نجوم و کیهان‌شناسی

عکس­های دقیق فضا­پیمای مارینر دره­های بزرگ و آتشفشان­های پهناوری را نشان داد. یکی از اینها قلۀ اولمپوس (Olympus Mons)، بزرگ­ترین آتشفشان شناخته شده در منظومه شمسی است. قطر دهانۀ آن ۸۵ کیلومتر  است و پهنای پایۀ مخروط آتشفشان به ۵۵۰ کیلومتر می­رسد. دهانۀ آتشفشان تقریباً ۲۷ کیلومتر بالاتر از سطح مریخ است، سه بار بلند­تر از کوه اورست! دانشمندان دریافتند که در زمان­ فعالیت این آتشفشان­های عظیم­الجثه، حدود سه ملیارد سال قبل، جو مریخ بسیار غلیظ­تر از حال بوده است. اثر گازهای گلخانه­ای در جو سبب می­شده است که دمای سطح مریخ آنقدر بالا رود که آب امکان وجود روی آن را پیدا نماید. دیگر مشخصه­های قابل رؤیت بر سطح مریخ به­خوبی نشان می­داد که جریان آب در آنجا وجود داشته است. این موضوع گمانه­زنی­هایی را دامن زد که شاید گونه­هایی از حیات ساده در آن زمان در مریخ وجود داشته است.

همین احتمال کافی بود که در سال 1976 دو مریخ­نورد وایکینگ به آنجا فرستاده شود. هدف آنها، علاوه بر عکس­برداری از سطح و جمع­آوری داده­های علمی، جستجوی هرگونه دلیل و مدرکی از حیات بود. آنها سه آزمایش انجام دادند و گرچه فعالیت شیمیایی غیرمنتظره­ای را در خاک مریخ یافتند، اما به هیچ­گونه گواهی دال بر وجود موجودی زنده دست پیدا نکردند. با توجه به جو رقیق مریخ (بدون لایۀ اوزون)، اشعۀ فرابنفش بسیار بیشتر از زمین به سطح آن می­رسد، به­طوری که از وجود حیات بر روی آن جلوگیری می­نماید. اگر روزی حیات در مریخ وجود داشته است، انتظار یافتن شواهد آن ­را تنها در زیر سطح مریخ می­توان داشت.

از آن زمان تاکنون فضاپیماهای بسیاری به مریخ رسیده­اند. دو مریخ­نورد روح و فرصت^[1] به گشت­زنی در آنجا پرداخته­اند و دلایلی را برای این­که آب زمانی بر سطح وجود داشته است، فراهم نموده­اند. از دهۀ 1970 تاکنون تنها یک مریخ­نورد، بیگل 2 (Beagle 2)، مستقیماً برای یافتن مدرکی بر وجود حیات ساده اقدام کرده است؛ اما متأسفانه در کریسمس 2003، ظاهراً در حین فرود، دچار حادثه شد.

کتاب «درآمدی بر نجوم و کیهان­شناسی» صفحه 133 

گالیله اولین کسی بود که مریخ را با تلسکوپ و در سال 1609 رصد کرد، اما تلسکوپ کوچک او جزئیاتی از سطح آن را نشان نداد. در تقرب سال 1877 مریخ به زمین، یک ستاره­شناس ایتالیایی به­نام جیووانی شیوپارلی (Giovanni Schiaparelli) با استفاده از تلسکوپ 22 سانتیمتری توانست سطح مریخ را رسم کند و اولین نقشه­های تفصیلی را ارائه نماید. این نقشه­ها خطوطی را شامل می­شدند که شیوپارلی آنها را Canali نامید، به معنی شیار در زبان ایتالیایی (مترادف Channel در انگلیسی). اما این کلمه به Canal در انگلیسی ترجمه شد که معنی آب­راه ساخت انسان را می­دهد و به دنبال آن این حس پدید آمد که شاید نژادی هوشمند در مریخ ساکن باشد. این نکته را باید اشاره کرد که هیچ­گونه آب­راهی از زمین قابل شناسایی نبود، اما اینگونه تصور شد که آنها می­توانند جهت آبیاری مزارع کنارشان که از زمین دیده می­شد مورد استفاده قرار گیرند.

