسکوپ قطری معادل 6 فوت یا 1.8 متر داشت و قطر آن چهار برابر، و سطح جمع‌آوری نور آن شانزده برابر تلسکوپ هرشل بود.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image010.png$

شکل ۶.۱ تلسکوپ پارسونز. ویلیام پارسونز، اشراف‌زاده انگلیسی، با این تلسکوپ از ملک اجدادی خانواده‌اش در ایرلند شمالی، آسمان‌ها را بررسی کرد. این آینه اسپکولوم چهار تُنی با قطر ۱.۸ متر (۷۲ اینچ)، ساخته شده از آلیاژ مس و قلع، از سال ۱۸۴۵ تا ۱۹۷۷ بزرگترین آینه جهان بود، تا اینکه تلسکوپ هوکر ۲.۵ متری (۱۰۰ اینچی) در رصدخانه مونت ویلسون در نزدیکی پاسادنا، کالیفرنیا، از آن پیشی گرفت.

پارسونز در بهار ۱۸۴۵ با تلسکوپ غول‌پیکرش، انوع کاملاً جدیدی از اجرام کیهانی، یعنی سحابی‌های مارپیچی، را کشف کرد. برای مثال، او نشان داد که پنجاه و یکمین سحابی در فهرست مسیه، که با نام M51 شناخته می‌شود، شکل مارپیچی یک گرداب عظیم را دارد که راس آن را به چرخش آن نسبت داد. از آنجایی که هنوز عکاسی در نجوم رواج نیافته بود، پارسونز از یک سری نقاشی‌ برای نمایش ساختار M51 و چهارده مارپیچ دیگر استفاده کرد (شکل ۶.۲).

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image011.png$

شکل ۶.۲ سحابی مارپیچی. کهکشان‌ گرداب، یا M51، در این نقاشی نشان داده شده که لرد پارسونز در بهار ۱۸۴۵ هنگام استفاده از تلسکوپ ۱.۸ متری (۷۲ اینچی) خودش کشیده است. او متعاقباً حداقل دوازده سحابی دیگر با شکل مارپیچی را پیدا کرد.

...........................................

فصل 7

روند تاریخی ستارگان

” به هزارتویی از هزارتوها فکر کردم،

به هزارتویی مارپیچ و همواره در حال رشد

که هم گذشته و هم آینده را در بر می‌گیرد

و به نحوی ستاره‌ها را درگیر خواهد کرد.“

خورخه لویی بورخس [5] (۱۹۶۲)

ستاره‌های جدید

حداقل در طول دو هزار سالِ گذشته، ستاره‌شناسان، شکارچیان، دریانوردان، و هر کس دیگری که با ستارگان آسمان سر و کار داشت، باید از ظهور یک نواختر یا «ستاره جدید» که ناگهان در نقطه‌ای از آسمان ظاهر شده بود، و قبلاً هیچ ستاره‌ای در آن نقطه دیده نشده بود، شگفت‌زده شده باشند. نواختر ممکن است برای چند روز یا چند هفته، یکی از درخشان‌ترین ستارگان در آسمان تاریک شب باشد. اما پس از آن شروع به محو شدن می‌کند و در حدود یک ماه، اغلب بدون هیچ ردی، دوباره نامرئی می‌شود.

گاهی اوقات ستاره جدید آنقدر درخشان می‌شد که حتی در روشنایی کامل روز نیز به راحتی قابل مشاهده بود. در ۴ ژوئیه ۱۰۵۴، ستاره‌شناسان چینی از سلسله سونگ، یکی از چنین ستاره‌هایی را در نزدیکی صورت فلکی که اکنون با نام ثور (گاو نر) شناخته می‌شود، ثبت کرده‌اند. وقایع‌نگاری‌های چینی نشان می‌دهد که روشنایی ستاره جدید به درخشندگی زهره شده بود، و به مدت سه هفته در طول روز قابل مشاهده بود، و به مدت ۲۲ ماه می‌شد آن را در آسمان شب دید. چنین ستاره‌های موقتی، ستاره‌های مهمان نامیده می‌شدند. آنها ناگهان ظاهر می‌شدند و سپس ناگهان، مانند یک مهمانان ناخوانده، می‌رفتند.

