التصنيف: فضاء

في اكتشاف رائد، حدد علماء الفيزياء في جامعة واترلو “خللًا كونيًا” في نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين التي يعود تاريخها إلى قرن من الزمان. منذ ما يقرب من 100 عام، كانت النسبية العامة هي حجر الزاوية في فهمنا للجاذبية، لكن الأبحاث الجديدة تشير إلى أن الجاذبية تتصرف بشكل مختلف على النطاق الكوني عما كان يعتقد سابقًا. قام فريق البحث بقيادة روبن وين، ونيايش أفشوردي، أستاذ الفيزياء الفلكية في جامعة واترلو، بتطوير نموذج جديد يعدل ويوسع صيغ أينشتاين الرياضية لحل التناقض والخلل الكوني في نظرية النسبية.

وتشير النتائج التي توصل إليها الفريق إلى أن الجاذبية تصبح أضعف بحوالي 1% عند التعامل مع المسافات بمليارات السنين الضوئية. ولهذا الاكتشاف آثار مهمة على فهمنا للكون على المستوى الكوني، بدءًا من تكوين مجموعات المجرات وحتى توسع الكون نفسه. يعد هذا الاكتشاف إنجازًا كبيرًا في مجال أبحاث الجاذبية، الذي يتمتع بتاريخ غني في جامعة واترلو، حيث أدى التعاون متعدد التخصصات بين علماء الرياضيات التطبيقية وعلماء الفيزياء الفلكية إلى أبحاث متطورة.

وبينما تعمق الباحثون في تناقضات النسبية العامة، طوروا نموذجًا جديدًا يوفق بين التناقضات الواضحة في النظرية. النموذج الجديد، الذي يطلق عليه اسم “حاشية لنظرية أينشتاين”، يحل التناقضات دون التأثير على الاستخدامات الناجحة للنسبية العامة. يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة لفهم الكون، وقد يكون القطعة الأولى في اللغز الكوني الذي حيّر العلماء لعدة عقود. إن الآثار المترتبة عميقة، وقد تغير الطريقة التي نفهم بها الكون ومكاننا فيه.

البعد الخفي للجاذبية، حيث الزمان والمكان متشابكان

تخيل أنك تقف على قمة جبل، وتحدق في الأفق الذي يحبس الأنفاس أمامك. وتمتد القمم المغطاة بالثلوج في كل اتجاه، وكل واحدة منها تشهد على قوة الجاذبية التي لا ترحم. يمكنك أن تشعر بوجودها، فهي سبب تعبك وإرهاقك بعد تسلق تلك القمة العالية. ولكن ماذا لو أخبرتك أن الجاذبية هي أكثر من مجرد قوة في الفضاء؟ ماذا لو أخبرتك أنها أيضًا منسوجة في نسيج الزمن نفسه؟

قد يبدو هذا وكأنه جزء من الخيال العلمي، لكنه مفهوم أساسي كان مختبئًا على مرأى من الجميع لأكثر من قرن من الزمان. في عام 1905، أحدثت نظرية ألبرت أينشتاين في النسبية الخاصة ثورة في فهمنا للمكان والزمان. وأظهر أن الزمان والمكان ليسا كيانين منفصلين، بل أبعاد متشابكة تشكل نسيجًا واحدًا موحدًا يسمى الزمكان.

لننتقل سريعًا إلى عام 1915، عندما توسع أينشتاين في عمله السابق في تطوير النسبية العامة. كشفت هذه النظرية الرائدة أن الكتلة والطاقة تشوه الزمكان، مما يجعل الأجسام تتحرك على طول مسارات منحنية نختبرها كجاذبية. ولكن هنا الجزء الرائع: هذا الانحناء لا يؤثر فقط على أبعاد الفضاء الثلاثة (الطول والعرض والارتفاع)، ولكن أيضًا على البعد الرابع للزمن.

فكر في الأمر مثل كرة بولينج ثقيلة على الترامبولين. تقوم الكرة بتشويه سطح الترامبولين بضغطه للأسفل، مما يؤدي إلى انحناء يؤثر على حركة الأجسام القريبة فيهبط أي جسم على نفس الترامبولين للأسفل تجاه كرة البولينج. وبالمثل، فإن الأجسام الضخمة مثل النجوم والثقوب السوداء تشوه الزمكان، مما يتسبب في تحرك الأجسام الأصغر على طول مسارات منحنية نختبرها كجاذبية. لكن هذا الالتواء يؤثر أيضًا على الزمن، مما يجعله يتحرك بسرعات مختلفة اعتمادًا على قوة مجال الجاذبية. ولهذا السبب يبدو أن الزمن يتباطأ بالقرب من الأجسام الضخمة، وهي ظاهرة تعرف باسم تمدد الزمن الثقالي.

هذا المفهوم المحير للعقل له آثار بعيدة المدى على فهمنا للكون. على سبيل المثال، يساعد في تفسير سبب حاجة الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى مراعاة تمدد زمن الجاذبية للحفاظ على مداراتها الدقيقة. كما أنه يلقي الضوء على سلوك الثقوب السوداء، تلك الوحوش الكونية التي تشوه الزمكان بشدة لدرجة أنه لا يمكن حتى للضوء أن يفلت من قبضتها.

وبينما نتعمق أكثر في ألغاز الجاذبية، فإننا مجبرون على مواجهة حدود فهمنا الحالي. ما الذي يكمن وراء حدود النسبية العامة، وكيف يمكننا التوفيق بين التناقضات التي تظهر على النطاق الكوني؟ تظل الإجابات، مثل نسيج الزمكان نفسه، متشابكة بمهارة، في انتظار أن يتم كشفها من قبل الجيل القادم من العلماء والمنظرين.

• كيف توصل نيوتن لقانون الجاذبية وما هي تطبيقاته؟
• تاريخ الجاذبية
• يتحرك نسيج الزمكان حول النجوم بشكل دوامي: أينشتاين كان محقا!
• فطر يحمي من الاشعاع النووي يقدمنا خطوةً نحو السفر إلى المريخ

قرن من النسبية العامة

لقد كانت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين بمثابة حجر الزاوية في فهمنا للجاذبية لأكثر من قرن من الزمان. منذ بدايتها، خضعت لاختبارات وملاحظات صارمة، وخرجت سالمة، وعززت مكانتها كركيزة أساسية للفيزياء الحديثة. تكمن أناقة النظرية في قدرتها على دمج الزمان والمكان، ونسجهما في نسيج يحدد بنية كوننا ذاته.

لقد لعبت النسبية العامة دورًا أساسيًا في فهمنا للكون، بدءًا من الانفجار الكبير وحتى الثقوب السوداء الغامضة. تم اكتشاف التموجات التي تنبأت بها، موجات الجاذبية في عام 2015، مما زاد من اليقين في النظرية. ومع ذلك، عندما نغامر بالدخول إلى المساحة الشاسعة من مجموعات المجرات وما وراءها، يبدأ تناقض دقيق في الظهور. الجاذبية، التي كانت ذات يوم تطبيقًا مثاليًا لنظرية أينشتاين، بدأت مشاهداتها في الانحراف، مُظهِرة تناقضًا حيّر العلماء لعقود من الزمن. وقد أثار هذا “الخلل الكوني” موجة جديدة من الأبحاث، حيث اتحد الفيزيائيون وعلماء الفلك لكشف أسرار الجاذبية.

وكانت جامعة واترلو، وهي مركز لأبحاث الجاذبية المتطورة، في طليعة هذا المسعى. كان التعاون متعدد التخصصات بين علماء الرياضيات التطبيقية وعلماء الفيزياء الفلكية حافزًا لتحقيق اختراقات، حيث يسعى المجتمع العلمي لتحسين فهمنا للجاذبية. ومع تعمقنا في الكون، تصبح الحاجة إلى تفسير أكثر شمولاً للجاذبية واضحة بشكل متزايد. إن النموذج الرائد لفريق البحث، وهو تعديل لصيغ أينشتاين، يحمل المفتاح لحل التناقضات والخلل الكوني في نظرية النسبية.

الخلل الكوني: كشف النقاب عن تناقض الجاذبية

لعقود من الزمن، كان العلماء على دراية بوجود تناقض غريب في جاذبية الكون. كان الأمر كما لو أن تأثيرات الجاذبية أصبحت أضعف عند قياسها على مسافات هائلة، تمتد لمليارات السنين الضوئية. لقد حيرت هذه الظاهرة الغامضة علماء الفيزياء وعلماء الفلك، مما يهدد بقلب فهمنا للكون رأسا على عقب. تمت صياغة مصطلح “الخلل الكوني” لوصف هذا الشذوذ، والذي يبدو أنه يتعارض مع المبادئ الأساسية للنظرية النسبية العامة لأينشتاين.

لفهم حجم هذا الخلل، فكر في توسع الكون. تخيل بالونًا ضخمًا ينتفخ باستمرار وإلى ما لا نهاية، فتتحرك المجرات الموجودة داخل البالون أو على سطحه بعيدًا عن بعضها البعض بوتيرة متسارعة باستمرار. كلما كانت المجرة بعيدة عنا، كلما تحركت بسرعة أكبر، واقتربت من سرعة الضوء. قادت هذه الملاحظة العلماء إلى إدراك أن تأثير الجاذبية يجب أن يكون أضعف عند المقاييس الكبيرة للغاية.

