الفلك

ما الذي يجعل الأشياء تصبح مقفلة تدريجيًا؟

ما الذي يجعل الأشياء تصبح مقفلة تدريجيًا؟

أحاول كتابة محاكاة الجاذبية (كواكب الشموس ، إلخ) ، وكنت آمل أن يكون قفل المد والجزر إحدى الميزات التي تم توضيحها.

أنتج استخدام معادلة بسيطة للجاذبية بعض النتائج المثيرة للاهتمام ، لكن (ما لم يكن سلوكها الناشئ) لا أرى شيئًا من شأنه أن يشجع على الانغلاق المد والجزر. ولكن ، بعد بعض القراءة ، يبدو أن الانغلاق المد والجزر أمر شائع جدًا ، والكواكب وأقمارها ، والكواكب والشمس ، والشمس وغيرها من الشموس (النجوم الثنائية).

هل هي نتيجة مرحلة تكوين هذه الأجسام ، أم أنها بطريقة ما دالة في معادلة الجاذبية؟


يحدث قفل المد والجزر لأن الكوكب يشوه القمر الصناعي إلى شكل بيضاوي ، مع توجيه محور طويل نحو الكوكب. إذا كان القمر الصناعي يدور ، فسيتحرك المحور الطويل بعيدًا عن الإشارة إلى الكوكب ، وستميل جاذبية الكوكب إلى سحبه للخلف ، مما يؤدي إلى إبطاء الدوران حتى يواجه وجه واحد الكوكب بشكل دائم. قفل المد والجزر ليس نتيجة لعمليات التشكيل ، ولكن نتيجة عدم صلابة الأقمار الصناعية تمامًا.

من أجل نمذجة تأثيرات المد والجزر على مدارات وفترات دوران الأقمار الصناعية ، تحتاج إلى معرفة العديد من المعلومات المهمة.

أولاً ، من الواضح أنك بحاجة إلى معرفة حجم الكوكب والقمر الصناعي (من حيث الكتلة ونصف القطر) وشكل المدار ومعدل دوران كل من الكوكب والقمر الصناعي. بالنسبة للعديد من الكائنات ، هذه القيم معروفة جيدًا.

بعد ذلك ، وهذا هو الجزء الصعب ، عليك أن تعرف كيف سيتشوه القمر الصناعي والكوكب بفعل جاذبية الآخر ، ومقدار تسخين المد والجزر. هذه هي ما يسمى بـ "رقم الحب" (بعد حب أغسطس) ووظيفة التبديد ، Q.

من الصعب تقدير هذه. بالنسبة لنظام الأرض والقمر ، من المعروف أن النسبة k / Q تساوي 0.0011. (لكن الأرض نموذج ضعيف للكواكب الأخرى ، التي ليس لديها محيط كبير ، أو قلب سائل)

بالنسبة للكواكب الأخرى ، تتراوح قيمة Q بين 10 و 10000 ، مع قيم أكبر للعمالقة الغازية ، ويمكن تقدير k من صلابة الأجسام.

نموذج الجاذبية البسيط غير قادر على التقاط التفاصيل الدقيقة للتفاعل الثقالي بين جسمين مشوهين بشكل متبادل ، في الواقع بالنسبة لمعظم عمليات المحاكاة ، يتم نمذجة الكواكب كنقاط ، أو على الأكثر ككرات ، وهذا جيد بما فيه الكفاية للجميع باستثناء أعلى دقة العمليات الحسابية.

يستغرق قفل المد والجزر وقتًا طويلاً (وفقًا للمعايير البشرية) ولكنه وقت قصير نسبيًا مقارنة بعمر النظام الشمسي. الوقت المستغرق يعتمد بشدة (الترتيب 6) على نصف قطر المدار.

ستكون المحاكاة المباشرة مستحيلة إلى حد ما: التشوهات صغيرة جدًا ، والمقياس الزمني للقفل كبير جدًا. سيكون من الممكن (على الرغم من صعوبة) نمذجة قفل المد والجزر في محاكاة بقيم غير واقعية لصلابة القمر الصناعي ، وحجم الكوكب (فكر في عالم الهلام ، الذي يدور حول ثقب أسود (نيوتن)) بحيث يكون التشوه أكبر و وقت القفل أقصر. ومع ذلك ، فإن نمذجة التشوه المرن للجسم تحت الجاذبية بعيدة كل البعد عن كونها تافهة.


في علم الفلك ، ما الذي يسبب انغلاق المد والجزر / الجاذبية؟

قرأت ما هو قفل المد والجزر / الجاذبية ، لكني أتساءل لماذا يحدث. لماذا / كيف انتهى الأمر بالقمر محبوسًا تدريجيًا على الأرض ، ولماذا تصبح الأرض في النهاية محصورة تدريجيًا مع الشمس؟

أم أنها ليست أكثر تعقيدًا من أن كتلتها الداخلية ليست موزعة بالتساوي بنسبة 100٪؟

في الأساس ، & # x27s لأن الجاذبية تجعل القمر ينتفخ قليلاً على الجانب المواجه للأرض.

مع دوران القمر ، يستغرق هذا الانتفاخ بعض الوقت للتحرك عبر السطح ومواجهة الأرض. إذا كان القمر يدور ببطء ، فإن الانتفاخ سوف يتخلف قليلاً ، وسوف تسحب جاذبية الأرض قمرًا متدليًا قليلاً ، مما يمنحه بعض عزم الدوران ويجعل القمر يدور بشكل أسرع قليلاً.

حتى في النهاية ، يدور القمر بسرعة كافية بحيث يتمكن الانتفاخ من مواكبة الأرض ومواجهة الأرض دائمًا.


الإجابات والردود

وكلما زاد توزيع الكتلة بالتساوي ، كان تأثير قوى المد والجزر أضعف. أيضًا ، إذا كان الكوكب بعيدًا عن النجم الأم ، فستكون قوى المد والجزر أضعف. تذكر أن قوى المد والجزر هي نتيجة الاختلاف في قوة الجاذبية عبر الكوكب. المسافة من مركز النجم إلى الجانب القريب من الكوكب مقابل المسافة من مركز النجم إلى الجانب البعيد من الكوكب. كلما كان الكوكب بعيدًا ، كلما قل الفرق بين الجانبين القريب والبعيد (نسبيًا).

بالطبع ، من حيث القابلية للسكن ، فإن هذا يطرح مجموعة جديدة كاملة من المشاكل.

دوران القمر له زخم زاوي. ستؤدي العملية التي تتسبب في انغلاق المد والجزر على كوكب ما إلى حدوث دوامة للقمر. ستهرب الأقمار في بعض الحالات لأن كرة التل تتقلص مع اقتراب الكوكب من النجم المضيف.

لنفترض أننا نفكر في الكوكب المزدوج على أنه شيء واحد. ستكون عملية قفل المد والجزر أيضًا عملية تحويل الكوكب المزدوج إلى كوكب واحد. بعد ذلك فكر فيهم ككائنين يدوران حول بعضهما البعض. كلما دوامة في سرعة دورانها تزداد وتقل فترة مداراتها. والنتيجة النهائية هي حدوث تصادم ولكن قد يستغرق وقتًا طويلاً قبل حدوث الاصطدام. سيكون لكل من الكواكب الفردية سرعة دوران خاصة بها في البداية. عندما يقفلان مع بعضهما البعض ، يتحول الزخم الزاوي إلى زخم مداري.
سيؤدي قفل المد والجزر على الكواكب إلى مواجهة الزوج الذي يقفل مع النجم. حتى تتمكن من تجميع الحالة الأكثر تطرفًا. يتم وضع جسمين متساويين الكتلة داخل حافة كرة التل وكلاهما يدور بالقرب من سرعة الانقسام. في نهاية المطاف يقعون في بعضهم البعض ولكن ذلك & quot؛ في النهاية & quot؛ قد يكون وقتًا طويلاً. من الناحية الفنية ، ستغلق الأرض على الشمس إلا ولكن لن تحدث خلال عمر الشمس. الجزء الصالح للسكن قابل للنقاش تمامًا. ستفقد الكواكب التي تقترب من سرعة الانهيار غلافها الجوي أسرع بكثير من الكواكب البطيئة. كلما اقتربت من تحديد الظروف القاسية ، قل احتمال وجود مثل هذا الشيء أو أننا سنجده. من الممكن ولكن من الممكن أيضًا أن تتكيف الحياة مع الظروف على كوكب مغلق تدريجيًا.

أو ماذا لو كان هناك كوكب كبير ، ربما نبتون صغير ، بجانبه في المدار؟ هل سيكون لذلك أي تأثير على الانغلاق على المد والجزر؟


محتويات

ضع في اعتبارك زوجًا من الأجسام التي تدور في مدار مشترك ، A و B. التغيير في معدل الدوران الضروري لقفل الجسم B تدريجيًا إلى الجسم الأكبر A ناتج عن عزم الدوران المطبق بواسطة جاذبية A على الانتفاخات التي تسببها على B بواسطة قوى المد والجزر. [5]

ستختلف قوة الجاذبية من الجسم أ على ب باختلاف المسافة ، حيث تكون أعظمها عند أقرب سطح إلى أ وأبعدها على الأقل. يؤدي هذا إلى إنشاء تدرج جاذبي عبر الكائن B والذي سيشوه شكل توازنه قليلاً. سيصبح جسم الكائن B ممدودًا على طول المحور الموجه نحو A ، وعلى العكس من ذلك ، سيقل حجمه قليلاً في الاتجاهات المتعامدة مع هذا المحور. تُعرف التشوهات المطولة باسم انتفاخات المد والجزر. (بالنسبة للأرض الصلبة ، يمكن أن تصل هذه الانتفاخات إلى نزوح يصل إلى حوالي 0.4 متر (1.3 قدم). [6]) عندما لا يكون B مغلقًا بشكل مدّي ، تنتقل الانتفاخات فوق سطحه بسبب الحركات المدارية ، مع أحدهما تنتقل انتفاخات المد والجزر "المرتفعة" بالقرب من النقطة التي يكون فيها الجسم "أ" في الأعلى. بالنسبة للأجسام الفلكية الكبيرة التي تكون كروية تقريبًا بسبب الجاذبية الذاتية ، ينتج تشوه المد والجزر كرويًا متوسعًا قليلاً ، أي شكل إهليلجي متماثل محوريًا ممدود على طول محوره الرئيسي. تعاني الأجسام الأصغر أيضًا من التشوه ، لكن هذا التشويه أقل انتظامًا.

تمارس مادة B مقاومة لعملية إعادة التشكيل الدورية التي تسببها قوة المد والجزر. في الواقع ، هناك حاجة لبعض الوقت لإعادة تشكيل B إلى شكل توازن الجاذبية ، وفي ذلك الوقت تكون الانتفاخات المتكونة قد تم نقلها بالفعل بعيدًا عن المحور A-B عن طريق دوران B. عند النظر إليها من نقطة أفضلية في الفضاء ، يتم إزاحة نقاط أقصى امتداد للانتفاخ من المحور الموجه نحو أ. إذا كانت فترة دوران B أقصر من الفترة المدارية ، يتم نقل الانتفاخات إلى الأمام للمحور الموجه نحو A في اتجاه الدوران ، بينما إذا كانت فترة دوران B أطول ، فإن الانتفاخات تتخلف عن الركب.

نظرًا لأن الانتفاخات قد تم إزاحتها الآن من المحور A-B ، فإن سحب الجاذبية A للكتلة الموجودة فيها يؤدي إلى عزم دوران على B. ويعمل عزم الدوران على الانتفاخ المواجه لـ A على جعل دوران B يتماشى مع الفترة المدارية ، بينما " العودة "الانتفاخ ، الذي يواجه بعيدًا عن A ، يعمل بالمعنى المعاكس. ومع ذلك ، فإن الانتفاخ على الجانب المواجه لـ A يكون أقرب إلى A من الانتفاخ الخلفي بمسافة قطرها B تقريبًا ، وبالتالي يواجه قوة جاذبية وعزم دوران أقوى قليلاً. إذن ، فإن صافي عزم الدوران الناتج من كلا الانتفاخات يكون دائمًا في الاتجاه الذي يعمل على مزامنة دوران B مع الفترة المدارية ، مما يؤدي في النهاية إلى قفل المد والجزر.

التغييرات المدارية تحرير

يتم الحفاظ على الزخم الزاوي لنظام A-B بأكمله في هذه العملية ، بحيث عندما يتباطأ B ويفقد الزخم الزاوي الدوراني ، المداري يتم تعزيز الزخم الزاوي بمقدار مماثل (هناك أيضًا بعض التأثيرات الأصغر على دوران A). ينتج عن هذا رفع مدار B حول A جنبًا إلى جنب مع تباطؤ دورانه. بالنسبة للحالة الأخرى التي يبدأ فيها B بالدوران ببطء شديد ، يؤدي قفل المد والجزر إلى زيادة سرعة دورانه ، و يخفض مداره.

قفل الجسم الأكبر تحرير

تأثير قفل المد والجزر يختبر أيضًا من قبل الجسم الأكبر أ ، ولكن بمعدل أبطأ لأن تأثير جاذبية ب أضعف بسبب كتلة ب الأصغر. على سبيل المثال ، يتم إبطاء دوران الأرض تدريجيًا بواسطة القمر ، بمقدار يصبح ملحوظًا بمرور الوقت الجيولوجي كما هو موضح في السجل الأحفوري. [7] تشير التقديرات الحالية إلى أن هذا (جنبًا إلى جنب مع تأثير المد للشمس) قد ساعد في إطالة يوم الأرض من حوالي 6 ساعات إلى 24 ساعة حاليًا (أكثر من 4 مليار سنة). حاليًا ، تُظهر الساعات الذرية أن يوم الأرض يطول ، في المتوسط ​​، بنحو 2.3 ميلي ثانية لكل قرن. [8] إذا أعطيت الوقت الكافي ، فإن هذا من شأنه أن يخلق انسدادًا للمد والجزر بين الأرض والقمر. سيزداد طول يوم الأرض ويزداد طول الشهر القمري أيضًا. سيكون لليوم الفلكي للأرض في النهاية نفس طول الفترة المدارية للقمر ، أي حوالي 47 ضعف طول يوم الأرض في الوقت الحاضر. ومع ذلك ، لا يُتوقع أن تصبح الأرض محصورة بشكل مدّي على القمر قبل أن تصبح الشمس عملاقًا أحمر وتبتلع الأرض والقمر. [9] [10]

بالنسبة للأجسام ذات الحجم المماثل ، قد يكون التأثير بحجم مماثل لكليهما ، وقد يصبح كلاهما مقفلًا بشكل مدّي لبعضهما البعض على نطاق زمني أقصر بكثير. مثال على ذلك الكوكب القزم بلوتو وقمره الصناعي شارون. لقد وصلوا بالفعل إلى حالة يكون فيها شارون مرئيًا من نصف كرة بلوتو والعكس صحيح. [11]

تحرير مدارات غريب الأطوار

سوء فهم منتشر على نطاق واسع هو أن الجسم المقفل تدريجيًا يحول جانبًا إلى مضيفه بشكل دائم.

