فرا تر از زمین

در این پست می خوام در مورد فضا بنوبسم سرخابی

سیاه چاله ها

اگر در یک شب صاف با چشم غیر مسلح به آسمان بنگریم تعدادزیادی ستاره، سیاره، ماه، ماهواره را مشاهده می کنیم، حالا فرض کنیم با یک تلسکوپ کوچک در حال مشاهده آسمان هستیم، در این حالت ممکن است چند خوشه ستاره ای، تعدادی سحابی یا اجرام آسمانی دیگر را ببینیم، بعد از این که با چشم غیر مسلح و تلسکوپ کوچک آسمان را مناظره کردیم با یک رادیو تلسکوپ عظیم در نیومکزیکو (VLA) یا در کالیفرنیا به رصد آسمان می پردازیم در این صورت سطح ماه یا سیارات دیگر نزدیک زمین، غول سرخ، کوتوله سفید یا یک کوازار را می بینیم به وسیله عکس های که تلسکوپ های فضایی یا فضا پیماهای بدون سرنشین از ابرنواختران، خوشه های کهکشانی، سیارات، کهکشانها یا سحابی های دور دست، شهاب سنگ ها، ستاره دنباله دار و چیزهای دیگر در اختیار ما گذاشته اند درباره آنها اطلاعاتی را کسب می کنیم اما اجرام آسمانی هستند که باهیچ وسیله ای قابل رویت نیستند مگر اینکه به وسیله نور دیده شوند این اجرام که سیاه چاله نام دارند در صورتی که در حال بلعیدن یک ستاره پرنور باشند دیده خواهند شد.
هنگام جذب ستارگان و اجرام آسمانی دیگر توسط سیاه چاله، مقداری اشعه x و پرتوهای گاما (در سیاه چاله های ریز) تولید می شود که دانشمندان توانسته اند به وسیله دستگاه های پیشرفته این امواج نامرئی را رصد کنند در واقع هدف این مقاله ایجاد تفکری درست در مورد سیاهچاله ها، چگونگی تشکیل آن، ویژگی های مادی، اختلالات حاصل از آن در فضا و زمان، نظریات مهم مطرح شده توسط دانشمندان در طول قرن های مختلف و نتیجه گیری از آنها می باشد.
● جسم سیاه فوق العاده متراکم:
می دانیم که هر چقدر اجسام چگالی بیشتری داشته باشند قدرت جاذبه شان هم بیشتر می شود مثلا اگر زمین ما چگالی اش از این حد هم بیشتر می شد موشک های ساخته شده، سوخت و انرژی بیشتری نیاز داشتند تا بتوانند از جاذبه زمین فرار کنند حال اگر جسمی را تصور کنیم که فوق العاده فشرده و پرچگال باشد که حتی نور، یعنی سریعترین چیز در کیهان هم نتواند از تله گرانش آن بگریزد، به تراکم و جاذبه نامحدود سیاه چاله ها پی خواهیم برد.
● تصویر سیاه چاله
در واقع علت اینکه سیاه چاله ها، اجرامی سیاه هستند این است که آنها نوری را که دارند جذب می کنند و چون همان ستاره هایی هستند که سوخت هسته ای آنها به اتمام رسیده، پس فاقد انرژی بوده و تنهابرتری آنها نسبت به اجرام دیگر آن است که جاذبه بیشتری دارند.
● چگونگی تشکیل سیاه چاله ها:
▪ هر آغازی پایانی دارد و هر تولدی مرگ
سحابی هایی که در فضا به طور معلق هستند عامل تشکیل ستاره های جدید می باشند اگر در نزدیکی یک سحابی ستاره ای در حال منفجر شدن باشد موجی که از انفجار آن ستاره به سحابی برخورد می کند باعث می شود که یک قسمت از سحابی چگالی بیشتری داشته باشد (سحابی ها در حالت عادی چگالی همگن دارند.) یعنی اتم های هیدروژن به یکدیگر می پیوندند و ملکول هیدروژن تولید می کنند و به این ترتیب آن قسمت متراکم تر می شود. در این حالت یک نیرو به طرف داخل سحابی و یک نیرو به طرف خارج آن وارد می شود که نیروی رو به داخل آن به تراکم گاز و غبار تشکیل دهنده ستاره مربوط است (هرچقدر جرم زیادی گاز و غبار در ابعاد کوچک جمع شود نیروی گرانش بیشتر می شود.) اگر نیرویی که به طرف بیرون وارد می شود طوری باشد که قسمت چگال تر بتواند از سحابی جدا شود ستاره پدید می آید البته وقتی نیروی خارجی که ستاره تازه تشکیل شده به سحابی و نیرویی که سحابی به ستاره مورد نظر وارد می کند برابر باشد ستاره به شکل کره در می آید در هسته ستاره که هم جوشی هسته ای صورت می گیرد چهار هسته اتم هیدروژن به یک هسته اتم هلیم تبدیل می شود که در این واکنش چند گرم از آن به صورت انرژی آزاد می شود.
gr)]۹۶/۳) He => H+H+H+H (gr۴) ، ۰۴/۰ گرم نیز به صورت انرژی آزاد می شود.[ البته در ستارگانی که دمای هسته آنها زیاد است عناصر سنگین تر دیگری مثل کربن هم تولید می شود مقدار انرژی حاصل از هم جوشی هسته ای از رابطه E=mc۲ انیشتین قابل محاسبه است (E انرژی آزاد شده و m جرم ماده مورد نظر C سرعت نور)
ستاره ها میلیونها یا میلیاردها سال به همین ترتیب به بقای خود ادامه می دهند اما زمانی که دیگر هیدروژنی برای تولید انرژی باقی نمانده باشد مرگ ستاره فرا می رسد در اواخر عمر ستارگان آنها به غول سرخ تبدیل می شوند یعنی ستاره ابتدا منقبض می شود بعد آن قدر انرژی ذخیره شده زیاد می شود که ستاره را منفجر می کند در این حالت چون دما کاهش می یابد رنگ ستاره به سرخی می گراید.
ستارگانی که به اندازه خورشید یا کوچکتر هستند به کوتوله سفید تبدیل می شوند (جسم کوچک گرم) که طبق محاسبات انجام شده توسط دانشمندان مشخص شده که یک قاشق چایخوری از ماده کوتوله سفید به اندازه ۳ الی ۴ تن جرم دارد. اما اگر اندازه ستاره ۴/۱ برابر جرم خورشید باشد ستاره نوترونی پدید می آید در این نوع ستاره، الکترون و پروتون با هم ترکیب شده و نوترون تولید می شود. که یک قاشق چایخوری آن برابر ۵ میلیون تن سنگینی دارد.
اگر جرم ستاره مد نظر ۳ تا ۵/۳ برابر جرم خورشید باشد آن ستاره به سیاه چاله تبدیل می شود . و این اتفاق زمانی رخ می دهد که ستاره سوخت هسته ای خود را به طور کامل تمام کرده است و در نیتجه نیروی گرانش موجود در خود آن بر ستاره غلبه کرده و باعث فرو ریزش آن به داخل و تشکیل سیاه چاله می شود. از این موضوع می توان نتیجه گرفت که سیاه چاله ها از ستارگان بسیار متراکم و پرجرم و بزرگ به وجود می آید و خورشید هیچگاه به سیاه چاله تبدیل نمی شود.
● تصویری ازسیاه چاله
▪ نظریات دانشمندان راجع به سیاه چاله ها:
۱) نظریه انحنای فضا – زمان انیشتین (در سال ۱۹۱۷):
فرض کنید بر روی یک تشک گلوله سنگینی می اندازیم در این حالت خواهیم دید که گلوله حالت انحنایی روی تشک ایجاد کرده است حال اگر توپ کوچکی را هم روی تشک رها کنیم این توپ از انحنای ایجاد شده عبور کرده و پیش گلوله خواهد افتاد. ماجرای سیاه چاله ها هم طبق نظریه نسبیت عام انیشتین درست به همین صورت است به طوری که جرم زیاد سیاه چاله ها باعث انحنای فضا – زمان می شود و اجرام را به طرف خود می کشد و یک حلقه زمانی در سیاه چاله ایجاد می شود که اگر فرضاً شما از این حلقه عبور کنید احساس خواهید کرد زمان دچار اختلال شده است و فردا همان دیروز می شود که در این حالت هر روز شما به عقب برمی گردید.
▪ تصویر انحنای فضا-زمان
ـ مایردگانی
۲) نظریه وجود سیاه چاله های ریز:
این نظریه در سال ۱۹۷۱ توسط استفن ویلیام هاوکینگ(Steven wiliam Hawking) ارایه شد طبق گفته هاوکینگ در آغاز پیدایش جهان (و زمان) که مهبانگ (Bjg bang) رخ داد تعدادی از ذرات معلق در فضا به علت فشار و چگالی بسیار زیاد ماده به یکدیگر پیوسته و سیاه چاله های ریز (mini – blackholes) را که اندازه بعضی از آنها برابر اندازه یک سیاره می باشد و بعضی دیگر به قدری کوچک و پرچگال هستند که تقریباً به اندازه یک پروتون حجم و در حدود یک میلیارد تن جرم دارند. و می توان اینطور توجیه کرد که تشکیل سیاه چاله های ریز در واقع به خاطر وجود شرایط جوی استثنایی، در آن زمان اتفاق افتاده است. بنابر محاسبات انجام شده توسط هاوکینگ، برخی از اختر شناسان تصور می کنند که اگر سیاه چاله های ریزی که در زمان مهبانگ تشکیل شده اند، وجود داشته باشند احتمالاً باید در زمانهای نه چندان دور منفجر شوند که اگر این اتفاق بیفتد پرتوهای گاما تولید خواهند شد که می توان با دستگاههای پیشرفته آنها را رصد کرد.
استفن هاوکینگ این نظریه را با استفاده از ترکیب نظریه نسبیت عام انیشتین و مکانیک کوانتومی مطرح کرده است.
۳) محاسبات و نظریات کارل شوآرتسشیلد:
نظریه شوآرتسشیلد که در سال ۱۹۱۶ ارایه شد. بیانگر آن است که وقتی جرم زیادی از ماده در جسم کوچکی جمع شود ماده حاصله بسیار متراکم خواهد شد که این همان مفهوم سیاه چاله می باشد.
ـ شعاع شوآرتسشیلد (انحنای فضا - زمان)
یعنی فاصله مرکز تا شعاع قسمتی که نور در آن محوطه قادر به فرار نمی باشد را به این دلیل که اولین بار شوآرتسشیلد آن را محاسبه کرد به نام شعاع شوآرتسشیلد خواندند. طبق این محاسبات دانشمندان امکان وجود تکینگی (Singularity) (محلی که اجرام بلعیده شده توسط سیاه چاله در آنجا ته نشین می شوند) را مطرح کردند. که در این محل دیگر قوانین نیوتون و انیشتین کارساز نمی باشد. علاوه بر اینها در بیرونی ترین قسمت سیاه چاله ها مرزی وجود دارد که افق پدیده (Event Horizon) نامیده می شود که اگر چیزی به آن وارد شود ناچار به طرف مرکز سیاه چاله رانده خواهد شد.
۴) نظریه تبخیر سیاه چاله ها:
این نظریه نیز توسط استفن هاوکینگ بیان شد و گفته شد که مقداری از انرژی گرانشی سیاه چاله ها که از حد شعاع شوآرتسشیلد هم فراتر می روند قسمتی از جرم آنها را نیز به همراه خود می برند که این موضوع باعث می شود سیاه چاله ها به مرور زمان تبخیر شوند اما میزان تبخیر به جرم اولیه سیاه چاله بستگی دارد که هر چقدر چگال تر باشد میزان بدست آوردن جرم (با ربایش بیشتر) بالاتر از موقعی هست که جرم خود را از دست می دهد بنابراین عملاً این گونه سیاه چاله ها از لحاظ جرمی ثابت باقی می مانند ولی در سیاه چاله های کوچکتر این موضوع بر عکس می باشد.
● چگونگی و مراحل جذب اجرام توسط سیاه چاله ها:
زمانی که یک جرم آسمانی مثلاً ستاره ای در نزدیکی سیاه چاله ای قرار می گیرد، مراحل زیر اتفاق می افتد:
۱) ابتدا گاز و غبار ستاره که قسمت های کم چگال آن هستند به صورت حلقه ای دور سیاه چاله می گردند و به مرور جذب آن می شوند
۲) سیارات و قمرهای ستاره و در صورت امکان منظومه آن، ذوب و کم چگال شده و در داخل سیاه چاله فرو می روند و در نهایت
۳) خود ستاره شکار سیاه چاله خواهد شد.
● شکل نشان دهنده مکش ستاره ای
به داخل سیاه چاله است.
● نتیجه گیری:
تاکنون انسان توانسته است هزاران هزار چیز مختلف را در این جهان شناسایی کند اما باز هم میلیاردها میلیارد چیز دیگر در قلب عالم هستی نهفته هست. هر یک از دانشمندان سعی در این دارند که حداقل یکی از درهای رو به علم را بگشایند و هر محقق هم تلاش می کند کلید هر یک از این درها را پیدا کند.
تحقیق در مورد سیاه چاله ها که یکی از هزاران اجرام پیچیده و شگفت انگیز در این جهان هستند امری مهم هست. اطلاعات قطعی ما در مورد سیاه چاله ها بسیار اندک است چون آنها قابل رویت نیستند و جاذبه زیادی دارند و چیزی نمی تواند به آنها نزدیک شود در غیر اینصورت تبدیل به انرژی شده و جذب سیاه چاله می شوند اما سوالهای زیادی که شاید هنوز جوابی برای آنها پیدا نشده در ذهن ما و سایر علاقه مندان به نجوم باشد از جمله اینکه:
۱) آیا می توان گفت که چگونگی عمل مثلث برمودا و عمل سیاه چاله ها مشابه است؟
۲) آیا سیاه چاله ها در فضا حرکت می کنند؟ در غیر اینصورت، چگونه می توانند ستاره ها یا اجرام آسمانی دیگر را به خود جذب کنند، مگر ستاره ها مدار مشخصی ندارند اگر چنین باشد ستاره باید در اولین گردش خود به دور مدارش در تله سیاه چاله بیفتد.
۳) آیا سیاه چاله ها با گرانش بیشتر می توانند سیاه چاله های کم جاذبه را ببلعند؟
۴) آیا سیاه چاله های کوچکتر به دور سیاه چاله های بزرگتر مرکزی می گردند؟
به نظرم
۱) پایان جهان این گونه می شود که سیاه چاله ها با هم ادغام شده و کل جهان را می بلعند و خودشان در دنیا می مانند.
۲) احتمالاً سیاه چاله ها دارای هسته ای هستند که انرژی های جذب شده به آن جا منتقل می شود و طبق قوانین فیزیک که بیانگر این است هر جسم برای حرکت به انرژی نیاز دارد پس می توان گفت که سیاه چاله های چرخان به کمک این انرژی می چرخند.
۳) وجود کرم چاله ها غیر ممکن می باشد چون طبق نظریات مطرح شده قبلی سیاه چاله ها از ستاره ها پدید می آیند و در واقع همان ستارگان بزرگ مرده هستند که در موقع غول سرخ بودن و تبدیل به سیاه چاله شدن، دریچه ای به جهان دیگر نمی گشایند این نظریه در صورتی ممکن است که سیاه چاله ها اجسامی ساکن باشند و از جرم آسمانی دیگر تشکیل نشده باشند که این هم بعید به نظر می رسد.

