کتاب بهرام

سیاهچاله‌ها (Black Hole) از مرموزترین و جذاب‌ترین پدیده‌های کیهانی هستند. این اجرام با گرانش فوق‌العاده قوی خود حتی نور را نیز به دام می‌اندازند و به همین دلیل "سیاه" نامیده می‌شوند. سیاهچاله‌ها نتیجه‌ی فروپاشی گرانشی ستاره‌های بسیار پرجرم هستند و نقش مهمی در تکامل کهکشان‌ها و ساختارهای بزرگ‌مقیاس جهان ایفا می‌کنند.

تعریف سیاهچاله

سیاهچاله ناحیه‌ای در فضا-زمان است که گرانش آن به قدری شدید است که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند از آن فرار کند. مرز این ناحیه به نام افق رویداد شناخته می‌شود. هر چیزی که از افق رویداد عبور کند، برای همیشه در دام سیاهچاله می‌افتد.

تشکیل سیاهچاله‌ها

انرژی تاریک (Dark Energy) یکی از اسرارآمیزترین مفاهیم در علم کیهان‌شناسی است. این انرژی ناشناخته که حدود ۶۸ درصد از کل کیهان را تشکیل می‌دهد، به عنوان نیرویی در نظر گرفته می‌شود که مسئول شتاب گرفتن انبساط جهان است. برخلاف ماده تاریک، که گرانش آن باعث کشش و تشکیل ساختارهای کیهانی می‌شود، انرژی تاریک به عنوان یک نیروی دافعه عمل می‌کند و کهکشان‌ها را از یکدیگر دور می‌کند.

کشف انرژی تاریک

کشف انرژی تاریک به اواخر دهه ۱۹۹۰ بازمی‌گردد. در آن زمان، دو گروه مستقل از ستاره‌شناسان به نام‌های پروژه کیهان‌شناسی ابرنواختر (Supernova Cosmology Project) و تیم جستجوی ابرنواخترهای دوردست (High-Z Supernova Search Team) در حال مطالعه ابرنواخترهای نوع Ia بودند. این ابرنواخترها به عنوان "شمع‌های استاندارد" شناخته می‌شوند، زیرا روشنایی ذاتی آنها قابل پیش‌بینی است و از این رو می‌توان از آنها برای اندازه‌گیری فاصله‌های کیهانی استفاده کرد.

نتایج این مطالعات نشان داد که ابرنواخترهای دوردست کم‌نورتر از حد انتظار هستند،

ماده تاریک (Dark Matter) یکی از بزرگترین معماهای علم فیزیک و کیهان‌شناسی است. این ماده مرموز که حدود ۲۷ درصد از کل کیهان را تشکیل می‌دهد، با نور و سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی برهمکنش نمی‌کند و به همین دلیل مستقیماً قابل مشاهده نیست. اما وجود آن از طریق اثرات گرانشی‌اش بر روی اجرام آسمانی مانند کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی اثبات شده است.

شواهد وجود ماده تاریک

۱. سرعت چرخش ستاره‌ها در کهکشان‌ها:
در دهه ۱۹۷۰، ستاره‌شناسان متوجه شدند که ستاره‌ها در لبه‌های کهکشان‌های مارپیچی با سرعتی بیشتر از حد انتظار حرکت می‌کنند. بر اساس قوانین گرانش نیوتن و اینشتین، اگر تنها ماده مرئی (ستاره‌ها، گازها و غبار) وجود داشت، این ستاره‌ها باید با سرعت کمتری حرکت می‌کردند. این ناهماهنگی نشان می‌دهد که مقدار زیادی ماده نامرئی (ماده تاریک) وجود دارد که گرانش اضافی لازم را فراهم می‌کند.

۲. خوشه‌های کهکشانی:

زمان، یکی از اساسی‌ترین مفاهیم در زندگی انسان و علم است. اما زمانی که از زمین فراتر می‌رویم و به فضا می‌نگریم، درک ما از زمان به کلی دگرگون می‌شود. در فضا، زمان دیگر یک جریان یکنواخت و مطلق نیست، بلکه مفهومی نسبی و وابسته به سرعت و گرانش است. این ایده‌ها که در نظریه‌های علمی مانند نسبیت اینشتین مطرح شده‌اند، نه تنها درک ما از جهان را تغییر داده‌اند، بلکه الهام‌بخش فیلم‌های علمی‌تخیلی مانند "میان‌ستاره‌ای" (Interstellar) اثر کریستوفر نولان شده‌اند. اما آیا این مفاهیم واقعیت دارند یا فقط فرضیه‌های علمی‌تخیلی هستند؟ برای پاسخ به این سؤال، باید به نظریه‌های علمی و شواهد تجربی مرتبط با زمان در فضا نگاهی بیندازیم.