بالنسبة للمدارات التي ليس لها انحراف مركزي قريب من الصفر ، فإن معدل الدوران يميل إلى أن يصبح مغلقًا مع السرعة المدارية عندما يكون الجسم عند الحضيض ، وهي نقطة أقوى تفاعل مد وجزر بين الجسمين. إذا كان للكائن المداري رفيق ، يمكن لهذا الجسم الثالث أن يتسبب في تغيير معدل دوران الكائن الأصل بطريقة متذبذبة. يمكن أن يؤدي هذا التفاعل أيضًا إلى زيادة الانحراف المداري للكائن المداري حول الأساسي - وهو تأثير يُعرف باسم ضخ الانحراف. [12]

في بعض الحالات التي يكون فيها المدار غريب الأطوار ويكون تأثير المد والجزر ضعيفًا نسبيًا ، قد ينتهي الجسم الأصغر بما يسمى رنين تدور في المدار، بدلاً من أن تكون مقفلة بشكل مدّي هنا ، نسبة فترة دوران الجسم إلى الفترة المدارية الخاصة به هي جزء بسيط يختلف عن 1: 1. حالة معروفة جيدًا هي دوران عطارد ، الذي يتم تثبيته في مداره حول الشمس في صدى 3: 2.

من المتوقع أن تكون العديد من الكواكب الخارجية (خاصة تلك القريبة منها) في مدار دوران أعلى من 1: 1. على سبيل المثال ، يمكن أن يتم التقاط كوكب أرضي شبيه بالزئبق في رنين مداري 3: 2 أو 2: 1 أو 5: 2 ، مع احتمال أن يعتمد كل منها على الانحراف المداري. [13]

تحرير الأقمار

معظم الأقمار الرئيسية في النظام الشمسي ، الأقمار الصناعية ذات الجاذبية المستديرة ، مقفلة بشكل مدّي مع بدلاتها الأولية ، لأنها تدور بشكل قريب جدًا وتزداد قوة المد والجزر بسرعة (كدالة تكعيبية) مع تناقص المسافة. [14] الاستثناءات البارزة هي الأقمار الصناعية الخارجية غير المنتظمة للعمالقة الغازية (على سبيل المثال Hyperion) ، والتي تدور على مسافة أبعد بكثير من الأقمار الكبيرة المعروفة.

يعتبر بلوتو وشارون مثالاً صارخًا على قفل المد والجزر. شارون هو قمر كبير نسبيًا بالمقارنة مع مداره الأساسي وله أيضًا مدار قريب جدًا. ينتج عن هذا إغلاق بلوتو وشارون بشكل متبادل. أقمار بلوتو الأخرى ليست مقفلة تدريجيًا ، حيث تدور كل من Styx و Nix و Kerberos و Hydra بشكل عشوائي بسبب تأثير شارون.

إن حالة قفل المد والجزر لأقمار الكويكبات غير معروفة إلى حد كبير ، ولكن من المتوقع أن تكون الثنائيات المدارية القريبة مغلقة بشكل مدّي ، بالإضافة إلى ثنائيات التلامس.

تحرير قمر الأرض

تدور فترات دوران القمر على الأرض وفتراتها المدارية مع بعضها البعض بشكل مداري ، لذلك بغض النظر عن وقت ملاحظة القمر من الأرض ، يُرى دائمًا نصف الكرة الأرضية للقمر. لم يُر الجانب البعيد من القمر حتى عام 1959 ، عندما تم نقل صور معظم الجانب البعيد من المركبة الفضائية السوفيتية لونا 3. [15]

عندما تُرصد الأرض من القمر ، لا يبدو أن الأرض تنتقل عبر السماء ولكن يبدو أنها تظل في نفس المكان ، وتدور حول محورها. [16]

على الرغم من أن فترات دوران القمر ومداراته مغلقة تمامًا ، يمكن رؤية حوالي 59 بالمائة من إجمالي سطح القمر بملاحظات متكررة من الأرض ، بسبب ظاهرة الاهتزاز واختلاف المنظر. تحدث الاهتزازات بشكل أساسي بسبب السرعة المدارية المتغيرة للقمر بسبب الانحراف اللامركزي في مداره: وهذا يسمح برؤية ما يصل إلى 6 درجات إضافية على طول محيطه من الأرض. المنظر هو تأثير هندسي: على سطح الأرض يتم إزاحتنا عن الخط عبر مراكز الأرض والقمر ، وبسبب هذا يمكننا أن نلاحظ قليلاً (حوالي درجة واحدة) أكثر حول جانب القمر عندما يكون في وضع التشغيل أفقنا المحلي. [ بحاجة لمصدر ]

تحرير الكواكب

كان يعتقد لبعض الوقت أن عطارد كان في دوران متزامن مع الشمس. كان هذا لأنه كلما كان عطارد هو الأفضل للمراقبة ، واجه نفس الجانب الداخل. أظهرت الملاحظات الرادارية في عام 1965 بدلاً من ذلك أن عطارد له صدى مداري 3: 2 ، يدور ثلاث مرات لكل دورتين حول الشمس ، مما ينتج عنه نفس الموضع في نقاط المراقبة تلك. أثبتت النمذجة أن عطارد قد تم التقاطه في حالة المدار الدوراني 3: 2 في وقت مبكر جدًا من تاريخه ، في غضون 20 (وربما حتى 10) مليون سنة بعد تكوينه. [17]

الفاصل الزمني 583.92 يومًا بين الاقتراب المتتالي من كوكب الزهرة إلى الأرض يساوي 5.001444 يومًا شمسيًا على كوكب الزهرة ، مما يجعل نفس الوجه تقريبًا مرئيًا من الأرض عند كل اقتراب قريب. ما إذا كانت هذه العلاقة قد نشأت عن طريق الصدفة أو كانت نتيجة لنوع من الانغلاق المد والجزر مع الأرض غير معروف. [18]

كوكب خارج المجموعة الشمسية Proxima Centauri b ، الذي اكتشف في عام 2016 والذي يدور حول Proxima Centauri ، مقفل بشكل مدّي تقريبًا ، معبرًا إما عن دوران متزامن أو رنين مداري 3: 2 مثل كوكب عطارد. [19]

أحد أشكال الكواكب الخارجية الافتراضية المغلقة تدريجيًا هي كواكب مقلة العين ، والتي تنقسم بدورها إلى كواكب مقلة العين "الساخنة" و "الباردة". [20] [21]

النجوم تحرير

من المتوقع أن تكون النجوم الثنائية القريبة في جميع أنحاء الكون مغلقة بشكل مدّي مع بعضها البعض ، كما يُعتقد أيضًا أن الكواكب خارج المجموعة الشمسية التي تم العثور عليها تدور حول دوراتها الأولية عن كثب للغاية مرتبطة بها. مثال غير عادي ، أكدته MOST ، قد يكون Tau Boötis ، وهو نجم من المحتمل أن يكون مقفلًا بشكل مدّي من قبل كوكب Tau Boötis b. [22] إذا كان الأمر كذلك ، فمن شبه المؤكد أن القفل المدّي متبادل. [23] [24] ومع ذلك ، نظرًا لأن النجوم عبارة عن أجسام غازية يمكن أن تدور بمعدل مختلف عند خطوط عرض مختلفة ، فإن قفل المد والجزر يكون مع المجال المغناطيسي لتاو بوتيس. [ بحاجة لمصدر ]

يمكن الحصول على تقدير للوقت الذي يستغرقه الجسم في الانغلاق المدّي باستخدام الصيغة التالية: [25]

  • ω < displaystyle omega > هو معدل الدوران الأولي معبرًا عنه بالراديان في الثانية ،
  • أ < displaystyle a ،> هو المحور شبه الرئيسي لحركة القمر الصناعي حول الكوكب (يُعطى بمتوسط ​​مسافات الحضيض و apoapsis) ،
  • أنا ≈ 0.4 m s R 2 < displaystyle almost 0.4 m_R ^ <2>> هي لحظة القصور الذاتي للقمر الصناعي ، حيث م ث < displaystyle m_،> كتلة القمر الصناعي و R < displaystyle R ،> هو متوسط ​​نصف قطر القمر الصناعي ،
  • س هي وظيفة تبديد القمر الصناعي ،
  • G هو ثابت الجاذبية ،
  • م * ،> هي كتلة الكوكب (أي الجسم الذي يدور في مدار) ، و
  • ل 2 ،> هو رقم الحب المد والجزر للقمر الصناعي.

حتى معرفة حجم وكثافة القمر الصناعي يترك العديد من المعلمات التي يجب تقديرها (خاصة ω, س، و ميكرومتر) ، بحيث يُتوقع أن تكون أي أوقات قفل محسوبة تم الحصول عليها غير دقيقة ، حتى لعوامل العشرة. علاوة على ذلك ، خلال مرحلة قفل المد والجزر ، قد يكون المحور شبه الرئيسي a < displaystyle a> مختلفًا بشكل كبير عن ذلك الملاحظ في الوقت الحاضر بسبب تسارع المد والجزر اللاحق ، ووقت القفل حساس للغاية لهذه القيمة.

نظرًا لأن عدم اليقين مرتفع جدًا ، يمكن تبسيط الصيغ المذكورة أعلاه لإعطاء صيغة أقل تعقيدًا إلى حد ما. بافتراض أن القمر الصناعي كروي ، k 2 ≪ 1، Q = 100 < displaystyle k_ <2> ll 1 ،، Q = 100> ، ومن المعقول تخمين ثورة واحدة كل 12 ساعة في البداية غير- الحالة المغلقة (معظم الكويكبات لها فترات دوران بين حوالي ساعتين وحوالي يومين)

هناك اعتماد قوي للغاية على المحور شبه الرئيسي a < displaystyle a>.

لقفل جسم أولي إلى قمره الصناعي كما في حالة بلوتو ، يمكن تبديل معلمات القمر الصناعي ومعلمات الجسم الأولية.

استنتاج واحد هو أن ، الأمور الأخرى متساوية (مثل Q و μ ) ، سيغلق القمر الكبير أسرع من القمر الأصغر على نفس المسافة المدارية من الكوكب لأن m s ،> ينمو كمكعب نصف قطر القمر الصناعي R < displaystyle R>. ومن الأمثلة المحتملة على ذلك نظام زحل ، حيث لا يتم قفل Hyperion تدريجيًا ، في حين أن Iapetus الأكبر ، الذي يدور على مسافة أكبر ، هو. ومع ذلك ، هذا ليس قطعًا واضحًا لأن Hyperion تواجه أيضًا قيادة قوية من Titan القريب ، مما يفرض أن يكون دورانها فوضويًا.

تحرير النظام الشمسي

جسم الوالدين الأقمار الصناعية المقفلة Tidally locked [27]
شمس عطارد [28] [29] [17] (3: 2 صدى تدور في مدار)
أرض القمر
المريخ فوبوس [30] · ديموس [31].
كوكب المشتري Metis [32] Adrastea · Amalthea [32] · Thebe [32] · Io · Europa · Ganymede · Callisto
زحل Pan · Atlas · Prometheus · Pandora · Epimetheus · Janus · Mimas · Enceladus [33] · Telesto · Tethys [33] · Calypso · Dione [33] · Rhea [33] · Titan · Iapetus [33]
أورانوس ميراندا أرييل أومبريال تيتانيا أوبيرون
نبتون بروتيوس تريتون [30]
بلوتو شارون (بلوتو نفسه مقفل أمام شارون) [11]

تحرير خارج الطاقة الشمسية

  • أنجح طرق الكشف عن الكواكب الخارجية (العبور والسرعات الشعاعية) تعاني من انحياز رصدي واضح يفضل اكتشاف الكواكب القريبة من النجم ، وبالتالي فإن 85٪ من الكواكب الخارجية المكتشفة تقع داخل منطقة قفل المد والجزر ، مما يجعل من الصعب تقدير الحقيقة الحقيقية. حدوث هذه الظاهرة. [34] من المعروف أن Tau Boötis مقفل على كوكب عملاق قريب من المدار Tau Boötis b. [22]

تحرير النظام الشمسي

استنادًا إلى المقارنة بين الوقت المحتمل اللازم لقفل الجسم في مداره الأساسي ، والوقت الذي كان فيه في مداره الحالي (يمكن مقارنته بعمر النظام الشمسي لمعظم أقمار الكواكب) ، يُعتقد أن عددًا من الأقمار مقفل . لكن تناوبهم غير معروف أو غير معروف بما فيه الكفاية. هؤلاء هم:


قوات المد والجزر 101 | المد والجزر على الأرض و # 038 المزيد من التأثيرات الرائعة!

قوة المد والجزر هي نتيجة تفاعل الجاذبية بين جسمين في الفضاء. الأكثر شيوعًا هو الاختلاف في قوة الجاذبية بين جسم صغير وكبير مثل الأرض والقمر. ينتج عن قوى المد والجزر المد والجزر اليومية للأرض ، والأقمار لتكون "محاصرة بالمد والجزر" ، وتسارع المد والجزر وحتى تفكك المذنبات وتشكيل أنظمة حلقات كوكبية!

إذن ما هي بالضبط قوى المد والجزر؟

قوة المد والجزر هي نتيجة مجال الجاذبية غير المنتظم بين جسمين ، وكتلة مختلفة جدًا في كثير من الأحيان. ينتج عن هذا أن الجانب الأقرب من الجسم الآخر يواجه قوة جذب أقوى من الجانب البعيد ، وبالتالي يتمدد كل جسم بشكل فعال!

الأرض والقمر هما أفضل مثال على هذا التأثير. تأثير جاذبية الأقمار يشوه سطح الأرض مما يؤدي إلى انتفاخ طفيف وتشكيل مدّ المحيطات اليومي! هذا التأثير نفسه يؤدي أيضًا إلى إبطاء دوران الأرض بشكل طفيف جدًا ، مما يؤدي إلى أيام أطول!

لا تشكل قوى المد والجزر مد وجزر الأرض فحسب ، بل إنها مسؤولة أيضًا عن ظواهر أخرى. وتشمل هذه قفل المد والجزر للأقمار ، وتسارع المد والجزر، و ال تفكك الأقمار أو المذنبات ضمن حدود Roche ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تشكيل أنظمة الحلقة.

قفل المد والجزر

قوى المد والجزر هي المسؤولة عن الأقمار الرئيسية للنظام الشمسي لتكون محصورة بشكل مدّي على كوكبهم. هذا يعني أن نفس الجانب من القمر دائمًا يواجه الكوكب وهو يدور حول محوره ، مرة واحدة بالضبط في كل مدار للكوكب! هذا هو السبب في أننا لا نستطيع أبدًا رؤية الجانب البعيد من القمر!

يحدث قفل المد والجزر بسبب فقدان طاقة دوران الأقمار (على مدى فترة طويلة من الزمن) كسخونة احتكاكية بسبب قوى المد والجزر والالتواء والضغط اللاحقين. يتوقف فقدان طاقة الدوران هذا بمجرد تطابق فترة دوران الأقمار مع الفترة المدارية. ينتج عن تسخين المد والجزر من التواء الجاذبية للقمر تأثيرات بركانية مثيرة على القمر الداخلي للمشتري Io مما يجعله أكثر الأجسام البركانية في النظام الشمسي!

عادة ، يتم إغلاق الأقمار فقط وليس الكواكب. ومع ذلك ، إذا كانت المسافات قريبة وكان الاختلاف في الكتلة بين الجسمين قريبًا بدرجة كافية ، فقد يصبح كلاهما محبوسًا مدًا مع بعضهما البعض بمرور الوقت. هذا هو الحال بالنسبة للكوكب القزم بلوتو وقمره شارون.

