النجوم والمجرات
الدرس الثاني
النجوم والمجرات
أنظر وأتساءل
عندما أنظر إلى النجوم تبدو موزعة في مجموعات ذات أشكال محددة.
فهل النجوم في هذه المجموعات مترابطة بشكل من الأشكال؟ وهل تقع هذه النجوم على البعد نفسه من الأرض؟
أستكشف
كيف يؤثر بُعد النجم عن الأرض في سطوعه؟
أكون فرضية
هل يمكن معرفة مدى السطوع الحقيقي لنجم ما بالنظر إليه من الأرض؟
أكتب إجابتي في صورة فرضية كالآتي:
"إذا كان الجرم الساطع بعيدًا جدًا عنا فسوف ..."
أحتاج إلى:
مصباح كهربائي صغير.
مصباح كهربائي كبير.
مسطرة مترية.
أختبر فرضيتي
- ألاحظ. يحمل طالبان المصباحين المضيئين، ويقفان على بعد مترين مني، وأقوم بدور الملاحظ الذي يقوم بتسجيل ما يراه. هل أحد المصباحين أسطع من الآخر؟ كيف يمكن معرفة ذلك؟
- ألاحظ. يقترب الطالب الذي يحمل المصباح الصغير إلى مسافة ٠,٥ متر مني، بينما يبتعد الطالب الذي يحمل المصباح الكبير إلى مسافة ٨ أمتار. أسجل ما أراه. هل يظهر أحد المصباحين الآن أسطع من الآخر؟ كيف تغير سطوع كل منهما؟
- أفسر. أطلب إلى الطالبين التحرك إلى الأمام أو إلى الخلف حتى يظهر سطوع المصباحين لي متساويين. ثم أقيس بعد كل من المصباحين عني.
أستخلص النتائج
- أفسر البيانات. إذا رأيت مصدرين للضوء من بعيد فهل يخبرنا مدى سطوعهما الظاهري عن سطوعهما الحقيقي؟
أستكشف أكثر
هل تؤثر عوامل أخرى في السطوع الظاهري للنجم؟ أبحث في هذا السؤال، وأصمم تجربة لاختبار أحد هذه العوامل.
أقرأ وأتعلم
السؤال الأساسي
ماذا نعرف عن الكون خارج نظامنا الشمسي؟
المفردات
النجم
المجموعة النجمية
السنة الضوئية
المجرة
مجرة درب التبانة
السديم
مهارة القراءة
المقارنة
ما النجوم؟ وما المجموعات النجمية؟
النجم كرة ضخمة من الغازات الملتهبة المترابطة بفعل الجاذبية، تطلق الضوء والحرارة من ذاتها، والمجموعة النجمية «البرج السماوي» تجمع من النجوم يأخذ ظاهرية تشكلًا معينًا في السماء، كما نراه من نظامنا الشمسي.
وبعض المجموعات النجمية لها أسماء ترتبط في الغالب مع شكلها في السماء، مثل أسماء حيوانات أو أدوات مألوفة، والنجوم أيضًا لها أسماء؛ وقد يرتبط اسم النجم مع موقعه في المجموعة النجمية. ومن ذلك نجوم رجل الصياد، وهي أحد نجوم مجموعة الصياد. وقد دُوّنت هذه الأسماء في القصص والأساطير التي خلّفت لنا عن الأمم السابقة.
وفي أثناء دوران الأرض حول الشمس تظهر مجموعات نجمية مختلفة للراصد على الأرض؛ ففي النصف الشمالي مثلًا، وفي فصل الصيف تظهر مجموعة الصياد ليلًا خلال فصل الشتاء، ومع تقدم الفصول تختفي مجموعة الصياد بصورة مبكرة أكثر فأكثر كل ليلة، وفي شهر مايو تغيب هذه المجموعة تمامًا من السماء في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، وتبدأ مجموعة العقرب في الظهور في شهر يونيو؛ أي أنه يمكننا معرفة الفصول الأربعة ومواعيدها من خلال مجموعات النجوم.
