توسع الكون

• أشرح قانون العالم إدوين هابل لحساب بُعد الأجسام الكونية.
• أُنَفِّذ تجربة تُمثِّل تباعد المجرات في فضاء الكون.
• أشرح مفهوم توسُّع الكون.
• أُقدِّر عظمة الخالق في خَلْق الكون وتوسُّعه.

كيف تتحرك المجرات في الكون؟

تتباعد المجرات بعضها عن بعض، وتُظهِر أطيافها انزياحًا نحو الأحمر.

• الكون يشمل الفضاء وما يحويه من مادة وطاقة.
• يتكوّن من مليارات المجرات، وما فيها من نجوم، وكواكب، ومُذنبات، وكُويكبات.
• لاحظ العلماء أن المجرة تتحرّك بشكل مستقل بوصفها وحدة واحدة.
• والمجرات تبتعد بعضها عن بعض بسرعات مختلفة (الشكل 9).

• الدليل: استدلَّ العلماء بدراسة الأطياف الكهرمغناطيسية المرئية المنبعثة من المجرات على أنها تتحرّك مُبتعدة عنّا.
• السبب: لاحظوا أنَّ أطيافها تنزاح نحو الأحمر.

فما المقصود بالانزياح نحو الأحمر؟

أصِف كيف تتحرّك المجرة (1) نسبة إلى حركة المجرة (2) والمجرة (3).

ماذا يقول الرسم عن بُعد المجرة وسرعتها؟

أُحدِّد المسافة التي تبعدها المجرة (ص) عن الأرض.

أُبيِّن: أيُّ المجرات تتحرّك بسرعة أكبر: (س)، أم (ص)، أم (ع)، أم (ف)؟

أتوقَّع: لوحظ أنَّ الطيف الكهرمغناطيسي للمجرة (س) ينزاح نحو الطول الموجي الأطول. أُفسِّر ذلك.

أستنتج العلاقة بين سرعة المجرات وبُعدها عن الأرض وانزياحها نحو الطول الموجي الأطول (نحو الأحمر).

لماذا يتغيّر صوت سيّارة الإسعاف وهي تمرّ؟

• عند اقتراب سيّارة الإسعاف من الشخص عند النقطة (أ): يزداد تردُّد الموجات الصوتية، ويقلُّ طولها الموجي.
• وعند ابتعادها عن الشخص عند النقطة (ب): يقلُّ تردُّدها، ويزداد طولها الموجي.

• موجات الضوء: اعتمد العلماء تأثير دوبلر في دراسة موجات الضوء (الطيف الكهرمغناطيسي المرئي) الصادرة عن الأجسام المختلفة.
• مصدر ضوء يبتعد عنّا: تصلنا منه في $1\ \text{s}$ موجات قليلة العدد؛ أي ذات تردُّد مُنخفض وطول موجي طويل.
• ألوان الطيف المرئي تتراوح بين اللون الأزرق واللون الأحمر.

• عندما تبتعد الموجات المرئية عنّا بفعل تأثير دوبلر وتميل إلى الطول الموجي الطويل، فإنها تميل إلى الأحمر.
• وكلّما اقتربت منّا الموجات المرئية، زاد عدد الموجات التي تصلنا؛ أي يزداد تردُّدها ويقلُّ طولها الموجي، فتميل إلى الأزرق.

أتأمَّل أطياف الأجرام (1، 2، 3). الجُرْم (1) يُمثِّل حالة الثبات، فأيُّ الأجرام تتحرّك مُقتربة منه؟ وأيها تتحرّك مُبتعدة عنه؟ أُبيِّن سبب ذلك.

لماذا تنزاح معظم المجرات نحو الأحمر ولا تنزاح أطيافها نحو الأزرق؟

أوضح المقصود بتأثير دوبلر.

أوضح: كيف استدل العلماء على أن المجرات تبتعد عن الأرض؟

قانون هابل: كلّما ابتعدت المجرة زادت سرعتها

• إدوين هابل درس الأطياف الكهرمغناطيسية المرئية المنبعثة من بعض المجرات التي تبعد عن الأرض مسافات مختلفة.
• تبيَّن له أنَّ المجرات تتحرّك مُبتعدة عنّا، وأنَّ بعضها يبتعد عن بعض وَفْقًا لتأثير دوبلر.

• v: سرعة تباعد المجرة بوحدة $\text{km/s}$.
• H₀: ثابت هابل الذي يُقدَّر متوسط قيمته بنحو $70\ \text{km/s/Mpc}$.
• d: بُعد المجرة عنّا بوحدة مليون فرسخ فلكي ⁦(Mpc)⁩.

فكيف نحسب سرعة تباعد مجرة بعينها؟

هل الأرض مركز الكون؟

• الكون يتوسَّع: استدلَّ العلماء على ذلك بحركة المجرات وتباعد بعضها عن بعض.
• الأرض ليست مركز الكون: لو وقف راصد في مجرة أُخرى لَلاحظ الشيء نفسه، وأنَّ الكون يبتعد عنه.

• نمذجة التوسُّع: عجينة تُمثِّل الفضاء، وحبّات من الزبيب متناثرة عليها تُمثِّل المجرات (الشكل 11/أ).
• حبات الزبيب يتباعد بعضها عن بعض من دون أن تتحرّك فعلياً.
• تمدُّد العجينة وزيادة حجمها عند خَبْزها هو سبب تباعدها (الشكل 11/ب).

• المجرات يبتعد بعضها عن بعض بوصفها جميعًا وحدة واحدة؛ لأنَّ مادة الكون (الفضاء) تتمدَّد.
• كانت المجرات أقرب إلى بعضها يومًا ما، وهذا قاد العلماء إلى تفسير نشأة الكون بنظريات عِدَّة سأتعرَّفها لاحقًا.

أصِف ما يحدث للمجرات عند تمدُّد الكون وزيادة حجمه وَفْقًا للشكل (ب).

أصف كيف تتحرَّك المجرات في الكون.

راجع: ماذا تعلّمت عن توسُّع الكون؟

أُقوِّم العبارة الآتية: «تُظهِر الأطياف الكهرمغناطيسية المرئية المرصودة من المجرات التي تبتعد عنا انزياحًا نحو طول الموجة القصير».

أرجِع إلى الشكل (9)، ثم أصوغ المعلومات التي أستنتجها منه بجُمَل علمية دقيقة.

• أ. أُحدِّد الرقم الذي يُمثِّل أبعد مجرة.

• ب. أُرتِّب المجرات: (1, 2, 3, 4) في الجدول تصاعديًّا بحسب سرعة تباعدها عنّا.

• جـ. أحسُب بُعْد المجرة (3) عنّا، علمًا بأنَّ سرعة تباعدها هي $46200\ \text{km/s}$، وثابت هابل هو $70\ \text{km/s/Mpc}$.