تسريع المد والجزر

يحدث تسارع المد والجزر بين القمر والكوكب. بمرور الوقت ، يتسبب تسارع المد والجزر في ابتعاد القمر ببطء إذا كان يدور في نفس اتجاه دوران الكوكب. يؤدي هذا أيضًا إلى إبطاء دوران الكوكب تدريجيًا وإطالة يومه. هذا يحدث ببطء بين الأرض والقمر.

تباطؤ المد والجزر

يحدث تباطؤ المد والجزر أيضًا بين قمر وجسم أكبر مثل كوكب وينتج عنه في نهاية المطاف تفكك القمر أو التأثير على سطح الكوكب.

هناك سيناريوهان يحدث هذا في ظلهما ، أولاً ، عندما يكون هناك قمر داخلي سريع الدوران ، مثل فوبوس ، الذي يدور حول المريخ أسرع من دوران الكوكب. يعمل انتفاخ المد والجزر الذي يثيره فوبوس على المريخ على إبطاء فوبوس. على مدى ملايين السنين ، سيتم إبطاء أقمار مثل فوبوس إلى النقطة التي ستضرب فيها الكوكب أو تعبر داخل الكواكب "حد روش" ويتمزقها تدريجيًا إلى أجزاء!

السيناريو الآخر حيث يتسبب تباطؤ المد والجزر في تفكك القمر أو امتصاصه من قبل الكوكب هو المكان الذي يدور فيه القمر في اتجاه رجعي (أي عكس دوران الكواكب). لا يوجد سوى قمر رئيسي واحد في النظام الشمسي يدور مثل هذا ، وهو قمر نبتون تريتون. جميع الأقمار الأخرى إلى الوراء تدور حول كوكبها على مسافة كبيرة حيث تكون قوى المد والجزر لا تذكر.

القوة التدميرية لشركة روش ليميت

عندما يقترب الجسم المداري من الجسم الأكبر ، مثل كوكب ، تزداد قوى المد والجزر. إذا تجاوز الجسم نقطة تسمى "حد روش" ، فإن قوى المد والجزر المشوهة تكون قوية جدًا بحيث تتسبب في تفكك الجسم (مثل القمر أو المذنب الذي يبتعد كثيرًا). وذلك لأن قوة التمدد والالتواء لانحدار الجاذبية تتجاوز جاذبية الجسم الداخلية.

يمكن رؤية هذا التأثير حول زحل حيث تمنع قوى المد والجزر داخل الكواكب Roche Limit المواد الموجودة في الحلقات من التراكم إلى أقمار مما يؤدي إلى نظام حلقة كوكبية. يُعتقد أيضًا أن قوى المد والجزر قد مزقت المذنب Shoemaker-Levy 9 أثناء مروره بالقرب من كوكب المشتري في عام 1994.


الحلقة 54: عرض الأسئلة رقم 6

لقد مر وقت طويل ، لذلك دعونا & # 8217s نلحق بأسئلة المستمع. لقد حصلنا على بعض الأشياء السهلة ، وبعضها صعب وربما بعض المستحيلات. نتحدث عن كوننا كثقب أسود ، وقفل مدّي للكواكب مثل أورانوس ، وألوان النجوم في مختلف الأعمار ، وكوننا وعيد ميلاد # 8217 والمزيد.

وتظهر الملاحظات

أرشيفنا مليء بالمعلومات الأساسية. لا تنس الاطلاع على هذه العروض من الماضي!

ستقدم باميلا عرضًا تقديميًا عن بُعد إلى الجمعية الفلكية في نورث كارولينا يوم السبت 30 سبتمبر.

نسخة طبق الأصل: عرض الأسئلة رقم 6

فريزر كاين: لقد مر وقت طويل ، لذلك دعونا & # 8217s نلحق بأسئلة المستمع. لقد حصلنا على بعض الأشياء السهلة ، ولدينا بعض الأشياء الصعبة ، وأعتقد أننا حصلنا على بعض الأشياء المستحيلة ، لذا فزت & # 8217t أخبرك أيهما في وقت مبكر.

لقد حصلنا على هذا السؤال كثيرًا. لديّ شخصين مختلفين ، ستيفن ويليامز ولون بلومنتال سألوا هذا السؤال: & # 8220 هل خطر ببال أي شخص أننا نعيش داخل ثقب أسود؟ & # 8221

الدكتورة باميلا جاي: لقد وقع السؤال والجواب لا.

فريزر: لماذا يعتقد الناس أننا قد نعيش في ثقب أسود؟ هذا يبدو نوعا من الجنون بالنسبة لي.

باميلا: إنه & # 8217s الكثير من الخيال العلمي. هناك & # 8217s هذه الفكرة في الخيال العلمي أنه يمكنك الطيران إلى ثقب أسود والظهور في جزء مختلف تمامًا من كوننا ، في عالم بديل - وهكذا من هذه الكتابات الخيالية ، وصلت الفكرة إلى روح العصر التي تطير بها في ثقب أسود وأنت تطير إلى عالم مختلف - مما يعني أن الكون يمكن أن يكون داخل ثقب أسود.

المشكلة هي أن الثقوب السوداء الحقيقية تؤدي فقط إلى الموت.

فريزر: أعتقد أن & # 8217s السؤال - إنه & # 8217s مثل الضفدع يسأل عما إذا كنت قفزت إلى هذا الخلاط ، هل سيقودني إلى عالم آخر؟

فريزر: لا ، لا ، لقد فاز & # 8217t - عالم من الألم.

باميلا: سيؤدي إلى الموت ، ونعم - حيث يؤدي الموت هو سؤال شخصي لا يستند إلى حقائق ولا يمكن معالجته في هذا العرض.

لذا لا. نحن نعلم أننا لا نعيش في ثقب أسود لأن لدينا ذرات تتكون من ذرات كاملة مع مسافات بينها. في الثقوب السوداء ، الذرات لا يمكن أن توجد. إن الكثافات عالية جدًا لدرجة أنه لا يمكن حتى للنيوترونات أن تفصل نفسها عن بعضها.

أحد الأمثلة التي أحب استخدامها هو أن الكون الطبيعي عبارة عن ثلاجة بها مجموعة من علب الكولا المعروضة بشكل عشوائي وعليك أن تحفر حول الزبدة للعثور على الصودا. القزم الأبيض هو المكان الذي تم فيه تعبئة جميع علب الصودا باستخدام علب شحن Coca-Cola لتعبئة ثلاجتك بالكامل ويمكنك & # 8217t وضع علبة أخرى من الكولا بالداخل.

النجم النيوتروني هو ما يحدث عندما تضع كل علب الصودا في كسارة العلب وتجعلها صغيرة جدًا (وبخاخات الصودا في كل الاتجاهات). يمنحك تشكيل النجم النيوتروني مستعر أعظم.

إذا قمت بعد ذلك بطحن بقايا العلب المتبقية بحيث تم كسر كل جزيء في العلب الآن ، فلن تكون قريبًا من كثافة الثقب الأسود. عليك أن تستمر في السحق حتى تتفكك ذرات العلب من أجل الوصول إلى ثقب أسود.

لذا ، نعم - لا يمكن أن توجد الحياة الواقعية في هذه الظروف.

فريزر: حسنًا ، لذلك أصبح & # 8217s تقريبًا مثله & # 8217 نوعًا من الأسئلة الفلسفية ويعود إلى تلك المحادثة ذات الأبعاد الإضافية التي أجريناها في حلقة استقبلناها جيدًا في اليوم. أعتقد أنه & # 8217s يشبه الأمر مختلفًا - هل يمكن أن يكون مختلفًا لدرجة أنه & # 8217s ليس في الحقيقة كسارة مواد مدمرة؟ هل يمكن أن يكون عالمًا جديدًا جريئًا يمكننا استكشافه؟ (يقول الضفدع يقفز في الخلاط.

فريزر: حسنا. أنا متأكد من أننا & # 8217 سنحصل على هذا السؤال أكثر ، لذلك ربما نقوم & # 8217ll بمعالجته مرة أخرى لاحقًا.

باميلا: لن نقوم بأي تجارب لاختبار هذه التجربة. حقًا - ستموت إذا دخلت ثقبًا أسود.

فريزر: ولكن إذا قمت بذلك ، فأخبرنا كيف ستسير الأمور.

بعد ذلك ، يريد ناثان داي أن يعرف (هذا استنادًا إلى حلقة انغلاق المد والجزر لدينا): & # 8220 هل من الممكن أن يصبح كوكب بمحور مثل أورانوس مقفلًا بشكل مدّي بنجمه؟ & # 8221

أولاً ، أريد أن أقول أنني & # 8217m سأقول urAnus - لا أهتم بما يقوله أي شخص ، وهذا هو ما أقول.

أعرف أنها & # 8217s إحدى الطرق المشروعة لقول ذلك ، وهناك & # 8217s إصدار URanus الأكثر & # 8220family & # 8221 ، ولكن هذه هي الطريقة التي أقولها بها.
لذا يمكنني أن أتخيل أنك حصلت على كوكب مثل أورانوس وهو يدور ، على عكس بقية الكواكب ، إنه في الواقع يدور مثله & # 8217s تم دفعه على جانبه وهو نوع من الدوران حول النظام الشمسي هل يمكن أن يصبح جسم كهذا مقيدًا بالنجم؟

باميلا: فقط إذا وافقت على تدوير محورها مرة أخرى - وهذا ممكن بالفعل.

يمكنك البدء بسطح يدور بسعادة بحيث يكون الجزء السفلي مواجهًا للطاولة ويكون الجزء العلوي مواجهًا للسقف وبمرور الوقت سوف يتقلب على جانبه ويبدأ في التدحرج على سطح الطاولة. هذا & # 8217s لأن الجاذبية تمارس عزم الدوران ، وأصبحت غير مستقرة ، وسقطت. كان يدور حول محوره طوال الوقت ، لكن كيف تمت محاذاة هذا المحور تغيرت.

من أجل قفل كوكب مثل أورانوس تدريجيًا ، يجب عليك تدوير محور دورانه ، وعليك أن تدور حوله بحيث يبدو وكأنه كوكب عادي. طالما أن محور دورانه ليس & # 8217t متعامدًا على مداره ، طالما أن خط الاستواء ومداره لا يصطفان ، يمكنك & # 8217t قفله بشكل مدّي حقًا. لا يوجد شيء للاستيلاء عليه وإبطاء سرعته.

لقد تعلمنا في دراسات الكواكب مثل كوكب الزهرة أنه من الممكن توزيع المواد على الكواكب لتسبب محاور الكواكب حول محورها. هناك أشخاص حصلوا على نماذج حاسوبية لقلب كوكب الزهرة رأسًا على عقب باستخدام الجاذبية.

الآن ، نظرًا لأن أورانوس هو عملاق غازي ، فمن المستبعد أن تتمكن من قلب أورانوس بما يكفي لقفله تدريجيًا ، ولكن إذا كان لديك كوكب صخري وقع على جانبه من خلال نوع من الاصطدام وكان له التوزيع الصحيح من الجبال وكان قريبًا بدرجة كافية من نجم ، (إذا ، إذا ، إذا ، إذا ، إذا) فمن الممكن أن ينتهي بك الأمر بعزم الكوكب (هذه كلمة أخرى ممتعة حقًا لقولها).

لذلك نحن & # 8217re العزم أورانوس (وما زلنا ننجح في أن نكون عرضًا صديقًا للعائلة). إذا قمت بتدوير أورانوس بشكل صحيح ، وإذا كان لديه جبل أو شيء ما (وهو ما لا يمتلكه & # 8217t) ، فيمكنك قفله تدريجيًا.

فريزر: أليس هذا السؤال بلا معنى؟ فكر في حالة كوكب مغلق تدريجيًا. فترة دورانه هي بالضبط نفس الفترة المدارية. لذلك هناك انتفاخ متكتل كبير يواجه دائمًا النجم ، ويواجه دائمًا هذا الاتجاه وهو يدور حول النجم. أعتقد أنه إذا كنت & # 8217 أعلاه تنظر إلى أسفل ، فستشاهد الكوكب ببطء يدور في هذا المدار ، ولكن إذا كنت & # 8217 قد جعلت الكوكب على جانبه ، ومع ذلك فقد حصل ذلك على وجه واحد - إنه & # 8217s قمة جدًا - تهدف إلى النجم ، ألا تستطيع & # 8217t أن تتدحرج تقريبًا حول النظام الشمسي؟

باميلا: هذا هو المكان الذي تبدأ فيه أن تصبح عملية من خطوتين. طالما أن أورانوس (أو كوكب مثله) موجه بحيث أن قطبه الشمالي يواجه الشمس دائمًا وسانتا كلوز يعاني دائمًا من حروق الشمس - في هذه الحالة يمكنك & # 8217t فقط قفل الكوكب تدريجيًا.

عليك في الواقع أن تجد طريقة لتدوير الكوكب بحيث يبدو مثل جميع الكواكب الأخرى. الخطوة الأولى هي تغيير محور الدوران. الخطوة الثانية هي قفله تدريجيًا.

فريزر: أتخيل أنني حصلت & # 8217 على كرة على خيط ، وأنا أقوم بتدويرها حول رأسي. الكرة تتدحرج أثناء دورانها ، لكن قطبها الشمالي لا يزال مواجهًا لي بينما كنت أقوم بتدوير هذه الكرة. لن & # 8217t هناك مخالفات حول الجزء العلوي من الكوكب بحيث يؤدي في النهاية إلى إبطاء دورانه ، لأنه & # 8217s دائمًا ما يتم إمساكه بطرق معينة ، حتى يتوقف ويقف بجانبه ويواجه دائمًا نفس الوجه بالضبط بالنسبة لي . في تلك المرحلة ، لم يعد الأمر مهمًا.

باميلا: إذن ، ما تتخيله هو أن القطب الشمالي يواجه الشمس دائمًا ، وإفريقيا الاستوائية تواجه دائمًا نجم الشمال؟

فريزر: بلى. ثم لم يعد الأمر مهمًا بعد الآن ، لأنه توقف عن الحركة لأنه تحول إلى كوكب مقفل تدريجيًا. مع وجود كوكب مقفل تدريجيًا ، يجب أن يكون جزء منه موجهًا نحو النجم ، وهذا هو السبب.

باميلا: تكمن المشكلة هنا في أنك إذا بدأت بموقف قمنا فيه الآن بضرب كوكب الأرض بحيث يواجه القطب الشمالي الشمس ، لكنه لا يزال يدور حوله. في بداية هذه المشكلة لدينا أفريقيا الاستوائية التي تواجه النجم الشمالي ثم بعد اثني عشر ساعة (أو فترة زمنية لاحقة) لدينا مكان ما في أمريكا الجنوبية الاستوائية متجهًا نحو النجم الشمالي. لذلك لا يزال الكوكب يدور حول محوره ، لكن المحور موجه نحو الشمس.

إذا كنت أرغب في قفل الأرض بالشمس بشكل مدّي في هذه الحالة ، يجب أن أكون بطريقة ما قادرة على الاستيلاء على الشمس عند خط الاستواء وإبطائها. يتطلب ذلك قوة & # 8217s إما لأعلى نحو نجم الشمال أو لأسفل باتجاه المنطقة القطبية الجنوبية الحالية.

