اندازهگیری مسافت با زمان
حسن فتاحي. عضو هيئتتحريريه فصلنامه نقد كتاب علوم محض و كاربردي
اخترشناسان اندازههای نجومی فاصلهها را با اصطلاح سال نوری اندازهگیری میکنند. سال نوری فاصله طیشده توسط نور در یک سال با سرعت 300 هزار کیلومتر در ثانیه است. بهطور عددی یک سال نوری با تریلیون کیلومتر برابر است. فاصله زمین تا خورشید در حدود هشت دقیقه نوری است. فاصله خورشید تا ستاره پروکسيما قنطورس بیش از چهار سال نوری است.
اجازه دهید تصور کنیم چه اتفاقی میافتاد اگر تمام مقیاسهای فاصله را کاهش میدادیم تا آن اندازه که شعاع زمین با نوعی ساعت مچی قابل قیاس میشد. در این مورد شعاع خورشید میتوانست با بلندی فردی معمولی برابر باشد. فاصله بین خورشید و زمین ۴۰۰ متر میشد و فاصله پلوتو تقریبا در ۱۵ کیلومتری زمین بود، اما هنوز مجبور بودیم در حدود صد هزار کیلومتر مسافرت کنیم تا به ستاره پروکسيما قنطورس برسیم.
خورشید و پروکسیما قنطورس تنها دو تا از میلیاردها ستاره موجود در کهکشان راه شیری هستند. اگر میتوانستیم به خارج از کهکشان خود برویم و از بالا مشاهده کنیم، آن را شبیه به چرخی که میلههای برجسته در سطح طوقه آن وجود دارد، میدیدیم. راه شیری شامل شماری از بازوهاى مارپيچى است که به منطقه مرکزی متصل شدهاند. این بازوها تعداد بسیار زیادی ستاره دارند. وقتی کهکشان از طرفین یا روبهرو دیده میشود، مانند یک صفحه برافراشته با یک برآمدگی در مرکز است. شعاع این برآمدگی در حدود 10 هزار سال نوری است و خود صفحه حداقل صد هزار سال نوری است که بهوضوح دیده میشود. در شبهای بدون ماه نوار راه شیری، مانند یک ابر ضخیم است که در آسمان کشیده شده و ظاهری پراکنده دارد. همچنین در اطراف مرکز کهکشان هالهای از ستارههای پیر وجود دارد. این هاله با فاصلهای در حدود 50 هزار سال نوری در تمامی جهات به سمت بیرون گسترده میشود.
بهطورکلی کهکشان راه شیری بیش از صد میلیارد ستاره دارد. خورشید با فاصلهای بهاندازه 28 هزار سال نوری از مرکز کهکشان قرار گرفته است. ما نیازمند کاهش هرچهبیشتر مقیاس برای قیاسپذیربودن اندازههای کهکشانی هستیم. با تصور کوچککردن تمام منظومه شمسی بهاندازه یک دانه شن میتوان آن را قابلمقایسه کرد. یادآوری اینکه اندازه واقعی منظومه شمسی شش میلیارد کیلومتر است.
نزدیکترین ستاره، پروکسیماقنطورس، حالا فقط بهاندازه یک متر دورتر از لبههای منظومه شمسی قرار دارد. فاصله منظومه شمسی تا مرکز کهکشان بهاندازه ارتفاع کوه اورست است. وقتی منظومه شمسی را با سایر کهکشانها مقایسه میکنیم، میتوانیم کوهنوردی را تصور کنیم که به قله اورست رسیده و در جیب او یکدانه شن وجود دارد. تصور کلی که تا اینجا به دست آوردهایم، این است که خورشید و سایر ستارگان کهکشان راه شیری بهاندازه چندین هزار سال نوری از یکدیگر فاصله دارند. بااینحال باوجود فاصلههای زیاد، ستارهها با نیروی گرانش یکدیگر را میکشند. این بدین مفهوم است که نیروی گرانش موجب محبوسشدن ستارهها در کهکشان شده است.
