۱۰ روزی که مهم‌ترین اکتشافات اخترشناسی رخ داده‌اند!

هر چند که پیشرفت همه علوم و دانش‌های بشری تدریجی و گام به گام است، گاهی هم پیش می‌آید که پیشرفت‌های آنی بزرگی روی می‌دهد. گاهی دلیل این پیشرفت‌های آنی، ابداع یک روش یا دستگاه جدید است، گاهی انباشته شدن اطلاعات، داده‌ها و نظریه‌ها که افق دید دانشمندان را وسیع‌تر می‌کند و گاهی هم یک اتفاق ساده و این گونه می‌شود که برخی روزها در تاریخ علم برجسته می‌شود. «لارنس کواس» - اختر شناس برجسته روزگار ما -در نشریه Mental Floss، ده روز بزرگ و مهم تاریخ اخترشناسی را انتخاب کرده است که در این مطلب پیش روی شماست.

10- روزی که آسمان درخشان‌تر شد

۴ جولای ۱۰۵۴
در این روز اولین مورد ثبت شده از یک جسم تازه در صورت فلکی گاو (ثور-Taurus) مشاهده شد. این جسم چنان درخشان بود که حتی می‌شد در طول روز هم آن را دید. بنابراین جای تعجب نیست که توجه مردم سراسر جهان به چنین پدیده‌ای جلب شود. هر چند که نمی‌توانستند کاری کنند. اختر شناسان چینی آن را «ستاره مهمان» (یا «ستاره تازه وارد») نامیدند و خاطرنشان کردند که درخشندگی این ستاره در شب چهار برابر سیاره ناهید است. آن‌ها خیلی زود به این نتیجه رسیدند که ظهور ستاره از آینده و سرنوشت «جن تسونگ» - امپراتور وقت - خبر می‌دهد.

در ضمن این احتمال هم وجود دارد که سرخ پوستان آناسازی شمال غرب آمریکا در آن سوی کره زمین هم متوجه این ستاره شده باشند. باستان شناسان بر این باورند که شاید تصویرهای کنده شده روی صخره‌های آریزونا که از آن دوران باقی مانده است، نشانگر همین پدیده اسرار آمیز باشد. اما در میان یک گروه از مردم هیچ گونه سندی مبنی بر مشاهده این «ستاره مهمان» ثبت نشده است. این گروه اروپایی‌ها هستد. برخی گمان می‌برند آنها در توجیه این پدیده، سنت شکنی کرده و گفته‌اند هیچ چیزی در آسمان شب ابدی و جاویدان نیست.

حدس اخترشناسان چینی درباره ستاره بودن این جسم تازه درست بود اما به هر حال خوب است که این نکته را هم بدانیم که آن ستاره، ستاره‌ای در حال انفجار بود که امروزه آنها را با نام «ابرنواختر» می‌شناسیم. هنگامی که ستارگان منفجر می‌شوند، درخشندگی آنان به طور موقت میلیون‌ها برابر می‌شود. بنابراین اگر چه این پدیده در فاصله‌ای بسیار دور از زمین روی می‌دهد باز هم بسیار پرنور هستند.

باقیمانده‌های این ابرنواختر که امروزه با نام سحابی خرچنگ می‌شناسیم، به زحمت یادآور آن خاطره دور است. امروزه این سحابی لایه‌ای از جنس گاز دارد که در حال انبساط است، پهنای آن ده سال نوری است و با سرعت ۱۱۰۰ کیلومتر در ثانیه منبسط می‌شود. در مرکز این سحابی نیز باقیمانده بسیار چگالی هست که «ستاره نوترونی» نام دارد. قطر این ستاره فقط چند کیلومتر است و در هر ثانیه حدود ۳۰ مرتبه به دور خود می‌گردد.