فريزر: ماذا لو كانت الكتلة الأكبر في القطب الشمالي؟

باميلا: إذا كانت الكتلة الأكبر في القطب الشمالي ، فقد تكون الشمس قادرة على ضرب الكوكب بحيث يكون محور الدوران مواجهًا للشمس. لن تكون قادرة على الإمساك بذلك وإيقاف الدوران ، لأن هناك عزم دوران متماثل في كل مكان. إنه لا يبطئ الدوران ، إنه يدور حول الكوكب فقط.

يشبه الأمر نوعًا ما إذا كنت أرغب في إغلاق الباب ، والضغط على الباب على طول الباب - أو وضع يدي على ذلك المزلاج الصغير الذي يبقي الباب مغلقًا - إذا ضغطت على هذا المزلاج ، فلن يكون الباب كذلك سوف تتحرك يسارًا أو يمينًا ، & # 8217 s فقط ستخرج & # 8220 أنت & # 8217re تدفعني إلى مفصلاتي ، ما الذي تحاول تحقيقه؟ & # 8221

لذا يمكنك & # 8217t حقًا تدوير كوكب دوار له محور دوران يشير إلى الشمس ، لحمله على التوقف عن الدوران. عليك أن تمارس القوة إما من تحت الكوكب أو من فوق الكوكب. لذا فمن بين هذه الأشياء حيث لا تعمل الزوايا في صالحك.

فريزر: أعتقد أن النقطة في النهاية هي أن النجم سيدفع الكوكب إلى أسعد مكان له ، وسيكون هذا هو الحال.

باميلا: بالضبط. في بعض الأحيان يُسمح بالتناوب باستمرار.

فريزر: تمام! ستكون هذه الحلقة بأكملها حول هذا السؤال الوحيد ، لذا دعنا ننتقل إلى # 8217.

باميلا: لكنه & # 8217s سؤال جيد ومعقد!

فريزر: إنه سؤال جيد ، نعم - أحب ذلك ، ولهذا السبب كان لدي المزيد للحديث عنه.

حسنًا ، لذلك يسألنا ديمون ، & # 8220 لماذا النجوم الشباب زرقاء؟ لماذا يوجد عمالقة حمراء وزرقاء وأقزام بألوان مختلفة؟ ما الذي يحدد لون النجم & # 8217s؟ هل ولدت شمسنا زرقاء؟ & # 8221

باميلا: هذا هو أحد هذه الأشياء حيث يجب أن أعترف أنني & # 8217m أحد الأشخاص الذين ساعدوا في نشر مفهوم أن النجوم الشابة زرقاء.

الآن ، ليست كل النجوم اليافعة زرقاء ، لكن كل النجوم الزرقاء صغيرة السن. يتم تحديد لون النجم بدقة من خلال درجة حرارته. الأجسام الساخنة حقًا زرقاء حقًا ، والأشياء الباردة حمراء حقًا (على عكس ما ترسمه مقياس حرارة). للحصول على نجم ساخن حقًا ، عليك أن تنفخ في الوقود بمعدلات ضخمة.

لذلك عندما تنظر إلى مجموعة من النجوم ، إذا كانت هذه المجموعة من النجوم بها نجوم زرقاء ، يمكنك القول أن السكان هم من الشباب. بعض النجوم الزرقاء تدوم لمليوني سنة فقط. يمكن لنجم أحمر صغير صغير أن يعيش لعشرات المليارات من السنين.

ولد هذا النجم الأحمر القزم الصغير باللون الأحمر. يبقى أحمر ، يتحول إلى اللون الأحمر. وُلد هذا النجم الأزرق باللون الأزرق ، وسوف يمر بمراحل من ألوان مختلفة حيث يتخلص من الكتلة وجميع أنواع الجنون الأخرى. يعيش لفترة وجيزة فقط من الزمن.

لذلك إذا نظرت إلى مجموعة سكانية ووجدت نجوم زرقاء بين السكان ، فإن كل السكان هم من الشباب. إذا رأيت مجموعة سكانية حيث كل النجوم حمراء ، فهذا يعني أن كل النجوم الساخنة قد ماتت. يأتي اللون بدقة من درجة الحرارة.

فريزر: إذن نجمنا ، هل بدأ باللون الأصفر؟

باميلا: بدأ نجمنا باللون الأزرق أكثر مما هو عليه حاليًا ، لكنه لم يبدأ باللون الأزرق والأزرق والأزرق. لقد مرت بفترة كانت فيها أكثر دفئًا مما هي عليه اليوم (لذلك كانت زرقاء أكثر مما هي عليه اليوم) ، واستقرت على اللون الحالي. يتم تسخينه مرة أخرى بحيث يصبح لونه أصفر أكثر قليلاً. لن نكون أبدًا نجمًا أزرق حقيقيًا مثل Rigel ، سنختلف من خلال ظلال مختلفة من الأصفر أو البرتقالي اعتمادًا على كيفية إدراك عينيك للألوان.

سنقوم في النهاية بالانتفاخ والتهدئة ونصبح نجمًا عملاقًا أحمر. النجوم الباردة حمراء. من خلال هذه العمليات المختلفة - مقدار الضوء الذي يصدره النجم وما هو لونه - الذي تأتي منه الأسماء. إذاً ، نجم كبير منتفخ لا يحرق الكثير من الوقود ولكنه يحرق الهيليوم في قلبه ، وهذا هو نجم عملاق أحمر. النجم الذي يحرق الهيدروجين في قلبه وله لون أحمر هو قزم أحمر.

& # 8220Giant & # 8221 يشير إلى ما & # 8217s يتم حرقه في القلب. يمكن للعمالقة حرق الهيليوم أو الكربون - لكنهم لا يحرقون الهيدروجين. الأقزام ، يحرقون الهيدروجين في قلبهم. يخبرنا اللون بكمية الأشياء التي يحرقونها. العمالقة الزرقاء تحرق كميات هائلة من الأشياء - مثل النار المجهزة جيدًا ستصبح صفراء اللون ، وأكثر بياضًا ، وإذا قمت بتخزينها ساخنة بدرجة كافية (ليس لأنني فعلت ذلك من قبل) ، يمكنك الحصول على النار الأبيض الساخن / الأزرق الساخن.

فريزر: هل يوجد حد؟ هل يمكن أن يكون لديك النجم المثالي الذي يحترق في أهم شيء ممكن أنه ينتقل مباشرة من الطيف المرئي ويتحول مباشرة إلى الأشعة فوق البنفسجية؟ هل ستختفي من أعيننا؟

باميلا: ليس كثيرًا ، لأن النجوم لا تعطي في الواقع لونًا واحدًا فحسب ، بل مجموعة متنوعة كاملة من الألوان فيما يُطلق عليه & # 8217s طيف الجسم الأسود. عندما نتحدث عن لون النجم & # 8217s ، فإن ذلك & # 8217s هو لون الفوتون الذي يأتي في أعلى رقم. لذا ، تُطلق شمسنا حاليًا الضوء في الأشعة تحت الحمراء ، والأشعة فوق البنفسجية ، لكن معظمها & # 8217s ضوء في الطيف المرئي. هذا هو السبب في أننا نعتبرها نجمة برتقالية صفراء - ولكن كل هذه الألوان موجودة ، ولكن بأعداد أقل.

يمكن أن يكون لديك نجم أصبح & # 8217s ساخنًا جدًا لدرجة أنه يعطي معظم ضوءه في الأشعة فوق البنفسجية. يمكننا & # 8217t أن نرى ذلك في أعيننا ، لكن يمكننا أن نرى الألوان الأخرى التي تعطيها & # 8217s. يمكننا رؤية الأزرق والأحمر والأشعة تحت الحمراء. نظرًا لأن عيوننا مقطوعة باللون الأزرق ، فإننا ندرك أن النجم أزرق.

فريزر: حسنا. لذا فهو & # 8217s في المتوسط ​​، لكنه & # 8217s هو متوسط ​​ما نراه في معظم الأوقات. تمام.

باميلا: نعم. إنه & # 8217s متوسط ​​مرجح - إذا نظرت إلى غرفة بها 80 فتاة ذات شعر بني ، يمكنك القول أن الغرفة مليئة بالفتيات ذوات الشعر البني على الرغم من أنه قد يكون لديك ولد واحد أحمر الرأس ، وثلاثة بني- الأولاد على رأسهم وفتاة حمراء الرأس & # 8230 ما ندركه هو أكثر ما نراه هو & # 8217s.

فريزر: من الآن فصاعدًا ، سنحصل على سؤال آخر هنا. هذا واحد سوف يكسر أدمغة الجميع - أنا أضمن هذا في وقت مبكر. لذا إذا سألك شخص ما لماذا تبدو مخدرًا قليلاً ، فقم بإلقاء اللوم على هذا السؤال. يسأل ديف ستيتس ، & # 8220 عيد ميلادي هو 30 سبتمبر. (عيد ميلاد سعيد يا ديف). هل يمكن القول بأن الكون له عيد ميلاد ، أو بسبب تشوه الزمكان ، هل يتجاوز هذه الفكرة؟ & # 8221

لذا أعتقد أن ما حصل عليه Dave & # 8217 هو أننا نعلم أن النسبية تعني أن الناس يختبرون الوقت بمعدلات مختلفة. على الرغم من أن الانفجار الأعظم حدث في لحظة واحدة ، فهل غيرت حركة كل الأشياء في الكون من خلال النسبية الزمن؟ هل يمكن أن يكون هناك وقت يعتبر عيد ميلاد أم يضيع في الحركة؟

باميلا: هذا سؤال رائع. سأذهب إلى شخص يقوم بالكثير من النسبية في وقت لاحق اليوم وأطرح هذا السؤال وأراقب حدوث هذا الاضطراب.

ما هو & # 8217s الرائع في هذا السؤال هو أن هناك طريقتان مختلفتان للنظر إليه. بادئ ذي بدء ، هناك & # 8217s السؤال عن متى سأحتفل بالكون وعيد ميلاد # 8217s القادم ، متى تحتفل أندروميدا به؟

إذا افترضت أن مجرة ​​درب التبانة ومجرات أندروميدا كانت تمضغ الفضاء جنبًا إلى جنب على مدار الـ 13.7 مليار سنة الماضية ، فطالما كان كلا النظامين يتحركان بنفس السرعات طوال الوقت ، فإن تصوري الفردي للوقت و يجب أن يكون التصور الفردي للوقت لشخص ما في أندروميدا هو نفسه.

لكن الأمر يستغرق وقتًا حتى يصل الضوء من أندروميدا إلى هنا. قد أقرر أنني & # 8217m سأحتفل بعيد ميلاد الكون & # 8217s في يوم واحد. إذا اتخذ شخص ما القرار نفسه في أندروميدا ، واحتفل في نفس اليوم الذي فعلت فيه بالضبط ، فلن أعرف ذلك لأكثر من مليوني عام ، لأن الضوء من أندروميدا يستغرق وقتًا للوصول إلى هنا.

لذلك يمكننا & # 8217t مشاهدة الناس يحتفلون في نفس الوقت ، لأننا لا نستطيع أبدًا رؤية أي شخص آخر كما هو في الوقت الحالي.

بحيث & # 8217s الطريقة التي تحطمك مرة واحدة.

فريزر: بالتأكيد ، ولكن دع & # 8217s تذهب مع الشيء النظري. لنفترض أنني أركض في دوائر قريبة من سرعة الضوء وأنت تقف هناك ، وقررنا الاحتفال بعيد ميلاد الكون من مواقعنا النسبية.

باميلا: هذه هي الطريقة التي يكسرك بها مرتين.

ربما كانت أندروميدا ومجرة درب التبانة كانتا تحرثان في الكون بنفس المعدل على مدار الـ 13.7 مليار سنة الماضية ، ولكن هناك أنظمة أخرى كانت تدور في مدار أسرع. هناك أفراد ، على الأرجح ، في مكان ما على الكواكب التي تدور حول نجوم عالية الكتلة تدور حول أنظمة تدور فيها بشكل أسرع مما نفعل. كلما تحركت بشكل أسرع ، كلما كان إدراكك للوقت أبطأ. هناك كل هذه الحركات المحتملة المختلفة ، وفي كل مرة تغير فيها سرعتك مقارنة بشخص آخر ، فإنك تغير كيف يمر الوقت بالنسبة لك مقارنة بشخص آخر.

إذن ، جزء من الفضاء كان يدور حول ثقب أسود هائل ، أو جزء من الفضاء كان يدور للتو حول نجم نيوتروني ، فإن تلك الأجزاء من الفضاء ستدرك مرور الوقت بمعدل مختلف ، لذا فهم & # 8217ll كن مستعدًا للاحتفال بالذكرى السنوية للانفجار العظيم في وقت مختلف ، عن أي مكان آخر في الكون ربما يكون معزولًا تمامًا ويجلس هناك ، & # 8220 يتوسع الكون حولي لكنني لن أتحرك. & # 8221

فريزر: ألن & # 8217t سيحتفلون قبل أن نفعل؟ وسوف ترسل لنا إعلان الاحتفال بعيد ميلادهم السعيد ، ونحن & # 8217d نكون جميع & # 8220 ما & # 8217 هل تتحدث عنه؟ لقد & # 8217 يجب أن ننتظر مليار سنة أخرى. & # 8221

باميلا: الرجل الذي لا يتحرك هو الشخص الذي يحتفل به أولاً. ثم إن الأشخاص الذين يتحركون بشكل أسرع وأسرع وأسرع - بالنسبة لهم الوقت يتباطأ. لذا فهم & # 8217 سيكونون مستعدين للاحتفال بعد قليل.

يتعلق الأمر بمدى السرعة التي تتحرك بها والتي تخبرك عندما تكون مستعدًا للاحتفال بالذكرى السنوية للانفجار العظيم أو عيد ميلاد الانفجار الكبير ، ولكنك تريد أن تنظر إليه.

باميلا: إنه & # 8217s رائع جدًا.

فريزر: حسنا. المضي قدما. يسأل دامون هارفي & # 8220 عندما أرى إعادة تمثيل للانفجار الكبير في برامج العلوم التلفزيونية ، فإنها تظهر دائمًا الانفجار المألوف مع الكثير من الضوء. هل كان الضوء المرئي - أو أي ضوء - مكونًا حقيقيًا للانفجار العظيم في ذلك الوقت قبل إطلاق إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف؟ & # 8221

بمعنى آخر ، إذا كنت داخل الانفجار الكبير أثناء انطلاقه ، فهل سأتمكن من رؤية أي شيء بمقل عيني؟

باميلا: هذا في الواقع سؤال رائع. ما الخطأ في تصوير الانفجار العظيم على أنه انفجار ، لكنها تنقل فكرة أن الكون يتوسع بعيدًا عن نقطة واحدة. & # 8217s لا. كل الفضاء يتوسع في وقت واحد - ليس بعيدًا عن أي شيء ، بل يتوسع فقط. كان الضوء جزءًا حقيقيًا منه.

في اللحظات الأصلية للكون ، كان كل شيء عبارة عن طاقة نقية: كواركات وفوتونات ولا ذرات. ببطء ، خلال فترة تسمى تكوين الباريوجين baryogenesis ، بدأنا في تكوين المادة والمواد المضادة والاصطدام والانفجار من بعضنا البعض. ثم كانت لدينا هذه التفاعلات النووية مستمرة وكل هذه العمليات تنتج المزيد والمزيد من الضوء - لكنها لا يمكن أن تذهب إلى أي مكان.