بیش از چهار قرن گذشت تا اینکه اسناد چینی دوباره ظهور بی‌سروصدای ستارگان مهمان را ثبت کردند و اینبار آنها پایه‌های تفکر اروپایی را لرزاندند. همانطور که ارسطو گفته بود، برخلاف بقیه چیزهای روی زمین، ستارگانِ آسمان‌ ابدی، خالص، تغییرناپذیر، فسادناپذیر، و کامل فرض می‌شدند. با این حال، در مدت زمان تنها ۳۲ سال، دو ستاره جدید ظاهر شدند که هر کدام حدود یک سال در آسمان‌ها ثابت ماندند و سپس از نظر ناپدید شدند. تیکو براهه اولین ستاره میهمان را در سال ۱۵۷۲ مشاهده کرد. این ستاره در صورت فلکی ذات‌الکرسی با نوری درخشان‌تر از سیاره زهره ظاهر شد. سپس در سال ۱۶۰۴، یوهانس کپلر یکی دیگر از آنها را در حالی که آسمان‌ها را روشن کرده بود، مشاهده کرد.

هر کسی در نیمکره شمالی زمین می‌توانست این ستارگان درخشان جدید که در سال‌های ۱۵۷۲ و ۱۶۰۴ ظهور کردند را مشاهده کند. به احتمال زیاد منظور شاعر انگلیسی، جان دان، از اشعار زیر به به نواختر ۱۶۰۴ اشاره داشته:

” چه کسی دنباله‌دارهای گذرای سرگردان را می‌بیند،

شگفتا، زیرا آنها نادرند؛ اما یک ستاره جدید،

که حرکتش با فلک موافق است، یک معجزه است“

زمانی تصور می‌شد که برخی از ستارگان ابدی هستند، اما در تاریکی پدیدار می‌شدند و سپس دوباره در آن ناپدید می‌شدند. ولی این ستارگان عجیب و غیرمنتظره، که یک آغاز و پایان ظاهری دارند، از کجا آمده بودند و چرا پس از ماه‌ها درخشش، ناگهان از دید ناپدید می‌شدند؟ آیا آنها همیشه آنجا بودند و ناگهان قابل دیدن شدند، و در چه فاصله‌ای قرار داشتند؟ همانطور که جان دان اشاره کرده بود، دنباله‌دارها می‌توانستند ناگهان از ناکجاآباد ظاهر شوند، برای چند ماه قابل‌مشاهده باقی بمانند و سپس ناپدید شوند. ولی دنباله‌دارها در پس‌زمینه آسمان حرکت می‌کردند، و نواخترها در قلمرو دوردست ستارگان ثابت می‌ماندند.

...........................................

فصل 8

چگونگی پیدایش خورشید و سیارات

« او که از طریق عظمتی بی‌کران می‌تواند نفوذ کند،

ببین که با گذاشتن جهان روی جهان‌، یک کیهان را تشکیل می‌دهند،

بنگر که چگونه دستگاه به دستگاه جهان اداره می‌شود،

چه سیارات دیگری به دور خورشیدهای دیگر می‌چرخند،

هر ستاره‌ای متفاوت است،

شاید بگویید چرا آسمان ما را به این شکلی که هستیم آفریده است.

الکساندر پوپ (۱۷۳۲)

فرضیه سحابی

فرضیه سحابی (Nebular Hypothesis) که در حال حاضر برای منشأ منظومه شمسی پذیرفته شده، فرض می‌کند که خورشید و سیارات در طول فروپاشی گرانشی یک ابر میان‌ستاره‌ای چرخان، همه با هم ایجاد شده‌اند. سحابی خورشیدی گازی چرخان به فروپاشی خودش ادامه داد تا اینکه مناطق مرکزی آن آنقدر متمرکز و داغ شدند که خورشید شروع به درخشش کرد. همزمان در یک دیسک پیش‌سیاره‌ای (proto-planetary) مسطح و چرخان که در مرکز پیش‌سیاره‌ای در حال انقباض قرار داشت، سیارات تشکیل شدند (شکل 8.1).