لقد بحث فريق البحث في جامعة واترلو في قلب هذه المعضلة، ساعيًا إلى التوفيق بين التناقض بين النسبية العامة وسلوك الجاذبية المرصود. ومن خلال إعادة فحص نظرية أينشتاين، تمكنوا من تطوير نموذج جديد يعدل الصيغ الرياضية لاستيعاب الخلل الكوني في نظرية النسبية. يقدم هذا الإنجاز منظورًا جديدًا للكون، ويسلط الضوء على العلاقات المعقدة بين الجاذبية والفضاء والزمن.

فكر في الخلل الكوني باعتباره شذوذًا خفيًا في نسيج الزمكان. يبدو الأمر كما لو أن الكون يهمس بسر، ويكشف عن بنية أساسية لم يلاحظها أحد حتى الآن. ومن خلال الاستماع إلى هذا الهمس، قد يكشف العلماء أسرارًا جديدة عن الكون، وتكشف تدريجيًا أسرار الجاذبية والكون.

ظهور نموذج جديد للجاذبية

لقد كان الكشف عن أسرار الجاذبية مسعى دام قرنًا من الزمان للفيزيائيين. كان فريق البحث، بقيادة روبن وين، يعمل بلا كلل لفك اللغز، وتعديل وتوسيع صيغ أينشتاين الرياضية لحل هذا التناقض الكوني. تخيل أنك تقوم بتفكيك ساعة سويسرية مصنوعة بدقة، وتعديل آلياتها المعقدة، وإعادة تجميعها للحصول على ساعة أكثر دقة. وهذا ما فعله الفريق بنظرية أينشتاين. النموذج الجديد ليس بديلاً عن النسبية العامة، بل هو تحسين، أو حاشية، إذا صح التعبير. إنه تكيف يفسر سلوك الجاذبية على المستوى الكوني بشكل أفضل. لا يؤثر هذا النموذج على التطبيقات الناجحة للنسبية العامة؛ إنه ببساطة يوفر فهمًا أكثر دقة للجاذبية في السياقات المتطرفة.

لكي نفهم أهمية هذا التعديل، دعونا نضعه في منظوره الصحيح. تخيل أنك تقيس سرعة سيارة تسير على طريق مستقيم. والآن تخيل أن الطريق يمتد لمليارات السنين الضوئية. كلما ذهبت أبعد، كلما بدا أن السيارة تتحرك بشكل أسرع، حيث تصل إلى سرعة الضوء تقريبًا. وهذا ما نراه مع المجرات التي تبتعد عنا. لقد تنبأت نظرية أينشتاين بهذا، لكن النموذج الجديد يحسن فهمنا لدور الجاذبية في هذه الرقصة.

المصدر: A cosmic glitch in gravity – IOPscience

منذ مليارات السنين، على قاع البحيرة القديمة لفوهة غيل على كوكب المريخ، هز اكتشاف مفاجئ أسس فهمنا لماضي الكوكب الأحمر. اكتشفت مركبة كيوريوسيتي، وهي روبوت تابع لوكالة ناسا مصممة لاستكشاف سطح المريخ، صخورًا تحتوي على معدن موجود عادة على الأرض في بيئات البحيرات، وهو أكسيد المنغنيز. وقد ترك هذا الاكتشاف الغريب العلماء في حيرة من أمرهم، لأنه يشير إلى أن المريخ ربما تمتع بظروف مناسبة للحياة في زمن ما، تمامًا مثل الأرض. ولكن كيف انتهى الأمر بهذا المعدن، وهو أمر بالغ الأهمية للعمليات البيولوجية على كوكبنا، على المريخ؟

قام فريق الباحثين بقيادة عالم الكيمياء الجيولوجية باتريك جاسدا من مختبر لوس ألاموس الوطني، بدراسة الصخور وتحليل البيانات باستخدام أداة ChemCam الخاصة بالمركبة الفضائية كيوريوسيتي. وكشفت تحقيقاتهم أن رواسب أكسيد المنغنيز في صخور المريخ وفيرة بشكل مدهش، تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في البحيرات على الأرض. ولكن هنا يكمن اللغز: ما هي الآلية التي يمكن أن تؤدي إلى تكوين هذه الرواسب على المريخ، وهو كوكب خالي من الأكسجين والحياة كما نعرفه اليوم؟

أحواض البحيرات المريخية القديمة: نافذة على الماضي

عندما ننظر إلى سماء الليل، نرى كوكب المريخ من سمائنا في مشهد رائع، ولونه المحمر يلمع كمنارة للغموض. لعدة قرون، انجذب البشر إلى إمكانية الحياة خارج الأرض، وكان المريخ منذ فترة طويلة هدفًا رئيسيًا في البحث عن إجابات. ولكن ماذا لو قلنا لك أن المريخ كان في يوم من الأيام موطنًا لبحيرات شاسعة متلألئة تعج بإمكانات الحياة؟

وبمرور مليارات السنين سريعًا، نجد أنفسنا نقف على حافة حفرة غيل، وهي قاع بحيرة قديمة تمت دراستها على نطاق واسع بواسطة المركبة الفضائية كيوريوسيتي. وبينما نستكشف الصخور والرواسب الرسوبية، تبدأ نافذة على الماضي في الانكشاف رويدًا رويدًا، لتكشف عن أسرار كانت مخفية على مدى الدهر.

• البشر الأوائل، معجزة إفريقيا إلى كل العالم
• هل يتساقط الثلج على سطح المريخ ايضاً؟
• لا يزال إيلون ماسك يرغب في ضرب المريخ بالأسلحة النووية!
• مسبار «الأمل-Hope» الإماراتي: أهداف ما بعد دخول مدار الكوكب الأحمر
• احجز رحلتك إلى القمر- السياحة الفضائية

تعتبر قيعان البحار، مثل تلك الموجودة في حفرة غيل، نوافذ فريدة من نوعها على تاريخ الكوكب. مثل لقطة متحجرة، فإنها تلتقط جوهر حقبة ماضية، وتحافظ على الظروف والعمليات التي شكلت بيئة المريخ. ومن خلال دراسة قيعان البحيرات القديمة هذه، يمكن للعلماء إعادة بناء المناخ والجيولوجيا، وحتى إمكانية الحياة على المريخ.

لدى قيعان بحيرات المريخ الكثير لتعلمنا إياه. إنهم يحملون قصة كوكب كان مختلفًا تمامًا عن المناظر القاحلة التي نراها اليوم. لعب الماء، وهو العنصر الأساسي للحياة، دورًا حاسمًا في تشكيل سطح المريخ. تدفقت الأنهار، وتشكلت البحيرات، وتغيرت المناظر الطبيعية. إنها قصة لا تزال تتكشف، وهي قصة لديها القدرة على كشف أسرار الحياة خارج الأرض.

وبينما نتعمق في قاع بحيرة المريخ، نجد أنفسنا عند تقاطع الجيولوجيا والكيمياء والبيولوجيا. إن الصخور والمعادن التي تشكل هذه الرواسب القديمة تحمل المفتاح لفهم بيئة المريخ وإمكاناتها للحياة. إنه لغز لا يزال العلماء يجمعونه معًا، وهو لغز يَعِد بالكشف عن نسيج غني من الأسرار من ماضي الكوكب الأحمر.

فك رموز اكتشاف المركبة الفضائية كيوريوسيتي

لفهم هذا اللغز، دعونا نغوص في عالم الأكسدة. على الأرض، يعتبر الأكسجين نتيجة ثانوية لعملية التمثيل الضوئي، حيث تقوم النباتات وبعض الكائنات الحية الدقيقة بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة. تطلق هذه العملية الأكسجين في الغلاف الجوي، مما يجعل من الممكن تكوين أكسيد المنغنيز. لكن ماذا عن المريخ؟ يتكون الغلاف الجوي للكوكب الأحمر في الغالب من ثاني أكسيد الكربون، مع وجود القليل جدًا من الأكسجين. إذًا، كيف نشأ أكسيد المنغنيز؟

يخلو الغلاف الجوي للمريخ من الأكسجين، مما يصعّب تفسير كيفية تشكل أكسيد المنغنيز في المقام الأول. أحد الاحتمالات هو أن الأكسجين اللازم للأكسدة جاء من تأثيرات النيزك، والتي يمكن أن تكون قد أطلقت الأكسجين من رواسب الجليد السطحية. وبدلاً من ذلك، ربما تم إنتاج الأكسجين من خلال عمليات جيولوجية أخرى، مثل تفاعل الماء مع صخور المريخ.

