مقاله بررسی نجوم جغرافیای ریاضی


درس :
جغرافیای ریاضی

درس جغرافیای ریاضی یکی در دروس اصلی رشته جغرافیا می باشد و موضوع آن نیز بررسی شکل هندسی زمین و به ویژه حرکات آن درفضا می باشد، مطالعه وضعیت اجرام آسمانی ازقبیل سیارات، ستارگان، سحابیها و کهکشانها را نیز در بر می گیرد. با فراگیری این دانش می توان دید وسیعی نسبت به جهان آفرینش از نظر جغرافیا را به دست آورد.
همبستگی جغرافیای ریاضی با دانش نجوم بسیار نزدیک و قابل بحث است و در واقع با کمک علم نجوم می توان دانش جغرافیای را فرا گرفت. این نکته قابل بررسی است که هدف از دانش جغرافیای ریاضی وارد شدن به جزئیات اجرام سماوی، خواص آنها به ویژه فراگیری نجوم محض نمی باشد، بلکه از ترکیب علم جغرافیا و نجوم می توان حوادث موجود در جهان مثل پدیده های خسوف و کسوف، جذر و مد و غیره را به راحی توجیه کرد.
امروزه بشر با بهره جویی از کاوشهای فضای و انتفاع از کشفیات علمی بسیار، توانسته است گام کوچکی در پهنه اقیانوس بی کران جهان بردارد تا شاید بتواند به بخش مختصری از مجهولات فراوان خویش و موجودات حیرت انگیز جهان آفرینش نایل شود، به همین منظور درصد برآمد با کمک جغرافیا با آسمانها و مواد آن آشنا و به وسیله این آشنایی و علاقه با توجه به اهمیت ویژه ای که برای آن قایل است تا حدی به پیشرفتهای علمی دست یابد.
هنگامی که بشر برای اولین بار آسمان بالای سر خود را مورد نظر قرار داد، دیدرس او فقط به آسمان بالای سرش محدود می شد. بعدها، او توانست وسایل علمی خاص را اختراع کند و به کمک آنها قادر به جستجو و مطالعه درفضای دورتر شود. در زمانهای اخیر اتفاقات جدید و هیجان انگیزی رخ داده است. بشر قادر به مسافرت و جستجو در فضا گشت و به همین علت هم اطلاعات او از جهان اطرافش به ناگهان افزایش یافت. بشر اولیه متوجه شد که بسیاری از اجرام روشن موجود در آسمان، به آهستگی در میان ستارگان حرکت می کنند. پس از طی قرون بسیار، او تشخیص داد که زمین و بعضی از اجرام، در اطراف خورشید گردش می کنند. این اجرام فضایی متحرک، سیارات نامیده شده اند و همه آنها را همراه با خورشید، منظومه شمسی نامگذاری کرده اند. اگر چه کشف این سیستم اهمیت زیادی داشت، ولی واقعه با اهمیت تر در قرن هفدهم میلادی رخ داد. گالیله دانشمند ایتالیایی تلسکوپی را بنا کرد که با کمک آن توانست عظمت و شگفتیهای کیهان را در اطراف سیستم خورشیدی مورد بررسی قرار دهد. او کهکشان راه شیری را مطالعه کرد و با کشف بزرگ خود نشان داد که این راه، مرکب از میلیاردها ستاره بسیار دور و کمرنگ می باشد. به کمک تلسکوپهای بسیار قوی و سایر وسایل علمی ( مانند نورسنج، طیف نگار و..) تاکنون بسیاری از اسرار این کهکشان کشف شده است.
با توجه به موارد فوق می توان دریافت که علم نجوم در مسیر تحول خود به کشف بسیاری از قوانین حاکم بر اجرام سماوی نایل آمده است، ولی باید گفت که کار تحقیق و پژوهش در این باره هرگز پایان پذیر نیست، زیرا با پیشرفت تکنولوژی، در هر زمان به اسرار تازه ای از جهان آفرینش دست می یابیم. به هر صورت، نقش و اهمیت نجوم در زندگی بشر انکار ناپذیر است و موارد کاربرد آن را میتوان در جهت یابی، هوانوردی، دریانوردی و مطالعات جغرافیایی، تهیه نقشه های مختلف جغرافیایی و نقشه برداری از زمین، پیش بینی جذر و مد، طوفان و توفند، توده های هوایی، انواع جبهه ها، اتمسفر و ترکیب آن، فرایند های انتقال انرژی گرمایی، کیفیت پدیده های مربوط به تابش، تهیه تقویمهای مختلف و بررسی نیروی گرانش به کمک محاسبات نجومی، نام برد.
درحال حاضر علم نجوم را به پنج بخش کاملاً مجزا تقسیم می کنند که هر بخش تخصص مخصوص به خود را می طلبد. این پنج بخش عبارتند از:
1-هیات و نجوم Astronmy: در این مبحث تنها مسائل مربوط به حرکت و جابجایی اجرام سماوی و اثران ناشی از این حرکات مورد مطالعه قرار می گیرد و بیشترین مباحث درس جغرافیای ریاضی به این قسمت از دانش نجوم مربوط می شود.
2-اختر فیزیک Astrophysics: در این بخش، ساختار، خواص فیزیکی، ترکیب شیمیایی و تحولات درونی ستارگان مورد بحث قرار می گیرد. در دانش اختر فیزیک درباره حرکات ظاهری و حقیقی ستارگان و تعیین مواضع آنها نیز بحث می شود.
3- طالع بینی Astrology : در این قسمت، به کمک حرکت و مواضع اجرام سماوی، حوادث آسمانی پیشگویی می شود. البته آن دسته از پیشگویی های که منطبق بر قوانین علمی است ( مانند رخداد خسوف و کسوف) مورد تایید است و آن پیشگویی های که پایه علمی ندارد و بیشتر جنبه فال گیری دارد، در این بخش مورد مطالعه قرار نمی گیرد.
4- کیهانشناسی Cosmology : این مقوله، قوانین عمومی تکامل طبیعی و مادی جهان و ساختار آن را بررسی می کند. به عبارت دیگر، جهان هستی را از دید کلی در نظر می گیرد و به مطالعه آن میپردازد. بررسی وضع کهکشانها، نواختران و به ویژه مسئله انبساط جهان از مباحث این قسمت از دانش نجوم می باشد.
5- کیهان زایی Cosmogong : این بخش از دانش نجوم درباره چگونگی پیدایش و منشا کیهان بحث می کند. مسائل مربوط به پیدایش، تحول و تکوین عالم هستی در قلمرو مطالعات کیهان زایی است.
اکنون با توجه به تقسیم بندیهای ذکر شده در این قسمت، ملاحظه می شود که دانش جغرافیای ریاضی ( زمین در فضا) در قسمت اول این تقسیم بندی یعنی در هیات و نجوم قرار می گیرد. در این دانش تنها به مسائلی پرداخته می شود که مربوط به حرکات اجرام سماوی ( به خصوص سیاره زمین) و آثار ناشی از این حرکات می باشد. مثلاً وقتی صحبت از دو رویداد آسمانی خسوف و کسوف می شود، این مطلب مستقیماً به جابه جایی و حرکتهای سه جرم ارتباط و همبستگی بسیار نزدیک جغرافیای ریاضی و نجوم آشکار می گردد. از این رو نتیجه می گیریم که در س جغرافیای ریاضی قسمتی از دانش هیات است که خوشبختانه پایه گزاران آن دانشمندان ایرانی مثل ابوریحان بیرونی، عبدالرحمن صوفی، خواجه نصرالدین طوسی و …بوده اند. اگر چه در عصر حاضر پیشرفتهای سریع و قابل ملاحظه ای در این علم به خاطر توسعه تکنولوژی و ساخت وسایل مدرن رصد اجرام سماوی، صورت گرفته است، ولی به اعتقاد همه دانشمندان غربی تمام کشفیات و پیشرفتهای دانش هیات جدید بر پایه هیات قدیم بنا نهاده شده است.
1-2- تعریف کیهان
کیهان را می توان ترکیبی از ستارگان، سحابیها، سیارات، ستارگان دنباله دار و اجرام آسمانی دیگر تعریف کرد. به تصور ما این اجزاء جمع شده اند تا نقش کیهان را رقم بزنند. سیارات، سیارکها، اقمار، ستارگان دنباله دار، شهابسنگها به دور ستاره منفردی می گردند و ما آن را خورشید می نامیم. این مجموعه عظیم همه با هم منظومه شمسی را تشکیل می دهند. خورشید و بیلیونها ستاره دیگر اجتماعی از ستارگان را پدید می آورند که کهشکان خودی یا راه شیری نامیده می شود. جهان، بسیاری از این کهکشانها یا اجتماعات ستاره ای را شامل می شود.
1-2-1- کهکشان
کهکشان عبارت است از تعداد زیادی ستاره و فضای بین ستاره ای ( اغلب گاز و گرد و غبار) که تحت نیروی گرانش متقابل یکدیگر نگه داشته شده اند.ستارگان واقعی یک کهکشان در گستره ای وسیع به تعداد تقریبی صد میلیون تغییر می کند. به عبارت دیگر، خورشید و همسایگانش به انضمام مقدار زیادی از ماده میان ستاره ای و سحابیها، توسط نیروی گرانش، در یک خوشه بسیار بزرگ موسوم به کهکشان به یکدیگر پیوند خورده اند. اکثر ستارگان جهان درون چنین خوشه هایی جای گرفته اند.
منظومه شمسی ما جزء کهکشانی به نام راه شیری است که در شبهای صاف به صورت ابری کشیده و بسیار رقیق دیده می شود. این کهکشان به شکل عدسی محدب بزرگی است که ضخامت آن 10000 سال نوری و قطرش 100000سال نوری است. در کهکشان خودی متجاوز از 5میلیون منظومه و 10 میلیون ستاره وجود دارد. میلیونها منظومه شمسی تابع کهکشان راه شیری با سرعتهای متفاوتی به دور مرکز کهکشان می گردند. منظومه شمسی ما با مرکز کهکشان حدود 30000سال نوری فاصله دارد که با سرعت 250کیلومتر بر ثانیه در هر 250 میلیون سال یک بار حول محور کهکشان راه شیری می گردد. جرم کل کهکشان راه شیری 10 مرتبه بیشر از جرم خورشید است ( شکل 1-1)
1-2-2- رده بندی کهکشانها
مهمترین کهکشانهای نزدیک به ما عبارت اند از:
الف – کهکشان امراه المسلسله1 ( آندرومدا)
این کهکشان که به نام31 M و یا 224 NGC معروف است. نزدیکترین کهکشان به کهکشان راه شیری بوده و از نظر اندازه و شکل با آن قابل مقایسه است. فاصله این کهکشان از کهکشان خودی حدود 2 میلیون سال نوری است و به صورت یک قرص مارپیچ متشکل در حدود 100 بیلیون ستاره، گاز و گرد و غبار می باشد. امراه المسلسمه ( زن زنجیر به پای) تنها کهکشان بزرگی است که با چشم غیر مسلح قابل رویت است و درخشندگی آن 100 بیلیون برابر خورشید است.
ب- گروه محلی
اخترشناسان تقریباً به 20 کهکشان کوتوله مشهور به " ابرهای ماژولانی" که 3 میلیون سال نوری از ما فاصله دارند، گروه محلی نام داده اند. در این گروه، کهکشانهای راه شیری، امراالمسلسله و 33M دارای شکل مارپیچ هستند.