در نتیجه سحابی خرچنگ پالس‌هایی از خود ارسال می‌کند که با همین بسامد به زمین می‌رسد. در سال ۱۹۶۸ که این تابش تازه کشف شده بود، دانشمندان درباره منبع این پالس‌ها چیزی نمی‌دانستند و شگفت زده بودند اما خیلی زود دریافتند منشأ این پالس‌ها، همان سحابی باستانی خرچنگ است و نه اینکه مثلاً تمدن‌های فرازمینی بخواهند با این روش با ما تماس بگیرند.

9- روزی که دوره کار حرفه‌ای «تیکو بِراهه» آغاز شد

۱۱ نوامبر ۱۵۷۲
با اطمینان می‌توان گفت «تیکو براهه» - اختر شناس آماتور و نجیب زاده دانمارکی - با آسمان شب آشنا بود. پس وقتی که او گفت: «یک ستاره تازه و غیر معمول که از لحاظ درخشندگی از ستارگان دیگر متمایز است... درست بالای سرم می‌درخشد»، موضوعی نبود که در آن روزگار بی اهمیت تلقی کنند. چیزی که براهه دید، ابرنواختری در صورت فلکی ذات الکرسی بود که در فاصله ۱۰ هزار سال نوری از زمین قرار دارد. این کشف «تیکو براهه» شهرت فراوانی را در اخترشناسی برای وی به ارمغان آورد. فردریک دوم - پادشاه دانمارک - چنان تحت تأثیر قرار گرفت که کل جزیره هون (nevh) را به براهه بخشید تا وی در آنجا رصد خانه‌ای بنا کند.

براهه در آنجا با استفاده از ابزارهایی که به دقت تنظیم شده بودند (هنوز خیلی مانده بود که تلسکوپ اختراع شود) سال‌های دراز به رصد موقعیت سیاره‌ها در آسمان پرداخت. البته در نهایت، براهه موقعیت خود را در هون به عنوان فردی از طبقه ممتاز جامعه از دست داد و وقتی که پادشاهی تازه به تخت سلطنت جلوس کرد، وی مجبور شد هون را ترک کند و به پراگ برود (براهه چنان شیفته آسمان و مجذوب ستاره‌ها بود که همه وقتش را به آنها اختصاص می‌داد و آخر کار شد یک لرد فئودال به درد نخور و رعیت‌هایش هم نارضایتی‌های خود را علنی می‌گفتند).

با این همه میراث وی مخدوش نشد. داده‌هایی که براهه جمع آوری کرد، مبنایی شد برای پژوهش‌های دستیارش، یوهان کپلر. کپلر از این داده‌ها استفاده کرد تا سه قانون مشهور خود را درباره حرکت سیاره‌ها صورت بندی کند. بعدها هم ایزاک نیوتن توانست براساس مقدمات به راهه و قانون‌های کپلر، قانون جهان شمول گرانش خود را عرضه کند. ما باید از اینکه آن ابرنواختر خودش را در روز ۱۱ نوامبر ۲۷۵۱ به ما نشان داد، احساس خوشبختی کنیم. اگر آن مهمان ناخوانده خودش را در آن روز به ما معرفی نمی‌کرد، شاید براهه از ستاره شناسی آماتور، دل زده می‌شد و سرگرمی‌اش را عوض می‌کرد.

8- روزی که گالیله همه اسرارش را فاش کرد

۱۲ مارس ۱۶۱۰
۱۲ مارس ۱۶۱۰ روزی است که «گالیلئو گالیله» کتاب نامدارش با عنوان «پیام رسان ستارگان (Starry Messenger) را منتشر کرد. وی در این کتاب به شرح کشف‌های خود با تلسکوپ تازه سازش می‌پردازد (گالیله سازنده نخستین تلسکوپ نیست اما نخستین تلسکوپ‌ها را بسیار کارآمدتر ساخت). از جمله اسرار بسیار مهمی که وی در این کتاب از آنها پرده برداشت، می‌توان به کشف چهار قمر بزرگ مشتری اشاره کرد که نشان داد همه اجرام آسمانی به دور زمین نمی‌گردند.