ويثير اكتشاف أكسيد المنغنيز على المريخ أيضًا تساؤلات مثيرة للاهتمام حول إمكانية دعم الكوكب للحياة. على الأرض، يرتبط أكسيد المنغنيز ارتباطًا وثيقًا بالعمليات البيولوجية، حيث تعتمد العديد من الكائنات الحية الدقيقة على المعدن للحصول على الطاقة. هل يمكن أن تكون الميكروبات المريخية القديمة قد لعبت دورًا في تكوين هذه الرواسب؟

الحالة الغامضة لأكسيد المنغنيز على المريخ

بينما تستكشف المركبة الفضائية كيوريوسيتي قيعان البحيرات القديمة على كوكب المريخ، عثرت على وفرة من أكسيد المنغنيز، وهو معدن شائع في البحيرات على الأرض. لكن المثير للدهشة هو وجوده على المريخ بكميات مماثلة لتلك الموجودة على كوكبنا. ترك هذا الاكتشاف العلماء في حيرة من أمرهم، لأنه من غير الواضح كيف تواجد هذا المعدن، المرتبط بشكل معقد بالعمليات البيولوجية على الأرض، على سطح المريخ.

على الأرض، يتشكل أكسيد المنغنيز في وجود الأكسجين، وهو وفير بفضل التمثيل الضوئي والكائنات الحية الدقيقة التي تحفز تفاعلات الأكسدة. ومع ذلك، على المريخ، لا يوجد دليل على وجود حياة، ولا تزال الآلية الكامنة وراء الغلاف الجوي الغني بالأكسجين والتي من شأنها أن تمكن من تكوين أكسيد المنغنيز غير معروفة. وقد أدى هذا إلى عدد كبير من الأسئلة: كيف تشكل أكسيد المنغنيز وتركز على المريخ؟ هل كان هناك جو مشابه غني بالأكسجين على الكوكب الأحمر في الماضي؟

ولكشف هذا اللغز، لجأ العلماء إلى كاميرا ChemCam الخاصة بالمركبة Curiosity، والتي تستخدم الليزر لتبخير المعادن وتحليل تركيبها. ومن خلال دراسة أكسيد المنغنيز في الصخور الرسوبية في قاع البحيرة المريخية، اقترح الباحثون آليات مختلفة لهطول الأمطار. أحد الاحتمالات هو أنها تشكلت من خلال التفاعل بين مياه البحيرة والمياه الجوفية، وهي عملية تتطلب ظروف أكسدة عالية.

وبعد دراسة سيناريوهات مختلفة، خلص الباحثون إلى أن التفسير الأكثر احتمالا هو أن أكسيد المنغنيز تشكل على طول شاطئ البحيرة، في وجود جو غني بالأكسجين. وقد تستغرق هذه العملية آلاف السنين، نظرًا لبطء معدل تكوين أكسيد المنغنيز، الذي يعتمد على مستويات الأكسجين.

في حين أن هذا الاكتشاف أثار أسئلة أكثر من الإجابات، إلا أنه لا يمكن إنكار أن قاع بحيرة المريخ القديم يحمل أسرارًا عن بيئة صالحة للسكن وطويلة العمر. إن وجود أكسيد المنغنيز، وهو معدن يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالحياة على الأرض، يثير الآمال في العثور على آثار للحياة القديمة على المريخ. بينما تواصل المركبة الجوالة “بيرسيفيرانس” استكشافها لبيئة الدلتا المريخية الجافة، فقد تكشف عن بصمات حيوية ومواد عضوية في الصخور الحاملة للمنغنيز، مما يوفر لمحة عن الماضي الغامض للكوكب الأحمر.

البحث عن علامات الحياة على الكوكب الأحمر

تشير النتائج التي توصل إليها الباحثون إلى أن رواسب أكسيد المنغنيز يمكن أن تكون بمثابة كنز للبصمات الحيوية، وهي علامات كيميائية للحياة يمكن أن تكون قد خلفتها الميكروبات القديمة. من المحتمل أن هذه الميكروبات، مثل نظيراتها على الأرض، اعتمدت على أكسيد المنغنيز للحصول على الطاقة، تاركة وراءها سلسلة من الأدلة لنتبعها.

إن البحث عن الحياة على المريخ لا يقتصر فقط على العثور على علامات بيولوجية؛ يتعلق الأمر بفهم تطور الحياة نفسها. هل اتبعت الحياة على المريخ مسارًا مشابهًا للحياة على الأرض، حيث لعبت الميكروبات دورًا حاسمًا في تشكيل كيمياء الكوكب؟ أم أن المريخ اتبع مسارًا مختلفًا تمامًا، مسارًا لا يمكننا حتى أن نبدأ في تخيله؟

بينما نواصل استكشاف تضاريس المريخ، فإننا لا نبحث فقط عن علامات الحياة، بل نعيد كتابة تاريخ الكوكب الأحمر. ومن يدري، ربما نكتشف الاكتشاف الأعمق في عصرنا، وهو أننا لسنا وحدنا في الكون. والآن، نريد أن نختم مقالتنا بتخيل أنك تمشي على طول شواطئ بحيرة مريخية، وتشعر بأشعة الشمس الدافئة على بشرتك، وتتأمل المياه الهادئة. إنه مشهد مألوف وغريب في نفس الوقت، حيث تمتد المناظر الطبيعية ذات اللون الأحمر الصدئ إلى أقصى حد يمكن أن تراه العين. ولكن ماذا لو عثرت وسط الهدوء على علامات الحياة؟ ربما ميكروب متحجر، محفوظ في صخور المريخ، ينتظر أن يروي قصته!

المصدر: Manganese‐Rich Sandstones as an Indicator of Ancient Oxic Lake Water Conditions in Gale Crater, Mars – Gasda – 2024 – Journal of Geophysical Research: Planets – Wiley Online Library

تؤثر البالستيات في العديد من مجالات الدراسة، والتي تتراوح من تحليل منحني مسار كرة البيسبول إلى تطوير أنظمة توجيه الصواريخ في الجيش. [2]

لنتعرف في هذا المقال على علم المقذوفات ومجالات دراسته.

علم «البالستيات-Ballistics» (القذائف)

هو العلم الذي يدرس حركة وتأثير المقذوفات. ويقسم إلى عدة تخصصات، وهي البالستيات الداخلية والخارجية، وتبحثان في دفع وطيران المقذوفات. ويسمى الانتقال بين هذين النظامين البالستيات الوسيطة. والبالستيات النهائية، وتدرس تأثير المقذوفات على الأجسام المستهدفة.

و«القذيفة-Projectile» هي الجسم الذي تم إطلاقه أو إسقاطه، والذي يستمر في الحركة بسبب عطالته. ويحدد مسارها بواسطة سرعتها الابتدائية واتجاهها وقوى الجاذبية ومقاومة الهواء. فمثلاً، بالنسبة للأجسام المقذوفة بالقرب من الأرض ومع مقاومة هواء مهملة، يتخذ المسار شكل قطع مكافئ. [1]، [2]

دفع القذائف

تعد البندقية والمحرك الصاروخي مثلًا نوعان من المحركات الحرارية، يحوّلان جزئيًا الطاقة الكيميائية للوقود الدافع إلى طاقة حركية للقذيفة. وتختلف المواد الدافعة عن أنواع الوقود التقليدية من حيث أن احتراقها لا يتطلب الأوكسجين الجوي. ويؤدي إنتاج الغازات الساخنة عن طريق الوقود المحترق إلى زيادة الضغط الذي يدفع القذيفة ويزيد من معدل الاحتراق. كما تسبب الغازات الساخنة تآكل تجويف البندقية.

عندما تشتعل شحنة المادة الدافعة في حجرة البندقية، تحصر غازات الاحتراق بواسطة الطلقة؛ فيرتفع الضغط. وتبدأ الطلقة في التحرك عندما يتغلب الضغط على مقاومتها للحركة. يستمر الضغط في الارتفاع لبعض الوقت ثم ينخفض، وذلك بينما تسرّع الطلقة لتصل إلى سرعة عالية. سرعان ما ينفد الوقود الدافع الذي يحترق بسرعة، وفي الوقت المناسب تخرج الطلقة من الفوهة. وقد سجّلت سرعات تصل إلى 15 كيلومترًا (9 أميال) في الثانية. تعمل البنادق المقاومة للارتداد على تنفيس الغاز عبر الجزء الخلفي من الحجرة لمقاومة قوى الارتداد.