أحد الأمثلة التي استخدمتها مؤخرًا مع مجموعة من تلاميذ المدارس كان تخيل غرفة معيشة مليئة بـ 25 فتاة صغيرة و 25 صبيًا صغيرًا و 25 كلبًا صغيرًا مفرط النشاط. يحاولون جميعًا الركض بأسرع ما يمكن. لا يمكن لأي من هذه المخلوقات أن تقطع مسافة بعيدة جدًا قبل أن تصطدم ببعضها البعض وتضطر إلى تغيير مساراتها. يمكنهم & # 8217t الركض في خط مستقيم.

عندما حدث CMB ، بدا الأمر وكأنه فجأة قال المعلم & # 8220 امسك بشريكك! & # 8221 وجميع الأطفال البشر يمسكون بطفل بشري ويقفون بالقرب من بعضهم البعض. في تلك اللحظة ، تهرب كل الكلاب الصغيرة اللطيفة من الغرفة تمامًا.

كانت تلك الكلاب القذرة الهاربة مثل فوتونات الميكروويف الكونية التي تهرب في كل الاتجاهات. كانت كل المساحة عبارة عن كل هذه الغرف المختلفة ، مثل غرفة واحدة & # 8217s كلاب yappy ، منطقة واحدة من الفضاء & # 8217s أجزاء من الفوتون ، أصبحت الآن تصل إلي. الفوتونات التي تم إنشاؤها في الجزء الخاص بنا من الكون تصل الآن إلى شخص آخر.

لذلك كان كل هذا الضوء موجودًا بالفعل ، ولم يكن بإمكانه الوصول إلى أي مكان حتى ظهور CMB.

فريزر: يبدو الأمر كما لو كنت داخل تلك الكرة ، فإن المسافة من مقدمة عينك إلى مؤخرة عينك ستكون مسافة هائلة ، لم يعرفها الكون من قبل.

كل مكان آخر في الكون مليء تمامًا بالفوتونات الممتلئة ببعضها البعض. إذا كنت في الواقع قادرًا على لصق مقل العيون الصغيرة في الكون في تلك المرحلة ، فستكون أكبر مساحة في الكون ، والتي ستمتلئ على الفور بالفوتونات. النقطة المهمة هي أنه من الصعب وصف أو تخيل ما سيبدو عليه الشكل. إنه & # 8217s مثل النظر عندما & # 8217re في الجزء السفلي من القطران - في كل مكان تنظر إليه يكون أسود فقط (أو العكس ، لا أعرف).

باميلا: هنا ، في كل مكان تنظر إليه يكون خفيفًا.

باميلا: ما هو رائع & # 8217s هو أن الكون كان يتوسع بسرعة كبيرة لدرجة أنه في الجزء الأول من جزء من المليون من الثانية ، نعم - إنه أصغر من مقلة عينك ، لكنه في غضون ثوانٍ أصبح أكبر من مجرة. كان الكون يتوسع بشكل أسرع مما يمكن لأي شخص أن يتخيله حقًا باستثناء استخدام أجهزة الكمبيوتر. اليوم يمكننا أن نرى فقط نسبة قليلة من الكون - ويمكننا أن نرى مسافة هائلة بشكل رهيب. لكن الكون توسع كثيرًا خلال ملحمة التضخم خلال الثواني القليلة الأولى ، لدرجة أنه حمل كل شيء بعيدًا بشكل مذهل. كان الفضاء نفسه يتوسع بحيث يرى جسمان غير متحركين أن المسافة بينهما تنمو كثيرًا لدرجة أنهما يرى بعضهما البعض يتحرك أسرع من سرعة الضوء (لا يتحركان ، بل يتدلى فقط على شبكة الفضاء الخاصة بهما ، لكن شبكة الفضاء كانت تتوسع أسرع من سرعة الضوء).

فريزر: أعلم أننا & # 8217 سنحصل على مليون سؤال حول هذا الموضوع. سنقوم بعرض منفصل عن التضخم فقط وشرح كيف يمكن للكون أن يتوسع أسرع من سرعة الضوء.

لذا أعتقد أن مقدار الوقت الذي ستقضيه بينما كان كل شيء خفيفًا ، كان مجرد جزء من الثانية. إذا كنت هناك في تلك اللحظة ، فسيكون كل شيء مجرد ضوء.

باميلا: كل شيء سيكون خفيفًا. ولكن بعد ذلك ، لمدة 300 ألف عام قادمة ، كان من الممكن أن تظل جالسًا تنظر من حولك وكان الضوء شديد الكثافة لدرجة أنه سيظل يقصف عينك. سيكون مفعمًا بالحيوية لدرجة أن عينيك ستضطران إلى إعادة بثها بعد تدميرها تمامًا.

فريزر: صحيح ، صحيح ، صحيح - أنا أتخيل أنني أمتلك هذه العيون الخارقة المحصنة.

النقطة المهمة هي أنك & # 8217 قد تحركت بالضوء. تخيل أن كل فوتون & # 8217s حصل على مسار له ، وبعد ذلك بشكل طبيعي إذا كنت سأصطدم وكان ذلك الفوتون الآخر سيصطدم ، يسارًا أو يمينًا وتمدد الكون - لقد حاولت أنت & # 8217 كل هذه الفوتونات لمواصلة هذا المسار. عادةً ما يصطدمون بشيء آخر ، ولكن الآن تم فتح الفضاء حتى يتمكنوا من الاستمرار في تلك المسارات. إذا كنت & # 8217re واقفة هناك في منتصفها ، فستحصل على هذه الفوتونات التي كانت على هذه المسارات أخيرًا تحصل على فرصة للذهاب إلى مكان ما وعيناك هي ما & # 8217s أمامهم.

دعونا ننتقل إلى & # 8217s ، لأنني لا أريد أن أفسد عرض التضخم لدينا.

هذا رائع أيضًا - لدينا هذا السؤال كثيرًا أيضًا. يسأل روبرت رولاند ، & # 8220 إذا افترضنا أن الكون بدأ في حالة كثيفة وحارة ، فما هي الآلية التي منعته من أن يصبح أو يظل ثقبًا أسود ، وهو أضخم ثقب ممكن؟ & # 8221

وأضيف أنه يمكنني تخيل أنه إذا أخذت كل الكتلة والضوء في الكون وجلبته بطريقة ما إلى مكان واحد ، فسوف يتحول إلى ثقب أسود فائق الكتلة يحتوي على كل كتلة الكون. ما الفرق بين ذلك والانفجار العظيم الذي احتوى على كل كتلة وطاقة الكون؟

باميلا: هذا سؤال رائع حقًا. في المرة الأولى التي سألني فيها أحدهم هذا ، توقف عقلي بالفعل. ثم أدركت الإجابة.

في عالمنا الحديث ، إذا رميت مجموعة كاملة من الكتلة معًا دون إعطائها طريقة ما لدعم نفسها ، فسوف تنهار & # 8217ll. إذا وضعت ما يكفي منه في مكان واحد ، فسوف ينهار إلى ثقب أسود. ما يحدث هنا هو أن الكتلة ، في إطار الفضاء المحيط بها ، تنهار مقارنة بالفضاء ، ويمكنها سحب الأشياء من حولها.

في بداية الكون ، كان كل شيء كثيفًا مثل الثقب الأسود. لذا يمكن لجزء واحد من الفضاء & # 8217t أن يسحب أي جزء آخر من الفضاء لأنهم & # 8217 كلها بنفس الكثافة. لا يوجد مكان لديه قوة جاذبية أعلى من أي مكان آخر. كل شيء & # 8217s بنفس الكثافة ، والمساحة التي تحتويها كل هذه الأشياء هي ما يميزها عن بعضها.

فريزر: بحيث & # 8217s هو المكون الإضافي.

باميلا: هذا هو المكون الإضافي: المساحة تفصل كل شيء عن بعضها.

فريزر: إذا قمت بإنشاء ثقب أسود هائل الآن ، فلن & # 8217t تحشر الفضاء فيه.

باميلا: نعم ، إنها & # 8217s مجرد نقطة واحدة في عالم شاسع.

فريزر: ولكن في الانفجار الكبير ، كان المكون الإضافي هو الحب - لا ، كان المكون الإضافي هو المساحة نفسها التي تم حشرها في تفرد Big Bang أيضًا.

باميلا: إذن ما كان قادرًا على التغلب على الجاذبية هو توسع الفضاء. إذن ، نعم ، لديك هذه المنطقة الضخمة والكثيفة حيث كانت الظروف & # 8217 كثيفة لفترة من الزمن مثل مركز الثقب الأسود ، ولكن بعد ذلك حمل الفضاء نفسه كل هذه الطاقة والمادة بعيدًا عن بعضها البعض ونشرها بشكل رقيق بدرجة كافية ونشره بشكل رقيق بدرجة كافية بحيث أنه بدلاً من تكوين ثقب أسود فائق الكتلة ، كان قادرًا على تكوين النجوم والمجرات ونحن.

أعتقد أن هذا هو الجواب. أنا & # 8217 ليس لدي أي شيء آخر. الفرق هو أنه يحتوي على مساحة ، وهذا ما أحدث كل الاختلاف في الكون.

فلننتقل بعد ذلك إلى & # 8217s. يسأل جوشوا ليفيتون ، & # 8220 على الرغم من أن أشعة جاما تمر عبر كل المادة ، فهل سيكون الكائن الحي قادرًا على امتلاك عيون يمكنها رؤية الأطوال الموجية لأشعة جاما ، أم أن هذا مستحيل لأن أشعة جاما تمر عبر كل المادة ويمكن أن تحور الحمض النووي؟ & # 8221

أعلم أن أشعة جاما لا تصيبنا هنا على الأرض ، وذلك بفضل الغلاف الجوي للأرض ، لذلك يبدو أنه لا شيء يتطور إلى كائن حي. دعونا نتظاهر بأن لدينا كائنات حية تريد أن تبقي مسافات آمنة بعيدة عن المفاعل النووي - هل ستكون قادرة على تطوير نوع من أجهزة الكشف عن أشعة جاما؟ وماذا & # 8217s كاشف أشعة جاما؟

باميلا: أشعة جاما لا تعبر حقًا كل شيء. يمكنهم المرور عبر أشياء: إنها جزيئات فوتونات عالية الطاقة حقًا ، وأعتقد أن هذا الشخص قد يجمع بين أفكار أشعة جاما والنيوترينوات.

تمر أشعة جاما بشكل جيد إلى حد ما من خلال أشياء مختلفة. سوف تمر الأشعة السينية مباشرة من خلال الحائط - في الواقع سوف تمر من خلال يدك. تعد أشعة جاما طاقة أعلى من الأشعة السينية ، وسوف تمر من خلالك ما لم تصطدم بالجزء الأيمن من جزء من حمضك النووي وتسبب السرطان (وهو أمر سيئ).

لدينا أشياء على كوكب الأرض تخلق أشعة جاما. هناك تفاعلات نووية مختلفة. يمكن أن يكون لديك القليل من المواد النووية التي تطلق أشعة جاما عندما تتحلل. داخل المفاعلات النووية يمكن أن يكون لديك أشياء مختلفة تنبعث منها أشعة جاما. الطريقة التي نكتشف بها هذا هي أن لدينا بلورات هي مواد متلألئة. عندما تصطدم أشعة جاما بجزء من هذه البلورة ، فإنها ستصدر ضوءًا عاديًا يمكننا اكتشافه باستخدام أجهزة الكشف العادية.

يمكنك أن تتخيل نوعًا من مخلوق الخيال العلمي الذي تطور بالعيون التي بدلاً من وجود عدسات عادية لتركيز الضوء ، فإن العدسات بدلاً من ذلك مصنوعة من نوع من مادة التلألؤ مثل أنه عندما تصطدم بها أشعة جاما ، تشع المادة من الضوء أجهزة الكشف من العيون قادرة على الرؤية.

المشكلة هي أننا لا نعرف حقًا كيفية تركيز أشعة جاما جيدًا. لا يحبون التركيز ، يمكنك & # 8217t استخدام العدسة العادية - فهم & # 8217 سوف يطيرون من خلالها فقط. علينا استخدام جميع أنواع تقنيات الانعكاس المجنون لمحاولة اكتشاف مصدر أشعة جاما. لذا فأنت تنظر حقًا إلى وجود مخلوق له عيون عملاقة قادرة بطريقة ما على توجيه أشعة جاما بطريقة ذات مغزى.

لست متأكدًا من سبب وجود مثل هذا الكائن الحي ، لكنني أرى مؤامرة خيال علمي رائعة تنبثق من هذا مع نوع من المخلوقات المجنونة في الفضاء (لا أعرف ما الذي سيأكله ، أو كيف سينجو ، ولكن لها عيون رائعة حقًا).

فريزر: حسنًا ، أعتقد أننا دومًا نُدلي بهذا التعليق - إذا كان بإمكانك فقط النظر إلى الفضاء بأعين أشعة جاما ، فإن ألمع شيء سيكون هذا أو ذاك. تخيل لو كان لدينا بعض أشكال الحياة الفعلية التي يمكن أن نراها. إنه مهم أيضًا لأن الطريقة التي يكتشفون بها أشعة جاما تختلف عن الطريقة التي نكتشف بها الضوء العادي. لا يمكنك الحصول على مرآة كبيرة رائعة & # 8217 يجب أن يكون لديك شيء مختلف تمامًا - كاشف بلوري.

باميلا: إنه لأمر رائع أن نفكر فيه. كل الطرق العادية لتصميم العيون التي لدينا (عدسة تركز الضوء ، وشبكية تكتشف الضوء) عليك التخلص من النافذة. إذا أصابت أشعة جاما شبكية العين (وضربتها بشكل صحيح) فسوف تدمر شبكية العين. هذا & # 8217s بشكل عام شيء سيء.

لا تركز مادة التلألؤ على تركيزها حقًا ، بل تقوم فقط بتحويل ضوء أشعة جاما إلى نوع مختلف من الضوء القابل للاكتشاف. لا يزال يتعين عليك التوصل إلى طريقة لتركيزها باستخدام الانعكاسات ، بعد اكتشافها باستخدام بلورات التلألؤ قبل أن تصل إلى شبكية العين الطبيعية.

فريزر: لذلك من غير المحتمل أن يكون & # 8217s.

فريزر: نحن & # 8217ll نسمي أن شكل الحياة غير محتمل ، هنا في جونا المحمي بأشعة جاما.

لقد نفدت الأسئلة.

فريزر: حسنًا ، لم نفد تمامًا من الأسئلة - لا يزال لدينا عدد كبير من الأسئلة التي لا يزال يتعين علينا الإجابة عليها ، لذلك قد نحصل على المزيد من عروض الأسئلة المجمعة هنا بينما نواصل جولتنا عبر النظام الشمسي.

إذا كان لديك أي أسئلة حول الكون ، والفضاء ، وعلم الفلك ، والعروض السابقة ، فلا تتردد في مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني بسؤالك ، أو حتى إرسال سؤال صوتي إلينا بشكل أفضل وسنقوم بدمجه في عرض مستقبلي.

هذا النص ليس مطابقًا تمامًا للملف الصوتي. تم تحريره من أجل الوضوح.


ما الذي يجعل الأشياء تصبح مقفلة تدريجيًا؟ - الفلك

لم يكن الأمر كذلك دائمًا مع القمر - فالقمر - يستخدم - للدوران بالنسبة إلى الأرض ، بحيث يرى مراقب على الأرض وجوهًا مختلفة للقمر أثناء دورانه. لكنها توقفت تدريجياً عن الدوران بسبب شيء يسمى "قفل المد والجزر".