به همین دلیل این کتاب «گالیله» بعدها بهترین دوست «نیوتن» شد. «نیوتن» توانست با استفاده از داده‌های گالیله نشان دهد که قانون‌های کپلر برای حرکت سیاره‌ها، در مورد قمرهایی که به دور مشتری می‌گردند نیز کاربرد دارد و به این ترتیب معلوم شد نیرویی که این قمرها را در مدار خود نگه می‌دارد، از نوع همان نیرویی است که باعث می‌شود سیاره‌ها در مداری به دور خورشید بگردند و ماه به دور زمین. به بیان دیگر این داده‌ها، قانون جهان شمول گرانش نیوتن را به روش تجربی اثبات کرد.

7- روزی که نپتون (دوباره) کشف شد

۲۳ سپتامبر ۱۸۴۶
یوهان گاله (Yohan Galle) اخترشناس آلمانی نخستین بار سیاره نپتون را در غروب روز ۲۳ سپتامبر مشاهده کرد. شاید به نظر برسد که این رویداد چندان هم مهم نباشد، اما باید به خاطر داشت این اولین باری بود که یک جرم منظومه شمسی براساس قانون گرانش کشف می‌شد. از سال‌ها پیش اخترشناسان دریافته بودند که اورانوس مدار نامنظمی دارد و حدس می‌زدند که وجود یک سیاره دیگر باعث می‌شود اورانوس از مسیر پیش بینی شده‌اش منحرف شود.

جیمز کالیس (James challis) اخترشناس انگلیسی در آگوست ۱۸۴۶ با استفاده از پیش‌بینی‌های اخترشناسان دیگر درباره اینکه نپتون کی و کجا در مدار خود به موضع مناسبی برای رصد می‌رسد، کار شناسایی نپتون را زودتر از رقیبش «گاله» آغاز کرد، اما مشکل چه بود که وی موفق نشد؟ نقشه آسمان کالیس بسیار بد بود و او نمی‌توانست بفهمد به چه چیزی نگاه می‌کند. بنابراین وقتی گاله جست و جوهایش را یک ماه دیرتر (اما با استفاده از یک نقشه بهتر) آغاز کرد، نپتون را در فاصله یک درجه‌ای از موقعیت پیش بینی شده‌اش یافت.

غروب روز بعد آن جسم رفته بود و دیگر آنجا نبود که همین موضوع نشان می‌داد آن جسم در حقیقت یک سیاره است نه ستاره. جای خوشبختی بود که هم کالیس و هم گاله زمان مناسبی در جست و جوی این سیاره بودند، زیرا مکان واقعی این سیاره تا ۳۰ سال دیگر از مکانی که محاسبات اولیه پیش گویی می‌کرد، بسیار فاصله داشت. البته ما امروزه می‌توانیم مکان سیاره نپتون را به دقت پیش بینی کنیم.

6- روزی که دریافتیم ماهم چیزی هستیم مثل بقیه

۲۷ اکتبر ۱۸۵۹
در سال ۱۸۱۴، جوزف فون فرانهوفر نورشناس آلمانی، خط‌های تاریک ناشناخته‌ای را مشاهده کرد که در طیف پیوسته نور خورشید ظاهر می‌شد و بین آنها فاصله ایجاد می‌کرد. گوستاو کیرشهف فیزیکدان و رابرت بونزن شیمیدان (که برای ابداع چراغ بونزن مشهور است) دانشمندان نام‌دار آلمانی نشان دادند هرگاه فلزها را در آزمایشگاه حرارت دهیم، هر فلز هنگام سوختن طیف نوری ویژه خود را ایجاد می‌کند، به این معنی که خط‌هایی که فون فرانهوفر دید، شاهدی است بر این نظر که موادی شبیه مواد زمینی در خورشید می‌سوزد. به بیان دیگر زمین از همان موادی ساخته شده است که بقیه جهان از آنها ساخته شده است.

