قم بجولة بين النجوم: ماذا ترى لو كان بإمكانك السفر حول مجرتنا؟ | فضاء

أيمكن أن يشعر علم الفلك وعلم الكونيات بالانفصال عن الواقع اليومي. ولكن ماذا لو تمكنا من القيام بجولة على متن مركبة فضائية في القرن الثالث والعشرين عبر درب التبانة وتجربة الكون مثل سائح متجه إلى الأرض يزور وجهات غريبة؟ ماذا سنرى من نافذتنا؟

على الرغم من أن الفيزيائيين يستمتعون بالتكهنات حول محركات الالتواء، أو استخدام الثقوب الدودية للقفز بين المواقع، إلا أنه لا توجد وسيلة للسفر بسرعة أسرع من الضوء في الوقت الحاضر. لذلك نحن نفترض وجود قدرة خيالية للقيام بذلك – ولكن أبعد من ذلك، كل ما سنواجهه في رحلتنا يعتمد على أفضل النظريات الحالية.

تمرير تحقيقات أخرى

عندما نخرج من النظام الشمسي وندخل الفضاء بين النجوم، سنتوقف في البداية بجانب Pioneer 11، وهو أحد المجسات الأولى التي تغادر جوارنا الكوكبي. لا توجد علامة “أنت تغادر النظام الشمسي” – لكن الحدود هي الحد الأقصى لظاهرة شمسية. تقذف الشمس جزيئات نشطة تعمل على إزالة الغاز والغبار الموجود بين النجوم. ولم يعد هذا يحدث على بعد حوالي 90 مرة من مسافة الأرض من الشمس.

لقد نجحت العديد من المجسات في الخروج من النظام الشمسي. وهي تبدو متشابهة بالنسبة للناظر: طبق راديو كبير مثبت بمسامير على مجموعة من الصناديق المعدنية. لكن الجانب الأكثر إثارة للاهتمام يكمن في محاولات التواصل مع جامعي القمامة الفضائيين العابرين. يمكننا أن ننظر إلى الأقراص الذهبية الموجودة على المركبتين Voyagers 1 و2، اللتين تم إطلاقهما عام 1977 لدراسة الكواكب الخارجية. أو يمكننا تفريغ النسخة بين النجوم من كبسولة زمنية في المدرسة الثانوية في مهمة نيو هورايزنز لعام 2006 إلى بلوتو وما بعده… لكننا وصلنا جنبًا إلى جنب مع بايونير 11، والتي تحمل مع توأمها بايونير 10 لوحة غامضة مطلية بالذهب .

أجزاء من الصورة واضحة ومباشرة: فهي تُظهر إنسانين عاريين، مع المسبار بنفس المقياس، وخريطة للنظام الشمسي. ولكن ما رأيك في ثلاثة خطوط رأسية صغيرة فوق خط أفقي واحد على يمين الشكل الأنثوي؟ أو تأثير انفجار نجمي يملأ نصف اللوحة؟

المفهوم الكامن وراء ذلك هو نقل الرسائل من خلال رمزية علمية كان من المأمول أن يفهمها الفضائيون. مجموعة الخطوط (التي تمثل الثنائي) تعطي طول المرأة، وذلك بفضل المعلومات المستخرجة من زوج الدوائر المرتبطة (التي تمثل عملية تخضع لها ذرات الهيدروجين) في الجزء العلوي من اللوحة.

أما بالنسبة لهذا الانفجار النجمي، فهو يحدد موقع الأرض بدقة. يمثل كل خط المسافة والاتجاه لسلسلة من النجوم النابضة – وهي نجوم منهارة تطلق انفجارات منتظمة من الطاقة الكهرومغناطيسية. يشير التوقيت، الموضح بالأرقام الثنائية على كل سطر، إلى تردد النجم النابض، بناءً على التوقيت الذي يشير إليه مخطط الهيدروجين. يشعر البعض بالقلق من أن هذه الخريطة تفتحنا أمام غزو فضائي. لحسن الحظ، جزء من بيانات النجم النابض معطل قليلاً. وحتى لو كانت دقيقة، فهذه رسالة في زجاجة على نطاق المجرة، ومن غير المرجح أن يتم العثور عليها.

حضانة النجوم

تركنا بايونير وراءنا، وسافرنا إلى سديم أوريون. من الأرض، يشكل هذا جزءًا من كوكبة الصياد المألوفة أوريون. ومع ذلك، علينا أن نتذكر أن الارتباط الظاهري بين نجوم الكوكبة هو وهم: فهي ليست مرتبطة في الواقع. على سبيل المثال، يبعد نجم النيلام، النجم الأوسط لحزام أوريون، حوالي 1342 سنة ضوئية عن الأرض، في حين يبعد بيلاتريكس، أعلى يمين النجوم الرئيسية في أوريون، 245 سنة ضوئية فقط. السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في عام واحد – حوالي 5.9 تريليون ميل (9.5 تريليون كيلومتر).

من الأرض، يبدو السديم وكأنه رقعة صغيرة غامضة في سيف أوريون، على بعد حوالي 1500 سنة ضوئية. هذا هو المكان الذي تولد فيه النجوم الجديدة من الغبار والغاز، وهو أقرب حضانة معروفة لنا. يبلغ عرضه حوالي 20 سنة ضوئية ويحتوي على ما يقرب من 1000 نجم جديد يتشكل. إنها عملية بطيئة، حيث يتم سحب الجزيئات التي تشكل السحابة – ومعظمها ذرات الهيدروجين – معًا ببطء عن طريق الجاذبية. ومع اقترابها أكثر من أي وقت مضى، ترتفع درجة حرارة الذرات، ومع وجود كمية كافية من المادة، يصبح الضغط والحرارة شديدين للغاية بحيث يبدأ الاندماج النووي.

يبدأ النجم الشاب بتحويل الهيدروجين إلى هيليوم، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة أثناء ذلك. يجب أن تكون النجوم ضخمة حتى يحدث هذا. فشمسنا، على سبيل المثال، نجم متوسط، تحتوي على 99.8% من المادة الموجودة في النظام الشمسي، وتدمج حوالي 600 مليون طن من الهيدروجين كل ثانية.

عوالم أخرى

محطتنا التالية هي قرص كوكبي أولي: قرص دوار من الغاز الكثيف يحيط بنجم شاب. على العموم، المادة في الكون تدور حولها. نظرًا لأن سحب الغاز والغبار التي تؤدي إلى نشوء النجوم ليست موزعة بالتساوي، تبدأ المادة في الدوران عندما تسحبها الجاذبية إلى الداخل. تمامًا كما يتسارع دوران المتزلج عندما يسحب أطرافه، وذلك بفضل الحفاظ على الزخم الزاوي (الجاذبية التي يدور بها شيء ما)، كذلك يتسارع دوران النجم مع تراكم المادة.

يتمتع النجم المركزي بقدر كبير من الجاذبية بحيث يظل كرويًا، لكن المادة بعيدًا عن المركز تتسطح لتشكل قرصًا دوارًا، تمامًا كما تفعل كرة عجينة البيتزا أثناء غزلها. في كلتا الحالتين، هناك جاذبية نحو المركز، ولكن ليس بزاوية 90 درجة باتجاه الدوران، مما يؤدي إلى التسطيح. تتجمع المواد الموجودة في القرص في النهاية بسبب الجاذبية، مما يؤدي إلى إنتاج الكواكب.

في جولتنا، يمكننا الآن زيارة كوكب خارج المجموعة الشمسية – تم اكتشاف أكثر من 5000 منها بحلول عام 2020. يعد Trappist-1e أحد المواقع الأكثر احتمالية للحياة منذ اكتشافات أوائل القرن الحادي والعشرين. إنه صخري ويشبه الأرض في الحجم. على الرغم من أنه غير مؤكد في عشرينيات القرن الحالي، يبدو أنه يحتوي على مياه سائلة وغلاف جوي يشبه الأرض. ومن المسلم به أن علاقته بنجمه لا تشبه علاقتها بالأرض: فهو يكمل مداره في ستة أيام، حيث يقع على مسافة أقرب إلى نجمه بنحو 15 مرة من قرب عطارد من الشمس. ومع ذلك، فهو نجم منخفض الطاقة للغاية، مما يجعل Trappist-1e موطنًا محتملًا للحياة.

المستعر الأعظم

من المؤكد أن حي وجهتنا التالية لن يكون صالحًا للسكن لفترة طويلة: منكب الجوزاء، النجم الأحمر الساطع في أعلى يسار أوريون. في عشرينيات القرن الحالي، كان من المعروف أن هذا العملاق الأحمر العملاق سيتحول إلى مستعر أعظم خلال الـ 100 ألف سنة التالية. نحن محظوظون، فقد وصلت مركبتنا الفضائية الخيالية في الوقت الذي يخضع فيه منكب الجوزاء لهذا التغيير الكارثي.

السوبرنوفا هو انفجار نجمي هائل. من الأرض، هذا يعني أن بعض النجوم غير المرئية سابقًا تتوهج إلى سطوع – ومن هنا جاء مصطلح “نوفا”، من اللاتينية التي تعني “جديد”. لقد كان منكب الجوزاء مرئيًا دائمًا، لكنه على وشك أن يصبح أكثر سطوعًا. المواد القابلة للانصهار تنفد. عندما تتشكل العناصر الأثقل، تأتي نقطة عندما يستهلك الاندماج طاقة أكثر مما يمكن أن يوفره النجم وينطفئ. ولا يمكن إنتاج ذرات أثقل من الحديد بهذه الطريقة.

حتى الآن، كانت طاقة التفاعل النووي تنفخ النجم. الآن، تنهار أجزائه الداخلية لتشكل نجمًا نيوترونيًا – كثيف جدًا لدرجة أن ملعقة صغيرة تبلغ كتلتها حوالي 100 مليون طن. عندما ينهار هذا اللب، فإنه يرتد مجددًا، مما يؤدي إلى تفجير الطبقات الخارجية للنجم، مما يوفر الكثير من الطاقة التي تتشكل بها العناصر الأثقل. على مر القرون، ستشكل تلك الطبقات الخارجية نوعًا مختلفًا من السديم – بقايا متوهجة، مثل سديم السرطان.

درب التبانة

محطتنا الأخيرة قبل العودة إلى المنزل تمكننا من رؤية مجرتنا، درب التبانة. يمكن رؤية هذا جزئيًا من الأرض، ولكن يصعب رؤيته في المناطق المبنية بسبب التلوث الضوئي. وفي السماء المظلمة يظهر كقوس من الضوء الغامض. ما نراه من المنزل هو المنظر من الداخل. ولكن هنا، من الخارج، نراها بكل مجدها.

في عشرينيات القرن الحالي، لم نكن قد رأينا قط درب التبانة من الخارج، ولكن كان من المعروف أنها عبارة عن مجرة ​​حلزونية ضخمة يبلغ عرضها حوالي 100 ألف سنة ضوئية، مع شريط مركزي من النجوم المكتظة بكثافة. على الرغم من كونها مجرد واحدة من حوالي 200 مليار مجرة ​​تقع ضمن حدود الكون المرئي، إلا أن درب التبانة هي موطن لحوالي 100 مليار نجم.

على الرغم من أننا لا نستطيع رؤية شيء صغير مثل الشمس من هنا، إلا أنه يمكننا وضعه تقريبًا بالقرب من حافة أحد الأذرع الحلزونية الخارجية.

العودة إلى المنزل

مع القفزة الأخيرة، نعود إلى الأرض. إنها صغيرة جدًا من منظور المجرة، ناهيك عن الكون. ومع ذلك فهذا مكان خاص. الكواكب مثل كوكبنا، التي تحتوي على الكثير من الأشياء المناسبة للحياة، نادرة. لقد اجتمعت مجموعة كاملة من الميزات معًا.

وتقع الأرض في “منطقة المعتدل” – وهي ليست ساخنة جدًا ولا باردة جدًا بالنسبة للمياه السائلة، والتي تبدو ضرورية للحياة. يعمل قمرنا الكبير بشكل غير عادي على استقرار مدار الأرض، ويساعد سطح الأرض النشط، نتيجة لتكوين القمر، في الحفاظ على توازن بيئتنا. لدينا نجم مستقر، بالإضافة إلى مجال مغناطيسي قوي وطبقة أوزون تحمي الأرض من الإشعاع الشمسي القاتل. يقول البعض أن الأرض ليست شيئا خاصا. لكنها كذلك بالفعل، وعلينا أن نحافظ عليها بهذه الطريقة.