چرخش سریع سیاه چاله

اخترشناسان به تازگی سیاه چاله ای را یافته اند که با سرعت ۹۵۰ بار در ثانیه به دور خود در گردش است. همچنان که سیاه چاله GRS ۱۹۱۵ با سرعتی سرسام آور می چرخد ، تمامی موارد اطراف را به داخل خود می کشاند. این فرایند دانشمندان را قادر می سازد تا برخی از پیش بینی های اینشتین را پیرامون نسبیت بررسی نمایند.
ماهیت اسرار آمیز سیاه چاله ها همواره دانش ما را نسبت به فضای اطراف مان و قوانین فیزیک به چالش کشیده است.در این بین وجود این اجرام یکی از جذاب ترین پیش بینی های نظریه نسبیت عمومی اینشتین می باشد.
ستارگانی که ۲۰ برابر خورشید جرم دارند ، باقیمانده هسته ی شان بیشتر از سه برابر خورشید جرم دارد (حد چاندرا برای ستارگان نوترونی ). در این ستارگان پس از اتمام سوخت رمبش چنان ادامه می یابد که به یک حد بحرانی می رسد ، در این هنگام ساختار های بنیادی ماده نمی توانند با نیروی گرانش این اجرام رو به رو شوند. حال حفره ای نا متناهی بو جود می آید که هر چیزی را جذب می کند و حتی نور هم نمی تواند از گرانش آن بگریزد ؛ در این هنگام یک سیاه چاله زاده شده است.
اگر یک سیاه چاله به سرعت گرداگرد خود بچرخد پیچ و تابی شدید در بافت فضا – زمان ایجاد می کند و آن را می توان به طوفانی گردابی تشبیه کرد . گفتنی است این اجسام بسیار پر جرم تر از دیگر اجسام آسمانی هستند .
در روشی نوین جفری مک کلینتاک از مرکز اختر فیزیک CfA به همراه رامش ناریان با بهره گیری از کاوشگر زمان سنج پرتو ایکس راسی ناسا توانستند برای نخستین بار سرعت گردش یک سیاه چاله را به طور دقیق برابر با ۹۵۰ بار در ثانیه تعیین نمایند.
مک کلینتاک در این باره می گوید:نوع گرانش این سیاه چاله با مشاهدات مستقیم پیشین و دنیای وابسته به پدیده های درون اتمی بسیار متفاوت است.ما هم اکنون توانسته ایم سرعت چرخش سه سیاه چاله را به طور دقیق تعیین نماییم.در این میان نتایج حاصل اندازه گیری چرخش میکرو کوازار GRS۱۹۱۵+۱۰۵ با سرعتی برابر ۸۲ تا ۱۰۰ درصد مقدار حداکثر نظری، بسیار هیجان انگیز است.
این کشف ما را قادر می سازد تا علاوه بر یافتن توضیحی قانع کننده پیرامون چگونگی گسیل جت مواد از دو سوی سیاه چاله ،به آشکار سازی امواج گرانشی و مدل سازی منابع احتمالی انفجار های پرتو گاما بپردازیم
● چرا چرخش یک سیاه چاله برای اخترشناسان از اهمیت ویژه ای برخورد دار است؟
مک کلینتاک می افزاید: در اختر شناسی، سیاه چاله ها بنا بر دو ویژگی مهم یعنی جرم و سرعت چرخش شان به دو دسته تقسیم می گردند.
اگرچه که تا کنون اخترشناسان توانسته اند جرم شمار زیادی از سیاه چاله ها را محاسبه نمایند، اما تعیین ویژگی مهم دوم ،یعنی سرعت چرخش آنها فرایندی بسیار سخت و پیچیده بوده است. در حقیقت پیش از این، سرعت چرخش هیچ سیاه چاله ای تعیین نشده بود.
میزان گرانش یک سیاه چاله چنان زیاد است که به هنگام چرخش همه موارد اطراف را به درون خود می کشاند. اختر شناسان برای این اجرام اسرار آمیز لبه ای تعیین می کنند که در واقع شعاع عملکرد سیاه چاله بوده و به طرف داخل آن، لبه همه ی مسیر های آسمان به طرف سیاه چاله شیب پیدا می کند و هر جسمی وارد این محدوده شود به درون آن سقوط می کند، این لبه را افق رویداد می نامند .
GRS ۱۹۱۵ با چهارده برابر جرم خورشید ، در بین بسیت جفت سامانه پرتو ایکس کشف شده ،پرجرم ترین سیاه چاله محسوب می گردد.علاوه بر این در GRS ۱۹۱۵ جت مواد با سرعتی نزدیک به سرعت نور از دو طرف سیاه چاله به بیرون رانده شده و پرتو های ایکس نیز با نواسانات زیادی گسیل می شوند.
سامانه پرتو ایکس دوتایی متشکل از یک ستاره و سیاه چاله می باشد. در این سامانه سیاه چاله همچون همدمی سیری ناپذیر شروع به بلعیدن ستاره می کند.در این بین هنگامی که مواد وارد سیاه چاله می گردند، شروع به چرخش کرده و متعاقب آن میلیون ها بار گرم شده و از خود پرتو ایکس تابش می کنند.دانشمندان با استفاده از طیف پرتو ایکس سیاه چاله توانستند سرعت چرخش آن را محاسبه نمایند.
علاوه بر مک کلینتاک و رامش ناریان تیمی بین المللی متشکل از ربکا شیفی از بخش فیزیک دانشگاه ایالتی هاوارد، رونالد رمیلارد از مرکز اختزفیزیک و تحقیقات فضایی کاولی موسسه فناوری ماساچوست، شین دیویس از دانشگاه ایالتی کالیفرنیا و سانتا باربارا و لی زین لی از موسه اخترفیزیک مکس پلانک آلمان در این تحقیقات همکاری داشته اند.

شگفتی های سیاه چاله ها

دانشمندان ناسا با كمك ماهواره ژاپنی سوزاكو مشاهدات شگفت انگیز و جدیدی از سیاه چاله ها انجام داده اند؛ جزییات عجیبی از فضا-زمان منحنی وار كه قبلا با این دقت مشاهده نشده بود.
به نوشته سایت پارس اسكای، این دانشمندان سرعت چرخش سیاه چاله ها را اندازه گیری كردند و همین طور زاویه ریزش مواد به داخل آن را اندازه گرفتند. این مشاهدات بر پایه عكس العمل نور هنگام نزدیكی به یك سیاه چاله و رسیدن به مرزی كه به آن مرز آهنیK گفته می شود انجام شده. وجود این نوار مرزی قبلاً مورد تردید بود چون شواهد كافی برایش وجود نداشت. اما حالا با قاطعیت ثابت شده كه این نوار مرزی وجود دارد و به عنوان یك معیار قابل قبول از جاذبه خردكننده سیاه چاله ها مورد قبول قرار گرفته است.
ماهواره سوزاكو آشكارساز اشعه ایكس و طیف نگار اشعه ایكس دارد. این دو دستگاه با هم می توانند طیف گسترده ای از انرژی های اشعه ایكس به خصوص در سطوح انرژی بالا را شناسایی كنند. برای شروع این مشاهدات، سیاه چاله هایی با جرم های فوق العاده زیاد در اولویت گرفته اند. این گونه سیاه چاله ها در مركز اغلب كهكشان ها وجود دارند و جرمشان میلیون ها تا میلیاردها برابر خورشید است و اندازه شان به وسعت كل منظومه شمسی ماست.
سیگنال های طیفی سیاه چاله هایی كه سوزاكو آنها را ردیابی كرده است پیش از این هم توسط ماهواره اروپایی نیوتون دیده شده بود، اما سوزاكو حساسیت بسیار بالاتری نسبت به انواع پیشین خود دارد. مجموعه ای از مشاهدات صورت گرفته با سوزاكو نشان می دهد كه مرز آهنی K در تمامی كهكشان ها وجود دارد و سیگنال های دریافتی از آن ناشی از وجود جاذبه شدید در جوار این مرز است. به همین علت هدف بلندمدت اكتشافات فضایی ناسا بر مبنای كشف و شناسایی مرز آهنی K برای یافتن تصویری مشخص از یك سیاه چاله قرار گرفته است.
●●●
به تازگی ناسا با همكاری جمعی از دانشمندان ایتالیایی با استفاده از داده های ارسالی فضاپیمای سویفت برای اولین بار توانستند نوع موادی كه از سیاه چاله ها به خارج از آن پرتاب می شوند را مشخص كنند.
مواد موجود در این فوران های سیاه چاله ای عموما در كوازارها و سایر اجرام سماوی نیز دیده می شوند این مواد اغلب با سرعت نزدیك به نور به خارج پرتاب می شوند. این تیم تحقیقاتی موفق به گشودن معمایی شده كه پیشینه آن به دهه هفتاد میلادی برمی گردد. فوران های مواد سیاه چاله ای عموما مرزهای كهكشان ها را برای صدها هزار سال نوری درمی نوردد. آنها از منابع اولیه توزیع مواد و انرژی در جهان و همچنین كلید فهم و درك چگونگی شكل گیری كهكشان ها و بسیاری معماهای گشوده نشده، همچون منشأ انرژی در جهان اند. فوران های سیاه چاله ای یكی از بزرگ ترین پارادوكس های موجود در اخترشناسی هستند چراكه از یك سو هیچ چیزی در جهان نمی تواند ازجاذبه فوق العاده شدید سیاه چاله ها بگریزد و از سوی دیگر مواد سیاه چاله ای با سرعت نور به فضای لایتناهی پرتاب می شوند. ما هنوز نمی دانیم این فوران ها چگونه شكل می گیرند و تنها چیزی كه تا حال به قطعیت دریافته ایم این است كه از چه موادی تشكیل شده اند. مبحث سیاه چاله ها برای چندین دهه است كه به بحث داغ روز محافل علمی تبدیل شده است. دانشمندان اكنون همگی بر این ایده اتفاق نظر دارند كه مواد فورانی یا باید از الكترون و پوزیترون تشكیل شده باشند و یا از الكترون و پروتون. البته اطلاعات حاصله از فضاپیمای سویفت شواهدی دال بر وجود پروتون در این مواد را دارد.
اغلب كوازارها نیر فوران هایی دارند. این تیم تحقیقاتی نوعی كوازار را با نام بلازار مورد بررسی قرار دادند. بلازارها كوازارهایی هستند كه جهت فواران های شان همیشه رو به سمت ما است انگار كه در مقابل یك لوله تفنگ قرارگرفته باشیم. این تیم دو بلازار را مورد مطالعه قرار دادند ۰۲۱۲+۷۳۵ و PKS ۰۵۳۷-۲۸۶ كه در فاصله ده میلیارد سال نوری از ما قرار دارند.
تا پیش از این، تلسكوپ ها قدرت دیدن جزییات فوران های سیاه چاله ای را كه در طول موج های بین طول موج امواج اشعه ایكس و طول موج امواج اشعه گاما و با انرژی معادل ده كیلو الكترون ولت (keV) و حتی بیشتر به فضا پرتاب می شوند را نداشتند.
این تیم در مسیر تحقیقات خود به فوتون هایی برخورد كرده است كه پس از رسیدن به حداكثر۱۰ keV دچار افت انرژی می شوند. این همان فوتون های اشعه ایكس است كه تا ۱۰ keV به اوج انرژی خود می رسند و سپس افت می كنند. این كشف وجود زوج های الكترون پوزیترون را رد می كند. این تجزیه و تحلیل در چندین مرحله انجام شد. اطلاعات سویفت بر این اساس بود كه سرعت پاشندگی مواد سیاه چاله ای ۹/۹۹درصد سرعت نور است. باتوجه به این مساله دانشمندان توانستند در وهله اول كل انرژیِ جنبشی این مواد را محاسبه كنند و در قدم بعدی با مقایسه بین میزان این انرژی جنبشی با میزان انرژی فوتون های نور، توانستند جرم مواد پاشنده و در نهایت تركبیات آن را به دست آورند.
میزان جرم محاسبه شده تقریباً به اندازه جرم سیاره مشتری است به این صورت كه مركز سیاه چاله همانند یك مسلسل جرمی معادل مشتری را با سرعتی نزدیك به سرعت نور به خارج از كهكشان پرتاب می كند و انرژی فوق العاده زیادی را در جهان تولید می كند. این یافته یك سر آغاز مهم برای دانستن این نكته است كه مواد چگونه شكل گرفته اند و هدفی برای فعالیت های آتی ناسا با استفاده از تلسكوپ فضاییGLA و ماهواره ژاپنی سوزاكو خواهد بود.