ومن فوائد معرفة مجموعات النجوم أيضًا تحديد الاتجاهات؛ فتشير مجموعة الدب الأكبر تساعدنا على تحديد النجم القطبي الذي يمثل اتجاه الشمال. قال تعالى:
﴿ وَهُوَ الَّذِي جَعَلَ لَكُمُ النُّجُومَ لِتَهْتَدُوا بِهَا فِي ظُلُمَاتِ الْبَرِّ وَالْبَحْرِ قَدْ فَصَّلْنَا الْآيَاتِ لِقَوْمٍ يَعْلَمُونَ ﴾
[الأنعام].
المجموعات النجمية
تظهر هذه المجموعات النجمية في دائرة القطب الشمالي للكرة الأرضية.
المسافات بين النجوم
كم تبعد النجوم في المجموعات النجمية بعضها عن بعض؟ الشمس أقرب النجوم إلينا. أما النجم الذي يليها فهو قنطورس القريب، ويبعد عنا حوالي ٤٠,٠٠٠,٠٠٠,٠٠٠,٠٠٠ كم «٤٠ ألف بليون كم». تبعد النجوم عنا، وبعضها عن بعض، مسافات كبيرة جدًا يصعب التعبير عنها باستخدام وحدات القياس التي نستعملها لقياس المسافات على الأرض، ومنها المتر والكيلومتر.
ولتسهيل كتابة المسافات الكبيرة بين النجوم استعمل العلماء وحدة السنة الضوئية، وهي تمثل المسافة التي يقطعها الضوء في سنة، وتساوي ٩,٥ تريليون كم تقريبًا. إن أقرب نجم إلينا «قنطورس القريب» يبعد عن الأرض مسافة ٤,٣ سنة ضوئية، وهذا يعني أن الضوء الذي نشاهده من هذا النجم اليوم كان قد صدر عنه قبل ٤,٣ سنوات.
أختبر نفسي
أقارن. فيم تتشابه المجموعات النجمية، وفيم تختلف؟
التفكير الناقد. يستغرق ضوء الشمس نحو ٨ دقائق للوصول إلى الأرض. فهل تبعد الشمس عن الأرض أكثر من سنة ضوئية أم أقل؟ أفسر إجابتي.
تحديد النجم القطبي
أقرأ الشكل
أستخدم مجموعة الدب الأكبر لتحديد اتجاه الشمال.
إرشاد: النجم القطبي في ذيل مجموعة الدب الأصغر.
ما بعض خصائص النجوم؟
تبدو بعض النجوم ساطعة أكثر من غيرها، ويقل سطوعها بالنسبة إلينا كلما ابتعدت عن الأرض، ومن ذلك أن نجم الشعرى يبدو لنا أكثر سطوعًا من نجم رجل الصياد. ترى، أي النجمين أقرب إلى الأرض؟ يبعد نجم الشعرى ٩ سنوات ضوئية، بينما يبعد نجم رجل الصياد مئات السنين الضوئية.
أفكر في المصباحين اللذين كان أحدهما أكثر سطوعًا من الآخر. عندما وضعت مصباحين أحدهما ساطع والآخر خافت متجاورين ظهر لي الاختلاف بين إضاءتهما بوضوح، ولكن عندما ابتعد المصباح الساطع عني كثيرًا ظهر لي أقل سطوعًا من المصباح الآخر.
وكذلك فإن بعض نجوم السماء أكثر سطوعًا من بعضها الآخر. فنجم الشعرى مثلًا يبدو ظاهرًا لنا أكثر سطوعًا من نجم رجل الصياد، مع أن نجم رجل الصياد في الحقيقة أكثر سطوعًا منه، ولكنه أبعد كثيرًا عنا من الشعرى.