ج- ابرهای ماژولانی
در ماوراء قلمرو راه شیری، ابرواره های کم نوری مشاهده می شوند. درگذشته تصور بر این بود که این ابرواره ها به مجموعه کهکشانی راه شیری تعلق دارند؛ ولی با توسعه تکنولوژی فضایی، مشخص شد که آنها مجموعه ای از ستارگانند که فاصله زیادی با ما دارند و از نظر حجم با کهکشان خودی قابل مقایسه میباشند. تماشایی ترین این کهکشانها، ابرهای ماژولان بزرگ و کوچک می باشند. این دو کهکشان در نزدیکی قطب جنوب و در صورت فلکی ماهی طلایی و توکان قرار دارند و با چشم غیر مسلح به وضوح قابل رویتند و فاصله آنها از ما حدود 150000سال نوری است( شکل 1-2)
1-2-3- ساختار کهکشانها
درسال 1224/1845 م لرد راس، منجم ایرلندی با رصد کهکشان 51M برای نخستین بار به ساختار مارپیچی آن پی برد. پس از آن منجمان دریافتند که 3/1 تمام کهکشانهای رصد شده مارپیچی اند. بقیه عمدتاً کهکشانهای بیضوی هستند و تعدادی هم کهکشانهای بی نظم.
کهکشانهای مارپیچی و بیضوی، علاوه بر تفلاوت ظاهریشان، تفاوتهای اساسی دیگری با هم دارند، در کهکشانهای بیضوی گاز و غبار یا وجد ندارد و یا بسیار اندک است. همچنین، این کهکشانها عمدتاً از ستاره های پیر تشکیل شده اند. از این دو عامل به راحتی میتوان نتیجه گرفت که کهکشانهای بیضوی پیرند و گاز و غبارشان مدتها پیش به صورت ستاره در آمده اند، و
شکل 1-2. ابرهای ماژولانی
موادی برای تکوین ستاره های جدید در آنها وجود ندارد. برعکس در کهکشانهای مارپیچی مقادیر زیادی گاز و غبار وجود دارد. بررسی کهکشان راه شیری و برخی از کهکشانهای مارپیچی نزدیک نشان می دهد که هنوز در آنها ستاره های جدیدی متولد می شوند.
در کهکشانهای مارپیچی سه بخش اصلی را می توان تشخیص داد. برآمدگی مرکزی، که مثل یک کهکشان بیضوی کوچک است، صفحه ای مسطح و گرد، که بازوها در آن قرار دارند و قرص یا صفحه کهکشان هم نامیده می شود، و هاله ای تقریباً کروی که کل کهکشان را در برگرفته است. اندازه برآمدگی مرکزی چند هزار سال نوری است. این قسمت را عمدتاً ستاره های پیر و کم جرم سرخ آشغال کرده اند. هسته کهکشان در همین قسمت مرکزی قرار دارد. بررسیهای اخیر تلسکوپ هابل، منجمان را متقاعد کرده است که در هسته بعضی از این کهکشانها ممکن است سیاهچاله ای پرجرم وجود داشته باشد.
هاله کهکشان، دور تا دور قرص کهکشان را فرا گرفته است. تعداد ستاره هایی که درهاله وجود دارند زیاد نیست، ولی عمدتاً از نوع ستاره های پیر هستند و بیشترشان عضو خوشه های کروی می باشند. صفحه کهکشان جایی است که بازوهای مارپیچی در آن قرار دارند. در واقع، عمده ستاره های یک کهکشان در همین صفحه قرار دارد. پهنای صفحه یک کهکشان نوعی، در حدود 100000سال نوری و ضخامتش در حدود 3000 سال نوری است. کهکشان راه شیری که به صورت نوار مه آلود در آسمان شب دیده می شود، در واقع منظره صفحه کهکشان ما و بازوهای مارپیچی آن است.
در صفحه کهکشان، علاوه بر بازوها ( که عمدتاً از ستاره تشکیل شده اند)، مقادیر زیادی گاز و غبار وجود دارد. بیشتر این گاز هیدروژن است که در حدود 5 تا 40 درصد جرم مرئی کهکشان مارپیچی را تشکیل میدهد. از این گاز و غبار است که ستاره های جدید متولد می شوند. در واقع، بازوهای کهکشان مارپیچی مانند زایشگاهی هستند که ستاره های نوزاد و جوان در آن به مقدار زیاد دیده می شوند( شکل 1-3)
1-2-4- رده بندی مجدد
در سالهای دهه 689/1300 م ، ادوین هابل کهکشانها را از روی شکل ظاهریشان به دو گروه مارپیچی (S) و بیضوی (E) تقسیم کرد. در کهکشانهای مارپیچی، میزان پیچ خوردگی بازوها، زیر رده هایی تعریف می شوند، کهکشانهای Sa هسته بزرگی دارند و بازوها کاملاً به دور هسته پیچ خورده اند. Sb بازوهای گشادتری دارد. علاوه بر اینها رده دیگری از کهکشانهای مارپیچی وجود دارد که از هسته آنها ساختاری میله مانند سربرکشیده است و بازوها از دو سر این میله بیرون آمده اند. این کهکشانهای مارپیچی میله ای را با نماد SB نشان می دهند و دوباره برای مشخص کردن اندازه برآمدگی میله ها از حروف کوچک c,b, a و … استفاده می کنند. مثلاً Sba یعنی کهکشانی که هسته میله ای بزرگی دارد که طول میله بیش از 3/1 طول قرص کهکشان است. در SBb میله کوچکتر است و …(
1-3. مشخصات کهکشان راه شیری
ما در درون یکی از زیباترین اجرام عالم که کهکشان راه شیری است، زندگی می کنیم ستاره های متنوع آن- قرمز، آبی، بزرگ، کوچک، پیر و جوان- در سرتاسر آسمان پخش شده اند.
تمام این ستاره ها متعلق به یک کهکشان غول پیکرند که بزرگتر، درخشانتر و بسیار پرجرمتر از اکثر کهکشانهایی است که در عالم می بینیم. کهکشان ما آنقدر پرجرم است که ده کهکشان دیگر برگرد آن می گردند، درست مثل قمرهایی که به دور سیاره ای در حال گردشند. تقریباً همه آنچه با چشم غیر مسلح در آسمان می بینیم از آن کهکشان راه شیری است.
چون ما در درون کهکشان راه شیری زندگی می کنیم، نمی دانیم که کهکشانمان چه شکل و شمایلی دارد. ما ظاهر کهکشانهای دیگر، مثلاً 51M، را بسیار بهتر از کهکشان خودمان می شناسیم. همین طور، ساکنان کهکشان 51M، نیز ظاهر کهکشان ما را بهتر از ما می شناسند و خودشان نمی دانند که در چه کهکشان زیبایی زندگی می کنند. در نتیجه حتی پایه ای ترین حقایق درباره کهکشان خودمان توام با نایقینی است. مثلاً، اندازه کهکشانمان را در نظر می گیریم. نورانی ترین بخش راه شیری شبیه قرص مدوری است که قطرش به حدود 65000 سال نوری می رسد. اما، همین رقم ممکن است تا 10000سال نوری کم و زیاد باشد. فاصله خورشید از مرکز کهکشان هم همینطور است. بهترین برآوردها، خورشید را بین 26000 و 28000 سال نوری از مرکز کهکشان قرار می دهد، ولی نایقینی آنقدر زیاد است که عدد واقعی ممکن است بین 21000 تا 32000سال نوری باشد.
قرص کهکشان را کره پهناور پخی از ستاره های پیر احاطه کرده است و آن را هاله کهکشان می نامیم. کسی نمی داند که هاله به چه بزرگی است. قطعاً هاله تا فواصل زیادی از قرص کهکشان گسترده شده و حداقل تا 100000 سال نوری از مرکز کهکشان امداد دارد. حتی ممکن است تا دور دستها، مثلاً تا 300000 سال نوری از مرکز گسترش یافته باشد. قسمت اعظم جرم کهکشان در هاله آن است، اما نوری از این هاله بر نمی آید.
در کتابهای متعارف تعداد ستاره های کهکشان راه شیری را 100 میلیارد ستاره می نویسند که قطعاً بسیار کم است. به احتمال، دست کم 200 تا 300 میلیارد ستاره فقط در قرص کهکشان وجود دارد. این در حالی است که ستاره های هاله را به حساب نیاورده ایم که در مجموع کهکشان ما بیش از یک تریلیون ستاره دارد.
وجه تسمیه راه شیری یا راه کاهشکان از آن است که ظاهر آن مانند نوار سفید کم نوری دیده می شود که در پهنه آسمان کشیده شده است. راه شیری را در تابستان و زمستان بهتر می توان دید. اما متاسفانه، راه شیری همانقدر که زیباست، مستور هم هست؛ هیچ سازگاری با آلودگی نوری ندارد و تنها در شبهایی دیده می شود که آسمان صاف، تاریک و بدون مهتاب باشد
ستاره های جوان در بازوهای مارپیچی کهکشانها به دنیا می آیند.
برای همین است که بازوهای مارپیچی، به خاطر داشتن تعداد زیادی ستاره پرنور و پرجرم، درخشانتر دیده می شوند. در بازوها ستاره های کم جرم و کم نور هم فراوانند، ولی ما آنها را نمی بینیم. در واقع، در نواحی تاریک بین بازوها تقریباً به همان اندازه ستاره وجود دارد که در خود بازوها، اما چون بازوهای مارپیچی صاحب تمام ستاره های جوان و پرنورند، آنچه که در یک کهکشان مارپیچی بارزتر دیده می شود همان بازوهاست. در واقع، این ساختار مارپیچی کهکشان است که منظره آسمان شب را تعیین می کند.
1-4. موقعیت خورشید در کهکشان راه شیری
خورشید مانند همه ستاره های کهکشان حرکت می کند. ستاره مرکزی منظومه شمسی به دور مرکز کهکشان در حال گردش است، همانطور که زمین به دور خورشید می گردد.
خورشید در جهت حرکت عقربه های ساعت، در هر 230 میلیون سلا یک بار به دور کهکشان می گردد. این عدد هم زیاد دقیق نیست چون فاصله خورشید از مرکز کهکشان به دقت معلوم نیست. سرعت گردش آن را هم دقیق نمی دانیم، با وجود این، قطعاً می توان گفت که خورشید 6/4 میلیارد ساله ما تاکنون 20 بار به دور مرکز کهکشان گشته است.
در هر بار گردش خورشید، فاصله آن از مرکز کهکشان به اندازه 3000 سال نوری تغییر می کند. اگر فرض کنیم که فاصله خورشید از مرکز کهکشان 27000سال نوری باشد، بیشترین فاصله آن به 30000 سال نوری می رسد که به این نقطه اوج کهکشانی می گویند.
توزیع جرم در منظومه شمسی متفاوت با توزیع جرم در کهکشان است. این جرم است که شدت گرانش و در نتیجه نحوه حرکت مداری را تعیین می کند. تقریباً تمام جرم منظومه شمسی در خورشید متمرکز شده است. در نتیجه، حرکت مداری را تعیین می کند تقریباً تمام جرم منظومه شمسی در خورشید متمرکز شده است. در نتیجه، حرکت مداری و حرکت رو به بیرون یا رو به درون سیارات با هم برابر است. علاوه بر این، ستاره های کهکشان در صفحه ای مستدیر حرکت نمی کند، بلکه نسبت به صفحه کهکشان بالا و پایین می روند.
خورشید در اواسط صفحه کهکشان قرار دارد، ولی هر سال در حدود 230 میلیون کیلومتر (به اندازه فاصله خورشید و مریخ) بالاتر می رود. 15 میلیون سال بعد، خورشید 200 تا 250 میلیون سال نوری بالاتر از صفحه کهکشان خواهد بود. بعد از آن حرکت رو به پایین خورشید شروع خواهد شد. 15 میلیون سال بعدتر، خورشید مجدداً صفحه کهکشان را قطع خواهد کرد و رو به پایین خواهد رفت. 15 میلیون سال بعد از آن فاصله خورشید از صفحه کهکشان بین 200 تا 250 میلیون سال نوری خواهد بود و .. بنابراین، دوره این حرکت بالا- پایین در حدود 60 میلیون سال نوری است.