سمفونی سیاه چاله ها

دانشمندان با استفاده از یک ابررایانه پیشرفته به صدای سیاه چاله ها که بیشتر شبیه یک سمفونی است گوش می دهند! دانشمندان مدت هاست که به دنبال فراهم شدن امکانی مناسب برای تشخیص صدای سیاه چاله ها بوده اند. در این پروژه دانشمندان از ابررایانه ساخته شده به وسیله دپارتمان فیزیک دانشگاه سیراکوس برای شنیدن صدای سیاه چاله ها استفاده می کنند. این ابررایانه که SUGAR (قند) نام دارد به زودی حجم انبوهی از اطلاعات را از انستیتو فناوری کالیفرنیا دریافت خواهد کرد. به گزارش مهر، این اطلاعات طی مدت بیش از ۲ سال گذشته و به وسیله یک رصدخانه از سیاه چاله ها جمع آوری شده است. دانشمندان امیدوارند تا با استفاده از پردازش های صورت گرفته به وسیله ابررایانه، سمفونی سیاه چاله ها را ثبت کنند!

نظریه انفجار بزرگ ( Big Bang )

بیگ بنگ یا انفجار بزرگ چیست؟
همانطور که گفتم پیدایش کائنات برای انسان یک نادانسته بود و بشر می خواست بداند که این پیدایش از کجا شروع شد.آیا به صورت یکنواخت بوده و همین گونه نیز ادامه دارد یا نه؟ چنان که برخی اعتقاد داشته اند که کائنات همین ساختار را داشته و بدون تغییر باقی می ماند. خب نتیجه اینکه نظریه های مختلفی در این رابطه وجود داشت و نظریه پردازیهای زیادی می شد. یکی از این نظریه ها که حدود سی و هفت یا سی و هشت سال قبل ارائه شد بیگ بنگ یاهمان انفجار بزرگ نام داشت که توانست به خیلی از ابهامات پاسخ بدهد. این نظریه، آغاز کائنات را از یک هسته اتم در فضا و زمان صفر می داند زیرا آن هنگام هنوز فضا وزمان آغاز نشده بود. تصور بکنید که تمام کائنات در یک هسته اتم یاحتی کوچکتر از آن جای داشت و در یک لحظه این فضا و زمان آغاز می شود یعنی اینکه یک انفجار بزرگ که حاصل گرانش شدید ناشی از فشردگی بوده، شروع شد.
این واقعه بین سیزده تا پانزده میلیارد سال پیش رخ داده است، درحقیقت این حادثه از آن نقطه صفر شروع می شود. قابل ذکر است که باوجودچنین فشردگی ای طبیعتاً دمای بسیار زیادی در لحظه کمی قبل از انفجار بزرگ حاکم بوده است. هنگامی که فضا وزمان شروع به بزرگ و باز شدن کرد، دما مدام رو به کاهش بوده به طوری که تخمین زده می شود وقتی فقط یک ثانیه ازتشکیل کائنات می گذشته است ده میلیارد کلوین نزول دما داشته ایم.
انبساط جهان به قدری شدید رخ داده است که از اندازه کوچکتر از یک هسته اتم در یک لحظه به اندازه کره زمین بزرگ می شده، یعنی انبساط و تورم بعد از بیگ بنگ شروع شده بود اما هنوز کهکشانها به وجودنیامده بودند. نور آغاز کائنات بود سپس بعداز نور، ماده ایجاد شد و شاید بعد از دو میلیارد سال از انفجار بزرگ کهکشانها شکل گرفتند و خورشید ما یکی از ذرات کوچک آنهاست.
● کهکشانها چگونه و چه زمانی شکل گرفتند؟
کهکشانی که ما در آن هستیم (کهکشان راه شیری) حدود ده میلیارد سال پیش به وجود آمده است البته اگر قبول کنیم که بیک بنگ سیزده میلیاردسال پیش رخ داده است.
اما کهکشانها انواع مختلفی دارند که عبارت است از: نامنظم، بیضوی و مارپیچی.
ازمواد اطراف کهکشانها که باقی مانده بودند بازوهای کهکشانی شکل گرفتند اما چون فشردگی مواد را در آن قسمت فضا داشتیم ونیز کهکشانهای شکل گرفته بسیار نزدیک به هم بودند طبیعتاً برخوردها هم زیاد بوده است یعنی دوکهکشان با هم ادغام شده و یک کهکشان بزرگتر تشکیل می دادند یا سبب ساز بازوهای کهکشانی بزرگتر می شدند. این اثرات در بحث انتقال به سمت قرمز یا رد شیفت می گنجند.
● این انفجار چقدر طول کشید؟
برای لحظه انفجار بزرگ عدد ده به توان منفی چهل و سه را در نظر می گیرند و بعد از آن لحظه، حادثه شروع می شود که حتی هنوز به هزارم ثانیه نرسیده، تغییرات در حال رخ دادن بوده است.
● عالم در ابتدا چگونه به نظر می آمد؟
آشکار است برای آگاهی از چگونگی اولین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم اولین اجزای ثانیه های پس از انفجار اولیه نباید از ستاره شناسان پرسید بلکه در این مورد باید به فیزیکدان های متخصص در امر فیزیک ذره ای مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرایط کاملا سخت و غیر عادی تحقیق می کنند و تجربه می کنند. تاریخ کیهان معمولا به ۸ مقطع کاملا متفاوت و غیر مساوی تقسیم می شود :
مرحله اول) صفر تا ۴۳- ۱۰ ثانیه
این مساله هنوز برایمان کاملا روشن نیست که در این اولین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد که کیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله و یا فرمول های اندازه گیری برای درجه حرارت بسیار بالا و غیر قابل تصوری که در این زمان حاکم بود در دست نمی باشد.
مرحله دوم) ۴۳- ۱۰ تا ۳۲- ۱۰ ثانیه
اولین سنگ بناهای ماده مثلا کوارک ها و الکترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یکدیگر به وجود می آیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد می کنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذرات فوق سنگین - نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به ضد ماده و مثلا کوارک های بیشتری نسبت به آنتی کوارک ها ایجاد می کنند. ذرات که فقط در همان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت بود از : ( افزونی ماده در برابر ضد ماده
مرحله سوم) از ۳۲- ۱۰ ثانیه تا ۶- ۱۰ ثانیه
کیهان از مخلوطی از کوارک ها - لپتون ها - فوتون ها و سایر ذرات دیگر تشکیل شده که متقابلا به ایجاد و انهدام یکدیگر مشغول بوده و ضمنا خیلی سریع در حال از دست دادن حرارت هستند
مرحله چهارم) از ۶- ۱۰ ثانیه تا ۳- ۱۰ثانیه
تقریبا تمام کوارک ها و ضد کوارک ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. کوارک های جدید دیگر نمی توانند در درجه حرارت های رو به کاهش به وجود آیند ولی از آن جایی که کوارک های بیشتری نسبت به ضد کوارک ها وجود دارند برخی از کوارک ها برای خود جفتی پیدا نکرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر ۳ کوارک با یکدیگر یک پروتون با یک نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اکنون ایجاد شده اند.
مرحله پنجم ) از ۳- ۱۰ ثانیه تا ۱۰۰ ثانیه
الکترون ها و ضد الکترون ها در برخورد با یکدیگر به اشعه تبدیل می شوند. تعدادی الکترون باقی می ماند زیرا که ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود دارد. این الکترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند
مرحله ششم ) از ۱۰۰ ثانیه تا ۳۰ دقیقه
در درجه حرارت هایی که امروزه می توان در مرکز ستارگان یافت اولین هسته های اتم های سبک و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا کربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنیادی که از همه سبکتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن
مرحله هفتم ) از ۳۰ دقیقه تا ۱ میلیون سال پس از خلقت
پس از گذشت حدود ۳۰۰۰۰۰ سال گوی آتشین آنقدر حرارت از دست داده که هسته اتم ها و الکترون ها می توانند در درجه حرارتی در حدود ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد به یکدیگر بپیوندند و بدون اینکه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشکیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای که قبلا نامرئی بود اکنون قابل دیدن می شود.
مرحله هشتم) از یک میلیون سال پس از خلقت تا امروز
از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری ستارگان و سیارات به وجود می ایند. در داخل ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و آهن تولید می شوند. که بعد ها در انفجارات ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیارات و حیات جدید به کار می ایند.
● عناصر اصلی حیات زمینی چه زمانی پدیدار شد؟
برای زمین با توجه به گوناگونی حیات که در آن وجود دارد ۳ چیز از اهمیت خاصی برخوردار بوده است:
از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند.
در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده که سبک ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی کهکشانه ها و سیارات می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است که بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند. در مرکز ستارگان اولیه هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و یا کربن یعنی سنگ بناهای اصلی لازم و ضروری برای زندگی و حیات بوجود آمدند.
● آیا عالم همواره در حال انبساط خواهد بود؟
جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن کهکشانه ها به هر حال رو به کند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یکدیگر جذب می شوند و در نتیجه حرکت انبساطی آن ها کند تر می شود. اکنون پرسش فقط این است که آیا زمانی تمام این حرکت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراکم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراکم بیشتر باشد نیرو های جاذبه بین کهکشانه ها و سایر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حرکت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. در حال حاضر چنین به نظر می رسد که تراکم جرم بسیار کمتر از آن است که زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال این امکان وجود دارد که هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاهچاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شکل تاریک) وجود داشته باشند و نوترینو ها که بدون جرم محسوب می شوند جرمی هرچند کوچک داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حرکت کیهانی زمانی شاید ۳۰ میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان کهکشان ها با شتابی زیاد حرکت به سوی یکدیگر را اغاز خواهند کرد تا در نهایت به شکل یک گوی آتشین عظیم با یکدیگر متحد شوند. آن زمان شاید می باید روی یک انفجار اولیه جدید دیگر و تولد یک عالم جدید حساب کنیم. با توجه به سطح کنونی دانش بشر و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض کرد که عالم تا ابدیت انبساط خواهد یافت.
● با توجه به بزرگی وعظمت کائنات، پیدایش حیات غیرزمینی چقدر احتمال دارد؟
با یک حساب سرانگشتی متوجه می شویم که باوجود این تعداد ستاره احتمال حیات بسیار زیاد است. حتی بعضی از ستاره ها دارای سیاره نیستند و یا این سیاره بسیار دور از ستاره یا بسیار نزدیک به آن هستند و برخی هم گازی می باشند اگر تمام این موارد را از کل ستاره ها کم کنیم تقریباً بیست وپنج درصد آنها امکان وجود حیات را دارند.
● آیا میدانستید ...؟
- تئوری بیگ بنگ در ابتدا توسط کشیش بلژیکی به نام Georgs Lemaitre در سال۱۹۲۷ بیان شد.فرضیه او بعد از مشاهده ی تغییر red shift (خطوط طیف قرمز که برای اندازه گیری فاصله ستارگان از زمین به کار میرود) در سحابی های دور دست ( توده های عظیم گازی) توسط ستاره شناسان ،به عنوان مدل مبنی بر فرضیه ی نسبیت برای جهان مطرح شد. اما فرضیه بیگ بنگ زمانی قاطعانه مورد تایید قرار گرفت که این تشعشعات در سال ۱۹۶۴ توسط Arno Penzias وRobert Wilson کشف شد. که بعدها این ۲ نفربه علت همین کشف خود برنده جایزه نوبل شدند. این تئوری اگر چه بطور وسیعی مورد پذیرش قرار گرفته است لیکن ممکن است هرگز به اثبات نرسد چرا که هنوز برخی سوالات در مورد آن همچنان بی جواب مانده است.
- فقط حدود ۴درصد عالم از ماده ، به شکلی که ما می شناسیم تشکیل شده است ، یعنی ماده معمولی که ما می شناسیم و در آزمایشگاه وجود دارد، فقط ۴درصد کل عالم را می سازد. ۲۳درصد عالم را ماده تاریک سرد تشکیل داده که دانشمندان اطلاعات خیلی کمی درباره اش دارند و ۷۳درصد باقی مانده را انرژی تاریک عجیب تشکیل می دهد که تقریبا تنها چیزی که در موردش می دانیم ، این است که وجود دارد!

سیاه‌چاله‌های غول‌پیكر همه جا حاضرند

در مراكز بیشتر كهكشان‌ها جسم غول‌پیكری هست كه دوست دارد هر چیزی كه در پیرامونش می‌گردد، بلمباند. رصدهای هابل تأیید كرده است كه این غول خفته، سیاه‌چاله‌ای است كه جرمش میلیون‌ها تا میلیاردها برابر خورشید ماست. سیاه‌چاله‌ها نه تنها همه جا حاضرند، بلكه رابطه‌ای ناگسستنی بین آن‌ها و كهكشان میزبانشان وجود دارد.
رصدهای هابل آشكار ساخته است كه ارتباط محكمی بین جرم سیاه‌چاله‌های مركز كهكشان و جرم ستارگان پیر، گازها و غبار مركز كهكشان وجود دارد. برای مثال كهكشان‌های غول‌پیكر، سیاه‌چاله‌های عظیمی دارند. شاید این ارتباط تنگاتنگ شاهدی باشد بر این‌كه به همراه كهكشان خود، رشد می‌كنند و از مقدار فراوان گاز و ستاره‌های در حال چرخش به دور مركز این كهكشان‌ها تغذیه می‌كنند.

قرآن کریم در مورد سیاه چاله‌ها چه می گوید؟

انسان ها عادت داشتند تا زمانی که پیامبران برایشان معجزه نیاورده اند، حرف این فرستادگان خدا را رد کنند. بعضی ها حرف آن ها را قبول می کردند و بعضی هم بر سرسختی خود می افزودند. اکنون بعد از وفات پیامبران، باز هم مردم نیاز دارند بدانند آیا خدا وجود دارد؟، داروینیسم و نظریه تکامل به کفر ورزی انسان ها و سکولاریزم کمک کرد به طوری که این نظریه انسان ها را تا تاریکی های عصر حجر برد. به خاطر تحریف دین مسیحیت و دین یهودیت، پیروان این ادیان در اثر این نظریه دچار تزلزل و دودلی شدند.
اسلام، آخرین دین آسمانی اکنون در مقابل این نظریات کفر آمیز ایستاده است. بیشتر یافته های علمی که دانشمندان به آن می بالند در قرآن ذکر شده است ، که ۱۴۰۰ سال پیش نازل شده است.
یکی از معجزات علمی که در قرآن آمده است، در مورد سیاه چاله ها می باشد.
خداوند با اشاره به مشخصات خاصی، در آیه زیر به سیاه چاله ها اشاره می کنند.
● این مشخصات عبارتند از :
۱) آن ها ستارگانی در حال حرکت هستند.
۲) آن ها پنهان هستند.
۳) آن ها ستارگانی جارو کننده هستند.
اجازه بدهید قبل از اینکه ببینیم اخترفیزیک دان ها در مورد سیاه چاله ها چه می گویند، به این آیه از قرآن کریم اشاره کنیم.
خداوند در قرآن فرموده اند:
فَلا أُقْسِمُ بِالْخُنَّسِ (١٥)الْجَوَارِ الْکُنَّسِ (١٦)وَاللَّیْلِ إِذَا عَسْعَسَ (١٧)وَالصُّبْحِ إِذَا تَنَفَّسَ (١٨)إِنَّهُ لَقَوْلُ رَسُولٍ کَرِیمٍ (١٩) (تکویر)
۱۵. به راستی سوگند به اختران بازآینده نمی خورم. ۱۶. آن روندگان نهان شونده. ۱۷. و به شب چون تاریک شود. ۱۸. و به سپیده چون بدمد. ۱۹. که این سخن فرستاده ای است بزرگوار(جبرئیل). سوره تکویر
به خوبی امروزه مشخص شده است که ستارگان در طول عمر خود دچار تحول می شوند تا آنکه بمیرند. یکی از انواع مرگ ستارگان، تبدیل شدن به سیاه چاله است.
خداوند در قرآن می فرمایند:
وَلا تَدْعُ مَعَ اللَّهِ إِلَهًا آخَرَ لا إِلَهَ إِلا هُوَ کُلُّ شَیْءٍ هَالِکٌ إِلا وَجْهَهُ لَهُ الْحُکْمُ وَإِلَیْهِ تُرْجَعُونَ (٨٨) قصص
با خداوند، معبود دیگری را نخوانید. خدایی نیست جز او، هرچیزی نابود می شود مگر ذات او. فرمان مخصوص اوست، به سوی او بازگردانده می شوید. قصص ۸۸
در طول دوره زندگی ستارگان، آن ها موجودیت خود را تغییر می دهند. این تغییر میلیون ها سال طول می کشد. یکی از آن ها تبدیل شدن به سیاه چاله است که چهره ای ترسناک دارد.
● انواع سیاه چاله ها کدامند؟
دانشمندان سه نوع سیاه چاله را کشف کرده اند:کوچک، متوسط و بزرگ.
۱) نوع کوچک یا کم جرم یا نوع اختری یا کهکشانی
این نوع از سیاه چاله ها از ستارگانی تشکیل می شوندکه جرمشان ۱۰۰ برابر جرم خورشید ما است.
وقتی که انرژی چنین ستاره ای تمام می شود، پوسته خارجی خود را پرتاب می کند و هسته خود را که هنوز ۱۵ برابر خوررشید ما است را نگه می دارد.
دانشمندان عقیده دارند که کهکشان راه شیری ما دارای ده ها هزار از این سیاه چاله ها است بنابراین به آن سیاه چاله کهکشانی می گویند.
۲) سیاه چاله های متوسط
۳) سیاه چاله های بسیار سنگین
در مرکز کهکشان ها قرار دارند. بعضی از دانشمندان عقیده دارند که بیشتر کهکشان ها که کهکشان ما هم جزوی از آن است، دارای سیاه چاله ای در مرکز خود است.
در ستارگان سنگین دو فرایند مهم پیوسته رخ می دهد. یکی جوش هسته ای است( که هیدروژن را از مرکز ستاره به بیرون می فرستد و دیگری جاذبه (که تمامی هیدروژن را به طرفی که آمده بود می کشد). این دو روند یکدیگر را خنثی می کنند تا اینکه هیدروژن ستاره سوخته شود و در این موقع جاذبه غلبه می کند.
وقتی که جاذبه غلبه کرد، ستاره ناپایدار می شود و منفجر می گردد. وقتی که شروع به منفجر شدن کرد، ‌دیگر متوقف نمی شود و ستاره ( و در نهایت اتم هایش) به داخل خود فرو می ریزند و منجر به تشکیل سیاه چاله می شود.( Hewitt ۱۸۶)
این تصویر که به کمک اشعه ایکس گرفته شده است نشان دهنده سیاهچاله ای است که در حال بلعیدن ستاره ای می باشد.
سیاهچاله بسیار سنگین سیاهچاله ای است که جرم آن بین ۱۰۵ تا ۱۰۱۰ برابر جرم خورشید است. امروزه این عقیده وجود دارد که اگر همه کهکشان ها سیاهچاله ای از این نوع نداشته باشند، تعداد زیادی از آن ها که کهکشان راه شیری نیز جزئی از آن است، در مرکز خود چنین سیاه چاله ای را دارند. این سیاه چاله ها دارای خصوصیات عجیبی هستند که آن ها را از همنوعان خود متمایز می کند.
● چرا سیاهچاله ها سیاه می باشند؟
یک موشک برای آنکه سطح زمین را ترک کند باید سریعتر از ۲۵۰۰۰ مایل در ساعت ( ۷ مایل در ثانیه) حرکت کند. به این سرعت، سرعت فرار از زمین می گویند.
اگر راکت سرعتی کم تر از این مقدار داشته باشد، توسط جاذبه به زمین بر می گردد. سرعت فرار از یک سیاه چاله بیش از ۱۸۶۰۰۰ مایل در ساعت است پس اگر بخواهیم از آن فرار کنیم، باید سرعتی بیش از این مقدار داشته باشیم. سرعت نور ۱۸۶۰۰۰ مایل در ساعت است بنابراین نمی تواند از سیاهچاله ها فرار کند پس این سیاهچاله ها به رنگ سیاه هستند.( به عبارت بهتر دیده نمی شوند. )
ستاره شناسان به کمک اشعه ایکس و تلسکوپ های رادیویی توانسته اند سیاه چاله قدیمی را که در اطراف کهکشان راه شیری است کشف کنند. این سیاه چاله که دارای مسیری نامتقارن است در حال بلعیدن ستاره ای می باشد.
اعتقاد بر این است که این سیاه چاله باقی مانده یک ستاره بسیار بزرگ است که میلیاردها سال پیش زندگی می کرده و از خانه خود به بیرون پرتاب شده و سرگردان در حال حرکت می باشد.
بسیاری از ستارگان منظومه شمسی ما در یک صفحه نازکی به نام صفحه کهکشانی هستند. اگرچه خوشه های گردی نیز وجود دارند که هرکدام دارای صدها هزار ستاره قدیمی هستند و به دور مرکز کهکشان در حرکت می باشند و در مسیری می باشند که از صفحه کهکشانی به دور می باشند.
بنابراین زمانی که یک ستاره تمام سوختش به مصرف رسید در خود فرو می ریزد و در نهایت به سیاه چاله ای تبدیل می شود که دارای چگالی بی نهایت و حجم بسیار ناچیز است و میدان مغناطیسی بسیار قوی دارد.
خداوند در قرآن به این حقیقت مرگ ستارگان( که به خاطر پایان سوختشان است اشاره می کنند) در آن جا که می گویند:
وَإِذَا النُّجُومُ انْکَدَرَتْ (٢)
آنگه که ستارگان به سیاهی می گرایند.
● آیا تمامی ستارگان به سیاه چاله تبدیل می شوند؟
تمامی ستارگان به سیاه چاله تبدیل نمی شوند. ستاره ای که جرمش کم تر از ۱.۴ بار بزرگتر از خورشید باشد، به کوتوله سفید تبدیل می شود. ستاره ای که ۱.۴ تا ۳ برابر خورشید جرم داشته باشد تبدیل به ستاره نوترونی می شود. تنها ستارگانی که جرمشان بیش از ۳ برابر خورشید باشد به سیاهچاله تبدیل می شوند.
سیاه چاله ها آن قدر جرمشان زیاد است که نور نمی تواند از آن ها عبور کند و چون چیزی سریع تر از نور نمی تواند حرکت کند، هیچ چیز از سیاهچاله نمی تواند بیرون بیاید.
خداوند به این موارد قسم یاد می کنند تا تائید کنند که قرآن از طرف پروردگار نازل شده است. به آیات ۱۵ تا ۱۹ سوره تکویر که در بالا آمده است نگاهی دوباره بیاندازید.
این نوع تاکید که در این آیات به کار رفته است و خداوند با قسم از آن ها یاد کرده، به خاطر اهمیت سیاهچاله ها است که در واقع ستارگان مرده در حال حرکتی می باشند و نوری از خود تولید نمی کنند و هرچه سرراهشان باشد می بلعند. قرآن مجید از آن ها به "پاک کنندگان" یاد می کند که در تطابق کامل با عملکرد آن ها از لحاظ علمی است.
دانشمندی غیر مسلمان که نام سیاهچاله را برای این پدیده گذاشته است، بسیار مناسب این نام را انتخاب کرده است. اگرچه او هرگز قرآن نخوانده است ولی همان نامی را بر آن ها نهاده که قرآن با آن نام آن ها را خوانده است. این نشان دهنده آن است که قرآن تا چه حدی به حقایق علمی که امروزه کشف می شود نزدیک است. این دانشمند این چنین این پدیده را تعریف کرده " آنچنان نیروی جاذبه ای دارند که مانند یک جاروبرقی نامرئی کیهانی هستند و آن چنان مواد اطراف خود را جذب می کنند که حتی نور نیز نمی تواند ازآن بیرون بیاید."
کلمه قرآنی خُنَّسِ در آیه ۱۵ سوره تکویر را در عربی می توان به جاروبرقی ترجمه کرد.
زمانی که سیاه چاله ها از لحاظ علمی تعریف شدند، دقت قرآن مجید در تعریف آن ها تنها در سه کلمه بیشتر مشخص می شود. قرآن سیاه چاله ها را با خصوصیات زیر تعریف می کند:
۱) آن ها در حال حرکت می باشند.( همان گونه که علم می گوید).
۲) آن ها وقتی شناسایی شدند، دارای حجاب می باشند. ( همان طور که علم می گوید نور نیز نمی تواند از آن ها عبور کند.)
۳) آن ها همه چیز را می بلعند.