کیهرشهف و بونزن یافته‌های تحول آفرین خود را در ۲۷ اکتبر ۱۸۵۹ اعلام کردند. خیلی زود و در سال ۱۸۶۸ سرفورمن لاک یر، با ریختن نفت بر آتش کنجکاوی دانشمندان، آن را شعله ورتر کرد. وی مشاهده کرد که خط‌های زرد قوی در طیف خورشید وجود دارند که تا پیش از آن دیده نشده بودند. وی این خط‌ها را از آن عنصری جدید دانست و آن را «هلیم» نامید؛ از کلمه هلیوس به معنای خورشید. بنابراین پژوهش درباره ستارگان هم نشان داد عنصرهای سازنده زمین و ستارگان یکسان هستند.

5- روزی که جهان ما گسترده‌تر شد

۳۰ دسامبر ۱۹۲۴
در سال ۱۹۱۷ رصد خانه‌ای در کوه‌های سن گابریل کالیفرنیا، این امکان را برای «ادوین هابل» اختر شناس فراهم آورد تا به دو کشف برجسته و ماندگار دست یابد. درباره اولین کشف او اگر بخواهیم با زبان فنی صحبت کنیم باید بگوییم که به اندازه گیری های وی از تیفاووس (Cepheid) در سحابی‌های دور دست مربوط است. به زبان ساده‌تر، تیفاووس ها نوعی ستاره هستند که از آنها برای محاسبه فاصله بین اجرام فضایی استفاده می‌شود. (برای این کار هم میزان درخشندگی یک ستاره را اندازه می‌گیرند و تغییرات آن را با گذشت زمان بررسی می‌کنند).

بنابراین وقتی که هابل دو تیفاووس را در یک سحابی دور دست کشف کرد، توانست مکان آنها را محاسبه کند و به این ترتیب دریافت آن سحابی بیرون کهکشان راه شیری قرار دارد (که ما امروزه آن را به نام کهکشان آندرومد، امراه المسلسله یا زن با زنجیر می‌شناسیم). اخترشناسان تا آن موقع از کل جهان فقط یک کهکشان را می‌شناختند، یعنی همین کهکشان خودمان، راه شیری. اما ما امروزه به خاطر تلاش‌های «هابل» می دانیم بیش از ۱۰۰ میلیارد کهکشان در جهان قابل رؤیت است. «هابل» حتی پس از آنکه کشف خود را در پایان سال ۱۹۲۴ اعلام کرد، به رصد تیفاووس ها در کهکشان‌های دیگر ادامه داد و پنج سال بعد، توانست با استفاده از آنها به دومین کشف مهم خود دست یابد.

وی دریافت عموم کهکشان‌ها از ما دور می‌شوند. نکته مهم دیگر آن است که سرعت دور شدن آنها از ما، متناسب است با فاصله‌شان از ما. خلاصه آنکه «هابل» کشف کرد، جهان ما در حال بزرگ‌تر و منبسط‌تر شدن است. این یافته صحت نظریه‌های پیش را که می‌گفت جهان با یک انفجار بزرگ آغاز شده است، تأیید کرد. از زمان کشف‌های «هابل» بیش از ۸۰ سال گذشته است و هم اکنون، هم موضوع انبساط جهان و هم وجود انفجار بزرگ به یکی از مهم‌ترین و معتبرترین جنبه‌های کیهان شناسی رصدی تبدیل شده است.

البته باید در نظر داشت دانشمندان همه محاسبات «هابل» را نیز نپذیرفته‌اند. برای مثال وی سرعت انبساط جهان را ده برابر مقدار واقعی آن محاسبه کرد. وی در بررسی‌های اولیه خود سن جهان را کمتر از ۲ میلیارد سال محاسبه کرد اما ما هم اکنون می دانیم سن جهان حدود ۱۴ میلیارد سال است.