1-5- زمین در فضا
زمین در منطقه معینی از فضا و در امتداد مسیری ثابت، بدون اندک توقفی، میلیونها سال است که به دور خود می چرخد و به گرد خورشید می گردد. در حوزه گرانش زمین، اجسام کوچکتر به طرف مرکز زمین کشیده می شوند و در خارج از حوزه گرانش زمین، مفاهیم بالا و پایین، صعود و سقوط معانی خود را از دست می دهند. ابتدا انسان به تبعیت از ساده ترین مشاهدات خود تصور می کرد که بر روی جسمی مسطح زندگی می کند. شناسایی و توصیف زمین با مسافرتهای دریانوردان در قرون قبل از میلاد آغاز شد. برای اولین بار دریانوردان فنیقی از تنگه جبل الطارق ( ستونهای هرکول) گذشتند و وارد اقیانوس اطلس شدند. در قرون وسطی، جهانگردان و دریانوردان با ملیتهای مختلف به توصیف زمین، شکل و ابعاد آن پرداختند. در این دورده مشاهدات ستاره شناسان در شناسایی زمین و اندازه گیری ابعاد آن بسیار موثر بود. کشف دماغه امیدنیک در قرن 12 م از آمریکای جنوبی و اقیانوس آرام، زمینه خوبی برای توصیف شکل زمین به وجود آورد.
امروز به کمک ماهواره ها، پرتولیزر و سایر ابزار نجومی به خوبی و با دقت کافی می توان از شکل و ابعاد و اندازه های زمین مطلع شد. نخستین عکسبرداریهای فضایی از زمین به وسیله راکتهای حامل دوربینهای نجومی صورت گرفت. این عکسها هر چند برای نشان دادن شکل و اندازه زمین کافی نبودند، اما انحنای زمین و گسترش جو را به خوبی نشان می دادند.
بعد از سیاره عطارد در منظومه شمسی، سیاره زهره قرار دارد و پس از آن نوبت به زمین ما می رسد که در فاصله حدود 150 میلیون کیلومتر از خورشید مدار خود را می پیماید. اگر در منظومه شمسی به نزدیکترین همسایه زمین یعنی زهره که در 40 میلیون کیلومتری زمین قرار دارد مسافرت کنیم، کره زمین را چون ستاره بزرگ و درخشانی خواهیم دید و حتی با چشم غیر مسلح کرویت آن را تشخیص خواهیم داد و با دوربینهای نجومی پنج قاره و اقیانوسهای زمین را می توان مشاهده کرد، ولی جزئیات دیگر آن مخفی خواهد ماند.
اگر از سیاره زهره پارا فراتر گذارده و از سیاره مشتری که در حدود 600 میلیون کیلومتری زمین قرار دارد، به کره خاکی خویش نظر اندازیم، زمین ما به صورت ستاره ریزی جلوه گر خواهد شد که حتی قویترین دوربینهای نجومی نیز چیزی جز چند لکه خاکستری از آن نخواهند دید. اما، از سیاره بعدی یعنی از حل، دیگر زمین را با چشم نمی توان دید، از آن فاصله زمین به قدری نزدیک به خورشید جلوه می کند، که با آن در هم آمیخته و در پرتو انوار تابناک آن، محو و ناپدید می گردد و قویترین دوربینها به زحمت بسیار، آن را به شکل جرقه نورانی رنگ باخته ای، مشاهده خواهند کرد. اما در آن سوی زحل، زمین ما را که هزاران میلیون انسان را در بر دارد، دیگر کسی نمی شناسد و دوربینهای ساکنان فرضی اورانوس و نپتون هر اندازه قوی باشد، باز قادر به رویت آن نیست و هنوز به مرز منظومه شمسی نرسیده زمین ما محو خواهد گردید.
اکنون، اگر به مسافت دورتری در فضا پیش رویم، مثلاً از ستاره شعرای یمانی که یکی از همسایگان نزدیک خورشید است و تنها 9 سال نوری از ما فاصله دارد، به عالم منظومه شمس که پهنه ای به قطر حدود 15000 میلیون کیلومتر از فضای بیکران را اشغل نموده است، نظر اندازیم تمام این دستگاه عظیم، به صورت نقطه در هم فشرده ای جلوه گر می شود ه جز یک ستاره نورانی یعنی خورشید چیز دیگری از آن مشاهده نمی گردد و اثری از زمین و دیگر سیارات آن هرگز نخواهیم یافت.
کره زمین به خاطر حرکت وضعی اش نمی تواند یک کره کامل باشد، اسحاق نیوتون در قرن هیجدهم، سرعت چرخش ساعتی حدود 1600کیلومتر در استواء زمین را دال بر تاثیر نیروی گریز از مرکز در نواحی استوایی دانسته معتقد بود، که نواحی استوایی زمین تحت تاثیرز این نیرو اندکی برآمده و در مقابل، دو قطب آن اندکی فرورفتگی دارند. با مشاهداتی که روی دو سیاره مشتری و زحل به عمل آمد و همچنین با عملیات صحرایی قرن هیجدهم، نظریه نیوتون مورد تایید قرار گرفت و معلوم شد، قطر استوای زمین حدود 41 کیلومتر بیشتر از قطر قطبی آن است. عملیات ژئوفیزیکی سالهای اخیر و پرتاب ماهواره های فضایی، علاوه بر تایید مراتب بالا، روشن ساخت که برآمدگی نواحی استوایی، دقیقاً مشابه نبوده و زمین تقریباً گلابی شکل است. بدین ترتیب که قسمتهای شمال استوای زمین کمی فرو رفته و برعکس قسمتهای جنوبی آن به همان میزان، یعنی اندکی برآمدگی دارد.
چنانچه از زمین خیلی دور شویم، کره رنگینی در برابر چشم خواهیم داشت که رنگهای آن دائماً در حال دگرگونی است. آن قسمت از زمین که بر اثر تابش نور خورشید روشن شده است، کلاً آبی کم رنگ و در خلال آن خشکیها به رنگ قهوه ای مایل به قرمز و اقیانوسها به رنگ سبز مایل به آبی به چشم می خورد.

سیارات و سایر اعضای منظومه شمسی
5-1. مقدمه
ستاره شناسان نخستین، توجهشان را به پنج "ستاره" مخصوص جلب کرده بودند که آرام آرام در میان صورتهای فلکی حرکت می کردند. این " ستارگان" به عنوان " ستاره های سرگردان" یا سیارات شناخته شدند. سیارات با نور پیوسته ای می تابند، اما ستارگان واقعی اغلب چشمک می زنند سیارات به هیچ وجه شبیه ستارگان نیستند، خورشید ما نمونه یک ستاره است. خورشید از خود گرما و نور می تاباند، اما سیارات فقط بر اثر نوری که از خورشید منعکس می کنند، می درخشند. بیشتر ستارگان بسیار بزرگتر از سیارات هستند. خورشید ما هزار بار از سیاره غول پیکر مشتری بزرگتر است. ستارگان چشمک زن خورشیدهای دیگری هستند که از هر سیاره ای به ما دورترند. همه سیاراتی که در آسمان شب قابل رویت اند، اعضای خانواده خورشید یا منظومه شمسی می باشند. پنج سیاره ای را که بدون تلسکوپ می توان دید عبارت از : عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل. عطارد از همه به خورشید نزدیکتر است. بهترین موقع دیدن سیاره نورانی زهره سپیده دم یا هنگام غروب است و به این سبب اغلب آن را " ستاره صبح" یا " ستاره غروب" می نامند. مریخ را رنگش " سیاره سرخ" نامیده اند. دو سیاره غول پیکر مشتری و زحل را اغلب با تابش نور زرد رنگ پیوسته ای می توان دید. مریخ، مشتری و زحل نسبت به زمین در فاصله دورتری از خورشید واقع شده اند.
پس از اختراع تلسکوپ ستاره شناسان سه سیاره دورتر را کشف کردند. اورانوس در سال 1160/1781 م، نپتون در 1225/1846 م. وپلوتو در 1282/1903م. کشف شد. هر 9 سیاره در مدارهایی به گرد خورشید سفر می کنند و همگی یک جهت را می پیمایند. سیارات نزدیکتر به خورشید زمان کمتری را برای این گردش صرف می کنند. نزدیکترین سیاره به خورشید یعنی عطارد تنها در 88 روز مسیر خود را می پیماید. گردش زمین به دور خورشید یک سال و گردش مشتری 12 سال به طول می انجامد.
" یون های کپلر" به مطالعه و بررسی در حرکت سیارات پرداخت. او در سال 1609م کشف کرد که مدارهای سیارات دوایری هستند که اندکی کشیده شده اند و بضی نامیده می شوند. یک بیضی دارای دو نقطه کانونی است. برای هر مدار سیاره ای، خورشید در یکی از کانونها واقع می شود و این امر بدین معناست که فاصله سیارات از خورشید ضمن حرکت در مدارشان مقدار کمی تغییر می کند. کپلر به چگونگی حرکت سیارات پی برد( به فصل هفتم مراجعه شود) اما اسحاق نیوتون بود که تشخیص داد نیروی گرانی، سیارات را در مدارشان نگه می دارد. گرانی زمین (ثقل یا جاذبه) باعث سقوط اشیاء به زمین می شود. اگر گرانی خورشید دائماً سیارات را به سوی خود نمی کشید، آنها از خورشید جدا می شدند و در اعماق فضا به پرواز در می آمدند.
خانواده خورشید، جدا ازسیارات اعضای دیگری نیز دارد. بین مریخ و مشتری انبوهی از هزاران " سیارک( شبه سیاره)" یا سیارات کوچک قرار گرفته اند. ستارگان دنباله دار با دمهای بلند و روان خود از دورترین قسمتهای منظومه شمسی به ما نزدیک می شوند. در فضای بین سیارات علاوه بر غبار، سنگها یا شهابسنگها ( سنگهای آسمانی) نیز پخش و پراکنده شده اند. این سنگهای فضایی در صورت برخورد با جو زمین کاملاً می سوزند و خطر سیری از شهاب یا " شهاب ثاقب" به وجود می آورند.
بسیاری از سیارات دارای اقماری در مدار خد بوده و تا حدودی شبیه منظومه های شمسی کوچکتر می باشند. مشتری حداقل سیزده قمر دارد که چهار تای آن را می توان با تلسکوپ کوچکی دید. نیروی گرانی اقمار را در مدار خود به گرد سیاراتشان حفظ می کند درست همانگونه که این خاصیت، انسجام تمامی خانواده خورشید را به یکدیگر حفظ می کند.
5-2- ویژگیهای عمومی منظومه شمسی
منظومه شمس از یک ستاره به نام خورشید، 9 سیاره، 34 ماه، سیارکها و تعداد زیادی ستارگان دنباله دار تشکیل شده است. خورشید 100 بار سنگین تر از بزرگترین سیاره
( مشتری) و 700 بار سنگین تر از بقیه منظومه شمسی به اضافه سیاره مشتری می باشد.
این حقیقت که جاذبه خورشید سیارات را در مدارشان نگه می دارد تا دیر باز در تاریخ ستاره شناسی تایید نشده بود. تا زمان گالیله، عقیده بر این بود که یکی از اشکال حرکت ایده آل در طبیعت به صورت دایره است که نیازی به نیرویی برای ادامه حرت تا بینهایت را ندارد. احتمالاً موافقت گالیله با این نظر غلط مانع از کشف قانون گرای توسط او گردید، اگر چه او تا مرز این کشف به عنوان نتیجه ای از حرکات اجرام بر روی زمین پیش رفت. نیوتون اولین کسی بود که این ایده قدیمی و بدون مفهوم را به دور ریخت و آنها را با بیان آشکاری از طبیعت حرک جایگزین کرد.
نیوتون در جلد سوم کتاب " اصول" شکلی را ارائه کرد که توسط آن حرکت مداری ماه را تشریح کرد. شکل (5-1) کوهی را نشان می دهد که بر قله آن توپی کار گذاشته شده است که لوله آن به طور افقی قرار دارد. هنگامی که توپ شلیک شود، تحت نیروی محرک فشار اعمال شده توسط گازهای داغ لوله، گلوله به سمت جلو حرکت می کند. همزمان، این گلوله مجبور است که در اثر جاذبه گرانی به سمت پایین یعنی به سمت زمین کشیده شود. ترکیب حرکات به سمت جلو و پایین یک مسیر منحنی به وجود می آورد که با رسیدن پرتابه به زمین پایان می یابد.