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image012.png$

امانوئل کانت

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image013.png$

امانوئل سویدنبورگ

اولین اشاره شناخته‌شده به این مفهوم در سال ۱۷۳۴ توسط دانشمند، متکلم، و عارف مسیحی سوئدی، امانوئل سویدنبورگ، در کتاب «اصول» او صورت گرفته است. در سال ۱۷۵۵، زمانی که فیلسوف آلمانی، امانوئل کانت استدلال کرد یک سحابی گازی چرخان به دلیل گرانش فرو می‌ریزد و مسطح می‌شود، ایده‌های سویدنبورگ را گسترش داد. کانت توضیح داد که چگونه ستارگان می‌توانند از طریق فروپاشی گرانشی یک سحابی چرخان بزرگ به طور سیستماتیک در کهکشان‌ راه شیری مرتب شده باشند، و چگونه منظومه شمسی می‌تواند از جمع شدن یک سحابی چرخان بسیار کوچکتر سرچشمه گرفته باشد.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image014.png$

شکل ۸.۱ تشکیل منظومه شمسی. طبق فرضیه سحابی، خورشید و سیارات همزمان در طول فروپاشی یک ابر چرخان میان‌ستاره‌ای متشکل از گاز و غبار، که سحابی خورشیدی نامیده می‌شود، تشکیل شده‌اند. مرکز آن فرو ریخت تا آتش‌ هسته‌ای خورشیدِ جوان را شعله‌ور کند، در حالی که مواد اطراف آن به صورت یک دیسک چرخان چرخیدند و در آن سیارات به هم پیوستند.

...........................................

فصل 9

چرا ستارگان می‌درخشند

« مگر گذشته چیزی غیر از یک صفحه‌ پهناور از تاریکی نیست؟

که در آن چند لحظه‌ای که ظاهراً به طور تصادفی انتخاب شده‌اند، می‌درخشند.»

جان آپدایک [6] (۱۹۶۳)

جوهر ستارگان

قبل از اینکه ستاره شناسان بتوانند بفهمند خورشید و سایر ستارگان چگونه گرما و نور تولید می کنند، آنها نیاز داشتند بدانند ستارگان از چه چیزی ساخته شده‌اند. در یک پایان نامه دکترای درخشان، که در سال 1925منتشر شد، ستاره شناس آمریکایی، سسیلیا اچ. پِین، با استفاده از مشاهدات خطوط طیفی نشان داد که هیدروژن فراوان‌ترین عنصر در جو خارجی خورشید و بسیاری از ستاره های دیگر است. اما او نمی‌توانست باور کند که ترکیب ستارگان با زمین، که هیدروژن به ندرت در آن یافت می‌شود، خیلی متفاوت باشد، بنابراین سیسیلیا به درک خود از اتم هیدروژن بی‌اعتماد بود. اخترشناسانِ برجسته آن زمان نیز فکر نمی‌کردند که هیدروژن بتواند ماده اصلی ستارگان باشد و این ممکن است در ملاحظات او نقش داشته باشد.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image015.png$

سیسیلیا پِین (Cecilia Payne)

در مرحله‌ی بعد، ستاره‌شناس دانمارکی بنگت استراومگرن (Bengt Strömgren)، که در زمینه ساختار داخلی ستارگان متخصص بود، محتوای هیدروژن درون ستارگان را با فرض همگن بودن شیمیایی آنها محاسبه کرد و در سال ۱۹۳۲ نشان داد که درخشندگی مشاهده‌شده‌ی آنها مستلزم آن است که کل ستاره، و نه فقط جو بیرونی آن، عمدتاً از هیدروژن تشکیل شده باشد.