۱. نظریه نسبیت و زمان در فضا:

نظریه نسبیت آلبرت اینشتین (هم نسبیت خاص و هم نسبیت عام) مفاهیم بنیادینی درباره زمان و فضا ارائه می‌دهد که با تجربه‌های روزمره ما بسیار متفاوت است. بر اساس این نظریه:

نیروی گرانش یکی از نیروهای بنیادی طبیعت است که بین تمام اجسام دارای جرم عمل می‌کند. ماه و خورشید به عنوان دو جرم آسمانی نزدیک به زمین، تأثیرات گرانشی قابل توجهی بر سیاره ما دارند. این تأثیرات نه تنها باعث پدیده‌هایی مانند جزر و مد می‌شوند، بلکه بر مدار و چرخش زمین نیز تأثیر می‌گذارند. در این مطلب، به بررسی نیروی گرانش ماه و خورشید و تأثیرات آن‌ها بر زمین می‌پردازیم.

۱. نیروی گرانش چیست؟

نیروی گرانش، نیرویی است که بین دو جسم دارای جرم وجود دارد و باعث جذب آن‌ها به یکدیگر می‌شود. هرچه جرم اجسام بیشتر و فاصله بین آن‌ها کمتر باشد، نیروی گرانش قوی‌تر خواهد بود. این نیرو در مقیاس‌های بزرگ، مانند رابطه بین زمین و ماه یا زمین و خورشید، اثرات قابل مشاهده‌ای ایجاد می‌کند.

۲. نیروی گرانش ماه بر زمین

ماه، تنها قمر طبیعی زمین، یکی از شناخته‌شده‌ترین و مهم‌ترین اجرام آسمانی در منظومه شمسی است. این جرم آسمانی نه تنها بر زندگی روی زمین تأثیرات قابل توجهی دارد، بلکه از دیرباز مورد توجه انسان‌ها بوده است. ماه به عنوان نزدیک‌ترین همسایه فضایی زمین، نقش مهمی در پدیده‌های طبیعی مانند جزر و مد، تغییرات آب‌وهوایی و حتی فرهنگ و اسطوره‌های انسانی ایفا می‌کند. در این مطلب، به بررسی ماه از جنبه‌های مختلف می‌پردازیم.

۱. مشخصات کلی ماه

• فاصله از زمین: ماه به طور متوسط حدود ۳۸۴,۴۰۰ کیلومتر از زمین فاصله دارد. این فاصله به دلیل مدار بیضی‌شکل ماه، کمی تغییر می‌کند.

• قطر ماه: قطر ماه حدود ۳,۴۷۴ کیلومتر است که تقریباً یک چهارم قطر زمین است.

• جرم ماه: جرم ماه حدود ۷.۳۴ × ۱۰^۲۲ کیلوگرم است که تنها ۱.۲٪ جرم زمین را تشکیل می‌دهد.

قمر (Moon) به جرمی آسمانی گفته می‌شود که به دور یک سیاره یا جسم دیگر در منظومه شمسی یا خارج از آن می‌چرخد. قمرها می‌توانند اندازه‌های بسیار متفاوتی داشته باشند، از اجرام کوچک و نامنظم تا قمرهای بزرگ و کروی مانند ماه زمین. قمرها نقش مهمی در تعادل و پویایی منظومه‌های سیاره‌ای ایفا می‌کنند و برخی از آن‌ها حتی ممکن است شرایطی برای حیات داشته باشند.

۱. مشخصات کلی قمرها

• تعریف: قمرها اجرامی هستند که به دور سیارات یا اجرام بزرگ‌تر می‌چرخند. آن‌ها ممکن است به طور طبیعی تشکیل شده باشند یا توسط سیاره‌ای به دام افتاده باشند.