اگر بار انفجارات افزایش یابد، سرعت به سمت جلو زیاد می گردد و توپ قبل از آنکه در اثر گرانی به زمین برسد فاصله بیشتری را طی می کند. به این ترتیب، می توان تصور کرد که یک توپ می تواند از چنان قدرتی ساخته شده باشد که گلوله آن دور زمین را بدون برخرود با آن طی کند. مسیر منحنی پرتابه در یک مدار دایروی به دور زمین نتیجه حرکت به سمت جلو توسط شلیک توپ و انحراف به سمت پایین به وسیله گرانی می باشد. گلوله توپ مشابه یک قمر مصنوعی خواهد بود. نیوتون این تجربه تصوری را برای توضیح حرکت ماده به دور زمین ابداع کرد. همچنین نیوتون بیانی برای حرکت سیاره یا هر شی، دیگری به دور خورشید نیز ارائه داد.
اگر اندازه حرکتهای حامل شیء که آن را به دور مدارش به سمت جلو حمل می کند موجود نباشد، در اثر گرانی اش به دخل سقوط خواهد کرد. حال فرض می کنیم که شیء دارای اندازه حرکت کوچکی به سمت جلو باشد، لذا در یک مسیر منحنی به سمت خورشید سقوط می کند. و در فاصله نزدیکی به دور آن پیچ خورده و مجدداً در یک مدار بیضی به سمت خارج حرکت می کند.
اگر شیئی دارای انداز‍ حرکت بزگی به سمت جلو باشد، از نیروی گرانی خورشید قررا می کند و منظومه شمسی را به طور کامل ترک می نماید. اگر انداره حرکت به مست جلو بزرگ باشد و اما نه به اندازه ای که شیء را به خارج از منظومه شمسی حمل کند، شیء یک مسیر منحنی در فاصله قابل بررسی از خورشید را دنبال خواهد کرد، اما به تدریج به مسیری که مجدداً یک بیضی است، باز می گردد.
بین این دو حالت باید که یک امکان سومی قرار داد که در آن مسیر شیء به صورت یک دایره خم شده تقریبی باشد که توسط ترکیب اندازه حرکت به سمت خارج آن و کشش گرانی خورشید به وجود آمده باشد، اگر دو حرکت به نسبت مناسبی باشند، مسیر شیء یک دایره کامل خواهد بود
سایر ویژگیهای سیارات که از اهمیت ویژه ای برخوردارند عبارت اند از:
الف- سیارات حول خورشید کم و بی شدر مدارهایی با فاصله منظم گردش می کنند و فاصله یک سیاره تا سیاره بعدی اغلب یا سازه ا، 2/1 تا 2 افزایش می یابد. شکاف برجسته ای بین مدارهای مریخ و مشتری وجود دارد که به ترتیب 5/1 و 2/5 برابر فاصله زمین تا خورشید می باشد.
باید سیاره ای در وسط راه بین مریخ و مشتری در فاصله ای حدود 3 برابر شعاع مداری زمین قرار گرفته باشد، اما در آنجا هیچ چیز یافت نشده است. در عوض. گروهی از قطعات صخره و آهن به صورت کمربند سیاره مانند خورشید را در نزدیکی فاصله متوسط 9/2 برابر شعاع مدار زمین دور می زنند. ما آنها را سیارک می نامیم.
ب- مدارهای تمام سیارات با صفحه مدار زمین حول خورشید که دایره البروج نامیده می شود چند درجه اختلاف دارند. مدارهای داخلی ترین سیاره، عطارد و دورترین سیاره، پلوتون جزو استثنائات می باشند. مدارهای تام سیارات به دایره کامل نزدیک می باشند. به استثناء عطارد، پلوتو و مریخ که مقداری تغییر می کنند. فاصله پلوتو تا خورشید تقریباً به مقدار 1 بیلیون کیلومتر در طول دوره سال سیاره تغییر می کند به استثنای اجسام کوچکی به نام ستارگان دنباله دار، پلوتو به دورترین قسمت مدارش در مرز خارجی منظومه شمسی می رسد. بعضی از مدارهای ستارگان دنباله دار به یک پنجم فاصله تا نزدیکترین ستاره بعدی می رسند.
ج- درفضای بین سیارات ابر رقیقی از گاز بیشتر هیدروژن است با چگالی صد به هزار اتم در هر 39/16 سانتی متر مکعب وجود دارد. در ورای مرز منظومه شمسی چگالی ماده به مقدار بین ستاره ای اش یعنی 10 اتم در 39/16 سانتی متر مکعب می باشد.
د- زمان گردش سیارات به دور خورشید با افزایش فاصله از خورشید، افزایش می یابد و از 88 روز برای عطارد تا 5/2 قرن برای پلوتو تغییر می کند. رابطه بین فاصله سیاره تا خورشیدR و طول سال آن T به صورت زیر وجود دارد:

زمان دوران سیارات حول محورشان از 9 ساعت و 50 دقیقه برای سیاره مشتری تا 243 روز برای زهره تغییر می کند. شباهت زمان چرخش سیارات مریخ و زمین، احتمالاً تصادفی است. سیارات غول، خیلی سریع حول محور خود می چرخند.
5-3- خانواده منظومه شمسی
اعضای خانواده منظومه شمسی از نظر جرم و ترکیب به 4 گروه زیر تقسیم می شوند:
الف- سیارات خاکی
سیارات عطارد، زهره و مریخ که دارای ترکیباتی مشابه ترکیبات زمین بوده و به طور کامل از مواد صخره ای و آهن تشکیل شده اند، به عنوان سیارات خاکی معروفند. ماه که فقط کمی از عطارد کوچکتر است، گاهی جزو سیارات خاکی طبقه بندی می شود. دمای سطحی زهره و زمین نسبت به دو سیاره دیگر اندکی بیشتر است، زیرا جو نسبتاً چگال این سیارات به عنوان پوششهای عایقی، عمل می کند. مریخ جو بسیار رقیقی است و عطارد و ماه تقریباً بدون جو هستند. براساس مشاهدات به دست آمده، چگالی متوسط سیارات خاکی به طور قابل ملاحظه ای تغییر می کند.
1- عطارد ( تیر): عطارد نزدیکترین سیاره به خورشید است. اندازه واقعی آن و جرم آن زمین است. عطارد مدار خود را در مدت 88 روز کامل طی می کند و طول هر شبانه روز آن برابر 59 شبانه روز زمینی است چگالی عطارد شبیه چگالی زمین است. مواد تشکیل دهنده آن دارای دمای زیادی بوده و به علت نزدیکی به خورشید نسبت به سایر سیارات خاکی عناصر سبکتر و نسبتاً فرار بیشتری را از دست داده است. مدار سیاره عطارد کاملاً بیضوی است به طوری که فاصله آن از خورشید بین 47 و 69 میلیون کیلومتر تغییر می کند.
در سال 1353/1974م کاوشگر فضایی " ماریز10" از کمنار عطارد عبور کرد و چندین هزار عکس از این سیاره به زمین فرستاد. در نگاه اول، این عکسها دنیایی شبیه به ماه را نشان می دهند. در این سیاره دهانه های بسیار زیاد و چندین دشت هموار وجود دارد. برخی از این دهانه های عظیم، درست مانند دهانه های بزرگ ماه، پرتوهای نورانی پخش می کنند. در عطارد هیچ گونه آب و هوایی وجود ندارد، فقط روزهای بلند و سوزان و به دنبال آن شبهای بسیار سرد فرا می رسد. بنابراین، سطح عطارد بر اثر فرسایش تغییر نمی کند.
ماریز 10، نیروی مغناطیسی بسیار ضعیفی را در اطراف عطارد کشف کرد. چنین به نظر می رسد که این سیاره شبیه یک آهنربای دائمی است. نیروی مغناطیسی زمین صدبار از نیروی مغناطیسی عطارد قویتر است. همچنین ماریز 10، جو بینهایت نازکی از گاز هلیوم راکشف کرد. این مقدار به قدری کم است که فشار در سطح عطارد و میلیونها بارکمتر از سطح زمین است. در دنیای بی هوای عطارد با دامنه تغییرات عظیم دمای آن، زندگی و حیاتی مانند زمین نمی تواند وجود داشته باشد.
دیدن سیاره عطارد بسیار مشکل است. مدار نزدیک آن به گرد خورشید به این معنی است که هیچگاه در آسمان نمی بینیم که این سیاره بیش از 27 درجه از قرص خورشید دور شود. در نتیجه عطارد را تنها می توانید درست قبل از طلوع یا بعد از غروب آفتاب، در نزدیکی افق ببینید. حرکت سریع این سیاره، امکان دیدن آن را تنها به چند روز در هر گردش سالیانه اش محدود می کند. " اهله" آن با یک تلسکوپ شبیه ماه دیده می شود؛ زیرا ما از زمین قسمتهایی از این سیاره را می بینیم که در روشنایی خورشید نیستند. اگر با تلسکوپی به جستجوی عطارد می پردازید، هیچگاه تلسکوپ را رو به خورشید نگیرید.
شکل 5-4 دهانه بزرگ بر روی عطارد
2- زهره ( ونوس): زهره نزدیکترین همسایه زمین است و تقریباً اندازه و جرمی مشابه زمین دارد. این سیاره خورشید را در داخل مدار زمین طی مدت 225 روز زمینی دور می زند. همان طور که زهره حول خورشید می گردد. اهله ای شبیه اهله ماه پیدا می کند، در حالت " زهره نو" سیاره مستقیماً بین زمین و خورشید قرار دارد و به سختی دیده می شود، هر چند در این زمان کمترین فاصله را از زمین دارد و بزرگترین اندازه ظاهری را نشان می دهد. در حالت " زهره کامل" سیاره در جهت مخالف " زهره نو" قرار می گیرد.
چرخش زهره حول محور خودش برخلاف جهت گردش آن حول خورشید است. یعنی از قطب شمال، سیاره در جهت عکس حرکت عقربه های ساعت حول خورشید می گردد
( مانند تمام سیارات منظومه شمسی) در حالی که چرخش آن حول محور خودش، در جهت حرکت
عقربه های ساعت می باشد. این نوع حرکت را چرخش بازگشتی می گویند. زهره تنها سیاره منظومه شمسی است که چرخش آن بازگشتی است. علت چرخش بازگشتی زهره آن است که احتمالاً در آغاز تشکیل، این سیاره با سرعتی برابر سرعت زمین حول محور خودش می چرخیده است. در عین حال، به علت نزدیکی به خورشید، تاثیر گرانی خورشید بر این سیاره بیشستر بوده است. کشش گرانی خورشید باید سرعت چرخش را پایین آورده باشد تا سیاره بتواند به همان سرعتی که حول خورشید می گردد، در حال چرخش به دور خودش باقی بماند. این بدان معنی است که زهره تمام مواقع رو به خورشید است. از این نکته به خوبی معلوم می شود که چرا طول شبانه روز زهره بسیار بلندتر از طول شبانه روز زمین است.
پوشش ضخیمی از ابرها، در تمام مواقع، زهره را فرا گرفته است. به علت نزدیکتر بودن زهره به خورشید شدت تابش نور خورشید بر آن 9/1 تا 2 بار بیشتر از شدت تابش نور خورشید بر زمین است. 80 درصد این افزایش انرژی خورشیدی توسط ابرهای ضخیم زهره، جذب میشود. ستاره شناسی رادیو یی و آخرین نتایج حاصله از بررسیهای فضا پیماهای شوروی سابق و آمریکا نشان می دهد که زهره با دمای متوسط 427 سیاره ای بسیار داغ که برای زندگی مناسب نمی باشد. این دما به قدری زیاد است که می تواند سرب را ذوب کند و برای شکستن و جدا کردن تمام مولکولهای حسساسی که جزئیات ضروری یک سلول حیات را می رساند کافی می باشد. بدیهی است در صورتی که هیچ اندام واره ای نتواند بر روی زمین زندگی کند، می تواند برروی سطح زهره وجود داشته باشد. فشار جو در سطح زهره تقریباً 2kg/cm 155 و یا صد برابر فشار بر سطح زمین است. تحقیقات جدید نشان می دهدکه 90 تا 95 درصد جو زهره را گاز کربنیک (2 CO ) تشکیل می دهد در حالی که فقط 3/0 درصد گازهای تشکیل دهنده جو زمین، 2 CO می باشد. به علت دمای زیاد زهره، آب به شکل مایع به صورت اقیانوسی وجود ندارد. بنابراین، سیاره زهره با ویژگیهای فوق مکان مناسبی برای توسعه حیات نیست. سیاره زهره 2 تا 3 ساعت قبل و یا بعد از طلوع خورشید قابل رویت است و به نام ستاره صبحگاهی و یا شامگاهی معروف است.