يحدث الانفجار الأولي الذي يسبق خروج الطلقة، ثم يتبعه الانفجار الرئيسي، حيث تطلق الغازات المضغوطة خلف الطلقة. يتخطى التدفق الغازيّ السريع الطلقة لفترة وجيزة وبالتالي قد تعاني من تذبذب شديد. وتسمع موجة الصدمة الانفجارية، التي تنتقل إلى الخارج بسرعة أكبر من سرعة الصوت، كطلقات نارية. وتتسبب الحرارة المتولدة قرب الفوهة في حدوث وميض تصاحبه ألسنة اللهب في المدافع الكبيرة. كما يمكن تثبيت الأجهزة على الفوهة لكتم الانفجار والوميض عن طريق تشتيت موجات الصدمة، ويمكنها تقليل الارتداد عن طريق تشتيت التدفق. [1]

تعرّف البالستيات الوسيطة أو الانتقالية بأنها حالة انتقالية بين البالستيات الداخلية والخارجية قرب الفوهة. إذ يدل انبعاث الغاز من السبطانة أمام القذيفة وتفريغ الغازات الدافعة خلفها على هذه التغيرات الانتقالية. وفي هذا الصدد، فإن التأثير على مغادرة القذيفة للمدفع واستخدام زخم الغازات الدافعة لهما أهمية خاصة. [3]

السقوط الحر للأجسام

لفهم حركة المقذوفات من الضروري أولاً فهم حركة «السقوط الحر-Free Fall» للأجسام، وهي أجسام نسقطها ببساطة من ارتفاع معين فوق الأرض. في أبسط الحالات، عندما تكون مقاومة الهواء مهملة وعندما تكون الأجسام قريبة من سطح الأرض، بيّن الفلكي والفيزيائي الإيطالي «جاليليو جاليلي-Galileo Galilei» (1564-1642) أن جسمين يسقطان نفس المسافة وفي نفس الفترة الزمنية، بغض النظر عن وزنيهما. تزيد سرعة الجسم الساقط زيادات متساوية في فترات زمنية متساوية. على سبيل المثال، ستبدأ الكرة التي تسقط من أعلى مبنى من السكون، وتزيد سرعتها إلى 32 قدمًا (9.8 مترًا) في الثانية بعد ثانية واحدة، ثم إلى سرعة 64 قدمًا (19.6 مترًا) في الثانية بعد ثانيتين، ثم إلى سرعة 96 قدمًا (29.4 مترًا) في الثانية بعد ثلاث ثوانٍ، وهكذا. وبالتالي، نجد أن التغير في السرعة هو دائمًا 32 قدمًا في الثانية. يعرف التغير في السرعة لكل فترة زمنية بالتسارع وهو ثابت. ويساوي هذا التسارع 1 g حيث يرمز g إلى التسارع الناتج عن قوة الجاذبية الأرضية.

يصبح تسارع الجاذبية g أصغر مع زيادة المسافة عن الأرض. ولكن بالنسبة لمعظم التطبيقات الأرضية يمكن أن نعد قيمة g ثابتة (تتغير فقط بنسبة 0.5٪ مع تغير الارتفاع بمقدار 10 أميال [16 كم]). من ناحية أخرى يمكن أن تختلف «مقاومة الهواء-Air Resistance» اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على الارتفاع والرياح وخصائص وسرعة المقذوف نفسه. فمن المعروف أن المظلّيّين يمكنهم تغيير ارتفاعهم بالنسبة إلى المظليين الآخرين ببساطة عن طريق تغيير شكل أجسامهم. ومن المعروف أيضًا أن الصخرة ستسقط بسرعة أكبر من سقوط الريشة. فعند البحث في مسائل المقذوفات، من الضروري فصل التأثيرات الناتجة عن الجاذبية -وهي بسيطة جدًا- والتأثيرات الناتجة عن مقاومة الهواء، وهي أكثر تعقيدًا. [2]

المصادر

[1]

[2]

[3]

ما هي الثقوب البيضاء؟

الثقوب البيضاء هي أجسام فرضية غريبة، أول من افترض وجودها العالم ألبرت آينشتاين في نظرية النسبية. حيث تمثل الثقوب البيضاء الأجسام المضادة للثقوب السوداء على الرغم من أنها تتشارك معها في الخصائص ولكن تأثيرها في الفضاء عكس تأثير الثقوب السوداء. فالثقب الأسود يعمل على جذب الأشياء والعناصر الموجودة في الفضاء إلى داخله، ولا يمكن لأي شيء الهروب من تأثير وقوة جذب الثقب الأسود. أما الثقوب البيضاء فإنها تعمل على قذف العناصر الموجودة في الفضاء بعيداً عنها. ومن المستحيل على أي شيء في الفضاء الاقتراب من منطقة أفق الحدث (وهي المنطقة المحيطة بالثقب بغض النظر عن نوعه) .[1] [2] [3]

الثقب الأبيض أحد المكونات الأساسية للثقوب الدودية

كما ذكرنا سابقاً فإن آينشتاين هو من تنبأ بوجود الثقوب البيضاء في الفضاء. وغالباً كان وما زال يتم ذكرها عند الحديث عن الثقوب الدودية على أنها أحد العناصر الأساسية في هذه الممرات. حيث أن الثقب الدودي هو ممر افتراضي موجود في الفضاء يعمل على نقل الأجسام من منطقة إلى أخرى في كوننا. وكما ذكرنا سابقاً بأن الثقوب البيضاء تعمل على قذف الأجسام بعيداً عنها على عكس الثقوب السوداء.

لكن ما علاقة الثقوب البيضاء بالثقوب السوداء؟ وما علاقة هذين الثقبين بالثقوب الدودية؟ في الواقع لا وجود للثقوب الدودية دون وجود الثقوب السوداء والثقوب البيضاء. وذلك لأن الثقب الدودي يتكون بالأساس من ثقب أسود (يمثل نقطة دخول) وثقب أبيض (يمثل نقطة خروج) حيث أنهما متصلين مع بعضهما البعض بواسطة نسيج الزمكان. فعلى سبيل المثال يجذب ثقب أسود موجود في مكان ما في عالمنا جسم معين يسبح في الفضاء. ويمر هذا الجسم عبر ممر يخترق نسيج الزمكان ويخرج في مكان آخر في هذا الكون عبر ثقب أبيض. ويمكن أيضاً أن يسافر إلى أكوان أخرى![2]

الثقوب البيضاء وأبعاد كوننا الأربعة

عند الحديث عن الثقوب البيضاء والثقوب السوداء يجب علينا أن نذكر الأبعاد الأربعة للكون ومن المهم استيعاب فكرة تكون نسيج الزمكان. حيث أن الأبعاد المعروفة لنا حالياً وتم فعلاً رصدها هي أربعة أبعاد، أبعاد المكان الثلاثة، وهي الطول والعرض والارتفاع. والبعد الرابع وهو الزمن. وهذه الأبعاد تشكل معاً نسيجاً معقداً يمكن تخيله على أنه المادة التي تحيط بكل شيء. وهذا النسيج ينحني بفعل قوى الجاذبية الكبيرة للعناصر الموجودة في الفضاء مثل النجوم والكواكب. والدليل على ذلك هو ظاهرة الكسوف الكلي للشمس. حيث أننا وبالرغم من حجب القمر كامل الشمس نرى حلقة ضوء حول القمر. وذلك لانحناء الضوء بفعل انحناء نسيج الزمكان حول القمر نتيجة لجاذبيته.

ولكن ما علاقة نسيج الزمكان بالثقوب البيضاء والسوداء؟ إن الإجابة على هذا السؤال قد ذكرناها بالفعل سابقاً. وهي أن نسيج الزمكان يربط بين الثقوب البيضاء والسوداء. ويمثل الممر في الثقوب الدودية. [1]

هل يمكن أن يولد ثقب أبيض من ثقب أسود؟

في الواقع يؤمن بعض الباحثون بأن المزيج بين النظرية النسبية والنظرية الكمية وضعت طريقة تفكير جديدة حول الثقوب البيضاء بدلا من كونها مجرد باب للخروج فقط في الثقوب الدودية. حيث أنها يمكن أن تكون إعادة بالعرض البطيء لحياة سابقة لثقب أسود ما. ولكن كيف يحدث ذلك؟

تبدأ هذه العملية عند انهيار نجم عظيم كهل تحت تأثير كتلته الرهيبة. وعندها يتشكل ثقب أسود ذو كتلة وكثافة لا نهائيتين. ثم تبدأ التأثيرات الكمية بالتأثير على سطح هذا الثقب وتعمل هذه التأثيرات على وقف مسار تكون ثقب أسود مفرد. وبدلاً من ذلك يتحول الثقب الأسود إلى ثقب أبيض يقذف ويشع بالمادة الأصلية للنجم. [2]

تأثير الوقت في الثقب الأبيض

يتواجد الثقب الأبيض عندما يتواجد تركيز كبير من المادة في منطقة واحدة. وذلك يسبب حدوث تسارع في الزمن. وما يدل على ذلك الساعتان الذريتان الموجودتان في كولورادو وانجلترا. فالساعة الموجودة في انجلترا توجد على مستوى سطح البحر. أما التي في كولورادو توجد على ارتفاع 5000 قدم فوق سطح البحر. وبسبب اختلاف تركيز المادة فإن الساعة الثانية تتقدم بفارق 5 مايكرون من الثانية في السنة عن الساعة الأولى. ونظرياً فإن كنت تعيش على الشمس فإن الوقت سيمر بوتيرة أبطأ مما كان عليه على الأرض. وإن كنت تعيش داخل ثقب أبيض كبير بما يكفي فإنه ربما تمر ملايين بل مليارات السنين خارج الثقب ولكنك ستشعر وكأنها بضع أيام لا أكثر![1]

وفي النهاية تبقى الثقوب البيضاء مجرد أجسام يتوقع وجودها دون التأكد من ذلك حتى الآن، فهل تصدق نبوءة أينشتاين مرة أخرى؟

المصادر

1. Wikipedia
2. BBC Science
3. UNIVERSE TODAY

إذا أردنا أن نجمع بين العلم وإثارة الجدل، يحق علينا أن نذكر ستيفن هوكينج؛ واحدٌ من أشهر -إن لم يكن أشهر- العلماء على مر التاريخ. يعرفه الملايين بفضل اكتشافاته في الفيزياء الكونية، وبالتحديد في الثقوب السوداء وإشعاعاتها. لخَّص “تاريخ موجز الزمان” في كتابٍ يحمل نفس الاسم، وتغلب على الضمور العضلي مقدمًا لنا درسًا ونموذجًا لن ننساه ما حيينا.

