شرح الموضوع
تُعدُّ المجرات وحدة البناء الأساسية للكون، وتُصنَّف بحسب أشكالها إلى مجرات إهليلجية، ومجرات حلزونية، ومجرات غير مُنتظمة.
نتاجات التعلُّم:
- أتعرّف مفهوم المجرة.
- أصف وصفاً دقيقاً شكل مجرة درب التبانة بوصفها مثالاً على المجرات.
- أرسم موقع النظام الشمسي في مجرة درب التبانة، مراعياً أبعادها.
- أصف المجرات من حيث أنواعها، وأشكالها، ومكوّناتها.
- أستقصي الأبعاد الكونية ووحدات قياسها.
ما المجرة؟ (What is a Galaxy?)
ما المجرة؟ وحدة بناء الكون
الشمس ومجموعة الأجرام التي تدور حولها، وما يتبعها من أقمار تقع في مجرة تُسمى مجرة درب التبانة، فما المقصود بالمجرة؟
- المجرات هي الوحدة الأساسية في بناء الكون.
- ترتبط مكوّناتها بعضها ببعض بقوى جاذبية، فتتحرّك في الكون بوصفها وحدة واحدة.
- مجرة المرأة المسلسلة (Andromeda) أوّل المجرات التي رصدها العالم الفلكي المسلم عبد الرحمن الصوفي من الأرض.
- موقعها: هي أقرب المجرات إلى مجرة درب التبانة.
- المجرات القزمة Dwarf Galaxies: يتراوح عدد نجومها بين 1000 نجم وعِدَّة ملايين من النجوم، مثل مجرة ماجلان الصغرى.
- المجرات العملاقة Giant Galaxies: تتكون من مليارات النجوم، ومنها مجرة درب التبَّانة.
أُوضِّح المقصود بالمجرة.
- أُقارِن بين المجرات القزمة والمجرات العملاقة من حيث عدد النجوم التي تحويها.
مجرة درب التبانة
درب التبانة: مجرتنا الحلزونية
- مجرة درب التبانة إحدى المجرات مُتوسطة العُمر ذات شكل حلزوني.
- عدد نجومها: نحو (200-400) مليار نجم.
- تكون النجوم فيها:
- منفردة مثل الشمس.
- أو على شكل أنظمة نجمية مثل النجوم الثنائية والعناقيد النجمية.
- أو على شكل كوكبات نجمية.
- في أطرافها تنتشر سُحب من الغبار والغازات الكونية.
فكيف تبدو أذرعها ونواتها، وأين نقع نحن منها؟
- أذرعها: أذرع حلزونية عملاقة تدور من الغرب إلى الشرق حول نواة خطّية الشكل تقع في مركزها.
- موقع الشمس: تقع على إحدى أذرعها، وهو ذراع الجبّار.
- بُعد الشمس عن نواة المجرة نحو (27,000) light years.
- في مركزها تتجمّع النجوم، ويعتقد العلماء أنَّ سبب ذلك وجود ثقب أسود في المركز.
- من المسقط الجانبي: تظهر قرصاً ضيّقاً فيه انتفاخ من الوسط.
- من المسقط الرأسي: تظهر على شكل حلزوني لولبي.
- نشأتها: يعتقد العلماء أنها نشأت من اندماج مجرتين: إحداهما قزمة حديثة، والأخرى قديمة أكبر حجماً، قبل 13 billion years تقريباً.
- الدليل: دراسة نجوم المجرة أظهرت أنها تضمُّ نجوماً حمراء قديمة، ونجوماً زرقاء حديثة.
أين تقع الشمس في مجرة درب التبانة؟
ما سبب تحرُّك المجرة بما تحويه من أجرام سماوية وسُدُم كونية في الكون الواسع وحدة واحدة؟
- أُفسِّر: لماذا تتجمَّع النجوم في مركز مجرة درب التبَّانة؟
- أصِف كيف نشأت مجرة درب التبَّانة بحسب اعتقاد العلماء.