دنیای داغ و غلیظ زهره بسیاری از فضا پیماهایی را که کوشش می شد بر سطح آن فرود آیند، از بین برد. سرانجام در سال 1975م. دو سفینه شوروی که شبیه " زیردریای های ویژه اعماق دریاها" ساخته شده بودند، توانستند آنقدر دوام بیاورند تا نخستین عکسهایی را که تاکنون از سطح سیاره دیگری گرفته شده است، برای ما ارسال دارند. عکسها در یک مورد، چشم اندازی از صخره های تیز و در مورد دیگر اشکال صاف تری را نشان می دهند. اندازه صخره ها اغلب بین 30 تا 60 سانتی متر است.
احتمالاً زمین هم بد بدو تشکیل تا حدودی شبیه زهره امروزی بوده است. زندگی بر روی زمین، جو غلیظ انیدرید کربنیک را که زمانی در اینجا نیز وجود داشت، تجزیه و متلاشی کرد. اکنون قسمت اعظم کربن در لایه های عظیم گچ و سنگ آهن محصور شده است. آب ه در زهره هنوز در جو قرار دارد، در زمین به صورت سیل جاری شد و اقیانوسها را تشکیل داد.
3- مریخ، سیاره سرخ: مریخ در فاصله 228 میلیون کیلومتری خورشید قرار دارد. طول سال این سیاره 687 روز یا 9/1 برابر سال زمین است. مریخ در مدت 24 ساعت و 37 دقیقه و 22 ثانیه حول محور خودش می چرخد و محور چرخش آن با صفحه مدارش، زاویه 0 24 می سازد. با یک مقایسه، طول شبانه روز مریخ و زاویه محور آن با صفحه مدارش تقریباً مشابه کمیتهای زمین است. سطح مریخ از ابر خالی است. واقعیتهای سطح مریخ از زمین در صورتی قابل رویتند که حداقل 80 کیلومتر قطر داشته باشند. علی رغم، شعف تفکیک عکسهای گرفته شده ویژگی جالبی نشان می دهند. تصاویری که متوالیاً در تابستان و زمستان در خلال سال مریخی 2 از نیمکره جنوبی آن گرفته شده است، کلاهکهای قطبی را به صورت برجسته، مانند پوشش یخ و برف در قطبین زمین، نشان می دهد، اندازه کلاهک قطبی مریخ 320 کیلومتر است. کلاهکها از لایه نازک دی اکسید کربن منجمد ( یخ خشک) تشکیل شده اند .
به طور کلی نتایج به دست آمد از فضا پیماهای ماریز و وایکینگ که در سالهای مختلف به مریخ فرستاده شده اند، عبارت اند از:
الف- مریخ دارای جو گازی است و دارای مقدار قابل ملاحظه ای ازت، به عنوان عنصر شیمیایی حیات، می باشد. جدول (5-1) ترکیب گازها درجو مریخ را نشان می دهد.
جدول (5-1)
درصد فراوانی
نوع گاز
درصد فراوانی
نوع گاز
1/0 تا 4/0
اکسیژن 2O
95
دی اکسید کربن(2 CO)
01/0 تا 1/0
آب O2H
3
ازت (2N)

1
آرگون (40 Ar)

ب- سطح مریخ دارای دهانه های زیادی در اندازه های گوناگون است که قطر بعضی از آنها به صدها کیلومتر می رسد. گفته می شد که این دهانه ها بر اثر سقوط شهابسنگها به وجود آمده اند و سپس تحت تاثیر عوامل فرسایشی قرار گرفته اند.
ج- رود بسترها و کانالها: تعداد زیادی از کانالهای شاخه ای با گودالهای تاریک در گوشه و کنار مریخ وجود دارند. این کانالها حاصل فعالیت فرسایشی، حجمهای بزرگی از آب است که احتمالاً در دوره گرم و مرطوب در مریخ به وجود آمده اند. تصاویر ارسالی از وایکینگها کانالهای همگرا و پیچ در پیچ را نشان می دهد که نمایانگر بستر رود یا انشعابات متعدد میباشد. زهکشی کانالها از چپ به راست و مشابه کانالهایی است که بر اثر فرسیایش آب در نواحی بیابانی زمین به وجود آمده اند ( شکل 5-6)
د- کوههای آتشفشانی: در سطح زمین تعداد زیادی کوه آتشفشانی عظیم وجود دارد. این آتشفشانها مدت زیادی است که خاموش شده اند. معروفترین کوه آن، آتشفشان عظیم مونت کره المپوس می باشد که قطر دهانه آن 64 کیلومتر و قطر قاعده آن 480 کیلومتر است. شکل تقریباً مخروطی آن و وجود کالدیرا در دهانه مخروط این آتشفشان، شکل آشنای آتشفشانهای زمینی را تداعی می کند. این واقعیت که همه کوهها در یک طرف مریخ قرار دارند، نشان می دهد که احتمالاً فرآیند گرم شدن نسبتاً جدید است و گرمای آن معلول تلاشی آرام مواد رادیو اکتیو اورانیوم، توریم و پتاسیم می باشد.
هـ – کانیون : در مریخ کانیونهای زیادی وجود دارد که بعضی ازآنها 3200کیلومتر طول، 120 کیلومتر عرض و 6 کیلومتر عمق دارند. عده ای معتقدند، کانیونهای مریخ به پدیده اشتقاق قاره ها مربوط اند.
و- صحراها و تپه های شنی: دشت هلاس از بزرگترین دشتهای مریخ است که در آن ارتفاعی وجود ندارد. در سطح مریخ در فواصل معین، تپه های شنی مانند تپه های شنی سطح زمین، دیده می شود.
ز- اقمار مریخ: مریخ دارای دو قمر به نامهای فوبوس( ترس) و دیموس( وحشت) است. این دو قمر حدود 400 سال پیش توسط کپلر شناسای شدند. آنها در مداری دایره ای مریخ را دور می زنند فوبوس که بزرگتر و نزدیکتر به مریخ است، قطری حدود 16کیلومتر دارد و مدت حرکت انتقالی آن 7 ساعت و 39 دقیقه می باشد. فوبوس درمغرب طلوع می کند و بعد از 4/1 4ساعت در مشرق غروب می کند. منشا اقمار مریخ هنوز معلوم نشده است. عده ای معتقدند که احتمالاً از انباشت گرانشی سنگهای ریزی که در گذشته های دور در مدار مریخ قرار داشته اند، تشکیل شده اند، گروهی دیگر، منشا اقمار مریخ را سیارکهایی می دانند که در میدان گرانشی مریخ گرفتار شده اند.
ح- حیات درمریخ: سالهاست که کاوشهایی برای یافتن حیات در مریخ صورت می گیرد. تحقیقات پردامنه علمی که درخصوص این سیاره صورت گرفته است، تا حدود زیادی معلول ای طرز تفکر بوده است که در مریخ احتمالاً حیات وجود دارد. آب عنصری کلیدی در بحث کاوشهای زندگی در مریخ میباشد. محیط سیال مناسبی برای حرکات آزادانه مولکولهای پیچیده یک سلول ایجاد می کند. این حرکات، منجر به برخوردهای مکرر بین ملولکولها می شود و در نتیجه واکنشهای شیمیایی که فرآیند زندگی را تسهیل می کنند، به وجود می آیند. اجزای اصلی ساختمان ماده، در دریاهای کم عمق مریخ فرو رفته اند و به طور لاینقطع به یکدیگر برخورد کرده و به صورت مولکولهای بزرگ- پروتئینها، DNA و RNA که اندام واره های ضروری حیات می باشند در می آیند. اتصال مولکولهای کوچک برای شکل گیری مولکولهای بزرگ، اولین قدمی است که در طول مسیر فاقد حیات برداشته شده است. رابطه بین آب و حیات موضوع جالبی را جهت گواه فضا پیماها برای مقادیر زیادی آب بر روی مریخ در زمانهای گذشته به وجود می آورد. هنگامی که تشعشع گازها از آتشفشانهای مریخ مقدار قابل ملاحظه ای از آن مایع را بر روی سطخ مریخ نگه داشت، یک جو چگالتر از زمین به وجود آورد. انتقال به شرایط آب و هوای خشک امروز ممکن است در خلال میلیونها سال صورت گرفته باشد، در این فرآیند ضعیف ترین نمونه های حذف و سخت ترین آنها باقی می مانند تا شدت کیفیتشان را به نسلهای آینده منتقل کنند.
هدف اولیه فضاپیماها وایکینگ و ماریز، تجزیه خاک و انجام آزمایشاتی جهت یافتن حیات در مریخ بود. خاک نشینهای وایکینگها که دارای دوربینهای تلویزیونی و ابزار مجهزی بودند، سه آزمایش بیولوژیکی برای یافتن میکرو ارگانیزمها در خاک مریخ انجام دادند. آزمایش اول برای یافتن متابولیسم تحت عنوان " آزمایش رها سازی مشخص" انجام گرفت و وقتی گاز کربن رادیو اکتیو از خاک مولد خارج شد، موجب تعجب دانشمندان گردید. آزمایش رها شونده پیرولیتیک برای یافتن فتوسنتز انجام شد که در بعضی موارد نتیجه مثبت و در بسیاری از موارد منفی بود. آزمایش سوم با نام " آزمایش مبادله گاز" برای درک عمل تنفس صورت گرفت. این آزمایش شوق دانشمندان را برای کشف حیات به دلسردی تبدیل کرد. با شرایطی که گفته شد و مواردی که در زیر به آن اشاره می شود، مریخ جای مناسبی برای حیات نیست.
1. فقدان آب و اکسیژن و یا وجود این گازها به مقدار بسیار اندک
2. فشار جوی که برابر با فشار جو زمین است
3. تشعشعات شدید ماوراء بنفش که می تواند ساده ترین مولکولها را از بین ببرد.
در طول دهه های آتی، یافتن پاسخ صریحی، دال بر وجود حیات در مریخ، ممکن نیست، با وجود آن که آزمایشهای وایکینگها عناصر متناقضی از حیات در مریخ را نشان می دهند، ولی می توان نتیجه گرفت که امروزه بعضی از فرایندهای متاثیر از حیات به صورت اندام واره های اولیه در مریخ می تواند وجود داشته باشد و با این که مریخ محتمل ترین سیاره ای است که می توان موجودات زنده ای نظیر خزه ها و گلسنگها را در آن یافت.
ب- سیارات غول
سیارات غول، مشتری، زحل، اورانوس و نپتون 5 تا 10 برابر بزرگتر و خیلی سنگینتر از زمین هستند، ولی به طور قابل ملاحظه ای چگالی آنها از زمین و همسایگانش کمتر و درحدود چگالی آب است. آنها محتوی سبکترین عناصر از قبیل هیدروژن و هلیوم می باشد. در نتیجه، ساختار یک سیاره غول با سیارات خاکی متفاوت است. مشتری و زحل عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده اند و فاقد یک سطح معین می باشند، در حالی که اورانوس و نپتون بیشترین مقدار گازهای سبک خود را از دست داده اند، و احتمالاً از یخهای آب، آمونیاک و متان که در اطراف صخره ها ذخیره شده اند، تشکیل گردیده اند.