أنت تعلم أن القمر يسبب المد والجزر في المحيط ، أليس كذلك؟ تسحب جاذبية القمر الأرض ، وهي تسحب بشدة وجه الأرض المواجهة للقمر. لا تهتم الأرض على وجه الخصوص بهذا السحب الإضافي ، لكن المحيطات تهتم بذلك. يتم "رفع" الماء نحو القمر ، ويتدفق ليحدث انتفاخًا يواجه القمر. (هناك انتفاخ في الجزء الخلفي من الأرض أيضًا ، مشيرًا بعيدًا ، وهو أمر مرتبط.) مع دوران الأرض ، يتدفق هذا "الانتفاخ" عبر المحيطات ، دائمًا في مواجهة القمر تقريبًا ، نراه كمد يتحرك صعودًا وهبوطًا.

حسنًا ، الأرض تفعل الشيء نفسه مرة أخرى إلى القمر - قوى المد والجزر من الأرض أقوى بحوالي 80 مرة من قوى المد والجزر على القمر (لأن كتلة الأرض 80 مرة من كتلة القمر). ومع ذلك ، لا توجد محيطات على القمر - لذلك لا يوجد سائل يتدفق حوله كما يحدث على الأرض. صدق أو لا تصدق ، فإن قوى المد والجزر في الأرض _ تفعل_ تشوه القمر نفسه ، على الرغم من ذلك ، بشكل طفيف. مرة أخرى عندما كان القمر يدور بالنسبة لنا ، كان هناك القليل من "الانتفاخ الأرضي" على سطح القمر ، والذي "يريد" مواجهة الأرض. عندما كان القمر يدور ، فإن الدوران يميل إلى حمل "الانتفاخ" معه. أقام هذا شد الحبل - دوران القمر يسحب الانتفاخ بعيدًا ، وتنسحب الأرض مرة أخرى على الانتفاخ ، عكس الدوران. هذا ، إذن ، كان يتصرف بشكل أساسي مثل فرامل الدراجة: عملت قوى المد والجزر الأرضية باستمرار لسحب الدوران ، مما يؤدي إلى إبطاء الدوران إلى أن يتوقف. حتى الآن - "الانتفاخ" يشير إلينا فقط. إنها ليست كبيرة جدًا - لكنها لا تزال موجودة.

القمر ليس الجسم السماوي الوحيد المقفل تدريجيًا. عطارد مقفل تدريجيًا أمام الشمس - بمعنى إذا كنت تعيش على عطارد ، فسيكون دائمًا نهارًا أو دائمًا ليلاً ، اعتمادًا على جانب عطارد الذي تعيش فيه.

يمكن العثور على وصف أطول في
قفل المد والجزر

لقد أعطوا تقديرًا للوقت الذي يستغرقه حدوث الإغلاق - قال حسابي السريع ما يقرب من 300000 سنة للقمر. تحقق من الرياضيات الخاصة بي - لم أكن حريصًا جدًا عليها ، وقد أكون مخطئًا تمامًا!

يدور القمر حول الأرض ويدور أيضًا حول محوره مرة واحدة شهريًا.

لذلك يمكنك القيام بتجربة أو عرض توضيحي. تخيل أن القمر لم يدور على محوره (أي أن القمر لم يدور حول محوره ولكن تم تدويره فقط حول الأرض. إذا قمت بذلك باستخدام عرض توضيحي بسيط ، فستلاحظ أنه إذا كان هذا هو الحال ، فإننا سيرى القمر بأكمله بعد ثورة واحدة.

قم الآن بإجراء العرض التوضيحي مرة أخرى ، ولكن هذه المرة اسمح للقمر بالدوران حول محوره في نفس الوقت بالضبط الذي يستغرقه القمر للدوران حول الأرض. يمكنك الحصول على صديق بالإضافة إلى أنك الأرض وإثبات ذلك بالفعل لإقناع نفسك.

يا له من سؤال رائع! يدور القمر حول محوره كل 29.5 يومًا (تمامًا كما تدور الأرض حول محورها كل يوم) - وهذا هو السبب في أن القمر له أطوار ، حيث تتعرض أجزاء مختلفة من سطحه للشمس على مدار شهر. يستغرق القمر أيضًا 29.5 يومًا لإكمال مداره حول الأرض (هذا متعلق بالأرض - من منظور الشمس ، يستغرق القمر 27.3 يومًا فقط لإكمال مداره ، ولكن خلال هذا الوقت كانت الأرض تتحرك على طول في مداره حول الشمس ، والقمر يحتاج إلى عدد إضافي من الأيام "للحاق بالركب"). نظرًا لأن الوقت الذي يستغرقه مدار Moonto حول الأرض هو نفس الوقت الذي يستغرقه الأمر للدوران حول محورها ، فإننا دائمًا نرى نفس وجه القمر. (يمكنك تجربة ذلك بنفسك - إذا كنت تمشي في دائرة حول صديق ، فسيتعين عليك الدوران بنفس المعدل الذي تمشي فيه إذا كنت تريد البقاء في مواجهة صديقك.)

ليس من قبيل المصادفة أن هذين الأمرين يحدثان بنفس المعدل - نعتقد أنه منذ زمن طويل كان القمر يدور فعليًا بسرعة أكبر مما كان يدور في مداره ، لذلك إذا كنا في الجوار ، لكنا قادرين على رؤية وجوه مختلفة من القمر. ومع ذلك ، فقد انخفض دوران القمر بسبب ما يسمى قوى المد والجزر: جانب القمر الأقرب إلى الأرض يشعر بسحب أقوى قليلاً بسبب جاذبية الأرض مما يفعل جانب القمر بعيدًا عن الأرض ، لذلك يتشوه قليلاً - يصبح أطول قليلاً في الاتجاه مواجهة الأرض. نظرًا لأن جوانب مختلفة من القمر تواجه الأرض ، فإن أجزاء مختلفة من القمر ستتشوه ، وكل هذا التشوه ينتج عنه الكثير من الاحتكاك. أدى هذا الاحتكاك إلى إبطاء دوران القمر على مدار فترة طويلة ، إلى أن واجه نفس الجانب الأرض دائمًا ، ولم يعد الجزء المشوه مضطرًا إلى التحرك بعد الآن.

تفعل جاذبية القمر الشيء نفسه بالنسبة للأرض: فالمياه الموجودة في المحيط على جانب الأرض المواجه للقمر تنجذب بقوة إلى القمر أكثر من تلك التي تدور حول الأرض ، والتي بدورها تكون أكثر قوة. تنجذب إلى القمر أكثر من تلك الموجودة على الجانب الآخر من الأرض. هذا هو ما ينتج دورة المد المنخفض والعالي التي يمكنك رؤيتها في المحيط. يؤدي احتكاك هذه المد والجزر إلى إبطاء دوران الأرض أيضًا - في الماضي كانت الأرض تدور حول محور أسرع بكثير ، لذلك قبل مليارات السنين ، كانت الأيام تستغرق بضع ساعات فقط.

المد والجزر - يسحب القمر جانب الأرض الأقرب إليه بقوة أكبر مما يسحب على الجانب الآخر من الأرض ، مما يمد الأرض بشكل فعال حيث يتم سحبها من جانب واحد ولكن ليس من الجانب الآخر والأرض دائمًا- إلى حد ما مرنة. هذا ما يجعل المحيط يصعد على الأرض على الجانب المواجه للقمر والجانب (نسبيًا) يتم سحبه بعيدًا ، لأن الماء أكثر سيولة ومرونة من الأرض ، لأنها سائلة. ومع ذلك ، فإن هذا يؤدي أيضًا إلى سحب الأرض ضد دوران الأرض ، تمامًا كما لو قمت بسحب إسقاط طويل على شيء ما ، فسوف يدور في الاتجاه الذي تسحبه (تخيل أنك تسحب طرف ملعقة جالسة على الطاولة - سوف يدور جسم الملعقة ليكون عكس الاتجاه الذي تسحبه). لكن الأرض تدور بالفعل حول محورها ، لذا فإن المد والجزر على القمر يؤدي في الواقع إلى إبطاء دوران الأرض. هذا بطيء جدًا ، ولكن قبل 400 مليون سنة ، كان العام يحتوي على 400 يومًا بدلاً من 365.

تمامًا كما يمارس القمر المد والجزر على الأرض ، كذلك تمارس الأرض المد والجزر على القمر ، باستثناء أن القمر ليس لديه محيطات يتدحرج فيها صعودًا وهبوطًا عند حدوث ذلك. نظرًا لأن الأرض أكبر بكثير من كتلة القمر ، يفقد القمر حتماً المزيد من الزخم الزاوي في دورانه. ببساطة ، لقد أصبح مغلقًا بشكل مدّي ، مع فترة دورانه هي نفس الفترة المدارية ، لأن الأرض تسحبها بشكل أساسي أثناء دورانها حول الكوكب. نظرًا لأن الأرض تجذب جانبًا واحدًا من القمر ، تمامًا مثل الملعقة الموجودة على الطاولة ، فإن هذا الجانب يتبع الأرض حولها أثناء سحبها ، ويظل دائمًا موجهًا نحو الأرض. وبالتالي ، فإننا لا نرى أبدًا الجانب البعيد من القمر.

تتمثل إحدى طرق تصور سبب رؤيتنا لجانب واحد فقط من القمر في السير في دائرة بينما نواجه دائمًا منتصف الدائرة. بينما قد لا تشعر بذلك ، فأنت تقوم بالفعل بتدوير جسمك أثناء الدوران حول الدائرة. المفتاح هنا هو أن فترة الثورة تساوي فترة الدوران. عندما تسير في منتصف الطريق حول الدائرة ، فإنك تواجه الاتجاه المعاكس تمامًا مقارنة بالوقت الذي بدأت فيه. تكمل نصف دورة في 1/2 دورة ، مما يعني نفس معدل الدوران والدوران.

تبلغ فترات دوران ودوران القمر حوالي 29.5 يومًا. إذا كنت ترغب في تشكيل الأرض والقمر معًا ، فاجعل صديقًا يقف في منتصف الدائرة ويدور في مكانه 29.5 مرة في كل مرة تكمل فيها دائرة كاملة كالقمر. فقط لا تصاب بالدوار! سوف يراك صديقك في المنتصف "تنهض" و "تستعد" في كل مرة يدور في مكانه. هذا هو السبب في أننا نرى القمر يشرق ويغيب كل يوم - تدور الأرض في مكانها مرة واحدة في اليوم ، بمعدل 29.5 أسرع من معدل دوران القمر.

نرى دائمًا نفس الجانب من القمر لأنه يستغرق نفس القدر من الوقت (حوالي 29.5 يومًا) للقمر لإكمال مدار واحد حول الأرض كما هو الحال بالنسبة للقمر لإكمال دورة واحدة حول محوره.

ربما تتساءل الآن لماذا يستغرق القمر نفس القدر من الوقت لإكمال دورة واحدة حول الأرض كما يفعل لإكمال دورة واحدة حول محوره. هذه ظاهرة تعرف باسم قفل المد والجزر. تتسبب قوة الجاذبية الأرضية التي تسحب القمر في انتفاخه قليلاً في اتجاه الأرض. تخيل الآن أن دوران القمر حول محوره كان أسرع (أو أبطأ) من مداره حول الأرض. لأن قوة الجاذبية تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين جسدين (F = GMm / r 2 ، أين م و م هي كتل الجسمين ، جي هو ثابت الجاذبية ، و ص هي المسافة بين الجسمين) ، القوة على الانتفاخ الأقرب إلى الأرض أكبر من القوة على الانتفاخ بعيدًا عن الأرض. وبالتالي فإن قوة جاذبية الأرض التي تسحب الانتفاخ ستنتج عزمًا (قوة تسبب الدوران) على القمر ، مما يتسبب في إبطاء دوران القمر (أو تسريعه) ، حتى الفترة (مقدار الوقت لإكمال دورة واحدة) دوران القمر حول محوره ومدار القمر حول الأرض متماثلان.


لماذا يتركنا القمر؟

قمر الأرض. الائتمان: جيمس ليني.

لقد قمنا بعمل جيد ، نحن والقمر. احصل على نسختك الخاصة من أنسجة ناسا الفضائية لأننا نبدأ اليوم في قصة الرفقة المدارية ، وأحباء الطفولة وألم القلب.

يمكنك القول أننا جئنا من نفس الجزء من المدينة. منذ زمن بعيد اصطدم الجسم ثيا بحجم المريخ بالأرض وتشكل القمر من الحطام الناتج عن الاصطدام.

نشأنا معا. عد منذ البداية ، استمرت هذه العلاقة لمدة 4.5 مليار سنة. كان لدينا بعض الأوقات الجيدة. بعض الأوقات العصيبة. مرتبطة بقوة الجاذبية ، ذراعًا في ذراع ، داخل سيارة السيدان العائلية الشمسية لدينا التي تعبر المجرة.

[سنارك: حتى أننا ما زلنا نرغب في "استكشاف" سطح القمر من حين لآخر]

لكن الآن ، مأساة. القمر ، قمرنا ، ينتقل إلى آفاق أكثر إشراقًا. اعتدنا أن نكون أقرب عندما كنا أصغر سنا ويبدو أن الوقت يمر بسرعة أكبر. في الواقع ، قبل 620 مليون سنة ، كان اليوم 21 ساعة فقط. لقد امتدوا الآن إلى 24 ساعة وأصبحوا أطول ، والقمر بالفعل على مسافة متوسطة تبلغ 384.400 كم. يكاد يشعر أنه بعيد جدًا.

إذا فكرنا في الماضي بعيدًا بما يكفي عندما كنا أطفالًا ، كان هناك وقت كان فيه اليوم مدته 2 - 3 ساعات ، وكان القمر أقرب بكثير. يبدو أننا فعلنا كل شيء معًا في ذلك الوقت. ولكن تمامًا مثل الناس ، فإن الكتل الضخمة من الصخور والمواد التي تطير عبر الفضاء تتغير ، وتتغير علاقاتهم أيضًا.

أخبرنا معالجنا أنه لم تكن فكرة جيدة أن ننشغل بالتفاصيل الدقيقة ، لكننا قمنا ببعض العلوم باستخدام تجارب العاكس الرجعي التي وضعها رواد فضاء أبولو ، ويبدو أن القمر كان دائمًا ما يخرج من الباب.

اليوم ينجرف بعيدًا بمعدل 1-2 سم / سنة. يا له من وجع قلب! لقد اعتقدنا فقط أن الأيام كانت أطول ، لكنها ليست مجرد تأثير عاطفي لرؤية صديقنا القديم يغادرنا ، فهناك تغيير جسدي حقيقي يحدث. تزداد أيامنا 1/500 جزء من الثانية كل قرن.

لا يسعني إلا أن ألوم نفسي. لو عرفنا لماذا فقط. هل وجد القمر شخصًا جديدًا؟ شخص أكثر جاذبية؟ هل كان ذلك الكوكب القزم فينوس ، أكثر الكواكب سخونة في النظام الشمسي بأكمله؟ إنه حقًا مجرد تقدم طبيعي. إنها الطبيعة. إنها قوى الجاذبية والمد والجزر.