وقتی بهسوی همسایگی راه شیری حرکت میکنیم، چه چیزی پیدا خواهیم کرد؟ با فضایی خالی و پهناور مواجه شدهایم تا آنجا که سفر ما در میان جهان نگرانکننده است. تا آنجایی که 17هزار سال نوری دورتر به سمت خارج حرکت کردهایم آیا امکان دارد دوباره با شیء مهم دیگری روبهرو شویم؟ در این فاصله، کهکشان کوچکی مییابیم که با نام ابر ماژلانی بزرگ شناخته میشود. تعداد قابلتوجهی کهکشان در اطراف ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک و کهکشان راه شیری وجود دارند. عالم قابلمشاهده احتمالا دربرگیرنده بیش از صد میلیارد کهکشان است. این کهکشانها به شکلها و اندازههای بسیار متفاوتی دیده میشوند. بسیاری از آنها به شکل مارپیچی، دقیقا شبیه راه شیریاند، اگرچه در اکثریت قرار ندارند. آنها بهدلیل شکلشان جزء دسته کهکشانهای بیضوی نشان داده نمیشوند. کهکشانهای بیضیشکل توسط ستارههایی که شاید بهاندازه 10 میلیارد سال عمر دارند، احاطه شدهاند. اگرچه کهکشانها بهعنوان پدیدههایی جدا در تمام عالم وجود دارند، اما آنها مانند اشیایی منزوی رفتار نمیکنند. بلکه یکدیگر را با نیروی گرانش میکشند بنابراین با هم و بهطور گروهی یک خوشه میشوند.
تعداد کهکشانها در خوشههای منحصربهفرد شاید خیلی کم باشد، اما میتواند به بلندی چند هزار سال نوری باشد. نوعی خوشه از کهکشانها بهاندازه میلیونها سال نوری امتداد مییابد؛ برای مثال کهکشان راه شیری ما متعلق به یک خوشه معروف به نام گروه محلی است. بزرگترین کهکشان در این گروه کهکشان آندرومدا است؛ کهکشانی مارپیچیشکل که بیش از دو میلیون سال نوری از راه شیری فاصله دارد. گروه محلی حدود شش میلیون سال نوری گسترده میشود، یعنی به اندازه ۶۰ برابر کهکشان ماست.
اخترشناسان اندازههای نجومی فاصلهها را با اصطلاح سال نوری اندازهگیری میکنند. سال نوری فاصله طیشده توسط نور در یک سال با سرعت 300 هزار کیلومتر در ثانیه است. بهطور عددی یک سال نوری با تریلیون کیلومتر برابر است. فاصله زمین تا خورشید در حدود هشت دقیقه نوری است. فاصله خورشید تا ستاره پروکسيما قنطورس بیش از چهار سال نوری است.
اجازه دهید تصور کنیم چه اتفاقی میافتاد اگر تمام مقیاسهای فاصله را کاهش میدادیم تا آن اندازه که شعاع زمین با نوعی ساعت مچی قابل قیاس میشد. در این مورد شعاع خورشید میتوانست با بلندی فردی معمولی برابر باشد. فاصله بین خورشید و زمین ۴۰۰ متر میشد و فاصله پلوتو تقریبا در ۱۵ کیلومتری زمین بود، اما هنوز مجبور بودیم در حدود صد هزار کیلومتر مسافرت کنیم تا به ستاره پروکسيما قنطورس برسیم.
خورشید و پروکسیما قنطورس تنها دو تا از میلیاردها ستاره موجود در کهکشان راه شیری هستند. اگر میتوانستیم به خارج از کهکشان خود برویم و از بالا مشاهده کنیم، آن را شبیه به چرخی که میلههای برجسته در سطح طوقه آن وجود دارد، میدیدیم. راه شیری شامل شماری از بازوهاى مارپيچى است که به منطقه مرکزی متصل شدهاند. این بازوها تعداد بسیار زیادی ستاره دارند. وقتی کهکشان از طرفین یا روبهرو دیده میشود، مانند یک صفحه برافراشته با یک برآمدگی در مرکز است. شعاع این برآمدگی در حدود 10 هزار سال نوری است و خود صفحه حداقل صد هزار سال نوری است که بهوضوح دیده میشود. در شبهای بدون ماه نوار راه شیری، مانند یک ابر ضخیم است که در آسمان کشیده شده و ظاهری پراکنده دارد. همچنین در اطراف مرکز کهکشان هالهای از ستارههای پیر وجود دارد. این هاله با فاصلهای در حدود 50 هزار سال نوری در تمامی جهات به سمت بیرون گسترده میشود.