تحت تأثیر رصدهای شیوپارلی، پرسیوال لووِل رصدخانه­ای را در آریزونا بنا نهاد^[1]. او رصدهای مفصلی از مریخ انجام داد که نشان می­داد شبکۀ پیچیده­ای از کانال­های آبرسانی در آنجا وجود دارد. اما با بزرگ­تر شدن تلسکوپ­ها، شیارهای کمتری دیده شد. به نظر می­رسد آنها خطای دید بودند. با این وجود، طلسم حیاتِ پیش­رفته در مریخ تا دهۀ 1960 باطل نشد و آن زمانی بود که فضاپیمای مارینر ناسا به مریخ رسید. (یک تصویر فریبنده از تخته­سنگی عظیم، موسوم به «چهره بر روی مریخ»، توسط فضاپیمای وایکینگ 1 در 1961 به­دست آمد. بعضی تصور کردند که آن نمادی بزرگ از تمدنی در گذشته است. اما عکس دقیقی که توسط «نقشه­بردار سراسری مریخ^[2]» در سال 2001 گرفته شد نشان داد که آن یک «mesa» است - تپه یا کوهی پهن که لبه­هایی با شیب تند دارد.)

ماه بیش از هر جسم دیگری در منظومه شمسی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدارگردهای ماه در هنگام گردش به­دور آن از آن عکس­ گرفته­اند و سطح آن توسط چندین ماه­نورد، اولین آنها لونار 9 در سال 1965، و به دنبال آن دیگر کاوشگران روسی و ناسا مورد مطالعه قرار گرفته است. سفرهای اکتشافی به ماه در برنامه آپولوی ناسا به ­اوج رسید و شش فضاپیما انسان را بر روی ماه نشاندند. نمونه­هایی از سنگ ماه در سه مأموریت روسی (لونار 16، 20 و24) و مأموریت­های آپولو (11، 12، 14، 15، 16 و 17) به زمین آورده شد.

 همانگونه که در شکل  نشان داده شده است، مأموریت­های آپولو تجهیزاتی علمی برای اندازه­گیری جریان گرما، میدان­های مغناطیسی، نوسانات زلزله و همچنین «آینه­های گوشه مکعبی^[1]» در ماه به­جا گذاشتند. هر مجموعه آینه شامل صد عنصر بازتابش­کننده شبیه به چشم گربه است. نور تلسکوپ­های زمینی که مجهز به لیزر هستند توسط این آینه­ها منعکس می­شود و امکان اندازه­گیری فاصلۀ ماه تا این تلسکوپ­ها را با دقت کمتر از یک سانتیمتر فراهم می­آورد. همچنین بدین ­­وسیله توانسته­اند مدار ماه را با دقت بسیار زیاد اندازه بگیرند. باید خاطر نشان کرد که این آینه­ها دلیلی انکارناپذیرند بر این­که مأموریت­های آپولو به ماه قطعاً صورت گرفته است! جنبۀ جالبی از نظریه پراش راجع به این آینه­ها وجود دارد که در فصل 5 مورد تجزیه و تحلیل قرار می­گیرد. اگر آینه­ها یکپارچه بودند، نور مستقیماً به محلی که پالس لیزری ارسال شده بود منعکس می­شد. مشکل اینجا است که نور بعد از 5/2 ثانیه به محل ارسال باز­می­گردد؛ در این فاصله تلسکوپ به­همراه زمین اندکی چرخیده است و دیگر درمحلی نیست که بتواند پالس برگشتی را دریافت کند. استفاده از تعدادی بازتابنده کوچک باعث می­شود که بیم برگشتی پهن شود، به­گونه­ای که پالس قابل آشکارسازی باشد.

 پس از 25 سال آرامش در سفرهای ماه، اخیراً فضاپیماهایی از اروپا، آمریکا و چین به مدار ماه بازگشته­اند. روسیه نیز در تدارک مدارگرد و ماه­نوردی برای سال 2012 است. ناسا هم درحال بررسی طرح­هایی برای بازگشت انسان به ماه، و ساخت پایگاهی دائمی نزدیک یکی از قطب­ها است.

کتاب «درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی» صفحات ۱۲۸ تا ۱۳۰.

در سیاره­هایی چون مریخ، مشتری و زحل، می­توان چرخش نشانه­ای را بر سطح و یا درون جو مشاهده کرد؛ مانند «لکۀ قرمز» که در جو مشتری قرار دارد.

