دکتر ریموند رخشانی *
مقاله و فایل صوتی سی و سوم:
تقاضایی بزرگ از شما دوست عزیز و اندیشمند محترم ) خارج از ایران)
اگر سلسله فایل های صوتی و مقالات علمی “سرشت علم” برای شما سودمند بوده اند و هستند، خواهشمندم در ازای شنیدن هر فایل صوتی) شاید بعنوان شهریه نام نویسی کلاس های دروس علمی (، با ارسال هر آنچه برای شما مقدور است، به حساب بانکی زیر، مرا یاری دهید.
PayPal نام موسسه مالی
www.paypal.me/rrakhshani شناسه حساب در موسسه مالی
با پشتیبانی شما، می توانم این کار سنگین علمی – پژوهشی را، هرچه دقیق تر و جامع تر، با دغدغه کاری و مالی کم تری ادامه دهم.
پیشاپیش از لطف و حمایت شما برای پیشبرد پروژه “سرشت علم” صمیمانه سپاسگزارم.
با شادباش فرا رسیدن سال ۲۰۱۹ به هموطنان مسیحی.
با احترام، ر. رخشانی
نُجوم[1] علمِ جَمع آوری، تحلیل، تفسیر و توضیحِ فوتون هایی است که در فضا هستند[2].
دانشمندان هسته ای دریافت اند که درهم گُدازی، یعنی فرآیندی که دو هسته یِ مرکزیِ هیدروژن درهم ترکیب شده و تولیدِ یک هلیوم و انرژی می کنند، فرآیند اصلی و عمده ای است که از طریقِ آن خورشید و دیگر ستارگان، انرژی تولید می کنند[3].
این کشفِ علمی باعث شد که نجوم که یکی از قدیمی ترین علوم است دیگربار موردِ علاقه و توجه قرار گیرد. نجوم، علمی مشاهداتی است[4] و تقریبا همه ی اطلاعاتی که از ستارگانِ بسیار دور به ما می رسد از طریقِ فوتون هاست، یعنی از راهِ اشعه هایی الکترومغناطیسی[5] که با سرعت ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه در فضا سفر می کنند. هنرِ نجوم در جمع آوری، تحلیل و توضیح آن اطلاعات بوده است.
ستاره شناسان چهار (۴) جنبه یِ فوتون ها را اندازه گیری می کنند[6].
- طول موج با استفاده از طیف نما[7] اندازه گیری می شود.
- با بکارگیری ابزاری شبیه به نورسنج[8] شدتِ[9] نور اندازه گیری می شود.
- ابزار دیگری شبیه به نقاله (زاویه سنج) برای اندازه گیریِ مسیرِ فوتون ها موردِ استفاده است.
- و بالاخره تغییراتِ فوتون ها، یعنی دگرسانی هایِ طولِ موج[10]، شدت و مسیر و موقعیتِ[11] فوتون ها به نحوی مستمر ارزیابی می شوند.
ستاره شناسان، با بکارگیریِ روش هایِ علمی و ابزارهایِ فنی شناخت و با بکارگیریِ اطلاعات بالا، کوشش دارند تا توزیعِ فضایی[12] وضعیتِ دینامیک امروزی و گذشته و آتیه ی گیتی را بهتر بشناسند[13]. البته از چالش های اصلی، این واقعیت است که گیتی سه بعدی ست و مشاهداتِ ما، در بیشترِ موارد، دو بعدی است. در این موارد است که اهمیتِ ابزار فنی آشکار می شود[14].
- فاصله ی اجسامِ فضایی با استفاده از پارالاکس[15] (که پرادِگرش نیز خوانده می شود) و با بکارگیریِ زاویه ی اختلافِ منظرِ اجسامِ فضایی اندازهگیری می شود.
- اگر میزانِ روشنایی سطحِ جسمی فضایی شناخته شده باشد، با نوعی نورسنج که “معیار یا استانداردِ شمعی[16]” خوانده می شود نیز می توان فاصله را اندازهگیری و ارزیابی کرد.
- ترکیبِ هر ستاره با استفاده از طیفِ خطیِ عناصر آن معّین می شود[17].
- حرکتِ هر ستاره در طولِ زمان های طولانی، با استفاده از ابزاری فنی که گذرِ دوپلریِ نور[18] (حرکتِ مطلق) را ردیابی می کند، اندازه گیری می شود.
- درجه ی حرارتِ سطحِ هر ستاره از طریق رنگِ آن شناسایی می شود.