- أ. أُبيِّن عدد الأذرع في المجرة.
- ب. أصِف شكل النواة في مركز المجرة.
- جـ. أرسُم الشمس في موقعها في المجرة مراعيًا أبعاد كلٍّ منهما.
- د. أصِف حركة الأذرع الحلزونية حول مركز المجرة.
خصائص مجرة درب التبانة
أرقام مجرتنا: العمر والقطر والكتلة
- لم يستطع علماء الفلك رؤية شكل مجرة درب التبانة كاملاً؛ لأنَّ الأرض جزء منها.
- تعرّفوا خصائصها باستخدام المقاريب (التلسكوبات) التي تستقبل الأشعّة الراديوية، والأشعة تحت الحمراء المنبعثة عنها، ومقارنتها بأشكال المجرات الأخرى.
| خصائص | مجرة درب التبانة |
|---|---|
| نوع المجرة | حلزونية خطّية النواة |
| العُمر | 13.6 billion years |
| القُطر | 100000 light years |
| السُمك | 12000 light years |
| الكتلة | 5.8 × 10¹¹ ضعف كتلة الشمس |
| زمن دوران المجرة حول نفسها | 250 million years |
| زمن دوران الشمس حول مركز المجرة | 225 million years |
التحليل والاستنتاج:
أُحدّد نوع مجرة درب التبانة.
أَتوقَّع: ماذا يُطلق على المُدَّة الزمنية التي تُكمل فيها الشمس دورة كاملة حول مركز المجرة؟
تصنيف المجرات
كيف نرتّب المجرات؟
- عدد مجراتها: تحتوي في الغالب 100 مجرة أو أقل مرتبطة جذبيّاً مع بعضها البعض.
- المجموعة المحلية: توجد فيها مجرتنا درب التبانة، وتحتوي 50 مجرة موثّقاً وجودها.
- أعدادها: تتراوح أعداد المجرات التي تحويها بين مئات وآلاف المجرات.
- أشهرها: عنقود العذراء.
- أساس التصنيف: تختلف المجرات في أشكالها، وحجومها، وأعمارها، وشدَّة إضاءتها وسطوعها، فصُنِّفت اعتماداً على أشكالها وخصائصها الفيزيائية ومقدار سطوع مركزها.
وما أشهر هذه التصنيفات؟
- أشهر التصنيفات: تصنيف العالم الفلكي إدوين هابل.
- هابل درس المجرات باستخدام مقراب فلكي في مَرْصَد جبل ويلسون في الولايات المتحدة الأمريكية.
- اعتمد هابل اختلاف أشكال المجرات أساساً في تصنيفها في ثلاثة أنواع:
- مجرات إهليلجية (بيضوية).
- مجرات حلزونية.
- مجرات غير مُنتظمة.
أصف أشكال المجرات في الشكل.
- الفكرة الرئيسة: أُوضِّح مفهوم المجرة، مُحدِّدًا أنواعها.
- أُصنِّف المجرات بحسب أشكالها.
المجرات الإهليلجية
الإهليلجية: الأقدم والأكثر شيوعًا
- التسمية: لأنَّ شكلها إهليلجي، ومن الأمثلة عليها مجرة مسييه 59 (Messier 59).
- الغازات والأغبرة: تحتوي معظمها قليلاً منها بين نجومها، وهذا يساعد على سهولة رصدها.
وكيف تختلف المجرات الإهليلجية فيما بينها؟
- الاستطالة: منها شديد الاستطالة وقليل الاستطالة وكروي الشكل تقريباً.
- الفئات: قُسِّمَت ثماني فئات هي: (E0, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7).
- E0: أقلُّ المجرات الإهليلجية استطالةً، وأكثرها ميلاً إلى الشكل الكروي.
- E7: أكثر المجرات الإهليلجية استطالةً.
- الفئات الأخرى تندرج بينهما.