ومن الخواص الأخرى للنجوم اللون. ولون النجم يدل على درجة حرارة سطحه. ويمكن مقارنة ذلك بالسلك الفلزي في المدفأة الكهربائية. فعندما تسخن المدفأة يظهر بلون أحمر، ثم برتقالي، ثم برتقالي مصفر. وتنطبق العلاقة نفسها على النجوم ودرجة حرارة سطوعها؛ فالألوان الحمراء والبرتقالية تدل على النجوم الأقل حرارة، واللون الأصفر يدل على نجوم أسخن، أما اللونان الأبيض المزرق فيدلان على النجوم الأكثر سخونة؛ فنجم رجل الصياد ذو اللون الأبيض المزرق أسخن كثيرًا من نجم الجوزاء ذي اللون البرتقالي المحمر.
وتختلف النجوم من ناحية الحجم أيضًا؛ فالشمس مثلًا نجم متوسط الحجم، وهناك نجوم أكبر حجمًا، ومنها النجوم فوق العملاقة الحمراء. وسبب الاختلاف في الخصائص ينتج ضمن حجم النجوم. ومن خصائص النجوم كلها كتلة تساوي كتلة الشمس، ولكن حجمها مثل حجم الأرض.
أحجام النجوم وألوانها
عملاقة زرقاء
فوق عملاق أحمر
عملاق أحمر
قزم أبيض
الشمس
تتنوع أحجام النجوم، وقد يقارب حجم القزم الأبيض حجم الأرض.
طبيعة الشمس
الكورونا «الإكليل»
الكروموسفير «الطبقة الملونة»
الفوتوسفير «الطبقة المضيئة»
منطقة تيارات الحمل
اللب
الكلف الشمسي «البقع»
الألسنة الشمسية
لأن للنجوم دورات حياة؛ حيث يولد النجم ويكبر ثم يتلاشى. وتختلف خصائص النجم في كل مرحلة عن غيرها من المراحل. والعامل الرئيس الذي يحدد المرحلة التي يمر بها النجم هي كتلته.
خصائص الشمس
الشمس نجم متوسط الحجم. وهي تشع طاقتها منذ ٥ بلايين سنة تقريبًا.
تمثل كتلة الشمس ٩٩,٨٪ من كتلة النظام الشمسي، ويشكل الهيدروجين حوالي ٩٢٪ من مكوناتها.
ويحظر النظر مباشرة إلى الشمس؛ لأن سطحها يسبب ضررًا للعينين. وإذا كان لا بد من مشاهدة الشمس وقت الكسوف التام فإنه يجب استخدام زجاج ملون كالذي يستخدمه العاملون في لحام المعادن.
حقائق عن الشمس
القطر: ١,٤ مليون كم
مدة دورانها حول نفسها: ٢٥,٤ يومًا أرضيًا
معدل بعدها عن الأرض: ١٤٩,٦ مليون كم
درجة حرارة سطحها: تصل إلى ٦٠٠٠ س
درجة حرارة لبها: ١٥ مليون س
الحجم النسبي مقارنة بالأرض: ١,٣ مليون حجم الأرض
انظر كتاب جرعة وعي «خطورة التعرض لأشعة الشمس».
أختبر نفسي
أقارن. كيف تشبه الشمس النجوم الأخرى؟
التفكير الناقد. هل الشمس أكبر أم أصغر حجمًا من النجوم الأخرى؟
ما المجرات؟
المجرة مجموعة كبيرة جدًا من النجوم التي ترتبط معًا بالجاذبية. وتتحرك النجوم حول مركز المجرة تمامًا كما تدور الكواكب حول الشمس. ويقدر علماء الفلك أعداد النجوم في مجرتنا بنحو ٢٠٠ مليار نجم، وأن في الكون حوالي ١٠٠ مليار مجرة.
والمجرات مختلفة في الشكل والعمر والتركيب. ويصنفها الفلكيون في ثلاثة أنواع رئيسة، اعتمادًا على شكلها: اللولبية والإهليلجية وغير المنتظمة.
المجرة غير المنتظمة ليس لها شكل محدد، وتشبه الغيمة، ومعظمها من الغبار والغاز. ويعتقد أن هذه المجرات قد نشأت عن تصادمات بين مجرات أقدم منها.
المجرة اللولبية تبدو كالدوامة، وتكون أذرعها ملتفة حول مركز المجرة، وهي تحوي غالبًا كمية من الغبار.