- با در دست داشتنِ مجموعِ روشنایی و اندازه ی ظاهریِ[19] هر ستاره به علاوه ی فاصله ی آن، می توان کلِّ انرژیِ خروجیِ[20] آن ستاره را محاسبه کرد.
- جرمِ هر ستاره[21] را می توان از حرکتِ آن و در بیشتر موارد از طریقِ ساختنِ مدل های فرضیِ مجازی[22] محاسبه کرد.
تلسکوپ ها گردآورنده هایِ فوتون هستند[23]. علمِ نجوم با ظریف تر و پیچیده تر و دقیق تر شدنِ آن ابزار فنی پیشرفت کرده است. ستاره شناسان، عصرِ امروز را عصرِ طلاییِ نجوم می نامند[24] زیرا که تلسکوپ های پیچیده ی نصب شده بر رصدخانه های ماهواره ای آنها را قادر ساخته تا تمامیتِ طیفِ الکترومغناطیسی را مشاهده کنند[25].
- تلسکوپ ها با استفاده از عدسی ها و آینه ها بر رویِ اجسامی در دوردست تمرکز کرده و اجرام نجومی را با درجه ی تفکیک بالاتری رصد می کنند. تلسکوپِ فضاییِ هابل [26] هر روزه تصویرهایی بی نظیر از گیتی را در طول موج هایِ قابلِ رویت به زمین می فرستد.
- تلسکوپ های قدیمی اغلب از طریقِ نصبِ ردیاب هایِ الکترونیکیِ مدرن بهینه می شوند. تلسکوپ های جدید تواناییِ ردیابی و اندازه گیریِ حتی یک فوتون را هم دارند.[27]
جوّ یا آتمسفر برای امواجِ رادیویی و برای میکروموج ها شفاف و قابلِ رویت است بنابراین تلسکوپ هایی رادیویی[28] بر روی زمین هم نصب شده اند.
- مشکلِ تداخل یا درهم آمیزی یا درهم شدنِ[29] طولِ موج ها و پارازیت های رادیویی در اثرِ وفورِ ارتباطات، کارآییِ این ابزارها را محدود می کند.
- رصدخانه ی میکروموجی ماهوارهای ای بنامِ کوبی (COBE) که مخففِ نام انگلیسی آن برای “کاوشگرِ پس زمینه یِ کهکشانی یا کیهانی[30]” است ابزارِ ردیابیِ بسیار حساس تری را فراهم کرده است.
- رصدخانه های ماهواره ای امروزی بر رویِ طولِ موج های مادونِ قرمز یا فرو سرخ، ماورأبنفش یا فرا بنفش، پرتو ایکس یا اشعه ی ایکس و حتی پرتو یا اشعه ی گاما اطلاعات جمع آوری می کنند[31].
تلسکوپ های دقیق تاکنون اطلاعاتِ بی شماری را پیرامونِ ستارگان از کهکشان راهِ شیری (که منظومه ی خورشیدی در آن است) و از کهکشان های دیگر دریافت و به زمین فرستاده اند.[32]
- ستاره شناسان این اطلاعاتِ دقیق را بصورتِ یک نمودار (این نمودار هرتزسشپرونگ – راسل[33] نامیده می شود) که دمایِ سطحِ هر ستاره ای را[34] (در محورِ افقی) در مقابلِ کلِّ انرژیِ خروجیِ[35] آن ستاره (در محورِ عمودی) ترسیم می کند، طبقه بندی کرده اند. آن اطلاعاتِ دقیق به نتایجِ شگفت انگیزی رسیدهاند). نگاه کنید به پینوشت ه ([36]
- دمایِ سطح هر ستاره با استفاده از طیف نمایی و تعیینِ رنگِ شان اندازه گیری می شود[37]. ستاره های آبی رنگ، داغ تر و ستارگان سرخ رنگ درجه ی حرارتِ پایین تری دارند.
- کلّ انرژیِ خروجی از طریقِ شناختِ فاصله و اندازه، قدر یا بزرگیِ ظاهری هر ستاره اندازه گیری می شود[38].
- نمودارِ هرتزسشپرونگ – راسل چیزی پیرامونِ منبعِ انرژی ستاره ها نمی گوید اما طرحِ آن نمودار به نحوی شگفت انگیز روشنگرِ گذشته و آتیه ی ستارگان است.
اکثر ستارگان در این نمودار بر روی خطی در مرکزِ آن نمودار قرار می گیرند که “ردیفِ اصلیِ یا رشته ی اصلیِ ستارگان[39]” نامیده می شود.