...........................................

فصل 10

مسیرهای حیات ستارگان

” در جنگلی زرد، دو جاده از هم جدا می‌شدند،

و متاسفم که نتوانستم به هر دو قدم بردارم …

من آن را که کمتر از آن عبور کرده‌ام، برگزیدم،

و این همه تفاوت ایجاد کرده است.“

رابرت فراست [7] (۱۹۱۶)

یک دانشگاهی پرینستونی مادام العمر، با قدرتی کیهانی

هنری نوریس راسل (Henry Norris Russell) در ۲۵ اکتبر ۱۸۷۷ در اویستر بی، لانگ آیلند، متولد شد. نیمی از خانواده‌اش پیوریتن و نیمی دیگر اسکاتلندی بودند. پدرش، الکساندر راسل، کشیش کلیسای محلی بود که از مدرسه الهیات پرینستون در نیوجرسی فارغ‌التحصیل شده بود. مادرِ هنری، الیزا نوریس، زمانی که پدرش در خانه خانوادگی‌شان در پرینستون اقامت داشت، با او آشنا شد. این زوج دو پسر دیگر به نام‌های گوردون و الکساندر داشتند که به ترتیب در سال‌های ۱۸۸۰ و ۱۸۸۳ متولد شدند.

هنری بیشتر دوران مدرسه خود را در پرینستون گذراند، و در آنجا در خانه خودشان اقامت داشت و هر تابستان به خلیج اویستر بازمی‌گشت. او در سن ۱۲ سالگی وارد مدرسه مقدماتی پرینستون شد و یک ماه مانده به ۱۶ سالگی، در کالج محلی نیوجرسی ثبت نام کرد. او در سن ۱۹ سالگی - به عنوان شاگرد اول کلاس فارغ‌التحصیل شد. در آن زمان، کالج نام خود را به دانشگاه پرینستون تغییر داده بود.

این جوان باهوش بلافاصله به برنامه‌ تحصیلات تکمیلی نوپای دانشگاه پرینستون پیوست که منجر به اخذ مدرک دکترای او در رشته‌ی نجوم ریاضی در سال ۱۹۰۰ با پایان‌نامه‌ای در مورد چگونگی اختلال مریخ در مدار سیارک اروس شد. اما این کار آسان نبود. هنری تمام توان خود را صرف تکمیل مدرکش کرد و مجبور شد دو سال مرخصی بگیرد تا استراحت کند. او پس از سفرهایی که با مادرش به جزیره‌ی کاپری و سایر نقاط جنوب ایتالیا داشت، این وقفه را جبران کرد.

او زندگی مرفه و آرامی داشت. پول برای او هرگز مسئله‌ای نبود. هنری در دوران دانشجویی‌اش حتی اندکی هم از کار خودش امرار معاش نمی‌کرد. مسکن و غذا از طرف خانواده نوریس تامین می‌شد و رایگان بود، و چون او پسر یک کشیش بود، از پرداخت شهریه دانشگاه پرینستون معاف شد. عمه‌اش آدا نوریس هزینه‌های دیگر را تأمین می‌کرد و میراثی که از والدینش برای مادرش به جا مانده بود، وضعیت اقتصادی خانواده‌شان را نسبتاً راحت کرده بود، که شاید به دلیل سنتِ زنان خانه‌دار نیوانگلندی بود که «فقط از کثیفی، بدهی، و شیطان می‌ترسیدند».

زندگی دانشگاهی او به خوبی با باورهای انجیلی نوریس سازگار بود. بیشتر استادانش عضو کلیسا بودند، حضور در کلیسا اجباری بود و دانشجویان خوشحال بودند. او در بزرگسالی قهوه یا چای نمی‌نوشید، سیگار نمی‌کشید، و به جز نوشیدن اندکی شری قبل از شام، در خوردن هیچ نوشیدنی الکلی افراط نمی‌کرد. حتی گفته می‌شود به دلیل اینکه در عنوان پایان‌نامه او نام اروس (Eros)، یا خدای شهوت، بود ("اختلال مریخ در مدار سیارک اروس")، باعث خجالت او شده بود.