بهطورکلی کهکشان راه شیری بیش از صد میلیارد ستاره دارد. خورشید با فاصلهای بهاندازه 28 هزار سال نوری از مرکز کهکشان قرار گرفته است. ما نیازمند کاهش هرچهبیشتر مقیاس برای قیاسپذیربودن اندازههای کهکشانی هستیم. با تصور کوچککردن تمام منظومه شمسی بهاندازه یک دانه شن میتوان آن را قابلمقایسه کرد. یادآوری اینکه اندازه واقعی منظومه شمسی شش میلیارد کیلومتر است.
نزدیکترین ستاره، پروکسیماقنطورس، حالا فقط بهاندازه یک متر دورتر از لبههای منظومه شمسی قرار دارد. فاصله منظومه شمسی تا مرکز کهکشان بهاندازه ارتفاع کوه اورست است. وقتی منظومه شمسی را با سایر کهکشانها مقایسه میکنیم، میتوانیم کوهنوردی را تصور کنیم که به قله اورست رسیده و در جیب او یکدانه شن وجود دارد. تصور کلی که تا اینجا به دست آوردهایم، این است که خورشید و سایر ستارگان کهکشان راه شیری بهاندازه چندین هزار سال نوری از یکدیگر فاصله دارند. بااینحال باوجود فاصلههای زیاد، ستارهها با نیروی گرانش یکدیگر را میکشند. این بدین مفهوم است که نیروی گرانش موجب محبوسشدن ستارهها در کهکشان شده است.
وقتی بهسوی همسایگی راه شیری حرکت میکنیم، چه چیزی پیدا خواهیم کرد؟ با فضایی خالی و پهناور مواجه شدهایم تا آنجا که سفر ما در میان جهان نگرانکننده است. تا آنجایی که 17هزار سال نوری دورتر به سمت خارج حرکت کردهایم آیا امکان دارد دوباره با شیء مهم دیگری روبهرو شویم؟ در این فاصله، کهکشان کوچکی مییابیم که با نام ابر ماژلانی بزرگ شناخته میشود. تعداد قابلتوجهی کهکشان در اطراف ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک و کهکشان راه شیری وجود دارند. عالم قابلمشاهده احتمالا دربرگیرنده بیش از صد میلیارد کهکشان است. این کهکشانها به شکلها و اندازههای بسیار متفاوتی دیده میشوند. بسیاری از آنها به شکل مارپیچی، دقیقا شبیه راه شیریاند، اگرچه در اکثریت قرار ندارند. آنها بهدلیل شکلشان جزء دسته کهکشانهای بیضوی نشان داده نمیشوند. کهکشانهای بیضیشکل توسط ستارههایی که شاید بهاندازه 10 میلیارد سال عمر دارند، احاطه شدهاند. اگرچه کهکشانها بهعنوان پدیدههایی جدا در تمام عالم وجود دارند، اما آنها مانند اشیایی منزوی رفتار نمیکنند. بلکه یکدیگر را با نیروی گرانش میکشند بنابراین با هم و بهطور گروهی یک خوشه میشوند.
تعداد کهکشانها در خوشههای منحصربهفرد شاید خیلی کم باشد، اما میتواند به بلندی چند هزار سال نوری باشد. نوعی خوشه از کهکشانها بهاندازه میلیونها سال نوری امتداد مییابد؛ برای مثال کهکشان راه شیری ما متعلق به یک خوشه معروف به نام گروه محلی است. بزرگترین کهکشان در این گروه کهکشان آندرومدا است؛ کهکشانی مارپیچیشکل که بیش از دو میلیون سال نوری از راه شیری فاصله دارد. گروه محلی حدود شش میلیون سال نوری گسترده میشود، یعنی به اندازه ۶۰ برابر کهکشان ماست.