لماذا يسهل رَصْد المجرات الإهليلجية مقارنة بأنواع المجرات الأخرى؟
المجرات الحلزونية
الحلزونية: أذرع تلتف حول النواة
- ويُرمز إليها بالرمز (S).
- العمر: تُعدُّ من المجرات مُتوسطة العُمر.
- الغازات والأغبرة: تحوي كمّيات كبيرة منها بين نجومها مقارنة بالمجرات الإهليلجية، وهي أكثر شيوعاً منها.
- تُصنَّف نوعين رئيسين بحسب شكل النواة في مركزها:
- المجرات الحلزونية كروية النواة التي يُرمز إليها بالرمز (S).
- المجرات الحلزونية خطّية النواة Spiral Barred Galaxies التي يُرمز إليها بالرمز (SB).
- التصنيفات الفرعية تعتمد على شِدَّة انفتاح الأذرع حول نواة المجرة:
- الحرف (a) يُمثِّل أقلَّ الأذرع انفتاحاً.
- الحرف (b) يُمثِّل أذرعاً مُتوسطة الانفتاح.
- الحرف (c) يُمثِّل أذرعاً شديدة الانفتاح.
- مجرة درب التبانة مجرة حلزونية خطّية النواة وذات أذرع متوسطة الانفتاح.
الربط بالتكنولوجيا:
مقراب هابل الفلكي
المجرات غير المُنتظمة
أُحدّد أنواع المجرات الحلزونية تبعاً لشكل النواة في مركزها.
- أُبيِّن خصائص مجرة درب التبَّانة من حيث نوعها، وشكل النواة فيها، وشِدَّة انفتاح أذرعها.
غير المنتظمة: الأحدث والأصعب رصدًا
- الغازات والأغبرة: تحوي منها بين نجومها كمّية أكثر مما تحويه أنواع المجرات الأخرى.
- العمر: يرى العلماء أنها أحدث المجرات عُمراً.
- ويُرمز إليها بالرمز (Irr).
- التسمية: لعدم وجود شكل مُنتظَم لها مثل بقية المجرات.
- أمثلة: سحابة ماجلان الكبرى وسحابة ماجلان الصغرى.
لماذا تعد المجرات غير المنتظمة أقل المجرات رَصْداً في الكون؟
- أُحدِّد رمز المجرة التي تحوي أكبر كمِّية من الغازات، والأغبرة الكونية.
- أُفسِّر: كمِّية الغازات والأغبرة الكونية في المجرات الحلزونية أقل منها في المجرات غير المنتظمة.
تصنيف المجرات
مخطّط هابل: الشوكة الرنّانة
رتَّب العالِم هابل المجرات الإهليلجية والحلزونية وغير المُنتظَمة في مُخطَّط يُبيِّن العلاقة بينها.
التحليل والاستنتاج:
- اسمه: يُطلق على مُخطَّط هابل لتصنيف المجرات اسم مُخطَّط الشوكة الرنانة (Hubble's Tuning Fork Diagram).
- ما يُبيِّنه: عُمر المجرات يزداد، وكمّية الغازات والأغبرة الكونية فيها تقلُّ، كلَّما انتقلنا من المجرات غير المُنتظَمة إلى المجرات الإهليلجية.
أتوقَّع الاسم الذي أطلقه العالم الفلكي إدوين هابل على المُخطَّط تبعاً لشكله.
أُبيِّن رمز المجرة التي لها نواة كروية في المركز، وأذرعها شديدة الانفتاح.
أُقارن بين المجرتين: SBa و Sb من حيث شكلها، وكمّية الغازات فيها، وعُمرها.
أصف المجرة E0 من حيث العمر، وكمّية الغازات والأغبرة الكونية التي تحويها.
- أُقارِن بين أنواع المجرات الثلاث الرئيسة من حيث العُمر، وكمِّية الغازات في كلٍّ منها.
- أُوضِّح العلاقة بين شِدَّة استطالة المجرة الإهليلجية وعُمرها.
مراجعة الدرس