والمجرة الإهليلجية تكون ذات شكل بيضي، وليس لها أذرع لولبية، وتكاد تخلو من الغبار.
مجرة درب التبانة
إذا ذهبت إلى منطقة صحراوية نائية في ليلة صيف مظلمة فسوف أرى حزمة ضوئية عريضة تمتد عبر السماء؛ هي جزء من مجرة درب التبانة، وهي مجرتنا الأم. ودرب التبانة مجرة لولبية الشكل، تدور النجوم فيها - ومنها الشمس - حول مركز المجرة، وتخرج الأذرع اللولبية من هذا المركز وتلتف حوله. وتحتوي هذه الأذرع كميات كبيرة من الغاز والغبار بخلاف النجوم. ويقع نظامنا الشمسي في أحد هذه الأذرع اللولبية.
ولا يمكن رؤية مركز مجرتنا درب التبانة بصورة واضحة بسبب الغبار الواقع بيننا وبين مركزها.
أنواع المجرات
المجرة غير المنتظمة
المجرة اللولبية
المجرة الإهليلجية
أختبر نفسي
أقارن. بين كمية الغبار والغاز في المجرات اللولبية وكمية في المجرات غير المنتظمة.
التفكير الناقد. ترى، ما خصائص المجرات غير المنتظمة التي تجعل العلماء يعتقدون أنها نتجت عن تصادم مجرات أقدم منها؟
نشاط
الكون المتغير
- أعمل نموذجًا. أنفخ بالونًا إلى ثلث حجمه تقريبًا، وأحافظ على فوهته بالبالون مغلقة دون ربطها، وأطلب إلى زميلي رسم نقاط فقط «١، ٢، ٣» على البالون. أطلب إلى زميلي قياس المسافة بين كل نقطتين، وأسجل نتائج القياس.
- أجرب. أنفخ البالون إلى ضعف حجمه في «١». ماذا حدث المسافة بين النقاط؟ أطلب إلى زميلي قياس المسافة بين كل نقطتين، وتسجيل نتائج القياس.
- ألاحظ. ماذا حدث للنقاط عند نفخ البالون؟
- أستنتج. لو افترضت أني أقف على واحدة من النقاط الثلاث فكيف تبدو لي النقاط الأخرى عند نفخ البالون؟
ما الانفجار العظيم؟
لو رميت حجرًا في بركة ماء، فإذا لاحظت فسوف تفسر الموجات من النقطة التي ارتطم عندها الحجر على سطح الماء وتتسع دائرتها، وتنتشر في جميع الاتجاهات. لقد عرف العلماء مجموعة من الأدلة تشير إلى أن الكون يتوسع باستمرار على نحو مشابه لتوسع أمواج حجر في الماء. وهذه الملاحظات جعلت العلماء يفكرون في أن الكون هو كل المادة والطاقة وكل شيء في الفضاء جزء في الزمن الذي في النجوم والمجرات.
وإذا كان الكون يتوسع باستمرار كما تشير الأدلة، فإن كل ما في الكون كان في يوم من الأيام في نقطة واحدة. فالعلماء يعتقدون أن المجرات كان بعضها قريبًا من بعض في بداية نشأة الكون؛ وكان الكون صغيرًا وكثيفًا ودرجة حرارته عالية، وقد بدأ في التوسع فجأة. وهذا التوسع أطلق عليه الانفجار العظيم؛ حيث انتشرت مادة الكون في كل الاتجاهات، وقلت كثافتها ودرجة حرارتها، وتشكلت منها كميات ضخمة من الغازات والغبار تسمى السديم، وفي أثناء انتشارها تجمعت بعض هذه المواد على شكل نجوم ومجرات. وتشير الأدلة إلى أن الانفجار العظيم قد حدث قبل نحو ١٣,٧ بليون سنة.
معظم الكون تكون في لحظات قصيرة من الانفجار العظيم، ما زالت المجرات والنجوم تتشكل حتى يومنا هذا.
كيف تكون نظامنا الشمسي؟
ينكمش كمية الغاز والغبار في أثناء دورانها.