ولا ، هذا ليس استعارة. تتشابك الأرض والقمر مع بعضهما البعض بفعل جاذبيتهما. تتشوه أشكالها ويؤدي سحب قوة المد والجزر هذه إلى حدوث انتفاخ. الأرض بها انتفاخ مواجه للقمر ، والقمر به انتفاخ أكبر باتجاه الأرض.

[سنارك: نحن نوجه انتفاخاتنا إلى بعضنا البعض.]

تعمل هذه الانتفاخات كمقابض للجاذبية ، مما يبطئ دورانها. سمحت هذه العملية لجاذبية الأرض بإبطاء القمر حتى يتوقف منذ مليارات السنين. لا يزال القمر يعمل على الأرض لتغيير طرقه ، ولكن سيمر وقت طويل قبل أن نصبح محبوسين تدريجيًا على القمر.

مجموعة من الصور مجتمعة لإظهار صعود القمر "السوبر" في 22 يوليو 2013 فوق جبال روكي ، تم التقاطه بالقرب من فيل ، كولورادو ، على ارتفاع 10000 قدم فوق مستوى سطح البحر في غابة وايت ريفر الوطنية. الصور القمرية بفارق 200 ثانية تقريبًا. الائتمان: كوري شميتز

[سنارك: لن نتخلى عن دراجتنا النارية أو أصدقائنا البغيضين في أي وقت قريب ..]

يعني هذا الدوران البطيء أن الأرض تفقد الطاقة. يتم نقل هذه الطاقة إلى القمر وهو يتسارع ، وكما تحدثنا في الحلقات السابقة ، كلما كان الشيء أسرع يدور ، كلما أصبح أبعد وأكثر عن الجسم الذي يدور حوله.

هل سينتهي؟ نحن مرتبطون جدًا ، يبدو أن الأمر سيستغرق إلى الأبد لمعرفة من الأشياء التي تنتمي إلى من ومن الذي يحصل على الكلب. لا تخف ، هناك نهاية تلوح في الأفق. 50 مليار سنة من الآن ، 45 مليار سنة بعد أن سئمت الشمس من خدعنا وأصبحت عملاقًا أحمر ، عندما تباطأت الأيام لتصبح 45 ساعة ، سيعتبر القمر نفسه قد انتقل إلى شقته الجديدة تمامًا جاهزة للبدء حياتها الجديدة.

ماذا عن الجيران في الشارع؟ كيف تسير العلاقات المدارية الأخرى. أعلم أن هناك الكثير من الأحداث المتتالية التي تحدث في النظام الشمسي. لسنا الوحيدين مع Moons مقفلة تدريجيًا. هناك Phobos و Deimos إلى المريخ ، والعديد من أقمار المشتري وزحل موجودة ، بلوتو وشارون مقيدان ببعضهما البعض إلى الأبد. الآن هذا هو التزام حقيقي. لذا ، في النهاية. الدرس هنا هو أن الناس والكواكب تتغير. يحتاج القمر فقط إلى مساحته ، لكنه لا يزال يريد أن نكون أصدقاء.

ماذا تعتقد؟ إذا كنت تكتب أوبرا فضائية عن الأرض وتفكك القمر ، فما الذي حدث بينهما أخيرًا؟ اخبرنا في التعليقات أدناه.


يشرح نيك وجيف سبب وجود انتفاخين في المد والجزر على الأرض - أحدهما أسفل القمر والآخر على الجانب الآخر

كان سبب المد والجزر معروفًا منذ أيام إسحاق نيوتن (1642-1727) ، لكنه معقد بدرجة كافية ليصبح موضوعًا للنقاش بين علماء الفلك في مرصد سيدني في الأسابيع الأخيرة. يحاول نيك وجيف هنا شرح سبب وجود انتفاخين في المد والجزر على الأرض بسبب القمر - أحدهما في الأسفل والآخر على الجانب الآخر.

المقدمة

فكر في المصير المحزن لرائد الفضاء فريد الذي يسقط رأسًا على عقب في ثقب أسود ونحو النسيان. كما هو موضح في الصورة الآنية أعلاه ، هناك قوة على رأسه أكبر من تلك الموجودة على جسده وأقل على قدميه. فنستطيع أن نقول أن رأسه يبتعد عن جسده وجسده عن رجليه.

سقوط رائد الفضاء فريد في الثقب الأسود ، في إطار مرجعي يتسارع بنفس معدل مركز كتلة فريد. رسم نيك لومب

يمكننا أن ننظر إلى رائد الفضاء فريد بطريقة أكثر تعقيدًا. إذا اخترنا إطارًا مرجعيًا يتناسب مع مركز كتلة فريد (CoM). بعد ذلك ، نظرًا لأن سقوط فريد يتم الاهتمام به إلى حد كبير من خلال الإطار المرجعي ، فإن ما تبقى لنا في الرسم البياني أعلاه هو القوى المتبقية التي تختلف قليلاً عن قوة الجاذبية الرئيسية في مركز فريد. نظرًا لأن رأسه يتسارع نحو الثقب الأسود حتى في هذا الإطار المرجعي ، فإنه يواجه قوة بعيدًا عن CoM. وبالمثل ، تتسارع أرجل فريد بعيدًا عن الثقب الأسود في هذا الإطار المرجعي ، وتواجه قوة بعيدًا عن CoM.

تسمى هذه القوى التي تمثل اختلافات عن القوة الرئيسية المؤثرة على CoM في الجسم قوى المد والجزر.

صورة فورية بسيطة تشرح المد والجزر ، رسم نيك لومب

الآن دعونا ننظر في المد والجزر في محيطات الأرض بسبب القمر تحت الصورة اللحظية البسيطة. يجب أن تكون القوى في مجلس وزراء الأرض متوازنة. الجاذبية تتجه نحو القمر ولذا علينا أن نطلق قوة الطرد المركزي الوهمية (المرتبطة بالدوران) بعيدًا عن القمر.

على جانب الأرض مباشرة أسفل جاذبية القمر ، يكون سحب الجاذبية من القمر أقوى لأن المسافة أقصر بينما تكون قوة الطرد المركزي أقل. يؤدي عدم التوازن هذا إلى الانتفاخ نحو القمر. على الجانب الآخر من الأرض ، يكون سحب الجاذبية نحو القمر أقل حيث تكون المسافة أكبر بينما تكون قوة الطرد المركزي أكبر. مرة أخرى هناك انتفاخ ، هذه المرة بعيدًا عن القمر.

صورة أكثر تعقيدًا للمد والجزر على الأرض في إطار مرجعي يتحرك بشكل مشترك مع مركز كتلة الأرض. رسم نيك لومب

كما هو الحال مع رائد الفضاء فريد ، يمكننا النظر إلى المد والجزر بطريقة أكثر تعقيدًا إذا اخترنا إطارًا مرجعيًا يتحرك بشكل مشترك مع CoM للأرض. مرة أخرى ، هذا يفسر التسارع الرئيسي نحو القمر وما تبقى لنا في الرسم البياني أعلاه هو قوى المد والجزر ، والتي تمثل اختلافات طفيفة للقوة الرئيسية على CoM.

تتسارع المحيطات الموجودة أسفل القمر باتجاه القمر بدرجة أقل مما قد تحتاج إليه وفقًا لسحب الجاذبية الأكبر الذي تتعرض له من CoM. ومن ثم هناك قوة المد والجزر نحو القمر وانتفاخ المد والجزر. وبالمثل ، فإن التسارع على الجانب الآخر من الأرض يكون أكثر من اللازم وفقًا لسحب الجاذبية في ذلك الموقع. ومن ثم هناك قوة المد والجزر بعيدًا عن القمر وانتفاخ المد والجزر.

شرح مفصل

على الرغم من التبسيط إلى حد ما ، فإن القوة هي مجرد دفع أو سحب وفي جميع أنحاء الكون لا يوجد سوى أربعة أنواع (1). من دوران المجرات إلى داخل الذرة ، تسود أربعة أنواع بسيطة من القوة.هم بترتيب تناقص القوة:

1. القوة النووية القوية
2. القوة النووية الضعيفة
3. القوة الكهرومغناطيسية ، و
4. قوة الجاذبية.

بشكل مثير للدهشة ، القوة النووية القوية أقوى من الجاذبية بـ 10 أس 40 مرة ، لكن مداها صغير بشكل مذهل ومحدود في عالم النواة. ومع ذلك ، فإن الجاذبية ، مجرد جبان بالمقارنة يعمل على مسافات غير محدودة مع تناقص قوته كما سنرى.

إلى جانب أينشتاين ، حدثت إحدى أكبر الإسهامات في دراسة الجاذبية في الفترة من 1665 إلى 1667 عندما أجبر الطاعون السير إسحاق نيوتن (1642-1727) على الفرار من لندن. لقد سمع معظمنا قصة تعرضه لتفاحة سقطت على رأسه وتساءل ما الذي جعلها تسقط. من المحتمل جدًا أن هذا ملفق ، لكن ربما رأى سقوط تفاحة بينما كان في مزاج تأملي. من خلال تطبيق قانونه الثاني للحركة الذي ينص على أن "تسارع الجسم يتناسب طرديًا مع صافي القوة المطبقة عليه ويتناسب عكسًا مع كتلته" أدرك نيوتن أن بعض القوة يجب أن تسحب التفاحة أو تدفعها لأسفل. هل يمكن أن تؤثر هذه القوة نفسها على الأشياء بعيدًا مثل القمر؟

في النهاية ابتكر نظرية الجاذبية الكونية التي تكون فيها الجاذبية هي قوة الجذب بين جميع الأجسام ذات الكتلة لكل جسم آخر ذي كتلة. صيغته للجاذبية العالمية هي كما يلي:

في ذلك ، فإن قوة الجاذبية بين جسمين كتلتهما (م) و (م) تساوي حاصل ضربهما في ثابت الجاذبية الكونية (G) مقسومًا على مربع المسافة بينهما. إذا لم تتغير كتلة الأجسام ، فيمكننا أن نرى أن القوة بينهما تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بينهما. باستخدام هذه الصيغة وحدها ، تمارس الشمس أكثر من 170 مرة من قوة الجاذبية على الأرض مقارنة بالقمر ، بعد أن تدور الأرض حول الشمس. فلماذا يكون تأثير المد والجزر للقمر أكثر وضوحًا من تأثير الشمس؟ يكشف النظر في الصيغة أعلاه عن أن الأجسام بخلاف المصادر النقطية مثل الكواكب الضخمة والنجوم ستختبر فرقًا في جهد الجاذبية من جانب إلى آخر. جبريًا ، يمكننا استنتاج أن قوى المد والجزر ، فرق القوة عبر جسم بسبب الجاذبية ، تتبع علاقة عكسية تكعيبية. من الواضح أن المسافة تصبح أكثر أهمية في هذه الحالة.

حيث (M) و (m) هما كتلة الجسم الأساسي والقمر الصناعي بنصف قطر (R) على مسافة من بعضهما البعض (r) ويفترض أن R / r صغير جدًا. الفرق في جهد الجاذبية أو مجال الجاذبية عبر الجسم هو مفتاح المد والجزر وليس مجرد مقدار القوة. ونتيجة لذلك ، ينخفض ​​تأثير الشمس على المد والجزر إلى 46٪ من تأثير القمر القريب. [2)

يرفع سحب المد والجزر للقمر السطح الصخري للأرض ويخفضه بحوالي 0.3 متر (3) يوميًا بينما يمكن رفع المياه الأكثر مرونة بمقدار 15 مترًا اعتمادًا على التضاريس المحيطة ولكن في أي اتجاه؟

في هذه المرحلة ، نحتاج إلى اللجوء إلى قانون كبلر الثالث.

حيث (P) هي الفترة ، (أ) هي المحور شبه الرئيسي و (ك) ثابت. لذلك ، بالنسبة لأي جسم يدور ، فإن تربيع فترة مداره في المحور شبه الرئيسي لمدارها تكعيب يساوي ثابتًا.

قانون كبلر الثالث في العمل ، رسمه جيف وايت

في الرسم البياني أعلاه ، يوجد جيف في مدار مستقر (O) إلى اليسار. (ب) هو مركز الكوكب ويصف المدار. نظرًا لأن الكوكب جسم صلب (A) وفقًا لقانون كبلر الثالث ، فإنه يدور بسرعة كبيرة جدًا بالنسبة لنصف قطره المداري (من O إلى B- [B إلى A]) ويميل إلى الدفع إلى الداخل مما يؤدي إلى انتفاخ. (C) يدور ببطء شديد في مداره (من O إلى B + [B إلى C]) وتميل القوة الناتجة إلى دفع الكوكب أو انتفاخه للخارج.

تحليل أكثر تفصيلاً باستخدام جاذبية نيوتن التي يمكن اشتقاقها من قوانين كبلر يشرح أيضًا انتفاخات المد والجزر كنتيجة للاختلافات في القوى الناتجة عن جسم بعيد.

تحليل متجه لقوى المد والجزر 1 ، من دونالد سيمانيك

في هذه الصورة المأخوذة من صفحة دونالد سيمانيك حول تحليل متجه "المفاهيم الخاطئة حول المد والجزر" لأربع نقاط A و B و H و D يكشف ما يلي. [4)

يبذل الكائن (G) قوة الجاذبية على (M) التي تتبع قانون المكعب العكسي كما هو مذكور أعلاه. جميع النواقل موجهة نحو (G).
فكر في شخص يقف عند (ح). ستكون هناك قوة أكبر على رؤوسهم من أصابع قدمهم وستعطى قوة المد والجزر (T) بالفرق ، TH = FH1 - FH2. تظهر القوة الكلية من خلال الطرح المتجه في أسفل اليسار مع القوة المحصلة تجاه (G).
فكر الآن في شخص على الجانب الآخر من (م) في (أ). القوة على أصابع قدميه أكبر من تلك الموجودة على الرأس والفرق في القوى هو TA = FA1 & # 8211 FA2 ولكن كما يتضح من الرسم البياني المتجه في الجزء العلوي الأيسر ، فإن القوة الناتجة بعيدة عن (G).

بالنسبة لشخص في (D) ، تكون القوى متطابقة ومتوازية تقريبًا نتيجة لذلك تشير قوة المد والجزر نحو مركز (M) وفي (B) يكون المتجه الناتج مماسيًا لـ (M).

تحليل متجه لقوى المد والجزر 2 ، من دونالد سيمانيك

إذا تم إجراء هذه العملية للعديد من النقاط على السطح ، سينتج عن الرسم التخطيطي أعلاه. يظهر انتفاخان مدّيان بوضوح على (M) ، أحدهما على الجانب باتجاه كتلة الجاذبية والثاني على الجانب البعيد من (M).

يمكن رؤية مثال رائع للمد والجزر واستخداماتها في مونت سانت ميشيل في فرنسا حيث يحيط المد القادم بالكامل بالجزيرة حتى أنه يحمي سكانها من الغزاة في الماضي.

من الغريب أن بعض العلماء يعتقدون أننا مدينون لوجودنا لتيار المد والجزر. لأنه بدونها لن ترتفع البحار وتنخفض عدة مرات في اليوم مما يخلق فرصة للمخلوقات البحرية للحصول على موطئ قدم على اليابسة في منطقة المد بين المد العالي والمنخفض. [5)

بصرف النظر عن ارتفاع وسقوط سطح كل جسم ، فإن تأثير قوة المد والجزر الرئيسي الآخر هو أن القمر كان محبوسًا جاذبيًا على الأرض عندما يكون في حالة منصهرة ويظل مغلقًا للغاية. كونه مغلقًا تدريجيًا ، فقد وصل القمر إلى أدنى حالة طاقة له ويدور مرة واحدة على محوره في كل دورة حول الأرض.