نسلٌ مفكر

وُلد ستيفن هوكينج في الثامن من يناير عام 1942، وبالصدفة العجيبة، يوافق هذا التاريخ المئوية الثالثة لوفاة العظيم جاليليو. وهو ما يفتخر به هوكينج نفسه في كتاب “تاريخ موجز الزمان”. يمكنك قراءة ملخص للكتاب من هنا.

تأججت عائلة ستيفن هوكينج بالمفكرين؛ فأمه -الأسكتلندية- درست في أكسفورد في ثلاثينيات القرن الماضي. ولمن لا يعلم، فهذا الوقت كان عصيًا على النساء فيه أن يلتحقوا بالجامعات، ناهيك عن أكسفورد التي تعد واحدة من أعرق جامعات العالم. أما أبوه، فكان خريجًا لنفس الجامعة أيضًا، وباحثًا كبيرًا في الأمراض الاستوائية Tropical diseases.

على الرغم من التصادف المميز بين مولد هوكينج ووفاة جاليليو، إلا أنه من الناحية العملية، لم يكن موعد مجيئه إلى هذه الحياة هو الأفضل بالنسبة لوالديه. فأبوه كان في ضائقة مالية، وإنجلترا، وبالتحديد لندن، كانت في ضائقة تهدد وجودها من الأساس بسبب تداعيات الحرب العالمية الثانية وقصف ألمانيا المستمر لها. المشكلة أن لندن كانت مستقرًا للأسرة؛ إذ إنها كانت المكان الذي عمل فيه والد ستيفن على أبحاثه. وبسبب الأحداث العصيبة التي كانت تمر بها لندن في ذلك الوقت، قررت أيزوبيل هوكينج (والدة ستيفن)، أن تعود إلى أوكسفورد كي تضع مولودها بسلام.

وفقًا لأحد المقربين من عائلة ستيفن هوكينج، كانت العائلة غريبة الأطوار. كانوا يتناولون العشاء في صمت، وكل فرد منهم يقرأ كتابًا بتركيز شديد. وبدلًا من امتلاك العائلة لسيارة عادية، كانوا يمتلكون سيارة أجرة “تاكسي” من طراز Taxi London القديم. كما لم يفكر أحدهم في إصلاح طوابق منزلهم المتهاوية. وكان قبو المنزل ملجأً للنحل وكانت العائلة تستمع بصناعة الألعاب النارية.

عادةً ما كانت الأم تصطحب ستيفن وإخوته في الباحة الخلفية من المنزل لتقضي معهم أفضل الليالي الصيفية. وهناك -في باحة المنزل- لاحظت أيزوبيل هوكينج أن ابنها ستيفن كان لديه فضول كبير، ودائمًا ما شعر أن النجوم هي مصدر إلهامه.

ستيفن هوكينج لم يكن متفوقًا!

قد تعتقد أن عالمًا بحجم هوكينج كان نابغةً دراسية بكل المقاييس، ولكن الحقيقية أنه لم يكن كذلك البتة، بل العكس هو الصحيح. ففي سنته الأولى في مدرسة St. Albans School، احتل هوكينج المركز الثالث من مؤخرة الترتيب. ولكن في نفس الوقت، كان لديه من الاهتمامات الأخرى ما ينبئ بشيء ما.

أحب ستيفن هوكينج الألعاب اللوحية Board Games، وصنع بمساعدة زملائه المقربين ألعابًا جديدة. وفي سنوات المراهقة، تمكن هوكينج من بناء حاسوب شخصي باستخدام أجزاء معادة التدوير. وكان الهدف الرئيسي من الحاسوب هو استخدامه في حل المعادلات الحسابية البسيطة.

في السابعة عشرة من عمره، التحق هوكينج -كأبويه- بجامعة أكسفورد. إذ أراد أن يدرس الرياضيات، ولكن في ذلك الوقت لم يكن هناك تخصص منفصل للرياضيات في أكسفورد. ولهذا اتجه الشاب الطموح إلى دراسة الفيزياء، وبالتحديد علم الكونيات.

تفوق هوكينج في دراسته وتخرج مع مرتبة الشرف ببكالوريوس في العلوم الطبيعية. ومن ثمَّ التحق بجامعة كامبريدج ليحصل على الدكتوراة في علم الكونيات. وفي ذلك الوقت، أي في عام 1968، أصبح ستيفن هوكينج واحدًا من أعضاء هيئة التدريس في قسم الفلك بجامعة كامبريدج. وكانت تلك الفترة مميزة بالنسبة لهوكينج وأبحاثه، بالإضافة لنشره أول كتاب له بعنوان “هيكل الزمكان واسع النطاق The Large Scale Structure of Space-Time”.

حياة ستيفن هوكينج الزوجية

في 1963، التقى هوكينج بطالبة اللغات، جين وايلد. وقعا في حب بعضهما وتزوجها هوكينج في 1965. حظي كلاهما بولد سمَّياه روبرت، وفتاة تدعى لوسي، وولد أخير اسمه تيموثي.

في 1990، توترت العلاقة بينهما وترك هوكينج زوجته من أجل إيلين ماسون، وهي إحدى الممرضات اللاتي كنَّ يعتنين به. وتزوجها في عام 1995، مما أضعف من علاقة ستيفن هوكينج بأولاده.

في 2003، اتهمت الممرضات الأخريات إيلين بأنها تستغل ستيفن هوكينج جسديًا، ولكنه نفى الأمر بنفسه عندما حققت الشرطة بالأمر. وفي 2006، تم الطلاق بينهما. تصالح هوكينج مع جين (زوجته الأولى) والتي تزوجت الآن، وكتب 5 روايات علمية مع ابنته المحبوبة لوسي.

قصته مع التصلب الجانبي الضموري ALS

إذا طلبت من أحدهم أن يتصور ستيفن هوكينج أو أن يصفه لك، ستجده يقول شيئًا مثل إنه ذلك العالم “المشلول” أو القعيد والذي يتحدث من خلال الشاشة الإلكترونية المتصلة بكرسيه المتحرك. ما آل بستيفن هوكينج إلى هذه الحالة كانت إصابته بمرض التصلب الضموري الجانبي ALS في عامه الواحد والعشرين. وهذا المرض -ببساطة شديدة- يصيب الأعصاب المتحكمة في العضلات، وبالتالي تشل جميع أطراف المريض به. تنبأ الأطباء أن يعيش ستيفن سنتين ونص فقط، ولكنه عاش أكثر من ذلك بالطبع!

بدأ هوكينج يشعر بأعراض المرض أثناء دراسته في أكسفورد، وتمثلت الأعراض في سقطات على الأرض، وتلعثم في الكلام، واختلال في الحركة. ولكن هوكينج لم يعط للأمر أهمية ولم يأخذ تلك الأعراض بجدية حتى عام 1963، وهو العام الأول لدراسته في كامبريدج.

حاول ستيفن أن يبقي الأمر سرًا بين طيات نفسه، ولكن سرعان ما اكتشف أبوه مصابه وعرضه على طبيب. بدأ ستيفن هوكينج يتلقى علاجه في المنزل، وأجريت عليه فحوصات بشكل دوري. شخص الطبيب ستيفن بأنه في المراحل الأولى من مرض التصلب الضموري الجانبي، وأُصيب صاحبنا وعائلته باليأس الشديد. ولكن سرعان ما تحول ستيفن إلى استيعابٍ وقبول بعدما شاهد حالة طفل مصاب بسرطان الدم، ليعلم أن مصابه أخف من غيره.

الجدير بالذكر أن الإصابة بهذا المرض جعلت هوكينج يهتم بدراسته. فقبل الإصابة، تشتت بالكثير من الأنشطة، ولكن بعد الإصابة لم يعد هناك الكثير لفعله كما قال ستيفن بنفسه.

ستيفن هوكينج والثقوب السوداء

في عام 1974، ساهمت أبحاث هوكينج المختصة بالثقوب السوداء -التي لا طالما ارتبطت سيرتها به- في شهرة صاحبنا في الأوساط العلمية بشكل كبير. غيَّر ستيفن وجهة نظر المجتمع العلمي بشأن ما كانوا يعتقدونه، وصُكَ مصطلح إشعاع هوكينج للمرة الأولى في تلك السنة.