• اندازه: قمرها می‌توانند بسیار کوچک (چند کیلومتر) یا بسیار بزرگ (بزرگ‌تر از سیاره عطارد) باشند.

انرژی خورشیدی (Solar Energy) نوعی انرژی تجدیدپذیر است که از تابش نور و گرمای خورشید به‌دست می‌آید. این انرژی یکی از منابع اصلی انرژی در کره زمین است و به‌عنوان یک منبع انرژی پاک و غیر آلاینده شناخته می‌شود. انرژی خورشیدی به دلیل ویژگی‌هایی مانند دسترسی بالا، عدم تولید آلودگی، و قابلیت تجدیدپذیری به‌عنوان یکی از مهم‌ترین منابع انرژی در آینده بشریت به‌شمار می‌آید.

چگونه انرژی خورشیدی تولید می‌شود؟

انرژی خورشیدی از دو طریق اصلی تولید می‌شود: سلول‌های خورشیدی و نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی.

1. سلول‌های خورشیدی (فوتوولتاییک): سلول‌های خورشیدی، که معمولاً از سیلیکون ساخته می‌شوند، انرژی نورانی خورشید را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این فرآیند در پدیده‌ای به نام اثر فوتوولتاییک اتفاق می‌افتد. زمانی که نور خورشید به سطح سلول‌های خورشیدی برخورد می‌کند، الکترون‌های سیلیکون از جای خود حرکت کرده و موجب تولید جریان الکتریکی می‌شوند. این جریان سپس می‌تواند برای تأمین برق به شبکه‌های برق متصل شود.

درست است که اغلب تصور می‌شود که پلوتو باید بعد از نپتون در منظومه شمسی قرار داشته باشد، زیرا پلوتو به عنوان یکی از سیارات دور دست شناخته شده است. اما در واقعیت، به دلیل ویژگی‌های خاص مدار پلوتو، فاصله‌اش از نپتون همیشه تغییر می‌کند.

توضیح:

پلوتو به دلیل داشتن مداری بیضوی (الیپتیک) و متمایز، در برخی از مواقع به نپتون نزدیک‌تر از زمین می‌شود. در حقیقت، در بخشی از مدار خود، پلوتو به نپتون نزدیک‌تر از دیگر زمان‌ها است. این مدار خاص باعث می‌شود که پلوتو به طور موقت وارد مدار نپتون نشود، زیرا این دو سیاره از نظر گرانشی به گونه‌ای با هم هم‌تراز شده‌اند که تصادمی بین آن‌ها رخ نمی‌دهد.

بنابراین:

• نپتون در موقعیت عادی خود به عنوان سیاره‌ای از منظومه شمسی بعد از اورانوس قرار دارد.
• پلوتو با مدار بیضوی خود در برخی از مواقع به نپتون نزدیک‌تر از دیگر زمان‌ها می‌شود، اما به طور کلی در موقعیت‌هایی مانند زمانی که پلوتو دورترین نقطه از خورشید را طی می‌کند، در موقعیت‌های دورتر قرار می‌گیرد.

در نتیجه، این اطلاعات می‌تواند گیج‌کننده باشد و به همین دلیل، تصور عمومی این است که پلوتو باید همیشه بعد از نپتون باشد، اما در واقع به دلیل مدار خاص آن، ممکن است در برخی مواقع به نپتون نزدیک‌تر باشد.

خورشید منبع اصلی نور و انرژی برای کره زمین است، اما تابش‌های آن می‌توانند اثرات مضر و خطرناک بر سلامت انسان و محیط‌ زیست داشته باشند. تابش‌های خورشیدی شامل چند نوع اصلی هستند که برخی از آن‌ها می‌توانند به بافت‌های زنده آسیب برسانند. این تابش‌ها به‌طور عمده به دو دسته تقسیم می‌شوند: تابش‌های مرئی و تابش‌های غیرمرئی (شامل اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما).

انواع تابش‌های خورشیدی

1. تابش مرئی: این نوع تابش، نور مرئی است که برای چشم انسان قابل مشاهده است و تأثیرات جدی بر سلامت انسان ندارد، اما نور شدید خورشید در طول زمان می‌تواند به چشم‌ها آسیب برساند.

2. تابش ماوراء بنفش (UV): این نوع تابش از تابش‌های غیرمرئی است و به سه دسته اصلی تقسیم می‌شود: