نجوم و کیهان‌شناسی

ماه پنجمین قمر بزرگ منظومه شمسی است. قطر آن کمی بیش از یک چهارم قطر زمین، فاصلۀ متوسط آن حدود 30 برابر قطر زمین و کشش جاذبه بر سطح آن یک ششم زمین است. به­دلیل مدار بیضوی، اندازۀ زاویه­ای آن تا 12% تغییر می­کند؛ از 5548/0 درجه در هنگام حضیض، نزدیک­ترین فاصله­اش به زمین، تا ۴۹۲۳/۰ درجه در هنگام اوج، دورترین فاصله­اش از زمین. در مجموع و در زمان­های مختلف، 59% از سطح ماه را می­توانیم مشاهده کنیم. دلیل آن­هم قسمتی به مدار بیضوی کشیده ماه برمی­گردد، قسمتی به زاویۀ میل مداری آن و بخشی هم به این حقیقت که به هنگام طلوع و غروب ماه، ما آن را از موقعیت­های نسبی متفاوت در فضا می­بینیم. این اثر رخ­گرد (Libration) نامیده می­شود.

ماه تنها 8% نور تابشی به خود را منعکس می­کند و از این لحاظ یکی از کمترین بازتابش­ها را در بین اجرام منظومه شمسی دارد. بازتابش ماه تقریباً معادل زغال­سنگ است. طرفی از ماه که رو به زمین است طرف نزدیک ماه نام دارد، و سمت دیگر، طرف دور نامیده می­شود. حتی با چشم غیر مسلح می­توان دو نوع سطح متمایز را در طرف نزدیک تشخیص داد. نقاط روشن­تر، کوهستان­های ماه نام دارد و نقاط تیره­تر به ماریا معروف است ( Maria جمع Mare، در لاتین به معنی دریا). علت این نام­گذاری آن است که در ابتدا تصور می­شد مناطق تیره­تر اقیانوس و دریا باشد. وقتی که برای اولین بار طرف دور ماه توسط کاوشگر روسی لونا 3 (Luna 3) عکس­برداری شد، یک ویژگی تعجب­آور این بود که تقریباً هیچ­گونه ماریا آنجا وجود نداشت.

کتاب "درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی"  صفحه ۱۲۱

The Moon is the fifth largest satellite in the Solar System. It has a diameter
slightly more than a quarter that of  the Earth and its average distance is about
30 times that of  the Earth’s diameter. The gravitational pull on its surface is
about one-sixth that on the Earth. Due to the fact that it has an elliptical orbit, its
angular size varies by about ∼12%; from 0.5548° at perigee, when it is closest to
the Earth, down to 0.4923° at apogee, when it is furthest from the Earth. Partly
due to its eccentric orbit, partly due to the inclination of  its orbit and partly due to
the fact that at moonrise and moonset we see it from different relative positions in
space we can observe a total of  59% of  the Moon’s surface at one time or another.
This effect is called libration.
The well known Moon illusion makes the Moon appear largest when near the
horizon. However, it will of  course be closer to us when highest in the sky and its
angular size will actually be about 1.5% larger! Our perception of  size is linked
with how far away we believe an object is from us. It appears that we ‘see’ the
celestial sphere above us, not as a true hemisphere, but one which is fl attened
overhead so that we believe that the objects above us in the sky are nearer to us
than those near the horizon. So, observing the Moon above us, we believe it to be
closer and mentally reduce its perceived size.
The Moon only reflects about 8% of  the light incident upon it and is one of  the
least refl ective objects in the Solar System refl ecting about the same proportion of 
light as a lump of  coal. The side of  the Moon that faces Earth is called the near side,
and the opposite side the far side. Even with the unaided eye one can clearly see
that there are two distinct types of  surface on the near side. We see light regions
called ‘highlands’ and darker areas of  the surface that we call ‘maria’, so-called
because they were thought to be seas and oceans and were given beautiful names
such as Oceanus Procellarum, Mare Tanquillatatis and Sinus Iridum – the Ocean
of  Storms, the Sea of  Tranquillity and the Bay of  Rainbows. When the far side of 
the Moon was fi rst photographed by the Soviet probe Luna 3 in 1959, a surprising
feature was its almost complete lack of  maria.

"Introduction to astronomy and cosmology" page 95

زمین ما سیاره­ای است صخره­ای، با هسته، گوشته و پوسته. چرخش آن سبب شده که در استوا برآمده شده، قطر آن 43 کیلومتر بیشتر از فاصلۀ بین دو قطب باشد. به­همین دلیل قلۀ کوه چیم­بورازو (Chimborazo) در اکوادور بیشترین فاصله را از مرکز زمین دارد. کوه اورست با ۸/۸ کیلومتر ارتفاع و درۀ ماریانا با عمق ۹/۱۰ کیلومتر، دو کران سطح زمین هستند. با این وجود سطح زمین عملاً از توپ بیلیارد صاف­تر است!

هستۀ مرکزی دمایی حدود ۷۰۰۰ کلوین دارد که نتیجۀ واپاشی ایزوتوپ­های رادیواکتیو پتاسیم، اورانیوم و توریوم است. همۀ این ایزوتوپ­ها نیمه عمری بیش از یک ملیارد سال دارند. جریان­های همرفتی درون صخرۀ مذاب، این حرارت را به سمت پوسته بالا آورده، در آنجا گدازه­ها تشکیل نقاط داغ دادند و فعالیت آتشفشانی را ایجاد کردند؛ فعالیتی که جو ثانوی را برای زمین به­ارمغان آورد.
هم­اکنون قسمت اعظم اتمسفر را نیتروژن (78%) و اکسیژن (21%) تشکیل می­دهد. 1% باقیمانده شامل بخار آب، دی­اکسید کربن، اوزون، متان و دیگر گازهای کم­یاب می­شود. جا دارد دوباره اشاره کنیم که بدون گرمای حاصل از گازهای گلخانه­ای دی­اکسید کربن، بخار آب و متان، دمای زمین حدود ۱۸- درجه سانتیگراد بود و به­طور قطع حیاتی وجود نداشت.

مردمان قدیم زمین را در مرکز جهان قرار می­دادند و نژاد بشر را ویژه می­انگاشتند. پس از آنکه معلوم شد خورشید یکی از ملیاردها ستارۀ کهکشان است، یک اصل میانه پدید آمد. عقیده بر این شد که سیارات بسیاری چون زمین با حیات پیشرفته­ای مانند بشر وجود دارد؛ پس ما ویژه نبودیم. اما به تدریج معلومات ما دربارۀ تاریخچۀ زمین افزایش یافت؛ دانستیم که چگونه حرکت صفحات آن باعث بازگشت دی­اکسید کربن به درون جو شده است، چگونه مشتری از برخورد تعداد بیشماری دنباله­دار به زمین جلوگیری می­کند و چگونه ماه بزرگ ما باعث پایداری محور چرخش زمین می­شود. براساس این حقایق، امروزه بعضی دانشمندان اعتقاد دارند شرایطی که به پدید آمدن و ادامۀ حیات زندگی هوشمند در زمین انجامید، بسیار نادر و کمیاب است. گویا واقعاً ما ویژه هستیم، و بعید نیست که تنها گونۀ حیات پیشرفته در کهکشان راه شیری باشیم.

کتاب درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی صفحه ۱۲۰

The central core has a temperature of ∼7000 K as a result of the decay of radioactive isotopes of potassium, uranium and thorium, all of which have half-lives of over 1 billion years. Convection currents within the molten rock brought this heat up towards the crust giving rise to thermal hotspots and produced the volcanic activity which gave the Earth its secondary atmosphere. The atmosphere is now largely composed of nitrogen (78%) and oxygen (21%) with the remaining 1% made up of water vapour, carbon dioxide, ozone, methane and other trace gases. It is worth pointing out again that without the warming due to the greenhouse gases, carbon dioxide, water vapour and methane, the average surface temperature would be about 18°C and life would almost certainly not exist.

Ancient peoples put the Earth at the centre of the universe and regarded the human race as special. As it was found that our Sun is one of billions of stars in our Galaxy, a principle of mediocrity arose. Planets like Earth were thought to have been very common and so advanced life like ours was thought to be widespread – we were not special. As we have learnt more about the history of our Earth, how plate tectonics have helped recycle carbon dioxide back into the atmosphere, how Jupiter prevents too many comets from impacting the Earth and how our large moon has stabilized the Earth’s rotation axis, some scientists now believe that the conditions that have allowed intelligent life to arise here may well be very uncommon. It really could be that we are special, and it is not impossible that we are the only advanced life form now within our Milky Way Galaxy.