یکی از استادان دانشگاه پرینستون، به نام چارلز یانگ، از طریق سخنرانی‌ها خودش و کتاب راهنمای نجوم، علاقه راسل به نجوم را برانگیخت. همچنین یانگ دیدگاه‌های نجومی و مذهبی خود را با این نوشته پیوند داد که نجوم «جلال و عظمت خالق، خدای جاودان، دانای کل، و فراگیر را آشکار می‌کند.» او همچنین در سخنرانی‌های خود از کتاب مقدس نقل قول کرد و گفت: «آسمان‌ها جلال خدا را بیان می‌کنند؛ و افلاک کاردستی او هستند.»

...........................................

فصل 11

مسیرهای مرگ ستارگان

”و همه چیز درباره آسمان کیهانی،

سیاهی که آن سوی آبی ما نهفته است،

ستارگان مرده، دروغ‌های بی‌شمار،

و ستاره‌هایی با رنگ قرمز و خشمگین نمرده،

اما محکوم به مرگ است.“

جولیان هاکسلی [8] (۱۹۳۳)

ستارگان به ظاهر تغییرناپذیر می‌آیند، اما اینطور نیست. همه آنها چراغ‌های ناپایداری هستند که در نهایت از درخشش باز خواهند ایستاد. از لحاظ نجومی، ستارگان فوقِ درخشان، با بیشترین جرم، عمر کوتاهی دارند و به سادگی در عرض چند میلیون سال کُل انرژی خود را از دست می‌دهند. ستارگان ذاتاً کم‌نورتر با جرم کمتر، به زندگی نسبتاً بی‌حادثه‌ای که میلیاردها سال طول می‌کشد، ادامه می‌دهند. اما آنها نیز ناگزیر نابود می‌شوند، ماده خود را تابش می‌کنند و به همان تاریکی که از آن آمده‌اند باز می‌گردند.

ستارگان در حالِ مرگ ناپدید نمی‌شوند. آنها فقط از شکلی به شکل دیگر تغییر می‌کنند. مانند ققنوسی که از خاکستر خود برمی‌خیزد، مرگ آنها نیز اغلب منجر به ایجاد یک ستاره جدید می‌شود. این حالت سکون نهایی، به جرم ستاره در حال فروپاشی بستگی دارد. اکثر ستارگان، که جرمی قابل مقایسه با جرم خورشید دارند، در نهایت به صورت کوتوله‌های سفید می‌سوزند و به اندازه زمین در می‌آیند. یک ستاره ابرغولِ بزرگتر و درخشان‌تر، می‌تواند به یک ستاره نوترونی به اندازه یک شهر تبدیل شود، یا آنقدر فشرده شود که به صورت یک سیاهچاله درآید.

بادهای مرگ

هر ستاره‌ای، با جرم متوسطِ قابل مقایسه با خورشید، سرانجام به یک غول سرخ تبدیل می‌شود و لایه‌های بیرونی خود را به بیرون پرتاب می‌کند. ستاره‌شناسان هنگام مشاهده سحابی‌های سیاره‌ای (شکل 11.1)، که شکل‌های گرد دارند و خطوط نشری درخشانی از خود ساطع می‌کنند، چنین پرتاب‌هایی که به شکل باد هستند را مشاهده می‌کنند.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image016.png$

شکل ۱۱.۱ سحابی چشمِ گربه. این سحابی سیاره‌ای که با نام NGC 6543 شناخته می‌شود، حلقه‌های متحدالمرکز، فواره‌های گاز پرسرعت و گره‌های گازی ناشی از ضربه را به نمایش می‌گذارد.

...........................................

فصل 12

تاریکی نمایان شد

« حالا حدس بزن چه زمانی است»

وقتی زمزمه‌های خزنده و تاریکیِ در حالِ فرو رفتن

ظرف پهناور کیهان را پر می‌کند.