4- روزی که ما پژواک انفجار بزرگ را «شنیدیم»

۱۳ می ۱۹۶۵
مفهوم انفجار بزرگ در نیمه دوم قرن بیستم پویا و مطلوب بود اما این مفهوم در سال ۱۹۶۵ به شدت پیشرفت کرد. در این سال دو رادیواخترشناس جوان اتفاقی، باقیمانده‌های انفجار بزرگ را یافتند. در آن سال «آرنوپنزیاس» و «رابرت ویلسون» از آزمایشگاه‌های بل، منبعی از پارازیت‌های حذف نشدنی را در یک آنتن بسیار حساس مایکروویو (ریز موج) یافتند. آن‌ها هر چه کردند از شر منبع احتمالی این نویزها خلاص شوند نتوانستند. این پارازیت‌ها همچنان ادامه داشتند و با گذشت چند فصل هم از شدت آن کم نشد. آن‌ها حتی به این فکر افتادند که شاید فضله انداختن کبوترها در این آنتن، باعث این پارازیت‌ها می‌شود و آنتن را از فضله‌ها پاک کردند اما تاثیری در پارازیت نداشت.

از آن طرف «رابرت دایک» و «دیوید ویلکنیسون» در دانشگاه پرینستون که در همان نزدیکی‌ها بود، با درماندگی تلاش می‌کردند آنتنی بسازند که این نویزهای ضعیف را آشکار کند که البته موفق نبودند. آخر کار این چهار مخ با همدیگر دیدار کردند و «دایک» و گروهش به «پنزیاس» و «ویلسون» که هاج و واج مانده بودند، گفتند این پارازیت‌ها چیست. آن‌ها گفتند این پارازیت‌ها در حقیقت تابش ریزموج پس زمینه‌ای است که از انفجار بزرگ باقی مانده است. «پنزیاس» و «ویلسون «یافته‌های خود را به «استروفیزیکال ژورنال» ارائه کردند. ۱۳ سال بعد جایزه نوبل فیزیک را برای این کشف دریافت کردند. از آن زمان به بعد این امواج با نام «تابش ریز موج پس زمینه کیهانی» خوانده می‌شود.

3- روزی که دقیق‌تر به تابش نگاه کردیم

۲۳ فوریه ۱۹۸۷
«یان شلتون» اختر شناس، روز ۲۴ فوریه ۱۹۸۷ از ابتدای صبح در رصد خانه لاس کامپاناس شیلی کار می‌کرد که به یکباره موضوع عجیبی در عکس‌هایی که از ابر بزرگ ماژلانی تهیه کرده بود، توجهش را به خود جلب کرد. او به بیرون رصد خانه رفت و به بالای سرش نگاه کرد و چیز جالبی در آنجا دید. وی شاهد یک ابرنواختر در آسمان بود. البته این موضوع به تنهایی نمی‌توانست باعث شود که آن روز، روز مهم و برجسته‌ای شود اما در همان هفته، دو آشکار ساز بزرگ ذره که در زیرزمین نصب شده بود، داده‌هایی را که از آسمان تهیه شده بود، بررسی کردند و معلوم شد که در ۲۲ فوریه ۱۹ نوع مختلف ذره با انرژی‌های گوناگون به زمین رسیده است. جالب آنکه همه این ذرات در یک فاصله زمانی ده ثانیه‌ای دریافت شدند.

این موضوع نشان می‌داد ذرات دیگری، ذرات موجود در آشکار ساز را بمباران کرده‌اند. این ذرات که بسیار کم دوامند و عمرشان کوتاه است، نوترینو نام دارند. این نوترینوها از ابرنواختر شلیک شده‌اند و پس از رسیدن به زمین وارد آشکار ساز شده‌اند. کشف «شلتون» باعث شد دانشمندان در بین داده‌های خود به دنبال نشانی‌هایی از نوترینو بگردند.