بفضل اكتشافات هوكينج وإسهاماته في علوم الفضاء، حصل على زمالة الجمعية الملكية للعلوم Royal Society في الثانية والثلاثين من عمره. كما مُنح جائزة ألبرت أينشتاين وغيرها من الجوائز الأخرى المرموقة. وظهر هوكينج في العديد من الأعمال التلفزيونية ونشر من الكتب ما جعله، وكتبه، من الأشهر في تاريخ العلوم. وعلى الرغم من كل اكتشافاته وإسهاماته، لم يحصل على جائزة نوبل.

تنويه: هذا المقال جزءٌ من سلسلة تتناول سيرة “علماء فقدتهم نوبل”، وهدف السلسة هو التعريف بهؤلاء العلماء وحياتهم بشكل عام، وليس الهدف منه أن يتناول إسهاماتهم العلمية بشكل مفصل. إليكم مساق كامل عن الثقوب السوداء.

المصادر:

1. Britannica
2. Biography
3. Spastephen-hawkingce

اكتمال محاذاة التلسكوب جيمس ويب

أعلنت وكالة الفضاء الأمريكية ناسا عن اكتمال مرحلة محاذاة التلسكوب جيمس ويب. وذلك في تاريخ 28/4/2022. وذلك بعد فحص مجموعة من الصور تم التقاطها بواسطة الأدوات العلمية الأربعة للتلسكوب. فكان الناتج صورة جيدة التركيز والحدة، ويسمح هذا الإنجاز لفريق التلسكوب من الانتقال إلى المرحلة السابعة والأخيرة التي من المقرر لها أن تستمر لمدة شهرين. ومن المقرر انتهاء المرحلة الأخيرة في شهر يونيو المقبل.[1]

التلسكوب جيمس ويب JWST

التلسكوب جيمس ويب هو تلسكوب فضائي طور بشكل مباشر من قبل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية. وتختصر وظيفة هذا التلسكوب بأنه خليفة التلسكوب هابل الفضائي في مهمة فلاجشيب. حيث يتفوق على التلسكوب هابل من حيث الدقة والحساسية. وقد شكل التلسكوب جيمس ويب نقلة نوعية في عالم الفضاء والفلك، حيث أنه تفوق على التلسكوبات التي سبقته من حيث دقة وحدّة التصوير.[1]

الأدوات العلمية المستخدمة في تلسكوب جيمس ويب

1. FGS/NIRISS: مستشعر التوجيه الدقيق ومصوّر الأشعة القريبة من تحت الحمراء. والمطياف اللاشقي ، وتكمن أهميته في تحقيق الاستقرار في خط رؤية المرصد خلال عملية الصرد. ويستخدم أيضاً في التحكم في الاتجاه العام للمركبة وقيادة مرآة التوجيه الدقيقة لتثبيت الصورة. وتتولى وكالة الفضاء الكندية قيادته.
2. NIRSpec: وهو مطياف بصري يستخدم من أجل قياس خواص الضوء في المجال القريب من الأشعة التحت حمراء. ويعد قياس الطيف على نفس نطاق الطول الموجي من وظائفه أيضاً. وقد صنع بواسطة وكالة الفضاء الأوروبية.
3. MIRI: هذه الأداة هي المسئولة عن قياس نطاق الطول الموجي من 5 إلى 27 مايكرومتر. وتحتوي هذه الأداة على كاميرا الأشعة تحت الحمراء. وقد تم تطوير هذه الأداة بواسطة ناسا وبالتعاون مع عدد من البلدان الأوروبية.
4. NIRCam: وهي كاميرا قريبة من الأشعة تحت الحمراء وتعمل على التصوير بالأشعة تحت الحمراء. وتستخدم NIRCam  كمستشعر واجهة الموجة وأنشطة التحكم. وقد تم صناعة هذه الأداة بواسطة فريق بقيادة جامعة أريزونا.

الصورة الناتجة عن اكتمال محاذاة التلسكوب هي لسحابة ماجلان الكبرى، فما هي هذه السحابة؟[2]

مجرة سحابة ماجلان الكبرى

تعد سحابة ماجلان الكبرى من المجرات القزمة. حيث يوجد بها ما يقارب الثلاثين مليار نجم، وتعد سحابة ماجلان الكبرى من المجرات القريبة من مجرة درب التبانة. حيث كان يعتقد في الماضي بأنها جزء من مجرتنا. ويكون شكل مجرة سحابة ماجلان الكبرى غير منتظم ويجدر الإشارة بانها سميت بسحابة ماجلان نسبة للمستكشف البرتغالي ماجلان.[2]

وفي النهاية نعلمكم بأننا سنكون في المتابعة لآخر مستجدات هذا التلسكوب. وسنقوم بنشر الآخر المعطيات الصادرة عنه.

تعد المادة المظلمة أحد أعقد ألغاز الكون, فلماذا حصلت على هذا اللقب؟ و ما علاقتها ببداية تشكل الكون؟

ما هي المادة المظلمة؟

يطلق على المادة المظلمة “The Dark Matter” العديد من المسميات الأخرى، مثل المادة المعتمة، أو المادة السوداء. وهي مادة فرضية تم إيجادها بشكل فرضي من قبل العلماء لتفسير جزء كبير من كتلة الكون. فقد تم الإستدلال عنها وعن خصائصها عن طريق دراسة آثار الجاذبية التي تظهر على المواد و العناصر المرئية في الكون، مثل الغبار الكوني، والسُدم، و غيرها. ووفقا ً لمعطيات فريق مرصد بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية “ESA” التي ظهرت في 21 مارس عام 2013. فإن المادة المظلمة تشكل ما نسبته 26.3% من مكونات الكون. و من الأسباب التي دفعت العلماء لوضع نظرية المادة المظلمة هو تفسير الكتلة الضخمة للكون. فبالنظر إلى كتلة الأجسام و المواد القابلة للرصد في الكون نجد أن كتلتها أقل بكثير من كتلة الكون الفعلية. فتم إسناد الفرق في الكتلة إلى المادة المظلمة. حيث أنها تشكل ما نسبته 84.5% من مجمل كتلة الكون، وذلك حسبما ورد عن فريق مرصد بلانك.

وتظهر في الصورة المرفقة توهج غاز موجود بالفضاء نتيجة لتأثره بقوة جاذبية كبيرة من عدد من المجرات و العناقيد المجرّية. و لكن عند حساب قوى الجاذبية الكلية المؤثرة عليها، فإننا نجد أنها تتجاوز المجموع النظري لكل مجرة على حدا. و بالتالي أسندت الجاذبية الزائدة إلى المادة المظلمة.

وقد صرح العلماء بأن المادة المظلمة تتكون بشكل أساسي من جسيمات دون ذرية غير محددة، ويجب الإشارة بأنه لا يمكن رصد المادة المظلمة بواسطة التلسكوبات، لأن المادة المظلمة لا تمتص و لا تبعث الضوء أو أي إشعاعات كهرومغناطيسية أخرى على أي مستوى هام. [1] [2]

المادة المظلمة، وبداية الكون.

في بدايات الكون الأولى بعد الانفجار العظيم، شكلت المادة المظلمة أحد اللبنات الأساسية في خلق الكون المعروف لنا حالياً. حيث أنها ساعدت في إضاءة النجوم الأولى منذ حوالي 20-100 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. وذلك حسبما ورد عن العالم بيتر برجمان، والعالم ألكسندر كوسينكو من مجامعة كاليفورنيا، فقد أظهرا أن المادة المظلمة تحتوي على نيوترونات عقيمة. وإن هذه النيوترونات العقيمة عندما تضمحل تسرع من عملية خلق جزيئات الهيدروجين. و هذه العملية هي التي تساعد على إضاءة النجوم. وقد اتفق العلماء على أن النيوترونات العقيمة لها كتلة وقد تم معرفة ذلك من خلال قياس ذبذبات النيوترونات. وهذا ما قاد العلماء إلى افتراض وجود النيوترونات العقيمة موجودة داخل المادة المظلمة. حيث أن تلك النيوترونات لا تتفاعل بشكل مباشر، و لكنها تتفاعل من خلال خلطها مع النيوترونات العادية. وهذا ما يفسر ضخامة الكتلة المفقودة في الكون، و هذا ما أدى إلى ظهور فرضية المادة المظلمة بالتتابع.[1]

علماء افترضوا وجود المادة المظلمة.

اعتمد الكثير من العلماء على وجود المادة المظلمة في حساباتهم بشكل أساسي. فكان أول من افترض وجود المادة المظلمة كان عالم الفلك الهولندي “جان أورت-Jan Oort”. حيث استخدمها لحساب السرعات المدارية للنجوم في مجرة درب التبانة عام 1932. و بعدها استخدمها العالم الألماني “فريتز زفيكي-Fritz Zwicky” للحصول على تفسير مقبول للكتلة المفقودة المطلوبة نظرياً للسرعات المدارية للنجوم في المجرات. وقد استخدمت نظرية المادة المظلمة أيضاً من قبل العالمة الأمريكية “فيرا روبين-Vera Rubin” لحساب سرعة دوران المجرات حول نفسها. وعلى الرغم من اعتماد العلماء بشكل كبير على المادة المظلمة في الكثير من الحسابات الفلكية إلا أنه تم إيجاد العديد من الفرضيات الأخرى لتفسير الشذوذ الكبير والغير متوقع في حركة النجوم في المجرات بناءً على حسابات الجاذبية. مثل نظرية STVG والتي قام بصياغتها العالم “جون موفات-John Moffat” عام 2014 حيث استخدمت بنجاح في حسابات دوران المجرات حول نفسها، و أيضاً لتفسير ظاهرة عدسة الجاذبية.[1] [2]

المادة المظلمة، ونظرية بيرمان وكوسينكو.