طغیان عظیم سیاه چاله مركزی «راه شیری» در ۳۰۰ سال پیش

مطالعات جدید نشان می دهد سیاه چاله مركزی كهكشان «راه شیری» ۳۰۰ سال پیش با طغیان بزرگی از خواب بیدار شده است. با این حال دانشمندان در پی این سؤال اند كه چرا سیاه چاله مركز راه شیری این قدر آرام است.
ممكن است شما نیز مانند بعضی از ستاره شناسان گمان كنید كه سیاه چاله مركز كهكشان ما(راه شیری) یكی از آن سیاه چاله های همیشه آرام و خاموش است، اما تحقیقات جدید مسأله دیگری را نشان می دهد. یك گروه از ستاره شناسان ژاپنی نشان دادند كه سیاه چاله ابر پرجرمی كه در قلب كهكشان ما قرار دارد همانند دیگر سیاه چاله ها فعال و پرخروش است و تنها مدت كوتاهی است كه استراحت می كند. این ستاره شناسان با استفاده از تلسكوپ فضایی نیوتون شواهدی به دست آورده اند كه نشان می دهد این سیاه چاله در ۳۰۰ سال پیش انفجار و طغیان بزرگی را پشت سر گذاشته است. این سیاه چاله كه با نام Sagittarius A-star شناخته می شود یك هیولای فضایی واقعی است كه ۴ میلیون برابر از خورشید سنگین تر است. با این حال میزان انرژی ساطع شده از محیط آن میلیون ها بار از تشعشعات ساطع شده از دیگر سیاه چاله های دور ضعیف تر است.

خطرات ابر نو اختر ها

زندگی هر ستاره ابر غول دارای بیش از ۱۰ جرم خورشیدی در انفجاری عظیم به نام ابرنواختر پایان می یابد. در ابتدا به چگونگی شکل گیری و تشکیل یک ابر نو اختر می پردازیم .
● تشکیل ابرنو اختر :
زندگی هر ستاره ابر غول دارای بیش از ۱۰ جرم خورشیدی در انفجاری عظیم به نام ابرنواختر پایان می یابد. این انفجار آنچنان پر انرژی است که شاید از کهکشان کاملی با میلیاردها ستاره، درخشنده تر شود. شاید تا مدتی از دید ناظر زمینی این ابر نواختر به صورت ستاره تازه و خیلی درخشان به نظر برسد. اگر از این انفجار، هسته ای با ۴/۱ الی ۳ جرم خورشیدی بجای ماند، هسته کوچک می شود و ستاره نوترونی تشکیل می دهد. اگر جرم هسته از ۳ جرم خورشیدی بیشتر باشد، جاذبه آن را وا می دارد که بیشتر منقبض شود تا حفره سیاه تشکیل بدهد.
● انرژی ابرنواختر :
انرژیی که از انفجار هر ابرنواختر آزاد می شود، می تواند دهها هزار سیاره نظیر زمین را ویران کند. همگی ابرنواختر ها ویرانگر نیستند، ولی این انفجارها عناصر بوجود آمده در درون ستارگان را در فضای میان ستاره ای منتشر می کنند تا در انجا به ستارگان و سیارات تازه تبدیل شوند. اتم های کربن که بخشی از مولکولهای تشکیل دهنده اکثر غذاها و بدنمان هستند، برای نخستین بار در داخل ستارگان ایجاد شده اند.
اگر چه ابر نواختر ها حوادث نادری هستند .آنها خیلی قوی هستند و می توانند بر زندگی روی سیاراتی که نزدیک ستارگان دور می زنند تاثیر بگذارند . در حقیقت انفجارات ابر نو اختر ها در مدت ها قبل ممکن است بر روی آب و هوای زمین و تحول زندگی تاثیر گذارده باشند .اگر ابرنواختری حدود ۵۰ سای نوری اتفاق بیافتد بشر اجبار داردکه سطح را رهاکرده ودر زیر زمین حداقل برای چند دهه زندگی کند .
انفجار پرتوهای گاما و ذرات پر انرژی از انفجار ابرنواختر ها میتواند اشکال زندگی بسیاری را بکشد و موجب ضرر و زیان ژنتیکی در دیگران شود .تنها راه جلوکیری از این تابش جابجایی جمعیت در داخل تونل های زیرسطح زمین خواهد بود. ابته اگر یک ابر نو اختر صورت بگیرد ما فرصت کافی برای حفر تونل را نداریم .
حتی اگر ما به مدت طولانی در تونل ها برای رادیواکتیو روی سطح زمین زنده بمانیم نبایستی زمین را دوست داشته باشیم هنگامی که در القاء متقابل ژنتیکی که توسط رادیو اکتیویته می توانست زندگی گیاه و حیوان را به طور جدی اصلاح کند.غذا های اساسی بشر شیر کره تخم مرغ گندم سیب زمینی کاهو و گوشت و سبزیجات و... که در شکل های مختلف می باشند .
غذا های دریایی صرفاً از اقیانوس به عمل می آید و زندگی گیاهی که باید همچنین اصلاح شود یا توسط انفجار ابرنواختر محلی صدمه ببیند حتی اگر زندگی سطحی تابش را نگه دارد آن به لایه های بالاتر ظریف جو مان که باید آب و هوا را یه طور بر جسته اصلاح کند صدمه می زند . ابرنواختر های محلی پیشنهاد شده اند به عنوان یک علت ممکن برای تغییرات آب و هوای اتفاقی و خاموشی ها در گذشتۀ کرۀ زمین . امکان دارد که هرچند صد میلیون سال یک ابر نو اختر نزدیک به زمین اتفاق بیافتد.چنین انفجاری پیشنهاد شده است به عنوان یک بیان نظری از خاموشی دایناسور ها.
پس ما به نظر میرسد که برای لحظه ای نسبتاً امن باشیم . هیچ ستاره ای داخل ۵۰ سال نوری شناخته نشده است که یک غول سنگین قابل انفجاری مانند یک ابرنواختر باشد . یک داوطلب، ستارۀ متغییر ویژه اتاکارینا(eta carina) می باشد که به طور ضعیفی درک شده است اما بعضی از ستاره شناسان پیشنهاد می کنند که آن یک ستارۀ سنگینی که در حال کاهش بسته اش می باشدو به فرو ریزش نهائی اش در چند میلیون سال آینده نزدیک می شود .در فاصلۀ ۳۷۰۰ سال نوری ما بایستی صدائی داشته باشیم ، اگر چه از قرار معلوم جایگاه مطمئنی است .البته ، یک کوتلۀ سفید ، در حال سرد شدن لبه حد چاندراسکار را میبیند که می تواند فرو ریزش کند و یک انفجار ابرنواختر نوع ۱ را تولید کند .حتی یک کوتولۀ نزدیک کاماً ضعیف خواهد بود و بنابر این بایستی بدون هیچ توجهی وجود داشته باشد تا اینکه فرو ریزش کند .
سی بی کارینا یک محل برجسته ای از شکل گیری ستاره است . گاز به توسط تعدادی از ستارگان روشن داغ تحریک شده است که یکی از آنها خود اتای کارینا ظاهراً سنگین ومتغیر است.بعضی از ستاره شناسان گمان می کنند که آن در چند میلیون سال آینده ابرنواختر خواهد شد.