1. مشتری: مشتری بزرگترین سیاره منظومه شمسی و فاصله آن تا خورشید 778 میلیون کیلومتر می باشد. مدت حرکت انتقالی آن تقریباً 12 سال و طول شبانه روز آن 9 ساعت و 54 دقیقه است. سرعت چرخش مشتری بسیار سریع می باشد. این سرعت منجر به برآمدیگیهای استوایی می باشند. تخمینهای قطری ساختار داخلی مشتری نشان می دهد که فشار در مرکز سیاره در حدود 12 10*7/2 پاسکال است دما در مرکز مشتری به ok 5000 می رسد. این دمای زیاد نتیجه انقباض این سیاره سنگین در اثر نیروی گرانی خودش می باشد. اگر مشتری 70 بار سنگین تر می بود، دمای آن تا حدی بالا می رفت که برای افروزش واکنشهای هسته ای کافی بود و آن را مبدل به یک ستاره کوچک می کرد. فشار بسیار زیاد مشتری، اتمها را به حالت مایع فلزی نظیر لیتیوم و سدیم، در دماهای بسیار بالا در می آورد. پوشش ضخیمی از گاز بسیار فشرده هیدروژن و هلیوم در بالای هسته هیدروژن قرار گرفته است. این پوشش گازی توسط دو دسته ابر ضخیم احاطه شده است که قسمت پایینی آن مشتمل برقطرات آب و بلورهای یخ و قسمت بالایی آن شامل بلورهای آمونیاک منجمد ( با دمای 184) می باشد. همین ابرهای آمونیاک منجمد، سطح مرئی سیاره را آشکار می سازند.
ابزارهای تعبیه شده در فضاپیماهای پایونز نشان دادند که مشتری بیشتر از آنچه که گرما از خورشید دریافت می کند به فضا تابش می نماید. این گرمای اضافی می تواند باقیمانده گرمای آزاد شده در هنگام شکل گیری این سیاره باشد. و یا این که سیاره همچنان که در اثر نیروی گرانی خود به چروک شدن ادامه می دهد، گرما نیز به مقدار ثابتی آزاد می شود.
عکسهای ارسالی از این فضاپیماها، ابرهای مغشوشی به شکل طوفانهای عظیم و گرد بادهای بزرگ نشان می دهد که تا هزاران کیلومتر امتداد دارند. این عکسها لکه های قرمز رنگ بزرگی را نشان می دهد که حدود 40 کیلومتر طول دارند و در مدت 300 سال گذشته وجود داشته اند. این لکه ها احتمالاً مرکز طوفانهای عظیمی میباشند که منشا آن هنوز معلوم نیست.
سیاره مشتری در برگیرنده هیدروژن فراوان همراه با عناصر عادی مانند کربن، ازت و اکسیژن است. در میا نآنها آمونیکا و متان نیز مشاهده شده اند، همچنین احتمالاً بخار آب نیز وجود دارد. این کتاب به وفور در جو اولیه وجود دارد و لذا می توان گفت که هنوز قدمهای اولیه مسیر تکامی حیات بر روی سیاره مشتری زمین وجود داشته اند و در اتفاقاتی که به توسعه حیات در روی زمین منجر شده اند، نقشی بحرانی داشته اند. اهمیت آنها در تحول روی زمین به پایان رسیده و مدت زیادی است که فرار کرده اند. اما این ترکیبات همچنان در سیاره مشتری وجود دارد ولذا می توان گفت که هنوز قدمهای اولیه مسیر تکاملی حیات بر روی سیاره مشتری برداشته نشده است. مشتری را می توان تقریباً به مدت شش ماه از سال، به صورت سیاره ای درخشان در پهنه آسمان دید.
مشتری که نزدیکترین سیاره غول پیکر به خورشید است. بیشترین حجم و جرم را نیز دارد. این سیاره در بعضی مواقع همه ستارگان آسمان شب را تحت الشعاع قرار می دهد و تنها سیاره زهره از آن نورانی تر است مشتری اشکال متنوعی دارد که بعضی از آنا را می توانید
با یک تلسکوپ کوچک مشاهده کنید نوارهای روشن و تیره ای از ابر در این سیاره نمایان است و علاوه بر این " لکه بزرگ سرخ" را نیز می توانید ببینید. اندازه این لکه متغیر است؛ اما طول آن تقریباً 50000 کیلومتر و عرض آن 12000 کیلومتر می باشد.
در سال 989/1610م. گالیله چهار قمر اصلی مشتری را کشف کرد. این اقمار " آیو" ، "اروپا"، " گانیمد" و " کالیستو" نامیده می شوند. هر چهار قمر مذکور را حتی با یک دوربین دو چشمی به سادگی می توان تشخیص داد. آیو تنها کمتر از دو روز وقت می گیرد تا مدار مشتری را طی کند. اروپا در سه و نیم روز، گانیمد در یک هفته و کالیستو تقریباً در هفده روز مشتری را دور می زنند. اگر برای چند شب، طرحی از مشتری و اقمارش رسم شود، رقص این اقمار به گرد سیاره به زودی آشکار خواهد شد. گالیله دریافت که این سیاره، شمای کوچکی از منظومه شمسی است. علاوه بر این چهار قمر بزرگ که " اقمار گالیله" نامیده می شوند، مشتری حداقل 9 قمر بسیار کوچکتر نیز دارد که تنها به وسیله تلسکوپهای بزرگ قابل رویتند.
تماشای اقمار مشتری که در پشت این سیاره ناپدید و سپس دوباره در روشنایی آفتاب ظاهر می شوند، تفریح سرگرم کننده ای است. ناظرین تیزبین متوجه شده اند که هرگاه آیو از سایه یخی پشت مشتری پدیدار شود، برای چند دقیقه روشنتر از حد معمول به نظر می آید. این امر ناشی از آن است که "برف" آمونیاک در هنگام حرکت آیوبه طرف قسم شب مشتری، از جو آیو به پایین رانده می شود. این برف درخشان قبل از آنکه براثر تابشهای خورشید ذوب شود، برای چند لحظه نور خورشید را شدیدتر منعکس می کند. آیو از فلز زرد رنگی به نام سدیم پوشیده شده است. این فلز در تابشهای خورشید تجهیز می شود و جوی مرگبار از سدیم تشکیل می شود.
شکل 5-8. چهار قمر بزرگ مشتری را شب به شب با یک تلسکوپ کوچک می توان دنبال کرد، محل آنها هر شب تغییر می کند.
2- زحل: زحل بعد از مشتری، بزرگتری، سنگین ترین و سریعترین سیاره منظومه شمسی است و در بسیاری از موارد دومین مقام را دارد. زحل در فاصله 427/1 میلیون کیلومتری از خورشید قرار گرفته است. مدت حرکت انتقالی آن حدود 29 روز و حرکت چرخشی آن 10 ساعت و 14 دقیقه می باشد قطر این سیاره 119300 کیلومتر است. حداقل دمای آن 160- می باشد. محور چرخش آن نسبت به صفحه مدارش زاویه 2 درجه و 29 دقیقه می سازد. جرم آن 95 برابر جرم زمین است و مانند همه سیارات غول دارای چگالی کم می باشد. لکه هایی که بر استوای آن قرار دارد به علت دوره تناوب حرکت این سیاره به دور خودش می باشد. ساختمان زحل بسیار شبیه مشتری است و هیدروژن عنصر اصلی ساختار آن است. در جو زحل به وجود 4 CH و 2H پی برده اند، ولی برخلاف مشتری در آن آمونیاک (3NH) نیافته اند. تمام آمونیاک سیاره بر اثر دمای کم آن، احتمالاً به صورت جامد در نوار ابرهای آن وجود دارد که در طیف نما ظاهر نمی شود.
برجسته ترین ویژگی ششمین سیاره منظومه شمسی، حلقه های زحل می باشد. این حلقه ها برای نخستین بار در سال 1655م. توسط اختر شناس هلندی، کریستیان هویگنز، کشف شد. چهار حلقه ناحیه ای بین 102400 تا 136000 کیلومتر از مرکز زحل را اشغال کرده اند. داخلی ترین حلقه، 15200کیلومتر بالای سطح سیاره قرار دارد. حلقه ها نسبت به قطرشان ماند کاغذ نازکی هستند که ضخامت آنها از 1/0 متر تا 2/3 کیلومتر متغیر می باشد، لذا هنگامی که حلقه ها از زمین به طور نیمرخ مشاهده شوند، ناپدید می گردند و اگر از رو به رو مشاهده شوند، به صورت نور خیره کننده ای رویت می شوند. از درون حلقه ها، ستارگان قابل رویت می باشند و این دال برآن است که حلقه احتمالاً از بلورهای یخ و ذرات گرد و غبار پوشیده از یخ تشکیل شده اند.
شکل 5-9. همچنانکه زحل به دور خورشید می گردد، تمایل حلقه ها به آهستگی تغییر می کند. علت این امر آن است که با حرت زحل در امتداد مدارش، ما بر روی زمین، حلقه ها را تحت یک زاویه همیشه متغیر می بینیم.
منشا حلقه ها به نیروی گرانشی اعمال شده توسط زحل بر روی اقمارش بستگی دارد. چون شدت نیروی گرانی با کاشه فاصله افزایش می یابد، لذا طرف نزدیک یک قمر، کشش گزانشی قویتری را نسبت به طرف دیگر خواهد داشت و جاذبه قویتر در لبه نزدیکتر سبب می گردد که مواد از این طرف به خارج از بدنه قمر کشیده شوند، ولی نیروی گرانی داخلی قمر مانع از این عمل می شود. اگر قمر به سیاره اش نزدیک باشد، کشش در لبه نزدیک بسیار شدید می شود و در نتیجه قمر متلاشی شده و سپس هر قطعه حاصله، خود به صورت یک قمر کوچک، سیاره را دور می زند. حداقل فاصله ای را که یک قمر باید از سیاره والدش داشته باشد تا متلاشی و پراکنده نشود. حد روچ می گویند محاسبات ریاضی نشان می دهند که حلقه های زحل در داخل حد روچ قرار دارند. امروزه عقیده عمومی براین است که حلقه ها بقایای قمری هستند که در فاصله بسیار نزدیک، از هم گسیخته و پاره شده اند و یا این که احتمالاً از مواد ریزی تشکیل شده اند که در داخل حد روچ حو زحل اولیه می گردیده اند و از اجتماع آنها به صورت یکی شیء واحد در موقع شکل گرفتن اقمار زحل، ممانعت شده است و لذا هزگز به صورت کامل تکوین نیافته اند.
تمامی سیاره زحل تقریباً از گاز ترکیب یافته و سنگی در آن به کار نرفته است. کمربندهای ابری زحل مانند کمربندهای مشتری آشکار واضح نیستند؛ اما مطمئناً وجود دارند. زحل دارای 10 قمر است. یکی از آنها به نام " تیتان" تقریباً 6000 کیلومتر عرض دارد و بزرگترین قمر منظومه شمسی محسوب می شود. تیتان همچنین جوی مخصوص به خود دارد که از متان و آمونیاک تشکیل شده است.
ج- سیارات دور منظومه شمسی
آن سوی زحل، اورانوس، نپتون و پلوتو قرار دارند؛ سه سیاره ای که در روزگاران گذشته ناشناخته بودند. " ویلیام هرشل" ستاره شناس بزرگ، اورانوس را در 13 مارس 1781م. کشف کرد اگر چه هرشل در نظر داشت موسیقیدان شود، اما شیفته ستاره شناسی شد. هرشل درباره آسمانها مطالبی از پیش خود آموخت و سپس در سال 1773م. تلسکوپ بازتابی خود را ساخت. او با این تلسکوپ شروع به مطالعه و بررسی ستارگان کرد. و در حالی که علاقه و اطلاعاتشان افزایش می یافت، به ساختن تلسکوپهای بزرگ و بزرگتری پرداخت. "کارولین" خواهر ویلیام هرشل نیز در کشف و تحقیق پیرامون آسمان به او کمک می کرد.