خدا تاریکی را پناهگاه خود قرار داد.»

ویلیام شکسپیر (۱۵۹۹)

با چرخش زمین، سمتِ روشنِ سیاره ما از خورشید دور می‌شود و شب فرا می‌رسد. قاره‌های تاریک، نور خورشید را از دست می‌دهند؛ سکوتی آرام بر فراز زمین حکمفرما می‌شود؛ و با پایین رفتن خورشید در افق، به نظر می‌رسد که زمان مکث کرده. هوا با نسیمی خنک تازه می‌شود، ماهی‌ها برای تغذیه بالا می‌آیند، پرستوها در هوا شیرجه می‌زنند و گل‌های نیلوفر در برابر درخشش شبانه باز می‌شوند.

بیشتر چیزهای آشنا با فرا رسیدن غروب، محو می‌شوند. مرزهای روز از بین می‌روند، محیط‌های آشنای ما شکل خود را از دست می‌دهند، خانه‌ها در پتویی از تاریکی پیچیده می‌شوند و به نظر می‌رسد که تمام شهرها از زندگی تهی می‌شوند. آنها در سایه‌ها حل می‌شوند، در شبِ فراگیر ادغام، و از نظر ناپدید می‌شوند.

شب می‌تواند شادی به ارمغان بیاورد. کرم‌های شب‌تاب، همان نقاط کوچک زندهِ نور، می‌توانند در تاریکی برخیزند و چشمک بزنند. ماه و ستارگان نمایان می‌شوند. اما حتی ستارگان نیز ناچیز و ناپیدا به نظر می‌رسند، زیرا سعی می‌کنند سیاهی عظیمی که آنها را از هم جدا می‌کند، روشن کنند. آنها در جهانی سرد و ساکت، همچون جرقه‌های کوچکی هستند.

با این وجود، بسیاری از ستاره‌شناسان از سکوتِ تاریکِ شب و شکوهی که به نمایش می‌گذارد، لذت می‌برند. ستارگان درخشانی وجود دارند که مناطق مجاور را گرم و روشن می‌کنند (شکل ۱۲.۱)، و مکان‌های سیاه عظیم و مرموزی وجود دارند که بسیار بزرگتر از مناطق درخشان هستند (شکل ۱۲.۲) . در نگاه اول، آنها خالی و بدون ماده به نظر می‌رسند، و مشخصه آنها فقدان هر چیزی است که ما می‌شناسیم، اما بررسی دقیق‌تر نشان می‌دهد که کُلِ آن تاریکی، فقط تهی نیست. این تاریکی شامل ذرات ریز و جامدِ غبارمانند زیادی است که نور ستارگان را جذب و پراکنده می‌کنند.

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image017.png$

شکل ۱۲.۱ سحابی گل سرخ. ستارگان داغ از نوع O و B در هسته این سحابی بر مواد میان‌ستاره‌ای مجاور فشار وارد می‌کنند. آنها تشکیل ستارگان را آغاز می‌کنند و گاز اطراف را تا دمای حدود ۶ میلیون درجه کلوین گرم می‌کنند.

حکیم باستانی چینی، لائوتسه، چنین می‌گفت: «تاریکی اندر تاریکی، این است دروازه‌ای به سوی فهم همه چیز » و حق با او بود. ستاره‌شناسان می‌دانند که همیشه در این تاریکی‌ها چیزی وجود دارد. این تاریکی‌ها اغلب هسته و جوهره چیزهای آینده هستند. در زمین، دانه‌ها زیر سطحِ سردِ زمستان خفته‌اند. آنها منتظرند تا در گرمای بهار برخیزند، شکوفا شوند و زیبایی خود را آشکار کنند. انسان‌ها زندگی خود را در رحم تاریکِ مادرانشان آغاز می‌کنند، و ستارگان در مکان‌های تاریک و وسیع شکل می‌گیرند.

...........................................