جاءت نظرية بيرمان وكوسينكو مؤيدةً لنظرية المادة المظلمة. حيث تهتم نظرية بيرمان وكوسينكو بالظواهر الفلكية الغير مفسرة و منها المادة المظلمة.

حيث ينتج عن انفجار “مستعر أعظم-Supernova” شيءٌ يسمى بالبولسرات. وهي عبارة عن نجوم نيوترونية تدور بسرعة عالية جداً تصل أحيانا إلى مئات أو حتى آلاف الكيلومترات في الثانية الواحدة. مصدر هذه السرعات يبقى مجهولاً و لكن تتبع حركة البولسرات عن طريق النيوترونات العقيمة الموجودة في المادة المظلمة.[3] [1]

أنواع المادة المظلمة.

تنقسم المادة المظلمة إلى نوعين، المادة المظلمة الباريونية، و المادة المظلمة الغير باريونية.

المادة المظلمة الباريونية تشكل جزء صغير جدا من المادة المظلمة. حيث تتكون المادة المظلمة الباريونية من الباريونات فقط. وهي جزيئات ذرية مركبة عبارة عن جزيئات لا تحتوي على ذرة ثقيلة من البروتونات أو النيترونات أو مزيج من كليهما. توجد المادة المظلمة الباريونية في الأجسام فائقة الكثافة في الفضاء مثل الثقوب السوداء، والنجوم النيوترونية ،والأقزام البيضاء.

أما المادة المظلمة الغير باريونية فإنها تشكل الجزء الأكبر من المادة المظلمة الموجودة في الفضاء. ولا توجد الكثير من المعلومات عنها.[1]

المصادر

1. Wikipedia
2. NASA
3. THE NATURE OF LIGHT DARK MATTER

شهد مرصد «Siding Spring» في أستراليا في أكتوبر من عام 1986 اكتشاف كويكب «كرويثن 3753-Cruithne3753» على يد العالم «دانكن والدرن-J.Duncan Waldron»، وقد حصل العالم دانكن على شرف تسميته. أسماه “كرويثن” نسبة لاسم إحدى القبائل القديمة التي سكنت الجزر البريطانية، و ذلك بين العامين 800-500 قبل الميلاد.[1][2] ولكن ما حقيقة اعتبار كرويثن القمر الثاني لكوكب الأرض ؟

ما طبيعة كرويثن؟

يقع كويكب كرويثن ضمن حزام كويكبات آتن وهي مجموعة من الكويكبات القريبة من كوكب الأرض. وينتمي كرويثن إلى حزام الكويكبات والتي تدور كقرص نجمي بين كوكبي المريخ والمشتري. ويسمى هذا الحزام أيضا باسم حزام الكويكبات الرئيسي.

يبلغ طول قطر كويكب كرويثن حوالي 5 كيلو مترات، وبكتلة تصل إلى 130 تريليون كيلوغرام. ينضم كرويثن إلى ما يقارب 90 ألف كويكبٍ آخر مشابه له في مجموعتنا الشمسية. ويستغرق كرويثن سنة أرضية واحدة ليكمل دورة كاملة حول الشمس، ويستغرق حوالي 27.31 ساعة ليدور دورة كاملة حول نفسه. تبلغ درجة حرارة الكويكب كرويثن 273 كلفن والتي تقارب درجة صفر مئوية.

يطلق على كرويثن اسمين آخرين وهما «تي أو 1986-TO1986»، و«يو إتش 1983-UH1983». ويندرج كرويثن تحت تصنيف الكويكبات الصغيرة. ويتكون في الأساس من الصخور وبعض المعادن كما الحال في أغلب الكويكبات الأخرى.[2]

كرويثن القمر الثاني للأرض

في الماضي، ظل الغموض يلاحق كرويثن، حيث لم يتمكن العلماء وقت اكتشافه من معرفة الكثير من المعلومات عنه. وظل الوضع على حاله حتى عام 1997، حيث قام مجموعة من العلماء وهم «بول ويجرت-Paul Wiegert» و«كيم إينانين-Kim Innanen» و«سيبو ميكالو-Seppo Mecalo» بكشف بعضًا من تلك المعلومات المجهولة.

نشر الفريق ورقة بحثية في نفس العام تشرح مدار هذا الكويكب. و حينها اعتقد الجميع بأن الأرض تقع في مركز مدار هذا الكويكب أي أن الكويكب كرويثن يدور حول الأرض. عندها، شاع بين الأوساط العلمية والعامة بأن الكويكب كرويثن يمكن اعتباره القمر الثاني للأرض. وقد أيّد تلك الفرضية مجموعة من الحقائق، منها تشابه الكويكب كرويثن وكوكب الأرض بالمدة اللازمة لإكمال دورة كاملة حول الشمس وهي سنة أرضية واحدة. [1] [3]

هل كرويثن هو القمر الثاني للأرض حقًا؟

الإجابة على هذا السؤال حالياً هي لا. فبعد العديد من الدراسات والأبحاث التي أجريت على كرويثن، اكتشف العلماء بأن هذا الكويكب لا يدور حول الأرض، و إنما يفصل بين مداريهما زاوية مقدارها 19.8 درجة. لذلك، فمن المستحيل أن يحدث تصادم بين كوكب الأرض وكويكب كرويثن. وتبين أيضًا أنه عند رصد كرويثن من الأرض، يظهر مدار كرويثن على شكل حدوة حصان ويحتاج إلى 770 سنة لإكمال دورة شكلها حدوة حصان كاملة.

ومن الحقائق التي دحضت نظرية كرويثن كقمرٍ ثانٍ للأرض هي أن متوسط المسافة التي تفصل بين كوكب الأرض وكرويثن هي 12 مليون كيلومتر. في حين أن متوسط المسافة التي تفصل بين الأرض والقمر هي 380 كيلومتراً فقط.

ويعد لمعان كرويثن أضعف من لمعان كوكب بلوتو، حيث تحتاج إلى منظارٍ جيد لرؤيته على عكس القمر الفعلي لكوكب الأرض الذي نراه كل يوم في سمائنا. كل هذه الحقائق و غيرها حالت بين كرويثن 3753 وبين لقب القمر الثاني للأرض.[4]

وفي النهاية، يوجد في هذا الكون الفسيح العديد من الألغاز التي لم يتمكن العلم رغم ما وصل إليه من تطور كبيرٍ وملحوظ من إيجاد حلٍ لها.

المصادر

Signitzer.com [1]
Wikipedia.org [2]
Nature.com [3]
Springer.com [4]

ما هو تلسكوب جيمس ويب الفضائي؟

تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، خليفة هابل القادم، هو مرصد فضائي يعمل بالأشعة تحت الحمراء. تم إطلاقه من موقع الإطلاق الخاص بوكالة الفضاء الأوروبية في كورو في غويانا الفرنسية. وذلك يوم 25 ديسمبر 2021 على الساعة 7:20 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة على متن صاروخ «Arianespace Ariane 5».

يعتبر تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار، أكبر وأقوى تلسكوب لعلوم الفضاء تابع لوكالة ناسا. وسيهدف إلى سبر الكون لكشف تاريخ الكون من الانفجار العظيم إلى تكوين الكواكب الغريبة وما بعدها. إنه أحد المراصد الكبرى التابعة لوكالة ناسا، وهي أدوات فضائية ضخمة تشمل أمثال تلسكوب هابل الفضائي للتعمق في الكون.

سيستغرق تلسكوب جيمس ويب الفضائي حوالي 30 يومًا للسفر ما يقرب من مليون ميل (1.5 مليون كيلومتر) إلى موطنه الدائم المسمى «نقطة لاغرانج- Lagrange point» وهو موقع مستقر جاذبيًا في الفضاء. سوف يدور تلسكوب جيمس ويب الفضائي حول الشمس عند «نقطة لاغرانج الثانية- second Lagrange point (L2)». وهي بقعة في الفضاء بالقرب من الأرض تقع عكس الشمس؛ وقد كانت هذه البقعة مكانًا شهيرًا للعديد من التلسكوبات الفضائية الأخرى، بما في ذلك تلسكوب هيرشل الفضائي ومرصد بلانك الفضائي. سيسمح هذا المدار للتلسكوب بالبقاء على اتساق مع الأرض أثناء دورانها حول الشمس.

إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو نتاج تعاون دولي مثير للإعجاب بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية «ESA» ووكالة الفضاء الكندية. ووفقًا لوكالة ناسا، فقد شاركت أكثر من 300 جامعة ومنظمة وشركة في 29 ولاية أمريكية و 14 دولة في إظهار تلكسوب جيمس ويب للنور. تقدّر المدة الافتراضية لتلسكوب جيمس ويب في الفضاء بخمس سنوات، ولكن الهدف الحقيقيّ هو 10 سنوات وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية.

سبب تسميته بجيمس ويب

سمي التلسكوب نسبة إلى جيمس إدوين ويب، المدير الثاني لناسا، المعروف برئاسة برنامج أبولو، أول برنامج فضائي يرسل البشر إلى القمر. كما لعب دورًا أساسيًا في برنامجي الفضاء المزودين بطاقم الذين عقبا أبولو، «عطارد والجوزاء- Mercury and Gemini». توفي ويب في عام 1992، عن عمر يناهز 85 عامًا، وترك وراءه إرثًا هائلاً يستحق تلسكوبًا يسمى باسمه.

لم يطلق اسم جيمس ويب على التلسكوب في البداية. فقد بدأ التلسكوب حياته باسم «تلسكوب الفضاء من الجيل التالي-Next Generation Space Telescope» وهو ما لم يكن الاسم الأكثر إبداعًا الذي سمعناه على الإطلاق.

مكونات التلسكوب الأساسية

في هذا الرابط نستطيع أن نرى صورة مفصلة لمكونات التلسكوب.

1. المرآة الذهبية: يبلغ عرض المرآة الأساسية ستة أمتار ونصف (6.5m)، مما يجعل ويب أكبر تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق. تتكون المرآة من 18 قطعة بريليوم سداسية مطلية بالذهب يمكن تعديلها بشكل فردي.
2. الواقي الشمسي: لحماية نفسه من حرارة الشمس، يمتلك ويب واقيًا شمسيًا بحجم ملعب تنس. تحتوي إحدى أدواته أيضًا على نظام تبريد لإبقائه باردًا، وذلك لأن حرارة الشمس وحرارة أدوات ويب الخاصة ستتداخل مع ملاحظات التلسكوب.
3. جهاز إرسال لاسلكي عالي التردد: ستستقبل الهوائيات الراديوية الكبيرة المنتشرة في جميع أنحاء العالم إشارات جهاز إرسال ويب. ثم ستحيلها إلى مركز ويب للعلوم والعمليات في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور، الولايات المتحدة الأمريكية.
4. الأدوات: «التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة والمطياف غير الشقِّي- Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)». و«أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء- Mid-Infrared Instrument (MIRI)». و«كاميرا الأشعة تحت الحمراء قريبة- Near-Infrared Camera (NIRCam)». و«مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة- Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)».

ماذا سيفعل التلسكوب بعد إطلاقه؟

لفترة طويلة، كان كل الاهتمام منصبًا على إطلاق التلسكوب. ولكن بعد إطلاقه الآن، يمكننا النظر إلى الشكل الذي سيبدو عليه جدوله الزمني. لحسن الحظ، قدمت وكالة ناسا تفصيلاً كاملاً للجدول الزمني الرسمي للتلسكوب. ففي الشهر الأول، سيبدأ التلسكوب في نشر العديد من مكوناته. في هذه المرحلة، سيبرد التلسكوب ومعه الأدوات بسرعة بفضل حاجب الشمس، لكن الأمر سيستغرق أسابيعا حتى يبرد إلى درجات حرارة مستقرة. خلال هذه المرحلة، سيتم نشر المرايا وإجراء الاختبارات للتأكد من تحركها.

في الشهرين التاليين لذلك، سيباشر القمر الصناعي اختباراته. سيتم باستخدام مستشعر التوجيه الدقيق، توجيه التلسكوب إلى نجمة ساطعة لإثبات قدرته على تعقب الأهداف واستهدافها. بعد ذلك، ستشرع العملية الطويلة لمحاذاة بصريات التلسكوب. سيلحق ذلك إجراء المعايرة على جميع أوضاع التشغيل المختلفة للأداة العلمية. أثناء هذه المرحلة، ستبدأ عمليات الرصد لتتبع الأهداف المتحركة مثل الكويكبات والمذنبات والأقمار والكواكب في نظامنا الشمسي. ومن هذه النقطة فصاعدًا، سيباشر التلسكوب مهمته العلمية، وإجراء مهام علمية روتينية وإبلاغ المعلومات.

مهمة تلسكوب جيمس ويب العلمية

مهمة جيمس ويب العلمية مقسمة إلى أربعة جوانب:

أول ضوء وإعادة التأين

يشير هذا إلى المراحل الأولى للكون بعد أن بدأ الانفجار العظيم الكون كما نعرفه اليوم. في المراحل الأولى بعد الانفجار العظيم، كان الكون عبارة عن بحر من الجسيمات (مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات)، ولم يكن الضوء مرئيًا حتى برد الكون بما يكفي لبدء اندماج الجسيمات. أمرٌ آخر سيدرسه التلسكوب وهو ما حدث بعد تشكل النجوم الأولى؛ يُطلق على هذا العصر اسم «حقبة إعادة التأين- the epoch of reionization». لأنه يشير إلى الوقت الذي تمت فيه إعادة تأين الهيدروجين المحايد (الذي أصبح له شحنة كهربائية مرة أخرى) بواسطة إشعاع من هذه النجوم الأولى.

تجمع المجرات

يعد النظر إلى المجرات طريقة مفيدة لمعرفة كيفية تنظيم المادة على مقاييس عملاقة، وهذا بدوره يعطينا تلميحات حول كيفية تطور الكون. إنّ المجرات الحلزونية والإهليلجية التي نراها اليوم، تطورت في الواقع من أشكال مختلفة على مدى مليارات السنين. وأحد أهداف التلسكوب هو النظر إلى أقدم المجرات لفهم هذا التطور بشكل أفضل. يحاول العلماء أيضًا معرفة كيف حصلنا على مجموعة متنوعة من المجرات المرئية اليوم، والطرق الحالية التي تتشكل بها المجرات وتتجمع.

ولادة النجوم وأنظمة الكواكب الأولية

تعتبر «أعمدة الخلق-Pillars of Creation» لسديم النسر من أشهر أماكن ولادة النجوم. تتكون النجوم في غيوم من الغاز، ومع نمو النجوم فإن ضغط الإشعاع الذي تمارسه يزيل الغاز الشرنقي الذي يحيط بها (الذي يمكن استخدامه مرة أخرى من قبل نجوم الأخرى، إن لم يكن منتشرًا على نطاق واسع.) ومع ذلك، من الصعب رؤية ما بداخل الغاز. ستكون عيون الأشعة تحت الحمراء للتلسكوب قادرة على النظر إلى مصادر الحرارة، بما في ذلك النجوم التي تولد في هذه الشرانق.

الكواكب وأصل الحياة

شهد العقد الماضي اكتشاف أعداد هائلة من الكواكب الخارجية باستخدام عدة وسائل بما في ذلك استخدام تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا والباحث عن الكواكب. ستكون مستشعرات تلسكوب جيمس ويب القوية قادرة على النظر إلى هذه الكواكب بعمق أكبر، بما في ذلك (في بعض الحالات) تصوير غلافها الجوي. يمكن أن يساعد فهم الغلاف الجوي وظروف تكوين الكواكب العلماء على التنبؤ بشكل أفضل بما إذا كانت بعض الكواكب صالحة للسكن أم لا.

الفرق بين هابل وويب

1. حجم التلسكوب: إن حجم تلسكوب هابل مقارب لحجم حافلة مدرسية، بينما يقارب تلسكوب جيمس ويب حجم ملعب التنس بسبب حاجب الشمس الكبير.
2. حجم المرآة: يمتلك هابل مرآة واحدة بعرض 2.4 متر، بينما يمتلك ويب 18 قطعة مرآة سداسية بعرض إجمالي يبلغ 6.5 من الأمتار.
3. الضوء المرصود: يرصد هابل الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، بينما يرصد ويب الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة.
4. الموقع: يقع هابل في مدار أرضي منخفض، على ارتفاع 547 كم، بينما يقع ويب على مسافة 1.5 مليون كيلومتر من الأرض.
5. اعمال صيانة: نظرًا لموقعه، يمكن إصلاح هابل وتحديثه أثناء وجوده في المدار. اشتهر رواد الفضاء بتصحيح مرآة هابل في عام 1993 باستخدام «Canadarm»، الذراع الروبوتية الكندية على متن مكوك الفضاء الأمريكي. لكن ويب سيكون بعيدًا جدًا عن الأرض من أجل إصلاحه، وهذا هو سبب خضوعه لاختبارات غير مسبوقة.
6. عمر المهمة: تم إطلاق هابل في عام 1990 وسيظل في الخدمة طالما أن أجهزته تعمل. أما العمر المتوقع لويب فالحد الأدنى له هو 5 سنوات، ولكنه قد يتجاوز 10 سنوات، حسب المدة التي سيستمر فيها إندفاعه الذاتي (اللازم للحفاظ على استقرار ويب في مداره).

المصادر:

1. space.com
2. science focus
3. stsci
4. canadian space agency
5. canadian space agency