انقلاب نجومی

در اخترشناسی، اصطلاح انقلاب به دو روز از سال باز می گردد که خورشید به شمالی ترین و جنوبی ترین میل خود می رسد ( میل در کرۀ آسمان، معادل عرض جغرافیایی در زمین است ) .

در طول فصل بهار بارها از برخی می شنویم که « روز ها در حال بلندتر شدن اند » یا در طول پاییز در حال کوتاه شدن اند . این پدیده ها به این دلیل اتفاق می افتند که محور چرخش زمین، نسبت به صفحه مدار گردش آن به دور خورشید، مایل است . ضمن گردش زمین به دور خورشید، آن عرض جغرافیایی که یک نقطه از مدار زمین، نیمکره شمالی رو به خورشید تمایل دارد و خورشید در آسمان عرض های شمالی، در بالاترین نقطه مسیر ظاهری خود، نمایان می شود . شش ماه بعد از آن، وقتی زمین به سمت دیگر مدار خود می رسد، نیمکره شمالی به سوی مخالف خورشید نمایل خواهد داشت و خورشید در آسمان عرض های جنوبی، در بالاترین نقطه مسیر خود ظاهر می شود . به دو روز از سال که با گذر از آنها، جهت حرکت ظاهری رو به شمال یا رو به جنوب خورشید تغییر می کند، انقلابین گفته می شود .

در هر سال دو انقلاب وجود دارد . یکی در اول تیر ماه که مصادف با اولین روز سال { در نیمکره شمالی } است و به آن انقلاب تابستانی می گویند . و دیگری در اول دی ماه که در نیمکره شمالی، انقلاب زمستانی رخ می دهد، یعنی در هنگامی که خورشید در پایین ترین نقطه مسیر حرکت ظاهری خود در آسمان، نمایان می شود و ضمن آن، عرض های شمالی، کوتاه ترین روز سال را پشت سر می گذارند .

منابع: 1.
دانشنامه همگاني نجوم - ديويد نيوتن و... - مترجم: مهرداد سرمدي و...

اخترفیزیک

اخترفیزیک دانشی است که آموخته های نظری کنونی فیزیک ( بررسی ماده و انرژی ) را در توضیح پدیده های یا رویداد های ( عالم گیر ) اختر شناسی به کار می گیرد . اخترفیزیک دانان می کوشند، تا آنجا که امکان دارد، فرایند هایی را که موجب ساختار عالم کنونی شده اند، درک کنند .

پیشینه

انسان هزاران سال پدیده های آسمانی را مشاهده می کرد، لیکن توجیهی فیزیکی از آنچه می دید نداشت . اما در قرن بیستم، دانشمندان توانستند بسیاری از پدیده های اختر شناسی را بر حسب نظریه های مفصل فیزیک شرح دهند و آنها را با شیمی و فیزیکی که در زندگی روزمره ما کاربرد دارد مربوط سازند .

در بسیاری از رشته های علمی، آزمایش ها در شرایط مهار شده آزمایشگاهی صورت می گیرد، اما این امر در مورد آزمایش های اخترفیزیکی مقدور نیست : چون انرژی و فاصله هایی که با آن سر و کار دارند بدون شک فوق العاده عظیم است . با اینکه شرایط در جای عالم بسیار متغیر است، اخترفیزیک دانان می توانند رخداد ها را در آسمان رصد کنند و سپس بر پایه قوانین حاکم بر تجربیات روزمره ما در زمین، نظریه هایی در مورد آنها ارائه دهند . عموم دانشمندان معتقدند که قوانین فیزیک در سراسر عالم صادق است .

فرایند های عالم

نخستین مفهوم یا قانونی که می باید در اختر شناسی پذیرفته شود،قانونِ گرانی بود، هر چند گرانش در مقایسه با سایر نیرو های بنیادی طبیعت، نیروی بسیار ضعیفی است اما گرانی عاملی است که بر تعیین ساختار و چگونگی سرانجام عالم سلطه دارد . نیروی گرانش، در فواصل بسیار عظیم تر مؤثر است و ساختار های بزرگی مانند کهکشان ها و ساختار های کوچک تری نظیر ستارگان و سیارات را از فاصله های بسیار دور دست فضا به سوی هم می کشاند . با وجود این، دانشمندان عموماً بر این باور اند که پی بردن به بر هم کُنش و رفتار اتم ها، نشانگر سر آغاز واقعی اختر فیزیک است . اجسام بسیار بزرگی نظیر ستارگان، در واقع، زیر سیطره کُنش اتم ها قرار دارند .

اهمیت ابزار گزینی

پیشرفت های اخیر در زمینه ابزار گزینی فضایی به اخترفیزیکدانان امکان مشاهده پدیده هایی اختر شناختی را داده است که دورتر از آن بوده اند تا دیده شوند . رصد خانه های بزرگ مستقر در فضا، نظیر تلسکوپ فضایی هابل، با کشف بخش هایی از عالم با حساسیتی که قبلاً تصور آن هم نمی شد، پیشرفت های اساسی و بی وقفه ای را در اخترفیزیک محقق می سازند . کاوشگر های فضایی نظیر سفینه های ویاجر که از اکثر سیاره های منظومه خورشیدی { یا سیاره های فراتر از مدار مریخ } دیدار داشته اند، اندازه گیری هایی تفصیلی در زمینه شرایط فیزیکی منظومه خورشیدی صورت داده اند . طیف نما ها یا دستگاه های اُپتیکیِ تجزیه و تحلیل تابش الکترو مغناطیسی ( انرژی به شکل موج یا ذره )، مشخص کردن ترکیب شیمیایی ستارگان یا کهکشان های دوردست را برای اخترفیزیکدانان میسر ساخته اند .

اثر دوپلر

اثر دوپلر وقتی مشاهده می شود که امواج نوری یا صوتی به ناظری نزدیک و یا از او دور شوند . صدای بوق خودرو مثال ساده ای از اثر دوپلر است . شخصی را در نظر بگیرید که در کنار خیابان ایستاده است و خودرویی در حال بوق زدن به طرف او می آید . وقتی خودرو به شخص نزدیک می شود، ارتفاع صدای آن به ظاهر افزایش می یابد، و صدای آن زیاد و زیادتر می شود . هنگامی که خودرو از کنار ناظر عبور می کند و از او دور می شود، اثر معکوس می شود و ارتفاع صدای بوق کم و کمتر می شود .

توضیح

تمام امواج را می توان با دو خاصیت مربوط به هم مشخص کرد : یکی طول موج شان و دیگری بسامد آنها . طول موج فاصله بین دو نقطه همسان پیاپی در موج، مثلاً فاصله بین دو قله پیاپی است . بسامد، تعداد قله های موج است که در یک ثانیه از نقطه ای می گذرند . مثلاً طول موج نور مرئی حدود 400 تا 700 نانومتر ( میلیاردُم متر ) و بسامد آنها در حدود 20 تا 20،000 هرتز است .

اثر تغییر بوق خودرو را که در بالا تعریف شد، نخستین بار در سال 1842، فیزیکدان اتریشی، کریستیان یوهان دوپلر ( 1853 - 1803 ) شرح داد ; وقتی قطاری به ایستگاه راه آهن نزدیک می شود و سوتش را به صدا در می آورد، امواج صوتی خارج شده از قطار در همه جهت ها منتشر می شوند . شخصی که سوار بر قطار است چیزی غیر عادی نخواهد شنید . آنچه او می شنود فقط صدای سوت با ارتفاع یکنواخت خواهد بود . اما شخصی که در ایستگاه است چیز متفاوتی خواهد شنید . با پیش رفتن قطار، امواج صوتی سوت نیز با آن حرکت می کنند . قطار امواج صدا را در جلوی خود دنبال و یا پر تعدادتر می کند . ناظر ایستگاه قطار، در هر ثانیه تعداد بیشتری موج، نسبت به کسی که در قطار است می شنود . تعداد بیشتر موج در ثانیه یعنی بسامد زیاد تر و در نتیجه ارتفاع بیشتر .

ناظری که قطار از کنار او گذشته است، درست تجربه ای بر عکس ناظر اول دارد . امواج صوتی که به دنبال قطار حرکت می کنند آسان تر پخش می شوند و تعداد موج هایی که ناظر دوم در هر ثانیه می شنود کمتر می شود و این یعنی بسامد کمتر ودر نتیجه شنیده شدن صدا با ارتفاع کمتر .

از این بیان چنین بر می آید که صدایی که ناظر می شنود به سرعت قطار بستگی دارد . در مثال بالا هر قدر قطار سریع تر حرکت کند، امواج صوتی در جلوی آن بیشتر جمع می شوند و امواج پشت سر آن بیشتر پخش می شوند و همین باعث شنیده شدن صدا با ارتفاع بیشتر یا کمتر خواهد شد .

اثر دوپلر در امواج نوری

دوپلر پیش بینیکرد که اثر مشاهده شده در امواج صوتی، در امواج نوری نیز رخ می دهد . این استدلال معقول به نظر می رسد، چون صوت و نور هر دو با موج منتشر می شوند . اما دوپلر هیچ راهی برای آزمون تجربی پیش بینی خود نداشت . در واقع اثر دوپلر در مورد نور تا اواخر دهه 1860 مشاهده نشد .

اثر دوپلر در صوت را از تغییر ارتفاع صدا می توان حس کرد . اما در نور ، اختلاف در بسامد به صورت تغییر رنگ جلوه می کند . مثلاً نور سرخ، بسامدی در حدود 10¹⁴×5 هرتز دارد، بسامد نور سبز در حدود 10¹⁴×6 هرتز و بسامد نور آبی در حدود 10¹⁴×7 هرتز است .

فرض کنید دانشمندی به چراغی نگاه می کند که نور سبز خالصی از آن می تابد، حال تصور کنید که چراغ به سرعت از ناظر دور شود . بر اساس اثر دوپلر، بسامد نور کاهش خواهد یافت و به جای اینکه سبز خالص باشد، بیشتر به سمت نور سرخ انتهای طیف، گرایش پیدا می کند .

کاربرد

اختر شناسان به هنگام رصد ستارگان، از مثال چراغ سبز که در بالا شرح داده شد، بهره زیادی می برند . همواره رنگ نور ستاره که در زمین دیده می شود، با رنگ حقیقی آن اندکی تفاوت دارد، چرا که تمام ستاره ها در حال حرکت اند . برای مثال وقتی اختر شناسان ستاره های کهکشان راه شیری را رصد می کنند، در می یابند که رنگ برخی از ستارگان به سمت نور آبی منتقل می شود اما گاهی در برخی از ستارگان دیگر انتقال به سمت رنگ سرخ است . ستارگانی که انتقال به آبی دارند، به طرف زمین در حرکت اند و ستارگان دارای انتقال به سرخ، از زمین دور می شوند .