فصل 13

نورِ ازلی

« در ابتدا خدا آسمان و زمین را آفرید.

و زمین بی‌شکل و خالی بود.

و تاریکی بر روی آب‌ها بود.

و روح خدا بر روی آب‌ها حرکت ‌کرد.

و خدا گفت، نور باشد: و نور آفریده شد.”

کتاب مقدس، سفر پیدایش

$Description: Description: G:\My Books\25- a-brief-history-of-astronomy-and-astrophysics\sum_files\image018.png$

ژرژ لومتر

یک سرباز، کشیش و کیهان‌شناس

ژرژ هنری ژوزف اِدوارد لومتر (Georges Henri Joseph Édouard Lemaître) در ۱۷ ژوئیه ۱۸۹۴ در شهر صنعتی شارلروا بلژیک، به عنوان پسر ارشد یک خانواده کاتولیک و عمیقاً مذهبی متولد شد. پس از تحصیل در دبیرستان و مدرسه مقدماتی کالج سن میشل در بروکسل، وارد دانشکده مهندسی در لوون شد و در سال ۱۹۱۳ در رشته مهندسی عمران فارغ‌التحصیل شد. لومتر آموزش خود را به عنوان مهندس معدن آغاز کرد، اما جنگ جهانی اول (۱۹۱۴-۱۹۱۸ ) فرا رسید و مسیر زندگی او را تغییر داد.

ارتش آلمان در ۴ آگوست ۱۹۱۴ به بروکسل حمله کرد و ژرژ پنج روز بعد به عنوان سرباز داوطلب در ارتش بلژیک به خدمت گرفته شد. او تمام مدت جنگ را در معرض وحشت آن گذراند، از جمله مشارکت او در نبردهای خونین خانه به خانه، که شاهد اولین شیمیایی (گاز کلر) در تاریخ جنگ بود. او به خاطر شجاعتش در دوران جنگ، نشان صلیب جنگ به او اهدا شد.

در پایان جنگ، در حالی که لومتر به مطالعه آثار ارسطو و آکویناس نیز می‌پرداخت، مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته ریاضیات و فیزیک از دانشگاه کاتولیک لوون را نیز دریافت کرد. او در اکتبر ۱۹۲۰ به عنوان طلبه وارد مدرسه علوم دینی سن رومبو بلژیک شد، و در آنجا برای کشیش شدن در کلیسای کاتولیک روم دروس خودش را ادامه داد، و علایق ریاضی خود را نیز حفظ کرد.

لومتر از دولت بلژیک برای تحصیل در خارج از کشور بورسیه تحصیلی گرفته بود و در سپتامبر ۱۹۲۳، دو هفته پس از انتصاب به مقام کشیشی، به دانشگاه کمبریج در انگلستان رفت تا با آرتور ادینگتون همکاری کند. سال بعد، در سال ۱۹۲۴، به کمبریج در ایالات متحده سفر کرد، جایی که در موسسه فناوری ماساچوست، به اختصار MIT، تحصیل کرد و با هارلو شپلی در رصدخانه دانشگاه هاروارد، که در همان نزدیکی بود، تعامل داشت.

این روحانی بلژیکی در ایالات متحده، به سراسر کشور سفر کرد و با وی. ام. اسلیفر در رصدخانه لاول، و ادوین هابل در رصدخانه مونت ویلسون در کالیفرنیا ملاقات کرد. بنابراین، هنگامی که لومتر به بلژیک بازگشت، از مشاهدات اسلیفر در مورد انتقال به سرخ و سرعت‌ سحابی‌های مارپیچی و تعیین برخی از فواصل آنها توسط هابل، که لومتر با پیشنهاد انبساط جهان از یک انفجار اولیه توضیح داد، کاملاً آگاه بود.

...........................................