تحلیلی بر نظریه های تشکیل ابر نو اختر

آیا نظریه های موجود درباره ی شکل گیری انفجار های ابر نواختری قابل استنادند و یا باید مورد تجدید نظر قرار بگیرند؟ علل تعدد نظریه برای این پدیده ها یک کج فهمی علمی است یا ریشه ای بنیادی دارد؟ این سوالاتی است که سعی داریم در ادامه به آنها پاسخ دهیم.
انفجارات ابر نواختری به دو دسته ی کلی تقسیم می شوند. بیشتر این انفجارات از نوع دوم محسوب شده که ستاره ی مادر آنها دارای جرمی بیش از ۸ برابر جرم خورشید ماست. این ستاره ها علاوه بر آن که زندگی کوتاهتری را نسبت به سایر ستارگان تجربه می کنند، مراحل نموشان نیز با سرعت بیشتری طی می شود و آن هنگام که زمان مرگشان فرا می رسد خالق انفجاری هسته ای می شوند که اختر شناسان را از گوشه و کنار جهان متوجه خود ساخته و فرصتی را جهت آزمایش آموخته ها و پیش بینی هایشان، مهیا می سازد. وقتی تمام انرژی این ستاره ها به مصرف رسید هسته شان متلاشی می شود و نیروی گرانش بسیار زیاد هسته، باعث انبساط ستاره و سر انجام انفجار لایه های بیرونی آن می شود و در پایان کارشان، ستاره ای نوترونی یا یک سیاهچاله ی غول پیکر از خود باقی میگذارند. اما گونه ی اول از انفجارها که کمتر هم مشاهده می شوند، دارای اجداد متفاوتی نسبت به انواع دیگر خود هستند که معمولا از یک کوتوله ی سفید بسیار پیر و دارای ابعادی حدود هسته ی خورشید ما یا سایر ستارگان جوان تشکیل می شوند. این ابر نو اخترها که در بیشتر موارد از عناصر کربن و اکسیژن ساخته شده اند، در واقع از همجوشی هسته ای هیدروژن و هلیم در روزهای پایانی عمر کوتوله سفید تشکیل می شوند. در این کوتوله ها مواد تحت نیروی بسیار بزرگ گرانشی متراکم شده و به حالت فوق غلیظ یا انحطاط می رسند که در واقع کوچکترین حالت مشاهده شده برای یک مجموعه اتم است. در این حالت انرژی کوانتمی ذرات نیز در مقدار کمینه ی خود قرار می گیرد. در همین رابطه پروفسور سوبراهمانییان چاندرازخار (که نام رصد خانه ی پرتو ایکس ناسا، چاندرا، از نام او گر فته شده) ثابت کرد که بیشترین فشار متقابل در برابر نیروی گرانش که از طرف الکترون وارد می شود دارای یک بیشنه است. این حد که بعدها به حد انحطاط چاندرازخار معروف شد، نشان داد که بیشترین جرمی که یک کوتوله ی سفید می تواند تحمل کند ۱.۴۴ برابر جرم خورشید است و بیشتر کوتوله ها هم جرمی بسیار کمتر یعنی درحدود ۰.۵ الی۰.۶ برابر جرم خورشید ما را دارا هستند. این حجم عظیم انرژی رفته رفته به عاملی برای از کار افتادن سیستم سوختی ستاره تبدیل شده و در واقع باعث مرگ تدریجی و سرد کوتوله می شود. ولی چیزی که در سیستم های چندتایی کوتوله ها مشاهده شده کمی متفاوت است.
اگر یکی از همدم ها به اندازه ای بزرگ باشد که شرایطش به حد چاندرازخار نزدیک شده باشد، دما و چگالیش با سرعت قابل توجهی افزایش می یابد و باعث جریان یافتن چرخه ی کربن- کربن میشود. در همین هنگام همدم ستاره که تا کنون تاثیر قابل توجهی در روند زندگی ستاره نداشته است، با تبدیل شدن به یک غول سرخ و یا ستاره ای ابر پرجرم ،خود را برای مراحل پایانی زندگی آماده می کند و دچار تغییری بنیادی می شود که آینده ی ستاره را به کلی دست خوش تغییر خواهد کرد. کربن و اکسیژن به عناصر سنگین تری مثل سیلیکون، گوگرد، کلسیم، آهن، نیکل و کبالت تبدیل می شود و همین تعدد عناصر تشکیل دهنده، ستاره ای را که به سمت ابر نو اختر نوع یک حرکت می کرد، در حد یک ابر عظیم گاز نگه می دارد. نظریه های مختلفی برای آینده ای این منظومه ها مطرح شده است اما سرانجام بعد از یک دهه تلاش، جرقه ی حل این مسئله نیز روشن شد.
همان طور که گفتیم ستاره ی همدم، هیدروژن و احتمالا هلیم خود را در طی جریانی از مواد بین دو جرم به کوتوله ی سفید منتقل می کند. بعد از گذشت زمانی نسبتا طولانی جرم موجود در کوتوله از حد چاندرازخار افزایش می یابد، در همین لحظه جریان مواد قطع شده و کوتوله با انفجار ابر نو اختری از نوع یک به زندگی خود پایان می دهد و همدمش نیز ناچار است باقی عمر خود را مثل یک ستاره ی کوچک و عادی ادامه دهد.
اما راه دوم: ممکن است فاصله ی غول ستاره ای ما از آنچه برای تبادل مواد لازم است بیشتر باشد یا گرانش ستاره به حد کافی بالا باشد که از فرار لایه های سطحی جلوگیری کند. این مشکل حل نشده ماند تا نوابر سال ۲۰۰۲، در این سال یک کهکشان گمنام در صورت فلکی حوت توجه همگان را به خود جلب کرد. ابر نو اختری موسوم به ۲۰۰۲ IC دراین صورت فلکی درخشش خود را آغاز کرد و با روشنایی چند برابر ابر نو اختر های معمولی نور افشانی نمود ولی باز هم از نوع دوم این انفجارها به شما می آمد. بعد از بررسی طیف آن ستاره در نور مرئی نوار ضخیمی از فلزات سنگین از قبیل سیلیکون و آهن مشاهده شد و این در حالی بود که تنها عناصر کربن و اکسیژن پدیدآورندگان کوتوله ها محسوب می شدند.
مارییوهاموی از مرکز تحقیقات کارانگی و همکارش متوجه شدند که همدم این کوتوله ها که غول های معمولی یا از رده ی ای جی بی هستند، مانند سایر ستارگان می میرند و بنابر این بعد از مرگ آنها تنها چیزی که باقی می ماند یک سحابی سیاره نما است و در مر کز این سحابی یک کوتوله ی سفید ایجاد می شود که باز هم به دور همدم خود می گردد اما این بار در سامانه ای کوتوله ای. آنان با مقایسه ی حدسیات خود و سوپرنوای ۲۰۰۲ IC دریافتند که همدم این کوتوله ها مانند حالت قبل شروع به از دست دادن جرم می کند وبا رسیدن به حد چاندرازخار همان مراحل را طی میکنند. بعد از چند سال در سال ۲۰۰۵سوپرنوای مشابه نوع اول در کهکشان ان جی سی ۱۳۷۱ روی داد که ۲۰۰۵ KA نامیده شد و رصد خانه ی فضایی ناسا موسوم به سوئیفت که در سال ۲۰۰۴ آغاز به کار کرده بود موج بلندی از پرتوهای ایکس و امواج فرابنفش را از آن سوپرنوا آشکار کرد که نشان می داد این ابر نواختر توسط لایه ای از غبارهای هیدروژنی پوشیده شده است. اما چرا در سوپرنوای ۲۰۰۲ IC کوچکترین نشانه ای از هیدروژن ثبت نشده بود؟ به نظر اندرو هاول از دانشگاه تورنتو علت مشاهده نشدن هیدروژن عدم وجود آن نیست. در منظومه های تکی بعد از انفجار، شدت نورهای ساطع شده آن قدر زیاد است که تشخیص عناصر محدود درآن غیر ممکن به نظر می رسد ولی در نمونه ی ۲۰۰۲ نیز هیدروژن ولو در اشکال مختلف وابتدایی وجود نداشته است.
بعد از چند وقت عکس هایی توسط لیوییو از دانشگاه آدام ریس منتشر شد که در آن قسمتی از کوتوله توسط همدمش پوشیده شده بود. با توجه به این مشاهده احتمال می رود که ستاره ی همدم بعد از انفجار، از خود دو هسته باقی می گذارند که هسته ی اول متعلق به خود ستاره، و دومی همان کوتوله ای است که توسط همدمش بلعیده شده. این دو کوتوله ی سفید دچار گردشی پایدار و ابدی به دور یکدیگر شده و مدتی بعد آنقدر فاصله شان کم می شود که به درون هم فرو ریزش می کنند و کاملا نا گهانی از حد پایداری چاندرازخار گذشته و سوپرنوایی را به وجود می آورند.
نظریه ای که تاکنون مطرح شد قابل قبول ترین توجیهات موجود برای این پدیده هاست ولی اگر این موضوع درست باشد یک تناقض جزئی مطرح می شود. با توجه به مشاهدات دانشمندان تاکنون بر این باور بودند که درخشش انفجارات به سرعت کاهش می یابد. این مطلب برای جرقه های کوچک و مصنوعی مثل آتش بازی ها یا بمب ها درست است ولی انفجارات ستاره ای به گونه ی دیگری ایجاد می شوند. با وجود آنکه انفجارات ستاره ای خود به خود است در خششی شدید ایجاد می کنند که ضربان اصلی و به عبارت بهتر پالس انفجار، در لحظات بعدی توسط ابزارهای رادیویی به ثبت می رسند. در نوع ۱A ،کربن طی مراحل همجوشی به نیکل ۵۶ تبدیل می شود. این انحطاط بعد از مدت ۶.۱ روز به کبالت۵۶ تبدیل شده و ظرف کمتر از دو هفته به اوج نور افشانی خود در طول عمرش می رسد. کبالت هم بعد از ۷۷ روز جای خود را به ایزوتوپ ۵۶ آهن می دهد.
کوتوله ی سفید کربن و اکسیژن که تنها۰.۶ تا ۰.۷برابرجرم خورشید را داشت و در مرحله ی نیکل سوزی بود، منفجر شد و تمامی شواهد نشان داد که باید جزء انفجارات نوع ۱A قرار بگیرد ولی درخشش زیادش پذیرش این موضوع را با مشکل مواجه می کرد. این موضوع درهاله ای از ابهام باقی ماند تا کشف ابرنواختر ۲۰۰۴ FG که نه تنها ویژگی های ابر نواختر قبلی را حفظ کرد بلکه انتقال به سرخی معادل ۰.۲۴۴ داشت و از کهکشان ما فقط یک توده ی مه آلود بود که ۳ میلیون سال نوری با ما فاصله داشت و جرقه اش هم ۱.۳ اندازه ی خورشید و حامل طیف نیکل ۵۶ بود.
آیا ممکن است مواد تشکیل دهنده ی کوتوله در طی فرآیند همجوشی جای خود را به نیکل دهند؟ خیر؛ با توجه نظریات هاول و همکارش مارک سولیوان از دانشگاه تورنتو که در واقع گزارشی از شکل گیری ۲۰۰۶ FG بود و در مجله علمی نیچر(Nature) هم به چاپ رسید، انفجار در رده ی طیف مرئی و از نوع اول بوده که شامل عناصر سیلیکون ،گوگرد و کلسیم نیز می شده است. در عوض منجمان مطمئن اند که انفجار از یک کوتوله سفید با جرمی دو برابر خورشید بوده که ۵۰ درصد از حد چاندرازخار نیز پیشی گرفته بود. رصدهای این کوتوله هم نشان داد که با شتابی کمتر ازحد معمول منفجر می شود و گرانش بیشتری از کوتوله های سفید معمولی به لایه های خارجی وارد می کند. آیا این سوپرنوا یک فرا چاندرازخار و یک استثناست؟
در ماه آگوست نظریه ای توسط هاول و گروهش از جمهوری چک مطرح شد که بلافاصله باجبهه گیری مجامع مهم نجومی به ویژه گردهمایی سه ساله اخترشناسان مواجه شد. او در نظریه خود حد چاندرازخار را به ۲.۱ برابر جرم خورشید افزایش داد و اثبات کرد که کوتوله ی سفید ۱.۴ برابر خورشید کاملا عادی و مهتمل است. ولی با وجود اثبات های ظاهرا قابل قبول، پذیرش این امر نامحتمل به نظر می رسید و انقلابی را در ستاره شناسی پی ریزی می کرد.
به گفته یووزلی از دانشگاه سانتا کروز کالیفرنیا و دانیل کاسن از جان هاپکینز، ما تا کنون نمونه های متعددی از سوپر نوا ها را بررسی کرده ایم و با رسم جدول داده ها واحتمالات وجود چنین کوتوله های سفیدی که از حد ۱.۴ برابر تجاوز کنند را تقریبا منتفی می دانستیم و توانسته بودیم مدلی را برای درخشش های بالا مطرح کنیم. ولی قادر به توجیه نیروی کم خروج از مرکز ۲۰۰۴ FG نبودیم در حالی که می دانستیم نیکل-۵۶ بیشتر به معنی انفجار بزرگتر وشتاب بیشتر است.
به هر حال بزرگترین سوال مطرح، علت ادامه ی چرخش کوتوله ها به دور قطب هایشان در طی افزایش جرم و تبادل ماده برای رسیدن به ۲ برابر جرم خورشید است و توجیه منطقی آن توسط تئوری های گوناگون بررسی شده. حتی اگر تئوری اخیر درست باشد ممکن است تعریف موجود درباره ی سوپرنوا و انواع آن مخصوصا ۱A را به چالش بکشد. البته ممکن است موضوع به این پیچیدگی ها هم نباشد و توجیه بسیار ساده و واحدی نیز وجود داشته باشد.

اتمسفر زمین

بسیاری از مردم پوشش اطراف زمین را تا آنجا که جو نامیده میشودبه مثابه پوششی تحت نام اقیانوس هوا می شناسند که زمین را در بر گرفته است و این پوشش لایه هایی از گازها وبخار آب است . با اینکه از نگاه اولیه این تصور شکل می گیرد اما باید بدانیم که در این نگرش ساده مواردی وجوددارد که در بحثهای عمومی کمتر بدان پرداخته می شود.
بحثهائی که تحت آن علم هواشناسی شکل می گیرد و به راستی یکی از زیبا ترین وپیچیده ترین مکانیسم های طبیعی را مورد بررسی قرار میدهد.
آنچه که برروی این کره خاکی حیات را مقدور ساخته است ارتباط بسیار منظم وتنگاتنگی ما بین اعضای تشکیل دهنده این پوشش با طبقات مختلف است.طبقاتی که هر لایه آن وظیفه بسیار مهم وتعیین کننده ای در تشکیل و ادامه حیات داراست. به نحوی که با حذف مجازی هر لایه ومحاسبات مربوط به آن دگرگونی ژرفی در سایر طبقات وبه تبع آن، تغییر کامل مکانیسم فعلی را سبب می شود.در دید اغلب افراد اهمیت جو در لایه مجاور زمین است که دارای اکسیژن کافی برای تنفس می باشد.برای شکل گیری این لایه که موجودات در تماس مستقیم با آن می باشندطبقات دیگر طبق چینش خاص خود با خصوصیات منحصر به فرد دخالت دارند که در این مشارکت با حذف هر کدام قطعا حیات به خطر جدی خواهد افتاد. گر چه جو به معنای واقعی یک سوسیال کامل است و هیچ جای خالی در جو نمی توان یافت و کاملا فضا را به یک نسبت ویک شکل پوشش می دهد اما در هر لایه ترکیبات خاص از عناصر و ملوکولها با توجه به خصوصیات آن لایه قرار دارد.از دیدگاه مخابرات ماکروویو وابستگی ارسال تحت کانال هوا به پارامترهای فیزیکی ،جای پائی برای مطالعه وباز بینی دقیقی بر این رویه میطلبد. اهمیت لایه های جو در مخابرات بدین سبب است که محیط انتقال امواج الکترومغناطیس بوده و گاهی به عنوان Reflector مورد استفاده قرار میگیرد ماهواره ای که در مدار زمین قرار میگیرد وتنها راه ارتباطی آن با زمین امواج رادیوئی میباشد، امواجی را دریافت میدارد که از این لایه ها در شرایط مختلف جوی ودر زمانهای مختلف فصلی وشبانه روزی عبور نموده است.دو مشخصه عمده امواج صرفنظر از نوع قطبی شدگی و اختلاف فاز ، دامنه موج و فرکانس موج میباشد.که هرچه فرکانس موج بالاتر رود نفوذ وانتشار آن در فاصله های بعید بهتر صورت میگیرد.اما این دو کمیت به چه نسبت وتا چه حدود افزایش یابند که اولا اختلاف زیادی با سطح Optimize خود نداشته از طرف دیگر ارتباط به شکلی دائمی وجود داشته باشد.چرا که طبق آنچه که در ادامه توضیح داده خواهد شد جو ترکیبی پیچیده از عوامل محدود کننده میباشد که بر اساس ماهیت فیزیکی منحصر به فرد خود در ارتباط با امواج رادیوئی در طول شبانه روز رفتار متغییری از خود نشان میدهد.
● مختصری در خصوص اتمسفر زمین
فضای بین اتمسفر زمین وسیارات منظومه شمسی خلا کامل نیست اگر چه چگالی مواد بین سیارات کم است این فضا مقادیری گازهای داغ وذرات گرد و غبار در بر دارد. مواد گازی موجود در این نواحی را گاز بین سیارات مینامند زیرا این گازها بین سیارات قرار دارند واغلب از پروتونها و الکترونها تشکیل شده اند و چگالی مولوکولی آن بسیار کم است.
مدار حرکت زمین به دور خور شید از فضای بین سیارات میگذرد وبه همین دلیل با گازهای بسیار رقیق بین سیارات ادغام می شود.
جو از نظر عمودی ممکن است بنا به ترکیبات ،عکس العملهای شیمیایی ، یونیزه شدن ، دما ، فشار وغیره برحسب ارتفاع طبقه بندی شود که در این بخش مختصری از خصوصیات این طبقات شرح داده میشود.از موارد بر شمرده شده یونیزه شدن از اهمیت فوق العاده ای بر خوردار است.
به طور خلاصه میتوان گفت که جو از چهار لایه کاملا مشخص تروپوسفر ، استراتوسفر ،مزوسفر و ترموسفر تشکیل شده است.
دماهای زیاد نزدیک سطح زمین ،در مجاورت استراتوپاز و ناحیه ترموسفر دیده میشود.این زیاد بودن دما به تابش خورشید و جذب آن مربوط است.بیشتر تابش خورشیدی توسط سطح زمین جذب میشود.بنا بر این تروپوسفر از ناحیه زیرین شروع به گرم شدن میکند.تغییرات دما از سطح زمین با افزایش ارتفاع ، کاهش می یابد و این بدین سبب است که از منبع گرمائی که سطح زمین می باشد دور میشویم.بر عکس تروپوسفر ناحیه گرمائی استراتوسفر در بالای آن قرار دارد واینجا همان نقطه ای است که در آن شکل گیری اوزن و تجزیه ملوکولهای اکسیژن صورت میگیرد ودر اثر این واکنش گرما ایجاد میشود .با نزدیک شدن به این بخش چون به منبع گرمائی نزدیک میشویم تغییرات دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد.در بخش بالاتر، مزوسفر قرار دارد که در اینجا چگالی مولکولی کم میشود وبا افزایش ارتفاع به دلیل دور شدن از استراتوسفر که منبع گرمائی میباشد، دما به شدت نزول میکند تا بخش بالاتر که ترموسفر نامیده میشود از اینجا به بعد دما باز هم افزایش می یابدو توجیه آن خروج از حیطه زمین وکاسته شدن اثرات حرارتی آن ونزدیک شدن به منبع اصلی گرما در منظومه شمسی می باشد.از اینجا به بعد تغییرات دما سیر صعودی دارد. در اتمسفر زمین تقریبا از ارتفاع ۵۰ تا ۵۰۰ کیلومتر یعنی بخشهائی از مزوسفر و ترموسفر لایه هائی از گازهای یونیزه به نام یونسفر وجود دارد.یونسفر از الکترونهای آزاد و یونهای مثبتی تشکیل میشودکه با جذب تشعشع ماوراء‎‎ بنفش خورشید توسط اتمها ومولکولهای اتمسفر بالائی ایجاد میگردند.ذرات باردار در این ناحیه توسط میدان مغناطیسی زمین به دام می افتند.خصوصیات این لایه ها از نظر ارتفاع وچگالی یونی از طرفی به ترکیبات مزوسفر و ترموسفر و از سوی دیگر به طبیعت تشعشعات خورشیدی و چگونگی چرخه لکه خورشیدی(Sunspot cycle) بستگی دارد.طوفانهای خورشیدی که در اثر انفجارات سطحی خورشید به وجود می آیندو از میزان بسیار زیاد انرژی آزاد شده آن تنها بخش بسیار کوچکی به زمین میرسد نیز در این مشخصه ها نقش اساسی دارند .از آنجائیکه این انفجارات و تشعشعات پریودیک نبوده ومیزان ومعیاری برای تناوبی شدن آنها در فواصل کوتاه شبانه روز،فصلها وحتی سالها وجود ندارد پیش بینی مشخصه های چگالی یونی و ارتفاع توسعه یافته لایه یونسفر تقریبا غیر ممکن میباشد.لایه یونسفر با توجه به دارا بودن حالت یونی وپلاسما گونه اش به لایه پلاسما نیز شهرت دارد.از خصوصیات بارز این لایه ایجاد شفق قطبی که پدیده ای نادر است رامی توان نام برد.این پدیده در اثر به دام افتادن ذرات باردار ویونها در میدان مغناطیسی قوی موجود در قطبها می باشد.در این لایه چگالی الکترون ویون در لایه های یونیزه جداگانه اساسا یکسان است .وجه تسمیه پلاسمای این لایه بر اساس همین توازن چگالی الکترون و یون می باشد.یونسفر نقش اصلی در انتشار امواج الکترومغناطیسی دارد واثرات مهمی بر ارتباطات راه دور را داراست.از آنجائیکه جرم الکترونها نسبت به یونهای مثبت بسیار سبکتر است توسط میدانهای الکتریکی امواج الکترومغناطیس گذرنده بیشتر شتاب می یابند.در تحلیل ارائه شده بر اساس این واقعیت از شتاب یونها صرفنظر شده و لابه یونسفر به عنوان یک گاز الکترون آزاد Free electron gas در نظر گرفته شده است.