- ستارگانِ “رشته یا ردیفِ اصلی” رابطه ی نزدیکی بین کلّ انرژیِ خروجی خود و دما یا درجه یِ حرارتِ شان نشان می دهند.
- دو گروه بندیِ متفاوت هم در این نمودار مشهود است. در سمت راست و بالایِ نمودار ستارگانی منتسب به “سرخ غول ها[40]” قرار دارند. آنها ستارگانِ نسبتا خنک تری هستند که بدلیلِ اندازه شان میزانِ عظیمی انرژی خروجی دارند.
- در نقطه یِ مقابل آنها و در پایینِ آن نمودار گروهی از ستارگانِ نسبتا داغ قرار دارند که بدلیلِ بسیار کوچک بودن، انرژیِ کمتری خارج می کنند. این ستارگان را “کوتوله هایِ سفید[41]” می نامند.[42]
اهمیتِ نمودارِ هِرتزسشپرونگ – راسل[43] در این واقعیت است که با بکارگیری مختصاتِ اندازه گیری شده ی ستارگان آنها را بهم تطبیق داده و مقایسه می کند[44] و بدین ترتیب طرح سامان مشخصی[45] برای فرضیاتِ علمی می سازد. در علم طرح سامان هایِ نظام مند[46] گامِ دومِ روش علمی و کلید شناختِ ما از سیستم هایِ طبیعی است.
ستارگان، هستی و موجودیتِ خود را چون کراتی که ۹۰% هیدروژن هستند آغاز می کنند. ۱۰% بقیه، عمدتاً هلیوم و گردوغبارِ برخی عناصرِ دیگر هستند . ستاره شناسان متوجه شدند که ” رشته یا ردیفِ اصلیِ ستارگان” شاملِ ستارگانی با اندازه هایِ مختلف هستند که انرژیِ خود را از درهم گدازی دریافت می کنند – یعنی از پروسه ای که “هیدروژن سوزی[47]” نامیده شده است.
- ستارگانِ کوچک تر حرارت و فشارِ کمتری تولید می کنند و درهم گدازی در آنها آهسته تر است. این ستارگان در قسمتِ پایینی و دستِ راستِ نمودارِ هرتزسشپرونگ – راسل قرار گرفته اند.
- ستارگانِ بزرگ تر، در هسته یا مغزه یا مرکزِ خود، فشارها و حرارت هایی بالاتر دارند و بنابراین درهم گدازیِ هسته ای[48] در درون شانِ سریع تر است. این ستارگان در قسمتِ بالایی و دستِ چپِ نمودارِ هرتزسشپرونگ – راسل هستند.
فرآیندِ درهم گدازیِ هیدروژن سه مرحله دارد.
- نخست ۲ پروتون به سرعت درهم گداخته و دچارِ واپاشی بتایی می شوند[49] . بدین ترتیب هسته ی مرکزی ای تشکیل شده از یک پروتون و یک نوترون را می سازند.
- سپس یک پروتون و دیوتریوم [50]درهم می گدازند و تشکیلِ هسته ی مرکزی هلیوم – ۳ را با ۲ پروتون و یک نوترون می دهند.
- سوم، دو هسته ی مرکزی هلیوم – ۳ درهم گداخته می شوند و هسته ی مرکزی هلیوم – ۴ بعلاوه ی ۲ پروتون را می سازند.
- نتیجه ی نهایی این است که ۴ پروتون درهم گداخته شده اند و یک هسته ی مرکزی هلیوم – ۴ را ساخته اند.
یکی از پیامدهای “هیدروژن سوزی،” تولیدِ بی اندازه ی ذراتی زیراتمی است که نوترینو[51] نامیده می شوند.
نوترینوها بظاهر زیرذراتِ اتمیِ بی جرمی[52] هستند که بار الکتریکی نیز ندارند و نتیجتاً ردیابیِ آنها مشکل (اما نه غیرممکن) است[53].
هنگامی هم که دانشمندان با بکارگیریِ روش هایِ علمی و ابزارهایِ فنی موفق به ردیابی و اندازه گیری این زیرذراتِ اتمی (نوترینوهای خورشیدی[54]) می شوند تنها یک سومِ مقدار محاسبه شده را می یابند[55].
یکی از پاسخ ها به این پدیده این است که نوترینوهایِ خورشیدی[56] ممکن است که در ارتعاش [57] و تبدیل به ذراتِ دیگری باشند که ردیابی نشده اند. اما نظریه ی ذره ای[58] میگوید که چنین ارتعاشاتی تنها هنگامی ممکن است که نوترینوها جرم داشته باشند[59]. اگر چنین فرضیه ای درست باشد بنابراین نوترینوها بر سرنوشتِ نهاییِ گیتی تاثیر خواهند گذاشت.