فصل ۱۴

منشأ عناصر شیمیایی

عناصر از کجا آمده‌اند؟

در اوایل قرن نوزدهم، شیمیدان انگلیسی جان دالتون (John Dalton) نظریه اتمی ماده را ارائه داد که در آن ترکیبات شیمیایی از ترکیب اتم‌هایی با وزن مشخص و معین تشکیل می‌شوند. دالتون می‌دانست که هیدروژن سبک‌ترین عنصر است، بنابراین وزن اتمی آن را 1 قرار داد و اعداد بزرگتری را به اتم‌های دیگر نسبت داد. حالا این عناصر بر اساس عدد اتمی و خواص شیمیایی آنها در جدول تناوبی مرتب شده‌اند.

بیشتر عناصر شیمیایی طبیعی موجود در زمین به طور استثنایی بادوام هستند و عمرِ طولانی دارند. وقتی ماده‌ای فرسوده می‌شود، عناصر آن تجزیه شده و دوباره در چیز دیگری توزیع می‌شوند. هیچ چیز دوام ندارد، همه چیز تغییر می‌کند، اما عناصر تشکیل دهنده مواد عمدتاً فقط جابجا می‌شوند.

بنابراین ما طبیعتاً از خود می‌پرسیم که این عناصر شیمیایی فراوان، پایدار، و با عمر طولانی مانند هیدروژن، کربن، نیتروژن و اکسیژن چگونه ساخته شده‌اند؟ همانطور که از دوام آنها پیداست، تولید یا تبدیل این عناصر شیمیایی به مقدار بسیار زیادی انرژی نیاز دارد و به همین دلیل است که کیمیاگران باستان هرگز موفق نشدند تا مثلاً سرب را به طلا تبدیل کنند. برای فعال کردن واکنش‌های هسته‌ای که عناصر شیمیایی را ایجاد می‌کنند، دماهای بسیار بالایی لازم است و این واکنش‌ها به طور طبیعی فقط در لحظات اولیه انبساط جهان، یا متعاقباً در درون فضای بسیار داغ ستارگان رخ می‌دهند.

در مورد واکنش‌های هسته‌ای که منجر به پیدایش عناصر در این دو جا شدند، با کشف این موضوع که عناصر شیمیایی یکسانی در سراسر کیهان یافت می‌شوند، و با مشاهده چگونگی وابستگی فراوانیِ نسبی این عناصر به وزنشان، سرنخ‌هایی پیدا شد.

عناصر شیمیایی کُلی

خطوط جذبی تاریک یا خطوط نشری روشن، وجود یک عنصر را در یک جسم کیهانی آشکار می‌کنند. مشاهدات طیف‌سنجی ویژگی‌های خطی، این عنصر و فقط همان عنصر را شناسایی می‌کند. فاصله و قدرت نسبی خطوط هیدروژن، که اولین بار توسط یوهان بالمر در سال ۱۸۸۵ توصیف شد، نمونه‌ای از این موارد است.

...........................................

[1] - جان میلتون (John Milton)، شاعر قرن هفدهم انگلیسی (مترجم).

[2] - الکساندر پوپ (Alexander Pope) شاعر انگلیسی.

[3] - ویلیام بلیک (William Blake) شاعر انگلیسی (مترجم).

[4] - (Henry Wadsworth Longfellow) شاعر آمریکایی (مترجم).

[5] - (Jorge Luis Borges) نویسنده و شاعر آرژانتینی، و یکی از برجسته‌ترین نویسندگان آمریکای لاتین. (مترجم).

[6] - جان آپدایک (John Updike) (2009-1932)، شاعر و نویسنده آمریکایی (مترجم).

[7] - رابرت فراست (Robert Frost) شاعر آمریکایی (مترجم).

[8] - (Julian Huxley) زیست شناس انگلیسی (مترجم).

Like: ,

ترجمه‌های کامران بزرگزاد

show_banner(0);

تاریخچه نجوم و اخترفیزیک

ترجمه کامران بزرگزاد ایمانی

فهرست مندرجات

مقدمه مترجم

درباره این کتاب

مخاطبین این کتاب

05/10/1404

جوهر ستارگان