ستاره شناسی

ستاره شناسی ، علمی است که با مشاهده و توضیح وقایعی که در خارج از زمین و جو آن رخ می دهد سر و کار دارد. این علم منشاء پیدایش و خواص فیزیکی و شیمیائی اشیائی که قابل مشاهده در آسمان بوده ( و خارج زمین قرار دارند) و همین طور فرایندهای منتج از آنها را مطالعه می کند.
در طی قسمتی از قرن بیستم ، ستاره شناسی به سه شاخه تقسیم شده بود: محاسبات نجومی ، مکانیک آسمانی و فیزیک نجومی حالات برجسته متداول فیزیک نجومی در نام گذاری گروه های آموزشی دانشگاهی و مؤسسات درگیر با تحقیقات نجومی متجلی می شود: قدیمی ترین آنها بدون هیچ تغییری گرو ه ها و موسسات ستاره شناسی می باشند ، جدیدترین آنها به نگه داشتن فیزیک نجومی در نامشان تمایل دارند ، برخی اوقات کلمه ستاره شناسی را برای تاکید بر طبیعت تحقیقاتشان ، در نامشان قرار نمی دهند. به علاوه، تحقیقات فیزیک نجومی ، مخصوصا در فیزیک نجومی نظری، را افرادی که پس زمینه فیزیک و ریاضی دارند می توانند انجام دهند.
ستاره شناسی از معدود علومی است که آماتورها هنوز در آن نقش فعالی دارند، خصوصا در کشف و مشاهده حوادث زودگذر. ستاره شناسی نباید با طالع بینی، شبه علمی که با پیگرد مسیر اجرام آسمانی، مبادرت به پیشگوئی سرنوشت افراد می نماید اشتباه شود. این دو اگر چه در ریشه مشترکند ، اما کاملا متفاوتند ؛ ستاره شناسان روش علمی را پذیرفته اند ، در حالی که طالع بین ها اینطور نیستند .
● تقسیمات ستاره شناسی
ستاره شناسی به چند شاخه تقسیم میگردد. اولین تقسیم بندی بین ستاره شناسی نظری و ستاره شناسی شهودی می باشد. مشاهده گرها روشهای مختلفی را برای جمع آوری اطلاعات درباره حوادث به کار می برند ، اطلاعاتی که بعدا توسط نظریه پردازان برای ایجاد تئوری ها و مدل هائی برای شرح مشاهدات و پیش بینی حوادث جدید به کار می رود.
حوزه های مطالعه همچنین به دو طریق دیگر تقسیم بندی می شوند : موضوعی , که معمولا به منطقه فضا ( مثلا ستاره شناسی کهکشانی( یا مسائل اشاره شده مانند تشکیل ستاره یا کیهان شناسی) بستگی دارد ؛ یا به روش مورد استفاده برای گردآوری اطلاعات (به طور مبنائی ، چه ناحیه ای از طیف االکترومغناطیس استفاده می شود).
در حالی که تقسیم بندی اولیه به هر دوی مشاهده گر و نظریه پرداز مربوط می شود ، دومی مربوط به مشاهده گرهاست (نه کاملا) ، چون نظریه پردازها سعی می کنند از اطلاعات موجود در تمامی طول موج ها استفاده کنند و مشاهده گرها اغلب بیش از یک منطقه از طیف را مشاهده می کنند.
● تاریخچه ستاره شناسی
مردمان اولیه از آسمان به عنوان قطب نما، ساعت و تقویم استفاده می کردند. طلوع و غروب خورشید به ترتیب نمایانگر شرق و غرب بودند. صورت های کره ماه، یک ماه را معین می نمود و ماه به همراه حرکت سالانه خورشید در آسمان تقویم را پدید آورند. با شروع تبادلات تجاری میان فرهنگ ها، موقعیت ستارگان برای راهنمایی دریانوردان به کار گرفته شد.
● ستاره شناسی ما قبل تاریخ
آثار مشاهدات آسمان حتی از دوران ما قبل تاریخ، یعنی قبل از آغاز ثبت رخدادها ، بر جای مانده است. تصور می شود که سنگ های قائم یافته شده در برخی از نقاط اروپا اولین رصدخانه ها باشند و این سنگ ها برای نشان دادن موقعیت خورشید و ماه در برخی از اوقات سال، نظیر اعتدالین، چیده و مرتب شده اند. احتمالا مراسم مذهبی در این روزها برگزار می شد ، هر چند که کاربرد دقیق سنگ ها به درستی معلوم نیست.
می توان نمونه برجسته سنگ های قائم ماقبل تاریخ را در استون هنج انگلیس یافت. این سنگ ها حول دایره ای چیده شده اند و ظاهرا بین سالهای ۲۲۰۰ و ۱۶۰۰ قبل از میلاد برپا شده اند. خیابانی دراز به محلی منتهی می شود که خورشید به هنگام رسیدن به بالاترین نقطه آسمان (انقلاب تابستانی)، در روز به آنجا می رسد. از دیر باز استون هنج با مراسم بت پرستی آمیخته بوده است و هنوز آیین های گرامیداشت انقلاب تابستانی در آنجا برگزار می شوند. اغلب ، اختر شناسی اولین علم محسوب می شود. تقریبا همه تمدن های پیشین حرکات اجرام سماوی را مطالعه می کردند و از اندوخته دانش شان برای تعیین زمان، تجارب و نظم دادن به زندگی روزمره بهره می گرفتند. این اولین کوشش برای درک نیروهای طبیعی و مهار آنها به سود بشر بود.
● انسان های شکارچی و گیاه چین
انسان های نخستین باشکار و جمع آوری گیاهان امرار معاش می کردند. اگر چه بقایای اندکی از این جوامع باستانی بر جای مانده ، ولی بی تردید آنها بازگشت ادواری فصول و الگوهای نامتغیر ستارگان را مشاهده کرده اند . به عنوان مثال ، استخوان هایی که در آفریقا کشف شده ، نقوشی را نشان می دهند که ظاهرا هلال های ماه را در قالب تقویم جمع بندی کرده است.
انسان ها تقریبا در ۹ هزار سال قبل از میلاد در جوامع زراعی ساکن شدند. دو فرهنگی که در ابتدا پیدایش یافتند عبارت بودند از مصریان در آفریقا و بابلیان در غرب آسیا، برای هر دو تعیین زمان جهت سازماندهی به زندگی مذهبی و اقتصادی ضروری بود و آنها با حرکات ماه و خورشید تقویم ابداع کردند. این تقویم ها بر پایه سال شمسی یا سال قمری استوار بودند. سال شمسی مدت زمانی است که زمین بدور خورشید می گردد یعنی ۳۶۵ روز و یک چهارم روز .
● اعتقادات بابلیان
بابلیان تقویم شان را از روی رصد ماه که چرخه اش ۲۹/۵ روز طول می کشد، ابداع کردند . تقویم های بابلی که احتمالا نخستین بار در سال ۳ هزار قبل از میلاد پدید آمدند ، بر اساس ۱۲ ماه قمری بودند. بعد از هر دوره ۲۹ روزه ، دوره ای ۳۰ روزه قرار داشت در نتیجه سال قمری ۳۵۴ روز بود . برای مساوی نمودن سال قمری و شمسی ، که تغییر فصول را کنترل می کرد هر چند سال یکبار چند ماه دیگر به تقویم اضافه می شد.
بابلیان معتقد بودند که خدایان ، خورشید ، ماه ، سیارات و ستارگان را در آسمان قــرار داده اند و به دقت بر آن ها نظارت می کنند . آنها دریافتند که سیارات در پهنه معینی از آسمان حرکت می کنند که به برج فلکی معروفند و الگوهای ستارگان این پهنه را به صور فلکی تقسیم نمودند . آنها هم چنین مشاهدات خود را از کسوف ها ، شهاب ها ، ستارگان دنباله دار ثبت کردند.
● مصریان
مصــریان باستان توجه اندکی به حرکات سیارات داشتند و از ستاره شناسی تنها برای تعیین زمان استفاده می کردند . آنها اولین مردمانی بودند که تقویمی مبتنی بر سال شمسی ابداع نمودند . آن سال با طغیان رود نیل آغاز می شد که رخدادی سالیانه بود و برای جوامع زراعی مجاور کرانه اش اهمیتی حیاتی داشت. این طغیان با طلوع صبحدم ستاره شعرای یمانی ، درخشان ترین ستاره آسمان، مقارن بود .
● چینی ها
قدمت اختر شناسی چینی به ۴ هزار سال قبل از میلاد باز می گردد و چینی ها متقاعد شدند که حرکات خورشید ، ماه و سیارات راهنمای پیش گویی آینده هستند. آنها به دقت آسمان را رصد نمودند و امروزه یادداشت های آنها درباره ستارگان دنباله دار و ابرنواخترها برای اخترشناسان کاربرد قابل ملاحظه ای دارد. آنها توجه خاصی به کسوف مبذول داشتند و می پنداشتند که بدیمن است. آنها تصور می نمودند که کسوف بر اثر خورده شدن خورشید توسط اژدها ایجاد می شود و در خلال کسوف به خیابان ها می ریختند تا با کوبیدن قابلمه و ماهی تابه آن جانور را فراری بدهند.

مشتری چگونه لکه‌های خود را تغییر می دهد

یکی از بارزترین و شناخته شده ترین ویژگی های سیاره مشتری وجود مجموعه ای از طوفان های عظیم و نیرومند در اتمسفر این سیاره است، از لکه قرمز بزرگ [معروف به چشم گاو] گرفته تا طوفان های کوچک تری که توسط دو کاوشگر به نام های ویجر و گالیله دیده شده اند. به هر حال، دانشمندی معتقد است در حالی که مشتری تغییرات قابل ملاحظه آب و هوایی را پشت سر می گذارد بسیاری از این طوفان ها طی سال های آتی از میان خواهند رفت. در یکی از صفحات شماره۲۲ آوریل مجله نیچر (Nature) فیلیپ مارکوس ( P.Marcus)، استاد دپارتمان مهندسی مکانیک دانشگاه برکلی کالیفرنیا از تصویرسازی دینامیک سیالات استفاده کرد تا نشان بدهد که چگونه سقوط (رمبیدن) بسیاری از این طوفان ها منجر به دگرگونی های چشمگیری در دمای سرتاسر اتمسفر (مشتری) می شود و البته این چرخه طی مدت زمان ۷۰ سال به پایان می رسد.
مارکوس معتقد است که این چرخه ۷۰ ساله از اواخر دهه ۱۹۳۰ م. با شکل گیری بیضی های سفید آغاز شده است. در آن زمان سه گردباد بزرگ و متشکل از ذرات غبار تشکیل شدند که همگی در یک عرض جغرافیایی و ضمناً در جنوب لکه قرمز بزرگ قرار داشتند. این سه بیضی سفید برای مدت چند دهه پا برجا بودند تا اینکه در اواخر دهه ۹۰ یکی از آنها ناپدید شد، دومی در سال ۲۰۰۰ از میان رفت و اکنون تنها یکی از سه بیضی اصلی برجای مانده است. ناپدید شدن دو بیضی سفید از سه بیضی اصلی گواه آن است که جو سیاره مشتری در حال ورود به مرحله ای جدید از چرخه است، در عین حال گردبادهای ضعیف در یکدیگر ادغام و یا به طور کلی فرومی پاشند.
از میان رفتن گردبادها که به جابه جایی گرما در جو کمک می کنند مرحله ای دیگر از تغییرات فراگیر آب و هوایی را در چند سال آینده ایجاد خواهد کرد. مارکوس می گوید: «اگر یک مجموعه کامل از گردبادها را از میان ببرید به طور کلی تمام اختلاط های گرمایی در آن عرض جغرافیایی متوقف می شود. این امر سدی را ایجاد می کند که مانع از جابه جایی گرما از استوا به قطب ها می شود.» در نتیجه در یک دهه آینده دمای استوا تا ۱۰ درجه افزایش می یابد، در حالی که قطب ها به همین میزان سردتر می شوند. این تغییر دما بالطبع، خود باعث تشکیل دسته تازه ای از طوفان ها می شود. مارکوس پیش بینی می کند که «این تحول دمایی فراگیر موجب می شود تا جریان های شدید ناپایدار شده و به موجب آن طوفان های جدیدی پدیدار شوند.» یک بخش ویژه از مشتری که قاعدتاً باید از این دگرگونی ها ایمن بماند لکه سرخ بزرگ است، منطقه ای پرفشار که برای قرن ها بر روی مشتری پا برجا بوده است.
مارکوس می گوید که نزدیکی لکه به استوای مشتری و همین طور توانایی آن در «بلع» گردبادهای خفیف مجاور خود، آن را از تغییراتی که در جاهای دیگر، در جو مشتری روی می دهد محافظت می کند. مارکوس کسی است که بیش از دو دهه جو مشتری را بررسی کرده است. وی در مورد علوم سیارات مسیر متفاوتی را نسبت به هم دانشکده ای های خود در پیش گرفته است و فردی است که به طور معمول مدل هایی دقیق از اتمسفر (مشتری) ایجاد می کند تا روند تحول آن را مورد بررسی قرار دهد. وی می گوید: «اساس و شالوده پیش بینی ها و فرضیات من، به جای اینکه مبتنی بر استفاده از حجم انبوهی از داده ها و یا مدل های پیچیده جوی باشد برپایه قوانین نسبتاً ساده دینامیک دورانی استوار است.» یکی از فرضیات وی بیانگر برابری تقریبی تعداد گردبادها و چرخه های جو مشتری است.
تصاویر دریافتی از جو مشتری نمایانگر این مطلب است که سیاره (مشتری) به شدت تحت تاثیر طوفان ها قرار دارد. این طوفان ها بسیار واضح تر و بارزتر از طوفان های عادی هستند، طوفان هایی که معمولاً الگویی ساده از ابرهای رشته ای هستند که کاملاً مشهود نبوده و به راحتی ممکن است از دید پنهان بمانند.
در نگاه اول ممکن است به سادگی فکر کنیم که سیاره (مشتری) در احاطه چرخه ها است و این امر به دلیل حضور ابرهای گردنده آنهاست.
مارکوس بر این عقیده است که به دلیل حضور عوامل گسترده جانبی اعم از طبیعی و یا ساخته دست بشر، سیستم مشابهی برای توضیح و تفسیر آب و هوای زمین مناسب نیست. وی می گوید: «هنوز وجود آزمایشگاه های مختلف آب و هوایی اهمیت دارد. بررسی جهان های دیگر به ما کمک می کند تا دنیای خویش را بهتر بشناسیم. حتی اگر آنها به طور مستقیم قابل قیاس با عالم ما نباشند.»

راز حلقه ها

حلقه های زحل احتمالاً مسطح ترین ساختار شناخته شده در جهان دانش هستند. فاصله یک انتها تا انتهای دیگر آنها به اندازه فاصله زمین تا ماه است، در حالیکه ارتفاع آنها خیلی بلندتر از یک گروه آکروبات که روی شانه های یکدیگر ایستاده اند نمی باشد. برای مقایسه می توان گفت اگر حلقه ها به ضخامت یک برگه کاغذ بودند کشیدگی آنها ۳ کیلومتر می شد. هر چهار سیاره غول منظومه شمسی ما دارای حلقه هستند، اما فقط زحل یک سیستم از حلقه های درخشان و عظیم دارد. آیا این بی همتایی تصادفی است یا چیزی بیش از یک اتفاق می باشد؟ حلقه های زحل چه چیز بیشتری درباره مبدأ منظومه شمسی و موارد مشابه در دیگر نقاط کهکشان میتوانند به ما بگویند؟ این پرسش و پرسشهای دیگر منجر به ساخت فضاپیمای کاسینی (Cassini) متعلق به ناسا شد که در سال ۱۹۹۷ پرتاب و در جولای ۲۰۰۴ وارد مدار زحل گردید. کاسینی علاوه بر نقشه برداری دریاچه های متان در قمر تایتان، شناسایی آبفشانهای یخی (icy geyser) بیرون زده در قمر انسلادوس (Enceladus) و ردیابی توفانها در جو زحل، مطالعات فراوان و گسترده ای بر روی سیستم حلقه ها و محیط آنها انجام داده است. این بررسیها و مشاهدات به ماهیت ذرات حلقه ها، چگونگی برهم کنش آنها با یکدیگر و با قمرهای سیاره و نقش غبار ریز در سیستم حلقه ها نور تازه ای بخشیده است. و همچون همیشه با اکتشافات جدید، سؤالات بیشتری مطرح می شود.
حلقه های اصلی زحل عبارتند از: خارجی ترین حلقه A، حلقه متراکم و درخشان B و حلقه داخلی C که ظریفتر و نازکتر است. بخش کاسینی بین حلقه های A و B خالی نیست بلکه مواد رقیقی مشابه حلقه C دارد. حلقه F نواری باریک و مغشوش بلافاصله بیرون حلقه A است و سه حلقه غبارآلود عبارتند از حلقه D (داخل حلقه C)، حلقه G (بیرون F) و حلقه E (بیرون G ).
● قمرهاودیسکها
حلقه های زحل تنها راه ما برای نزدیک شدن به یک دیسک آستروفیزیک است. منجمان ستاره های نزدیک زیادی را کشف کرده اند که توسط دیسکهای جوان گازی یا دیسکهای پیرتری از غبار احاطه شده اند. منظومه شمسی ما احتمالاً روزگاری شبیه این ستاره ها بوده است. ما می توانیم با مشاهده و رصد از راه دور و مدلهای نظری بیشتر درباره آنها یاد بگیریم، اما فقط در زحل می توانیم روند تغییرات دیسکها را به صورت مستقیم و با جزئبات بررسی کنیم. یکی از علایق خاص دانشمندان بررسی برهم کنش بین دیسک و یک جرم سنگین – یک قمر یا ماهک (moonlet) در مورد زحل، و یا یک سیارک یا سیاره حول یک ستاره می باشد. کاسینی به روشهای مختلف چنین پروسه هایی را روشنتر نموده است. دو قمر هر یک به عرض چندین کیلومتر در شکافهای بیرونی حلقه A گردش می کنند. پن (Pan) در شکاف انکه (Encke) به عرض ۳۲۰ کیلومتر و دفنیس (Daphnis) در شکاف کیلر (Keeler) به عرض ۳۵ کیلومتر. پن و دفنیس چرخش ذرات کوچک حلقه را که با آنها عبور می کنند به وسیله گرانش مغشوش می کنند، همان گونه که یک سیارک در دیسک دور یک ستاره جوان ایم کار را انجام می دهد و بدین ترتیب نقشهای دالبر شکل در لبه های شکاف ایجاد نموده و دنباله هایی تولید می کنند که در حلقه پراکنده می شود. لبه های شکاف بیش از آنچه نظریه پردازان پیش بینی کرده اند پیچیده است. کاسینی لبه های موج دار شکاف انکه را رصد کرده است که هم در فرکانس و هم در دامنه تغییر و نوسان دارند. آنها هرگز به طور کامل از بین نمی روند. بسیاری از لبه های حلقه های دیگر از جمله حلقه A، B و شکاف کیلر شکلهای پیچیده تری از آنچه انتظار می رفت دارند. علت این پیچیدگی واضح و روشن نیست. ردیابی آنها ممکن است به کشف ماهک کوچکی در نزدیکی آنها منتهی شود یا درک ما را از فرایندهای خالی شدن شکافها اصلاح کند. قمرهای بزرگتر خارج از حلقه های اصلی در موقعیتهایی از حلقه که با مدار قمر در تشدید (Resonance) هستند موجهای مارپیچ متراکمی به وجود می آورند. تشدید را میتوان با مثال هل دادن تاب در زمین بازی درک کرد. اگر تاب را به طور نامنظم هل دهید، گاهی هنگام حرکت آن به جلو و گاهی در زمان برگشت به عقب، در اینصورت تاب خیلی بالا نمی رود و هیچ چیز جالبی رخ نمی دهد. اما اگر با فرکانس طبیعی تاب آنرا هل دهید به طور فزاینده ای بالا و بالاتر می رود و کودک را شاد می کند. قمرها می توانند اثر مشابهی روی ذرات حلقه ها داشته باشند، به عنوان مثال هنگامیکه یک تکه صخره یا یخ در مدت زمانی که یک قمر پنج بار می چرخد، شش بار گردش کند، هر بار گذر قمر نیروی مشابهی به آن وارد می کند. وقتی نیروها روی هم جمع می شوند، چرخش ذرات طولانی تر می گردد و از دید سایر اشیاء به داخل و خارج حرکت می کنند. هنگامیکه میلیونها ذرات حلقه در یک منطقه بدین صورت مغشوش می شوند، یک موج متراکم مارپیچی تولید می کنند که به سمت دور از ناآرامی منتشر می شود. امواج متراکم از همان فیزیکی پیروی می کنند که بازوهای مارپیچی را در کهکشانها بالا می برد، هرچند مبدا آنها متفاوت هستند. اندازه گیری ارتفاع، شکل و طول موج این امواج می تواند به روشن شدن اطلاعاتی درباره چگالی سطحی حلقه (جرم در واحد سطح) و جرم قمر ایجاد کننده اغتشاش منجر شود و بعلاوه ضخامت عمودی حلقه را معین می کند. نتایج فضاپیمای کاسینی نشان می دهد که چگالی سطحی حلقه A در نزدیکی شکاف انکه بیشترین مقدار را دارد و به سمت داخل و خارج آن کاهش می سابد. اندازه گیریهای موج متراکم، ضخامت عمودی بخش کاسینی را حداکثرچند متر تعیین می کند و حلقه A باید ضخامتی کمتر از ۱۰ تا ۱۵ متر (۳۰ تا ۵۰ فوت) داشته باشد.