الركود المد والجزر للقمر

نظرًا لأن كلا الجسمين ينتفخان نحو الآخر ولكن ليس في خط مستقيم تمامًا نتيجة للدوران السريع للأرض ، ينشأ عزم أو قوة دوران بسبب احتكاك المد والجزر مما يؤدي إلى إبطاء دوران الأرض ودفع القمر بعيدًا عن الأرض من أجل الحفاظ عليه. الزخم الزاوي. يوضح الرسم البياني أعلاه أنه نظرًا لأن انتفاخ المد والجزر في الأرض يقود القمر بحوالي 6 ساعات ، فإن القوى بين القمر وتوازن الانتفاخ وفقًا لقانون نيوتن الثالث. ومع ذلك ، فإن التأثير الإجمالي للقوتين هو دفع القمر للأمام وبالتالي دفعه للخارج بينما في نفس الوقت يعارض دوران الأرض ويبطئه. نعم الأيام تطول!

سلسلة فوهة بركان على سطح القمر

من الواضح أن القمر أيضًا ضحية طويلة الأمد لقوى المد والجزر من أماكن أخرى في النظام الشمسي. في الصورة أدناه لـ Davy Crater ، من المحتمل أن تكون سلسلة الحفرة ناتجة عن اضطراب مدّي لمذنب غير محكم الربط ، والذي اصطدم بعد ذلك بالقمر. قبل الاصطدام ، مر المذنب بجسم أكثر ضخامة ، على الأرجح كوكب المشتري ، وتعرض لقوى المد والجزر التي شقته. ثم تتناثر الأجسام المربوطة بشكل فضفاض على القمر في تتابع سريع.

اصطدام المذنب شوميكر ليفي 9 بالمشتري

ومن الأمثلة الأكثر حداثة وإثارة لحدث مشابه هو الاضطراب المدّي لـ Comet Shoemaker Levy رقم 9 في عام 1992 ، قبل الاصطدام بالمشتري في عام 1994. ومع اقتراب المذنب من المشتري ، تعرض الجانب الرائد لقوة أقوى من الجانب الخلفي. . نظرًا لأنه كان يتألف من جزيئات غير محكمة الترابط ، فقد انهار ببساطة تحت فرق المد والجزر وشكل قطارًا من 21 قطعة كبيرة. بعد ذلك بعامين ، بعد أن اجتاز الشمس ، وضع مداره المتغير في مسار تصادمي مع كوكب المشتري وأدى إلى سلسلة مذهلة من الاصطدامات.

تُرى قوى المد والجزر ، بحكم طبيعة الجاذبية ، في جميع أنحاء النظام الشمسي. ثاني أكبر جسم في المجموعة الشمسية ، كوكب المشتري ، لديه ما لا يقل عن 63 قمراً (6). يتعرض معظم قمره الداخلي ، Io ، لأعنف نشاط بركاني يُشاهد بسبب حقول الجاذبية المتغيرة أو قوى المد والجزر. تُعرِّض رقصة الجاذبية المعقدة بين المشتري والأقمار الكبيرة الأخرى المجاورة آيو لقوى متغيرة باستمرار. نظرًا لأن Io ينثني بين 50 و 100 متر خلال فترات قصيرة ، يتم إنشاء احتكاك كافٍ لتسخين الداخل إلى درجة البراكين.

قمر كبير آخر ، يوروبا ، يتم تسخينه أيضًا (7) إلى نقطة حيث من المعروف أن الماء السائل القلوي موجود على بعد أمتار قليلة من سطحه الجليدي ، والذي كان من الممكن أن يتجمد لولا ذلك. لذلك ، لا تتمتع الأرض بالخصوصية على الماء السائل.

حتى الميزات الكبيرة مثل المجرات يمكن أن تتأثر بالمد والجزر. إذا اقتربوا كثيرًا من بعضهم البعض ، فقد يتعرضون لقوى المد والجزر المدمرة ، وربما يكون أجمل مثال على ذلك هو مجرة ​​Antennae.

الهوائيات ، تصادم المجرات ، صورة تلسكوب هابل الفضائي

في صورة تلسكوب هابل الفضائي هذه ، الأذرع السابقة واللاحقة هي نتيجة لقوى المد والجزر بين المجرتين. عندما يقتربون من بعضهم البعض ، يتم سحب النجوم للأمام في ذراع رائد ، بينما تُترك النجوم الأخرى عبر المجرة ، حيث تكون قوة المد والجزر أقل ، في نفس الوقت. في النهاية ، ستدفعهم قوى المد والجزر إلى أن يكونوا كرويين في الطبيعة تقريبًا ، وهو الشكل الذي كان من شأنه أن يسعد أرسطو كثيرًا.

جيف وايت ونيك لومب ، مرصد سيدني

فهرس

(1) http://cnx.org/content/m14044/latest/
(2) http://en.wikipedia.org/wiki/Tide
(3) http://www.astronomycast.com/solar-system/episode-47-tidal-forces/
(4) http://www.lhup.edu/

DSIMANEK / سيناريو / tides.htm
(5) http://www.math.nus.edu.sg/aslaksen/gem-projects/hm/0102-1- stage / TIDESONLIFE.htm
(6) http://www.nineplanets.org/jupiter.html
(7) http://www.resa.net/nasa/europa_life.htm
(8) http://physics.fortlewis.edu/Astronomy/astronomy٪20today/CHAISSON/GLOSSARY/GLOSS_R.HTM
(9) http://www.britannica.com/eb/article-9063949/Roche-limit
(10) http://en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit
(11) http://en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit
(12) http://www.astronomycast.com/solar-system/episode-47-tidal-forces/
(13) http://www.astronomycast.com/solar-system/episode-48-tidal-forces/

اعتمادات الصورة

السير إسحاق نيوتن http://www.virtualmuseum.ca/Exhibitions/Annodomini/THEME_15/IMAGES/J991825.jpg
يوهانس كيبلر http://www.nasa.gov/vision/universe/starsgalaxies/kepler_prt.htm
تحليل المتجهات لقوى المد والجزر 1 http://www.lhup.edu/

DSIMANEK / سيناريو / tides.htm
تحليل المتجهات لقوى المد والجزر 2 http://www.lhup.edu/

DSIMANEK / سيناريو / tides.htm
مونت سانت ميشيل http://www.gites-de-bretagne.com/images/montstmichel_lge.jpg
انحسار المد والجزر للقمر http://odin.physastro.mnsu.edu/

eskridge / astr102 / spinslow.gif
سلسلة ديفي كريتر http://www.lpi.usra.edu/publications/slidesets/3dsolarsystem/slide_17.html
شوميكر ليفي 9 والمشتري http://www2.jpl.nasa.gov/sl9/
مجرة الهوائيات http://hubblesite.org/newscent er / archive / release / 1997/34 / image / a / format / large_web /
أفلاطون وأرسطو http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Sanzio_01_Plato_Aristotle.jpg


ناسا Blueshift

وها نحن هنا ، روحان مقيّدتان بجاذبية قلوبنا ، يدوران حول أفكار بعضنا البعض بينما يجلس الكون على المحيط الكوني. يبدو أن الكون يتباطأ ونحن ننجرف حول الكوازار ، ويبدو أن آلاف السنين قد مرت. تنطلق النجوم عبر الفراغ ، وتتصل أعيننا. نظرتك تلتقي بنظري ، ونحن محبوسون تدريجيًا. أمسك بيدك. "لدي شيء أريكم إياه ،" همست. أنت تتبعني نحو برج السرطان.

وهذا هو المكان الذي أدخل فيه قدمي في فمي ، لأنني ناعم مثل البطاطس المهروسة. لكن لماذا أنا مهتم بكوكبة السرطان؟ لأنه في عام 2004 ، اكتشف علماء الفلك كوكبًا يدور حول النجم 55 كانكري ، وهو نجم مشابه جدًا للشمس. 55 Cancri ، المعروف أيضًا باسم Rho Cancri ، هو جزء من نظام نجمي ثنائي في نهاية الشكل "Y" في السرطان ، على بعد حوالي 40 سنة ضوئية. تم تسمية الكوكب باسم 55 Cancri e. اعتمد علماء الفلك معيارًا في تسمية الكواكب خارج نظامنا الشمسي يستخدم اسم النجم المضيف & # 8217s متبوعًا بحرف يتوافق مع الترتيب الذي تم العثور على كوكب فيه. لذا فإن 55 كانكري إي هو الخامس (والأحدث) من بين الكواكب الخمسة التي تم اكتشافها حول 55 كانكري (يستخدم النجمان في النظام الثنائي حرف "أ" و "ب" في أسمائهما للتمييز بينهما).


تصور نظام كانكري
الائتمان: NASA / JPL-Caltech / T. بايل (SSC)


55 Cancri e قريبة بشكل لا يصدق من نجمها ، مما يتسبب في ارتفاع درجات حرارة الكوكب & # 8217s إلى حوالي 9200 درجة فهرنهايت (أضف نعومتي ومظهري الجميل بشكل لا يصدق والرومانسية في الهواء). ما مدى قرب هذا الكوكب من مضيفه؟ نحن نتحدث 25 مرة أقرب من عطارد إلى الشمس! يبلغ متوسط ​​مدار عطارد & # 8216s 35.980.000 ميل من الشمس ويستمر حوالي 87 يومًا على الأرض. يقع 55 Cancri e على بعد 3،532،320 ميلًا من نجمه (أكثر من 30،000،000 ميلًا من مدار عطارد & # 8217s إلى الشمس) ، ويقوم بعمل مدار كامل في حوالي 18 ساعات. دعونا نفكر في هذا للحظة. يمتلك عطارد مدارًا مدته 87 يومًا ، و 55 كانكري إي له مدار 18 ساعة. تستغرق الأرض عامًا للدوران حول الشمس و 24 ساعة للدوران. هل يمكن أن تكون سنوات كانكري إي أقصر من أيامها؟ لا & # 8211 لأن 55 Cancri e ليس لديه أيام! في الواقع ، 55 Cancri e مغلق بشكل مدّي بنجمه. تذكر تلك الكتلة الصخرية التي تدور حول الأرض؟ هذا صحيح أنا أتحدث عنك يا مون! هل سبق لك أن لاحظت أنك دائمًا ترى نفس الوجه؟ حسنًا ، القمر مقفل تدريجيًا مع الأرض ، لذلك بينما يدور حول الأرض ، يكون دورانه لدرجة أن نفس الوجه دائمًا ما يحدق بنا مباشرةً ، ويشاهد ويحكم. (لكن دعونا لا نخلط بين أنفسنا هنا & # 8211 ، يتم قفل القمر تدريجيًا مع أرضوليس ال شمس، لذلك لا يزال أمامه نهارًا وليلاً حيث يدور نظام الأرض والقمر حول الشمس.) 55 Cancri e قريب جدًا من نجمه لدرجة أن نفس الموقف يحدث ، ويتعرض وجه واحد للحرارة الحارقة الدائمة من النجم. لذلك نصف الكوكب دائمًا يواجه النجم في يوم دائم ، والنصف الآخر محاط بظلام دائم. يتغير الليل والنهار من مرجع للوقت & # 8230 إلى مرجع للمكان.


تصور & # 8220Super Earth & # 8221 55 Cancri e
الائتمان: NASA / JPL-Caltech

الأمر المثير حقًا في هذا الكوكب هو أنه يُعتقد أنه مصنوع في الغالب من الماس (ولهذا السبب أحضرتك إلى هنا). وبالاعتماد على الألماس في الغالب ، أعني أن قيمة الكوكب كانت نظريًا بحوالي 26.9 نون مليون دولار. يمكنني سماع صوت التروس في رأس كل شخص. غير المليون هو 1،000،000،000،000،000،000،000،000،000 (30 صفراً). لإعطائك مثالاً سيئًا عن نونليون (لا توجد أي أمثلة جيدة) ، إذا غطيت الأرض بفواتير لا تزيد قيمتها عن مليون دولار ، فستخلق الفواتير طبقة بسماكة 12 مليون ميل & # 8211 تقريبًا نصف المسافة من الأرض إلى كوكب الزهرة & # 8217 المدار. يقدر البنك الدولي قيمة الناتج المحلي الإجمالي للأرض بنحو 70 تريليون دولار (12 أصفار). لكي نكون منصفين ، فإن 55 Cancri e هي ضعف نصف قطر الأرض البالغ 3959 ميلًا وهي كتلة أكبر بمقدار 8 مرات ، مما يضع 55 Cancri e في المعايير التي يطلق عليها الأرض العملاقة. بعد تقدير كتلة الكوكب & # 8217s ونصف قطره ، ودراسة تكوين نجمه المضيف & # 8217s ، يعتقد العلماء أن العالم الصخري يتكون أساسًا من الكربون (على شكل الماس والجرافيت) ، بالإضافة إلى الحديد وكربيد السيليكون والسيليكات المحتملة .


مفهوم الفنان & # 8217s للأرض مقابل 55 كانكري إي
الائتمان: NASA / JPL-Caltech / R. هيرت (SSC)

من المفهوم أن العلماء لن يذهبوا إلى هذه الأماكن ويأخذون عينات أو صورًا. كيف نعرف ماذا نفعل بخصوص هذا الكوكب؟ في الأصل كان يعتقد أن 55 Cancri e نشأت بتكوين مشابه للأرض ، ولأنها قريبة جدًا من نجمها ، تسببت الحرارة والضغط الهائلان في خروج الكثير من السوائل الحرجة للغاية من الزوايا والشقوق الموجودة على الكوكب. . تتصرف السوائل الحرجة للغاية بطرق مشابهة للغازات والسوائل. ومع ذلك ، عندما درس العلماء الضوء من النجم المضيف ، تمكنا من معرفة أن معدنية النجم عالية بشكل فريد ، مما يعني أن هناك وفرة من العناصر أكبر من الهيليوم داخل النجم ، وتحديداً الكربون. بدوره ، يوضح هذا أن الكوكب من المحتمل أن يتكون من مادة كربونية أيضًا. ومع الحرارة والضغط الهائلين ، نحصل على الماس الذي نحن مغرمون به جدًا. لكن دعونا لا نكون ضيق الأفق. قد يكون هذا الكوكب نظامًا متنوعًا للغاية به العديد من الأشياء التي يجب مراقبتها وتقديرها & # 8230 ولكن هذا كثير من الماس. قطعة صغيرة لن تؤذي & # 8217t. لقد أثبت خيالي أنه مثمر في الآونة الأخيرة!

الآن وقد أصبحت قوة عظمى في المجرة ولديها أموال أكثر مما أستطيع أن أفهمه ، دعونا لا نتجاوز موضع ترحيبنا. ربما يجب أن نجد مكانًا ما نتمسك به قليلاً ، ونفكر في الإثارة لبعض الوقت & # 8211 وبما أننا على الأرجح مطلوبون للسطو بين النجوم ، ربما في مكان ما مثل أكبر فراغ في الكون المعروف؟ كما هو الحال دائمًا ، اترك تعليقًا أو تعليقين أو ثلاثة وسنرى ما يخبئه لنا الكون أيضًا!


شاهد الفيديو: 10 أشياء بسيطة قد لا تصدق الغرض من وجودها (شهر اكتوبر 2021).