"Introduction to astronomy and cosmology" Page 94

گازهای اصلی تشکیل دهندۀ اتمسفر زمین، یعنی نیتروژن و اکسیژن، گاز گلخانه­ای نیستند. دلیل آن این است که گازهای دو­اتمی مانند این دو، اشعۀ فروسرخ را نه جذب و نه تابش می­کنند. دی­اکسید کربن گاز گلخانه­ای اصلی در اتمسفر است. برای اعصار متمادی درصد آن در جو پایدار مانده است، اما متأسفانه سوختن سوخت­های فسیلی (که دارای کربن ذخیره شده هستند) به سرعت در حال افزایش دی­اکسید کربن است که به­طور قطع بیشترین سهم را در این حقیقت که دمای زمین درحال بالا رفتن است، دارد - پدیده­ای موسوم به گرم­ شدن زمین^[1].

بخار آب یکی از گازهای گلخانه­ای است که عملاً بیشترین سهم را در اثر گلخانه­ای دارد، یعنی چیزی بین 36% تا 66% . مقدار بخار آب موجود در هوا از جایی به جای دیگر تفاوت چشمگیر دارد، اما در کل، فعالیت انسان بر میزان غلظت آن تأثیر مستقیم ندارد (مگر در جاهایی مثل زمین­های آبیاری شده) و اثرات آن بر آب­ و هوای زمین ثابت مانده است.

هم­اکنون مقدار دو گاز گلخانه­ای دیگر هم در حال افزایش است:

1)       توانایی حفظ حرارت در متان 20 برابر دی­اکسید کربن است. ما هر ساله 500 ملیون تن متان به جو اضافه می­کنیم. این کار از طریق پرورش دام، معادن زغال­سنگ، کندوکاو برای نفت و گاز طبیعی، مزارع برنج و پوسیدگی زباله در محل انباشت آن صورت می­گیرد.

2)       هرساله بین 7 تا 13 ملیون تن اکسید نیتروژن، ناشی از کودهای نیتروژنی، فضولات حیوانی و انسانی و اگزوز خودروها، به جو وارد می­شود.

بیش از دو درجه افزایش در دمای متوسط زمین می­تواند عواقب بسیار  زیان­باری برای نسل بشر به بار آورد و به­همین دلیل موضوع با­ جدیت در حال پی­گیری است.

کتاب درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی صفحه ۱۰۶ و ۱۰۷

The major constituents of  the atmosphere, nitrogen, N2, and oxygen, O2, are
not greenhouse gases. This is because diatomic molecules such as these nei-
ther absorb nor emit infrared radiation. Carbon dioxide is the main greenhouse
gas in the atmosphere. Over aeons of  time its percentage in the atmosphere
has remained stable but, unfortunately, the burning of  fossil fuels (which have
stored carbon within them) is rapidly increasing the amount of  carbon dioxide
in the atmosphere and this is almost certainly a major contribution to the fact
that our Earth’s temperature is increasing – termed global warming or climate
change.
Water vapour is a naturally occurring greenhouse gas and actually accounts
for the largest percentage of  the greenhouse effect, somewhere between 36% and
66%. The amount of  water vapour in the air from locality to locality is very vari-
able but overall, human activity does not directly affect water vapour concentra-
tions (except near irrigated fi elds for example) and its effects on the Earth’s climate
are remaining stable.
However, the amounts of  two further greenhouse gases are now also increasing:
(1)  Methane is 20 times more effi cient at retaining heat than carbon dioxide
and we are adding up to 500 million t of  methane into the atmosphere
per year from livestock, coal mining, drilling for oil and natural gas, rice
cultivation, and garbage decaying in landfi  lls.
(2)  Each year, 7–13 million t of  nitrous oxide is added to the atmosphere from
the use of  nitrogen based fertilizers, the disposing of  human and animal
waste in sewage treatment plants and automobile exhausts.
An increase in the Earth’s average temperature of  more than 2 degrees could
begin to have very harmful consequences for the human race, which explains
why the problem is being treated so seriously.

"Introduction to astronomy and cosmology" page 83

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.