تتكون الكواكب الأولية وتأخذ مداراتها حول النجوم الأولية.
النظام الشمسي كما هو الحال عليه اليوم.
اقرأ الشكل
ما دور الجاذبية في تشكل النظام الشمسي؟
إرشاد: أين تشاهد أثر الجاذبية؟
تشكل الأرض
قال تعالى:
﴿ قُلْ سِيرُوا فِي الْأَرْضِ فَانْظُرُوا كَيْفَ بَدَأَ الْخَلْقَ ثُمَّ اللَّهُ يُنْشِئُ النَّشْأَةَ الْآخِرَةَ إِنَّ اللَّهَ عَلَى كُلِّ شَيْءٍ قَدِيرٌ ﴾
[العنكبوت].
يرى العلماء أن عمر الأرض يصل إلى نحو ٤,٦ مليار سنة. وقد تشكلت الأرض عبر مراحل مختلفة، بدأت في السديم نفسه الذي كون الشمس؛ حيث انجذبت أجزاء من السديم بعضها نحو بعض، وتشكّلت الأرض الأولية التي كانت منصهرة، والتي جذبت إليها المزيد من الأجرام الصغيرة، وفي النهاية كان للأرض ما يكفي من الكتلة والجاذبية لتكوين غلاف جوي بدائي تكون من غازي الهيدروجين والهيليوم.
ثم فقدت الأرض هذه الغازات نتيجة حرارتها وتصادم الأجرام الفضائية معها، وما تبقى في الغلاف الجوي كان النيتروجين وبخار الماء وغازات الكبريت والكربون.
أما الأكسجين فقد ظهر في الغلاف الجوي لاحقًا نتيجة عمليات البناء الضوئي التي قامت وتقوم بها المخلوقات الحية الذاتية التغذي، ومنها النباتات.
أختبر نفسي
أقارن. بين الغلاف الجوي للأرض الأولية والأرض الحالية.
التفكير الناقد. ماذا يمكن أن يحدث إذا بقي حجم الأرض الأولية صغيرًا جدًا؟
مراجعة الدرس
ملخص مصور
للنجوم خصائص معينة يمكن دراستها ومقارنتها.
المجرات تجمعات للبلايين من النجوم التي تترابط معًا بالجاذبية.
تشكلت الأرض من السديم نفسه الذي شكل الشمس.
المطويات
أنظم أفكاري
أعمل مطوية ثلاثية كالتي في الشكل. أنسخ العبارات المكتوبة، وفي داخل المطوية، أكتب إحدى هذه العبارات، وأضيف إليها تفاصيل أخرى.
أفكر وأتحدث وأكتب
- المفردات. تجمع النجوم الذي يأخذ شكلًا معينًا في السماء يسمى ................
- أقارن. فيم تختلف الشمس عن النجم الأحمر العملاق؟
- التفكير الناقد. لماذا يعتقد العلماء أن للنجوم دورات حياة؟
- أختار الإجابة الصحيحة. أي مما يأتي ليس من أشكال المجرات؟
أ. اللولبي
ب. الإهليلجي
ج. غير المنتظم
د. المربع
- أختار الإجابة الصحيحة. ما الذي يحدث للكون منذ لحظة الانفجار العظيم إلى اليوم؟
أ. يسخن
ب. ينكمش
ج. يتمدد
د. ينفجر
- السؤال الأساسي. ماذا نعرف عن الكون خارج نظامنا الشمسي؟
العلوم والكتابة
الكتابة الوصفية: قصة الأرض
أكتب قصة عن كيفية تشكل الأرض. وفي هذه القصة أصف التغيرات التي حدثت في كل مرحلة من مراحل تكون الأرض.
العلوم والفن
رسم المجموعات النجمية
أنظر إلى السماء، في ليلة صافية، وأرسم النجوم التي أراها على ورق، أقوم بوصل هذه النجوم بخطوط مشكلةً مجموعات نجمية من خيالي. أقارن هذه المجموعات بتلك الموجودة في الأطالس الفلكية.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.