هرشل تصمیم گرفت ستارگان را بررسی کرده و موقعیت و روشنایی آنها را یادداشت کند. او طی یکی از این تحقیقات دقیقش، سیاره کاملاً جدی را یافت. این موضوع دانشمندانی را که انتظار وجود هیچ سیاره دیگری را نداشتند، بسیار شگفت زده کرد. هرشل در نظر داشت سیاره جدید را به نام جورج سوم که در آن زمان در انگلستان به سلطنت رسیده بود بنامد؛ اما سرانجام موافقت شد تا این سیاره به نام اورانوس نامیده شود. این انتخاب از آن رو انجام شد که در اساطیر یونان باستان، اورانوس پدر ساترن (زحل) و ساترن پدر ژوپیتر (مشتری) بود. هرشل علاوه بر کشفل اورانوس، رصدهای بسیار مهمی نیز در مورد ستارگان، کهشکانها و سحابیها انجام داد.
1. اورانوس: اولین سیاره ای است که در عصر جدید کشف شده است. اورانوس در فاصله 87/2 میلیون کیلومتری خورشید و با دوره تناوبی برابر 01/84 سال به دور آن می گردد. مدت چرخش آن 10 ساعت و 41 دقیقه و در جهت معکوس می باشد. اورانوس 5 قمر دارد، قطر آن 51800کیلومتر و جرم آن 5/14 برابر جرم زمین است. یکی از ویژگیهای غیر معمول اورانوس که با دیگر سیارات تفاوت دارد، آن است که این سیاره برخلاف سایر سیارات در جهت حرکت عقربه های ساعت به دور خورشید می گردد. به عبارت دیگر، حرکت آن معکوس یا برگشتی است. اورانوس با سطح مدارش زاویه0 98 می سازد، یعنی محور اورانوس، در سطح مدارش قرار دارد، بدین ترتیب فصول و قطبها در اورانوس غیر عادی است. جو اورانوس، آمیزه ای از آمونیاک، متان و هیدروژن است.
در سال 1356/ 1977م. اورانوس از خط دید گذشت و به طرف یک ستاره دور دست پیش رفت. ستاره شناسان در سرتاسر دنیا و حتی در یک هواپیمای بلند پرواز، تلسکوپهای خود را به طرف اورانوس گرفتند تا گرفتگی آن ستاره توسط اورانوس را تماشا کنند! اما با موضوع بسیار شگف انگیزی روبه رو شدند؛ زیرا پیش از آن که این سیاره، خط دید ستاره را واقعاً قطع کند، نور ستاره چندین بار محو شد. آنچه که اتفاق افتاد، از این قرار بود: اورانوس باید دارای یک سیستم پنج حلقه ای باشد که با تلسکوپهای ما دیده نمی شود. شاید این حلقه ها بیشتر از سنگ ساخته شده باشند تا شن و ریگ. همچنانکه اورانوس و حلقه هایش زمینه دوردست ستارگان را دنبال می کردند، سنگهای حلقوی، ستاره را برای کمتر از یک ثانیه سیاه کردند.
2. نپتون : نپتون و اورانوس در بسیاری موارد شبیه یکدیگرند. اندازه آنها تقریباً یکی است و چگالی نزدیک به هم و احتمالاً ساختار داخلی و ترکیب شیمیایی یکسانی نیز دارند. پس از یک مرحله کار تحقیقاتی ریاضیدانان، ستاره شناسان در سال 1846م. محل نپتون را تعیین کردند. پس از چندین سال بررسی و مشاهده دقیق اورانوس، موجب سردرگمی و شگفتی ناظرین شد. این سیاره مسیر خود را به گرد خورشید، آنگونه که ستاره شناسان بر مبنای قانو گرانی نیوتون فکر می کردند باید ادامه دهد، حفظ نمی کرد و چیزی سببب انحراف آن از مسیر اصلی می شد!
یک ریاضیدان جوان دانشگاه کمبریج به نام " جان آدامز" و یک دانشمند فرانسوی به نام"اورین لووریه" تشخیص دادند که احتمالاً سیاره دیگری اورانوس را به یک طرف می شکد. این نوابغ، محلی را که این سیاره دیده نشده باید در آنجا باشد. محاسبه کردند. آدامیز موفق نشد استاد ستاره شناسی کمبریج را متقاعد کند تا تحقیقی سریع در این مورد انجام دهد. ولی در عوض، رصدخانه ای در برلین روی محاسبات لووریه کار کرد. آنها در سال 1225/1846م. نقطه نورانی جدیدی را در صورت فکلی دلو یافتند و بدین ترتیب سیاره نپتون کشف شد.
دانشمندان به زودی پی بردند که نپتون نیز از مسیر خو منحرف می شود. ستاره شناسان متحیر بودند که آیا هنوز سیاره دیگری می توانست وجود داشته باشد که نپتون را به یک طرف بکشد؟ در سال 1294/ 1915م. " پرسیوال لول" محلی را که این سیاره بایستی در آنجا قرار می داشت، پیدا کرد؛ اما هیچ چیز به چشم نمی آمد. سپس در سال 1309/1930 م. کلاید تومباو پس از تحقیق طولانی، تقریباً به طور اتفاقی نهیمن سیاه را کشف کرد.
3. پلوتو: پلوتو نهمی و آخرین سیاره منظومه شمسی است که در سال 1309/1930م. کشف شد. مدارش دورتر از هر سیاره ای است و احتمالاً مرز بیرونی منظومه شمسی را مشخص می سازد. به علت دور بودن، اطلاعات ما درباره این سیاره اندک است. این سیاره باید دنیای منجمد، ساکت و بسیار سرد باشد. عدم وجود هیدروژ و هلیوم در آن احتمالاً نقطه پایان تشخیص سیارات غول را مشخص می سازد و با افزایش تدریجی فاصله از خورشید، مقادیر زیادتری از هیدروژن و هلیوم از این سیارات محو می گردد. کاهش این گازها شاید به علت نیروی گرانی ضعیف خورشید در این فواصل بزرگ باشد. سبکترین گازها- هیدروژن و هلیوم- اولین عناصری هستند که تحت این شرایط به فضای بین سیاره ای فرار کرده اند و ممکن است پلوتو از باقیمانده عناصر سنگینتر تشیکل شده باشد. گردش انتقالی آن 248 سال طول می شکمند قطر آن کمی از نصف قطر زمین کمتر است و 10/1 جرم زمین را دارد. سیاره پلوتو قمری به نام چارون دارد. این سیاره در سال 1368/1989 م. بیش از نپتون به خورشید نزدیک شده و این وضع تا چند سال ادامه می یابد. در سال 1557/2178م. این سیاره برای اولین بار بعد از کشف آن در سال 1309/1930م. به صورت قرص کامل ظاهر خواهد شد.
د- سایر اعضای منظومه شمسی
1. سیارکها : در سال 1772 م. " یوهان بد" یک بازی عددی را که چند سال پیش برای اولین بار آن را کشف کرده بود، منتشر ساخت. این بازی عددی به این شکل است: با نوشتن اعداد صفر و 3 شروع کنید و سپس با دو برابر کردن عدد قبلی، به سلسله اعداد بیفزایید. این عمل فهرستی از اعداد صفر، 3، 6، 12، 48، 96، 192، 384 را به دست می دهد. حال عدد 4 را به هر یک از اعداد مذکور اضافه کرده و به جای مجموعه قبلی، مجموعه ای از اعداد 4، 7، 10، 16، 52، 100، 196، 388 را تهیه کنید. اکنون این جدول مساله واقعاً قابل ملاحظه ای را نشان می دهد : اگر عدد 10 را به عنوان نمایشگر فاصله زمین از خورشید در نظر بگیریم، آنگاه این بازی عددی، بیشتر فواصل دیگر را به درستی پیش بینی می کند. اما در زمان "بد" بین مریخ در شماره 16 و مشتری در شماره 52 فاصله ای وجود داشت. این جای خالی در شماره 28 گواه متقاعد کننده ای بود بر این موضوع که در جایی بین مریخ و مشتری، سیاره ناشناخته ای پنهان مانده اتس. در سال 1180/1801م در فاصله بین مریخ و مشتری یکی دیگر از اجرام آسمانی که به آن سیارک یا سیارات خرد می گویند، کشف شد. سیارکها در مدار بیضی شکل، هر 5/4 سال یکبار به دور خورشید می گردند و گاهی نیز با هم تصادم می کنند. در یک عکسبرداری طولانی از ستارگان، سیارکها کشف شدند. سیارکها با انعکاس نور خورشید می درخشند و با چشم غیر مسلح قابل رویت نیم باشند. تا به حال 3000 سیارک کشف شده اند که قطر بزرگترین آنها به نام سرس 768 کیلومتر و کوچکترین آنها به نام آدونیس حدود یک کیلومتر می باشد. طیف- نگاریهای انجام شده نشان می دهد که 10% سیارکها از نظر ساختمانی شبیه شخانه ها و 80% آنها از کندریتهای کربناته ( حاوی مولکولهای آلی و غلظ زیاد و مواد فراری مانند آب) تشکیل شده اند که در هنگام شکل گرفتن خورشید وجود داشته است.
مدارهای چند سیارک به طور خطرناکی از نزدیکی زمین عبور می کنند. در سال 1937 و 1968م. به ترتیب هرمس تا فاصله 640000 کیلومتر و ایکاروس تا فاصله 4/6 میلیون کیلومتری به زمین نزدیک شدند. در صوتر برخورد این سیارکها به زمین، انرژی معادل با 10 میلیوم بمب هیدروژنی، آزاد می شد. تاثیر نیروی گرانی مشتری بر روی سیارکها باعث می شود که آنها را از مدار عادی خود خارج و در مسیر برخورد با یکدیگر قرار دهد. در صورت برخورد، قطعات دو سیارک با پراکنده شدن در فضا با سرعتهای متفاوت، حول خورشید خواهند چرخید.
بیشتر سیارکها قطعه سنگهایی با اشکال نامنظم به طول چند کیلومتر هستند. این سیارکها فلاقد خاک یا گرد و غبارند و در عوض دارای رگه های سنگی و دهانه هایی می باشند. بعضی از آنها به سیاهی دوده و بعضی نیز سرخ رنگند.
اعتقاد بر این بود که سیارکها بازمانده سیاره ای هستند که متلاشی شده است. اما، مقداار کل مواد کمربند سیارکها کمتر از یک صدم جرم زمین می باشد. سیارکها به احتمال زیاد باقیمانده موادی هستند که هنگام تشکیل 9 سیاره در حدود 5 میلیارد سال پیش به جای ماندند.
مدارهای و سیارکهای در جهات متقاطعی منظومه شمسی را دور می زنند. هر چند که بیشتر آنها بین مریخ و مشتری قرار دارند. تعدادی از آنها ک تروجان نامیده می شوند، مسیر مدار مشتری را دنبال می کنند.
2. اقمار سیارات: در مدار اطراف هفت سیار منظومه شمسی ( صرف نظر از عطارد و زهره که قمر ندارند) تعدادی اجرام طبیعی وجود دارند که به دور سیارات گردش می کنند و آنها را قمر یا ماه می نامند. زمین نخستین سیاره خورشید است که یک قمر دارد. با یک نگاه اجمالی به تمام این اقمار معلوم می شود که آنها به آسانی می توانند به دو گروه تقسیم بندی شوند تاکنون هفت تا از اقمار به " اقمار غول پیکر" نامگذاری شده اند. همه آنها قطری به وسعت 3000 تا 6000 کیلومتر دارند که از نظر حجم با سیاره عطارد قابل مقایسه اند. با جزئی تفاوت، تمام قمرهای دیگر خیلی کوچک هستند. به طور کلی، این اقمار بسیار کوچک به عرض کمتر از 1000 کیلومتر تخمین زده می شوند. بسیاری از آنها فقط چند کیلومتر قطر دارند. گاهی اوقات، اختر شناسان
حتی از آنها به عنوان " کوههای در حال پرواز" یاد می کنند. اطلاعات به دست آمده تا این تاریخ نشان می دهد که شش قمر غول پیکر به سه سیاره از بزرگترین سیارات یعنی مشتری، زحل و نپتون تعلق دارند و به ویژه این شش قمر جرمهایی دارند که به طور کلی کمتر از جرم سیاراتی است که این اقمار در مدار آن قرار دارند. به بیان دیگر، هنگامی که این اقمار با سیارات مقایسه شوند، مانند سنگهای بسیار ریزی به نظر می رسند. یکی از قمرهای غول پیکر در مدار زمین قرار دارد که ماه نامیده می شود. زمین یکی از سیارات کوچک منظومه شمسی است. در نتیجه، زمین و قمرش از لحاظ اندازه و جرم خیلی با هت تفاوت ندارند. در واقع، زمین فقط 81 برابر بزرگتر از قمرش می باشد. این یک حالت غیر عادی است، در صورتی که بیشتر اقمار دیگر منظومه شمسی به وسیله سیارات مادرشان از رشد بازمانده اند. زمین و ماه تقریباً حجم قابل مقایسه ای دارند. بنابراین، زمین و قمرش به یک سیاره مضاعف معروف شده اند.