خورشید سیاره ای بسیار معمولی است که در میانه ی رشته یا ردیفِ اصلیِ نمودار هرتزسشپرونگ – راسل قرار گرفته است و این نمودار می گوید که خورشید و دیگر ستارگان موجودیت و طولِ عمر محدودی[60] دارند.
Condon, James, J. and Ransom, Scott, M. Essential Radio Astronomy. Princeton University Press, 2016.
Rakhshani, Raymond. Origins of Modernity. Even Development in the Evolution of Science and Technology. South Carolina: CreateSpace, A Division of Amazon Publishing, 2011.
Berlepsch, Regina, von. Deciphering the Universe through Spectroscopy. Wiley- VCH, 2012.
Ivezic, Zeljko. and Connolly, Andrew, J. VanderPlas, Jacob, T. and Gray, Alexander. Statistics, Data Mining, and Machine Learning in Astronomy: A Practical Python Guide for the Analysis of Survey Data (Princeton Series in Modern Observational Astronomy.) Princeton University Press, 2014.
electromagnetic radiation
Nelson, Philip. From Photon to Neuron: Light, Imaging, Vision. Princeton University Press, 2017.
Spectroscope
light meter
intensity
Variations of wavelength
position
spatial distribution
Feigleson, Eric, D. and Babu, Jogesh, G. Modern Statistical Methods for Astronomy: With R. Applications. Cambridge University Press, 2012.
برای دریافت نیازهای ابزاری و شناخت ابعاد و مقیاس هایی که در این فایل ها بدان ها پرداخته شده، نگاه کنید به:
http://htwins.net
parallax
standard candle
composition of a star through its line spectrum
در زبان فارسی Doppler shift of light “جابجایی یا تاثیر دوپلری” هم ترجمه شده است.
apparent magnitude
total energy output
mass of a star
simulation models
Photon collectors occasionally mounted on satellite observatories
Asimov, Isaac. Isaac Asimov’s Guide to Earth and Space. Fawcett, 2011.
De Grasse Tyson, Neil. Astrophysics for People in a Hurry. W. W. Norton & Company, 2017.
Hubble Space Telescope
Zeilik, M. Astronomy: The Evolving Universe, Sixth Edition. New York: Wiley, 1991.
radio telescopes
interferences
microwave observatory called COsmic Background Explorer
Geach, James. Five Photons: Remarkable Journeys of Light Across Space and Time. Reaktion Books, 2018.
Ferris, T. Coming of Age in the Milky Way. New York: William Morrow, 1988.
Hertzsprung-Russell Diagram
surface temperature
total energy output
Zeilik, M. Astronomy: The Evolving Universe, Sixth Edition. New York: Wiley, 1991.
Color determination through spectroscopy
Distance and apparent magnitude
main sequence of stars
Red Giants
White Dwarfs
Jastrow, R. Red Giants and White Dwarfs. New York: Norton, 1990.
Dufay, Jean. Introduction to Astrophysics: The Stars. Dover Publications, 2012.
Compare and contrast
Specific pattern
systematic patterns
burning hydrogen
Morse, Edward. Nuclear Fusion (Graduate Texts in Physics.) Springer, 2018.
Konya, Jozsef, and Nagy, Noemy, M. Nuclear and Radiochemistry. Elsevier, 2018.
deuterium
subatomic particles called neutrinos
البته امروز جرم آنها هم اندازه گیری شده است.
Massless and chargeless
solar neutrinos
Fleisch, Daniel, and Kregenow, Julia. Mathematics of Astronomy. Cambridge University Press, 2013.
Ereditato, Antonio. The State of the Art of Neutrino Physics: A Tutorial for Graduate Students and Young Researchers (Advanced Series on Directions in High Energy Physics.) World Scientific Publishing Company, 2018.
oscillation
particle theory
Haywood, Stephen. Symmetries and Conservation Laws in Particle Physics: An Introduction to Group Theory for Particle Physicists. Imperial College Press, 2010.
finite lifetime
پینوشت:
نمودارِ هرتزسشپرونگ راسل
—————–
* دکتر ریموند رخشانی در باره خودش:
من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی من مهندسی سیستمها است، و تخصص من در بکارگیری اندیشه سیستمی برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فراوردههای نوین میباشد. در این سلسله از مقالات و فایلهای صوتی کوشش میکنم که علم مدرن را از پایه به دوستان معرفی کنم.