سطح عطارد از زمین قابل تشخیص نیست و زهره هم با ابر پوشیده شده است. جهت تعیین دوره ­تناوب چرخشی در این دو از رادار کمک گرفته­ایم. فرض کنید زهره دقیقاً بین زمین و خورشید باشد و رادار بر روی خط واصل مرکز زمین، مرکز زهره و مرکز خورشید قرار دارد. بازتاب رادار به­صورت فرکانس رادیویی پیوسته دریافت می­شود. در این زمان (و تنها در این زمان) حرکت زهره عمود برخط دید است و هیچ انتقال دوپلری در سیگنال بازتابی رخ نمی­دهد. (البته اگر خیلی دقیق باشیم یک انتقال دوپلری بسیار کوچک به­نام انتقال دوپلری عرضی^[1]، براساس پیش­بینی نسبیت خاص، وجود خواهد داشت.)

فرکانس مرکزی بازتابش دقیقاً همان فرکانس ارسالی است و چنانچه زهره در چرخش نباشد، کل انرژی برگشتی در این فرکانس خواهد بود. اما فرض کنید زهره در حال چرخش باشد؛ یک لبۀ سیاره، نسبت به مرکز در حال نزدیک شدن به ما و لبۀ دیگر در حال دور شدن است. بدین ترتیب بازتابش از لبه­ها دچار انتقال دوپلری در دو جهت مخالف نسبت به فرکانس مرکزی می­شود و با پهن­شدگی فرکانس در سیگنال بازتابش مواجه می­شویم. هرچه پهن­شدگی بیشتر باشد، سرعت چرخش سیاره بیشتر است.

رصدهای راداری در دهۀ 1960 نشان داد که سرعت چرخش زهره بسیار کند است و 01/243 روز طول می­کشد تا یک ­بار به­دور محورش بچرخد - 3/18 روز بیشتر از زمان گردش به­دور خورشید! حتی تعجب­آورتر این­که جهت چرخش آن برعکس جهت مورد انتظار است. چنانچه از بالا به منظومه شمسی بنگریم، ملاحظه می­کنیم که تمام سیارات در خلاف جهت گردش عقربه­های ساعت به­دور خورشید در حرکتند. اسپین اکثر سیاره­ها نیز خلاف جهت گردش عقربه­های ساعت است، اما زهره (همراه با اورانوس و پلوتو) در جهت گردش عقربه­های ساعت می­چرخد. به این چرخش اصطلاحاً چرخش رجعی^[2] گفته می­شود.

... چگالی تاج خورشیدی بسیار پایین است، حدود 10¹⁴ بار کمتر از سطح زمین، و درخشش آن در ناحیۀ مرئی حدود یک ملیون بار کمتر از شیدسپهر است. از ­اینرو تنها در کسوف کامل خورشید، یا با استفاده از تلسکوپ­های ویژه­ای به­نام تاج­نگار (Coronagraph) که نور را از قرص خورشید حذف می­کند، قابل مشاهده است. این­که چگونه تاج خورشیدی به این دمای بالا می­رسد همچنان به­صورت راز باقی مانده ­است، اما تصور بر این است که انرژی به­وسیلۀ میدان مغتاطیسی به­داخل آن منتقل می­شود. دماهای ملیون درجه­ای باعث تابش اشعۀ X می­گردد که رصد آن از فضا ممکن است.

کتاب "درآمدی بر نجوم و کیهان­شناسی" صفحه ۸۲

... ناحیه­ای با ضخامت 2000 کیلومتر بالای شیدسپهر، فام­سپهر (Chromosphere) نام دارد. چگالی گاز در این ناحیه حدود 000_/10 بار افت می­کند و دما از ۴۴۰۰K در بالای شیدسپهر به 25000K  افزایش می­یابد. بالای این قسمت ناحیۀ گذار (Transition Region) است، جایی که دما به­سرعت بالا می­رود و در فاصلۀ چندصد کیلومتر به حدود یک ملیون کلوین می­رسد.

ناحیۀ گذار به منطقۀ بیرونی خورشید که تاج­خورشیدی (Solar Corona) نام دارد ختم می­شود و در آنجا دما به بیش از دو ملیون کلوین می­رسد (شکل زیر). شکل و گسترۀ آن به­شدت به فعالیت خورشیدی، که در چرخۀ لکۀ خورشیدی^[1] تغییر می­کند، بستگی دارد؛ اما نوعاً تا چندین برابر شعاع خورشید درون هلیوسفر^[2] امتداد دارد. در کمینۀ خورشیدی، وقتی که فعالیت پایین است، بیشتر در استوای خورشید امتداد دارد و الگوی میدان مغناطیسی خورشید به­خوبی در نزدیکی قطب­ها قابل ترسیم است. در بیشینۀ خورشیدی شکل کلی یکپارچه­تر است و ساختمانی پیچیده دارد.