شکل 5-12. تعدادی از اقمار غول پیکر و مقایسه آنها با عطارد
3 . دنباله دارها: ستارگان دنباله دار زیباترین و تماشایی ترین اجرام آسمانی هستند. آنها از نظر شکل، جرم، چگالی و حرکات با دیگر اجرام منظومه شمسی تفاوت دارند. طول یک ستاره دنباله دار نمونه، 150 تا 800 میلیون کیلومتر و عرض آن ممکن است به 150000 کیلومتر برسد چگالی کم ستارگان دنباله دار یکی از دلایل شفافیت آنهاست. تا به حال حدود 924 ستاره دنباله دار کشف شده است که عمر متوسط آنها 10 سال می باشد. مدار دنباله دارها سهمی یا بیضی شکل است. مدار سهمی شکل به منظومه شمسی تعلق ندارد، بلکه از فضای بین ستاره ای می آید و پس از عبور از حول خورشید به مبدا خود باز می گردد. خروج از مرکز مدارهای بسیاری از دنباله دارها به قدری بزرگ است که نمی توان مشخص کرد که مدار آنها بیضی یا سهمی است. در اینصورت مدار آنها تناوبی خواهد بود. مدار حدود 250 ستاره دنباله دار به شکل بیضی است و در داخل منظومه شمسی قرار دارد. بیشتر ستارگان دنباله داری که ما از زمین می بینیم، احتمالاً تا هزاران سال آینده مجدداً رویت نخواهند شد. بعضی از ستارگان دنباله دار داری دوره تناوبی کوتاه می باشند. مانند دنباله دار رانکه که دوره تناوب آن 3/3 سال است. آنها با نزدیک شدن به مشتری، تحت تاثیر گرانی این سیاره به مدارهای جدیدی در درون منظومه شمسی منحرف می شوند. مشهورترین ستاره دنباله دار این گروه دنباله دار هالی بود که در سال 1682م. کشف شد. آخرین رویت این ستاره در سال 1986 م. بود
دنباله دارها از قسمتهای زیر تشکیل شده اند:
الف- قسمت جامد : که جرمش متراکمتر از سایر قسمتهاست و هسته نام دارد. قطر هسته به ندرت از چند کیلومتر تجاوز می کند و عمدتاً از ذرات منجمد متان 4CH، آمونیاک 3NH یخ و ذرات گرد و غبر تشکیل شده است و موقعی که به خورشید نزدیک می شود، یخها بخار شده و بر اثر حرارت خورشید مشتعل می شوند.
ب- گیسو Coma: با نزدیک شدن هسته به خورشید، یخ موجود در سر دنباله دار شروع به جوشیدن می کند و توده ای ابر مانند شبیه گیسو در اطراف هسته تشکیل می شود. به عبارت دیگر، ذرات منجمد ذوب، تبخیر و به گاز تبدیل می شوند. این گازها در اثر بازتاب نور خورشید می درخشند و به مولکولهایی با انرژی بالا به نام بنیان radical تبدیل می شوند. مطالعات طیفی، بنیانهای متان، آمونیاک، کربن و هیدروکسیل (OH) را مشخص کرده است. آنها با تابش پرتو ماوراء بنفش خورشید تحریک شده و در اثر فرآیند فلوئورسانس می درخشند. طول گیسوی یک دنباله دار حدود 100000کیلومتر است.
ج- دنباله دار tail: دنباله حاوی گازهای رقیقی است که توسط بادهای خورشیدی و فشار تابشی، پیوسته از خورشید دور می شوند. لذا، دنباله هیچ وقت در مقابل خورشید قرار ندارد. دنباله معمولاً کدر بوده و شبیه دودی است که از دودکش خارج می شود. دنباله ابتدا با نردیک شدن به مدار خورشیدی نمایان شده و بعد از 180 درجه گردش به دور خورشید ناپدید می شود. پرتو خورشید، بعضی از مولکولهای اصلی را به مولکولهایی از قبیل مونواکسید کربن (CO)، گاز کربنیک (2CO) و ازت ( N) تبدیل می کند. طول دنباله ستارگان دنباله دار بین 150 تا 800 میلیون کیلومتر است که بدون تردید ناشی از فشار تابشی نور خورشید می باشد. مدار بعضی از دنباله دارها چنان کشیده است که فقط یک بار از کنار خورشید می گذرند و سپس به اعمال فضای بین سیاره ای فرو رفته و شاید توسط ستارگان دنباله دار دیگری چذب می شوند. بعضی از دنباله دارها از منظومه های سیاره ای دیگر می آیند که با پخش گرد و غبارهای خود در فضا، زمین در هر روز حدود 3000 تن از آنها را جذب می کند. به یقین مقدار زیادی از گرد و غباری که بر فراز شهرها می نشیند از منظومه های بین سیاره ای ناشناس می آید. دنباله دارها هنگام عبور از حضیض خورشیدی، دو یا چند قطعه می شوند. عمر دنباله دارها به چند عبور از کنار خورشید محدود می شود و در پایان عمر خود، تمام گازهای قابل اشتعال را از دست می دهند. نتیجه آن که مطالعه خصوصیات حرکات دنباله دارها درآمدی بر چگونگی پیدایش منظومه شمسی است در انتهای این مبحث تصویر دو ستاره دنبال دارها هایاکوتاکه وهیل- باپ که به ترتیب در اوایل سالهای 1375 و 1376 شمسی در افق ایران آشکار شدند و توسط دستگاه آشکار کننده (CCD) رصد خانه بخش فیزیک دانشکده علوم دانشگاه فردوسی " مشهد" برای اولین بار در کشور عکسبرداری شدند را نشان می دهیم ( .
4- شهابواره ها Meteoroid : اجرام جامد و کوچکی هستند که در فضای بین سیاره ای و عمدتاً در مدار ستارگان دنباله دار در حرکت می باشند. مطالعه مواضع آنها نشان می دهد که شهابواره ها از بقایای ستارگان دنباله داری هستند که ضمن عبور از کنار خورشید بخش بزرگی از جرم خود را از دست می دهند و در اثر برخورد با جو زمین به دلیل سرعت زیاد تا درجه سفید شدگی گرم شده، مولکولهای گازی را یونیزه کرده و باعث تابش نور می شوند و اغلب قبل از رسیدن به زمین تحلیل می روند. بعضی مواقع، یک شهابواره بزرگ و بسیار روشن در حین حرکت منفجر می شود که در این حالت به آن کره آتشی
" FirdballZ" می گویند. شهابواره ها بر حسب مدار گردش آنها به دور خورشید به دو دسته شهابواره های تکی و رگبارهای شهابی طبقه بندی کرده اند. شهابواره های تکی جهت حرکت خصی ندارند، در حالی که رگبارهای شهابی به صورت مجموعه ای از ذرات در فضا گسترده اند و زمین از میان آنها عبور می کند. رگبارهای شهابی بقایای دنباله دارهایی هستند که متلاشی شده اند و یخ موجود در آنها تبخیر شده و پس از رها سازی ذرات جامد، منظره جالبی را به وجود می آورند. این مورد معمولاً در ماههای مرداد و آذر رخ می دهد. و به دلیل ابری نبودن هوا در مرداد ماه، هنگان می توانند این منظره را در شب مشاهده نمایند. بسامد شهابواره ها که در ساعات اولیه صبح بیشتر از ساعات نیمه شب می باشد، به عبارت دیگر،تعداد شهابواره هایی که در ساعات بین نیمه شتب و طلوع خورشید می توان دید، دو برابر شهابواره هایی است که در فاصله زمانی بیش از نیمه شب قابل رویتند. سرعت کی شهابواره زمین، 4/1 کیلومتر بر ثانیه می باشد. شهابواره ها ابتدا در ارتفاع 100 تا 150 کیلومتری دیده می شوند، ولی غلب آنها در ارتفاع 50 تا 80 کیلومتری از بین می روند. نوری که بر اثر برخورد شهابواره ها با جو زمین به وجود می آید، شخانه یا شهاب ثاقب نامیده می شود. شهابواره ها پس از ورود به جو زمین، سریعتر از مولکولهای هوا حرکت کرده و هوا را در جلو خود فشرده و به اندازه ای گرم می کنند که لایه سطحی آنها ذوب شده و از بین می رود.
شهابواره ها وقتی به زمین می رسند به نام شهبسنگ یا سنگهای آسمانی مشهورند. شهابسنگها در اندازه های مختلف و درمدارها به طور مستقیم و با زاویه میل کم در حرکتند. در هر سال، تقریباً 2000 سنگ آسمانی با جرم متوسط 100 کیلوگرم به زمین می رسد. بزرگترین سنگ آسمانی در حال حاضر " هباوست" نام دارد که با وزن 50000 کیلوگرم و حجم 9 متر مکعب در جنوب غربی آفریقا سقوط کرده است. در تاریخ 30 ژوئن 1287/1908 م. در سیبری مرکزی شهابسنگی به وزن 4000 تن سقوط کرد که منطقه جنگلی به طول 40 کیلومتر را سوزاند. در سال 1211/1832م. در نزدیکی وینسلو در صحرای آریزونای آمریکا، شهابسنگی
سقوط کرد که قطر گودال به وجود آمده به وسیله آن 1251 متر وعمق آن 200 متر بود. سنگهای آسمانی را بر حسب ساختار و ترکیب شیمیایی آنها به سه دسته تقسیم می کنند:
الف- سنگهای آسمانی صخره ای یا آئرولیتها : حدود 90% از سنگهای آسمانی را تشکیل می دهند و حاوی 20% آهن می باشند. آنها از همان موادی ساخته شده اند که در سنگهای زمینی می توان یافت. این سنگها در معرض فرسایش قرار دارند و کی چگالتر از سنگهای زمینی هستند.
ب- سنگهای آسمانی آهنی- صخره ای یا سیدرولیتها : حدود 50% از حجم این دسته از سنگهای آسمانی را آهن و بقیه حجم آنها را سایر فلزات تشیکل می دهند. این سنگها ظاهری زبر دارند و حدود 3% از سنگهای آسمانی را شامل می شوند.
ج- سنگهای آسمانی آهنی یا سیدریتها : این نوع از سنگهای آسمانی فراوانتر می باشند و بیشتر از آهن تشکیل شده اند. حدود 5 تا 15% حجم آنها، نیکل و کمی کبالت است . 6درصد از سنگهای آسمانی از این نوعند. به علت وجود آهن، موج یابهای فلزی را به سوی خود می کشند. به توسط تجزیه مواد رادیواکتیو، سن سنگهای آسمانی را حدود 4 تا 5 میلیارد سال تعیین کرده اند که برابر سن زمین است. اعتقاد عمومی براین است که بیشتر سنگهای آسمانی مستقیماً به " سیارکها" وابسته اند و با تجزیه و مقایسه نور بازیافته خورشید از سیارکها و سنگهای آسمانی، امکان دستیابی به پاسخ این پرسش که سیارکها از چه موادی ساخته شده اند، فراهم شده است. به عبارت دیگر، نور بازیافته از بعضی سیارکها شباهت زیادی به نور باز یافته از سنگهای آسمانی از نوع آهنی دارد.
1 – Andromed
—————

————————————————————

—————

————————————————————

1

41