2- روزی که تاریخ اهان آشکار شد

۲۳ آوریل ۱۹۹۲
اخترشناسان پس از کشف تابش ریز موج پس زمینه کیهانی (CMB) در سال ۱۹۶۵ (شماره ۴ را ببینید) کار نقشه برداری از آن را آغاز کردند. آن‌ها امیدوار بودند که به اطلاعات بیشتری درباره ماهیت جهان در زمان گسیل این تابش‌ها دست یابند که حدود ۳۰۰ هزار سال پس از وقوع انفجار بزرگ پراکنده شده‌اند. این طور بود که ماهواره کاشف پس زمینه کیهانی (COBE) وارد ماجرا شد. کوبی در سال ۱۹۸۹ به فضا پرتاب شد.

مسؤولان کوبی در سال ۱۹۹۲ اعلام کردند این ماهواره تغییرات کوچک و ناشناخته‌ای را در دمای تابش پس زمینه کیهانی کشف کرده است. البته خوب است بدانیم که دمای خود تابش پس زمینه کیهانی تنها چند درجه سانتی گراد بالای صفر مطلق است. با این اطلاعات معلوم شد که جهان در ابتدای کار ناهموار و موج دار بود. منطقه‌هایی با بیشترین چگالی در نهایت، ساختارهای بزرگ مقیاس جهان مثل کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را پدید آوردند.

پس از کشف‌های کوبی، آزمایش‌های بسیار دیگری، وجود این افت و خیزهای دمایی را با دقت و جزئیات بیشتری تأیید کرده است. نتیجه این مشاهدات نیز بسیار مهم است. ما از این مشاهدات دریافتیم که جهان تخت است و بیش از ۹۰ درصد از ماده موجود در جهان «ماده تاریک» است (این نوع ماده را نمی‌توان با تلسکوپ دید زیرا نوری از خود منتشر نمی‌کند) دیگر آنکه ظاهر این اختلاف دما در چگالی به زمان‌های بسیار بسیار پیش‌تر بر می‌گردد. در حقیقت این امکان وجود دارد که این اختلاف‌های دمایی از آثار مکانیک کوانتومی ناشی شده باشند و زمانی که جهان کمتر از یک میلیون میلیاردم ثانیه عمر داشته است، پدید آمده باشند.

1- روزی که معلوم شد دانسته ما درباره عالم ناچیز است

۸ ژانویه ۱۹۹۸
چند دهه پیش معلوم شده بود که جهان در حال گسترش است. پرسش بعدی‌ای که برای اخترشناسان مطرح شد این بود که این فرایندها با چه سرعتی انجام می‌شود؟ دو گروه از اخترشناسان (یک گروه از ایالات متحده و گروه دیگر از استرالیا) برای یافتن پاسخ این پرسش نوع خاصی از ابرنواخترها را بررسی کردند.

گروه اول یافته‌هایش را در ۸ ژانویه ۱۹۹۸ ارائه کرد. از این یافته‌ها معلوم شد که سرعت انبساط جهان فزاینده است اما دانشمندان انتظار چنین پاسخی را نداشتند. بیشتر اخترشناسان بر این باور بودند که منبع اصلی انرژی در جهان یا ماده است یا تابش، در نتیجه سرعت انبساط جهان باید کاهنده باشد، نه فزاینده. تنها توضیحی که آنها برای این وضعیت حرکت تخت گاز انبساط جهان داشتند، در سال ۱۹۹۸ ارائه شد.

به نظر می‌رسد منبع اصلی انرژی جهان در جای دیگری باشد که «فضای خالی» نام دارد. وجود این انرژی که امروزه با نام «انرژی تاریک» می‌شناسیم، دلیل این موضوع است که چرا جهان هم اکنون آن قدر انرژی دارد که انبساطش فزاینده باشد و همچنین به همه چیزهای دیگری که دانشمندان درباره جهان می‌دانند، مربوط می‌شود.

با توجه به همین مفهوم بود که دریافتیم در جهانی زندگی می‌کنیم که بیشتر منابع ماده موجود در آن با تلسکوپ قابل دیدن نیست و برای بیشتر منابع انرژی آن هیچ توضیحی ارائه نشده است. به نظر می‌رسد در جهانی زندگی می‌کنیم که عجیب‌تر از تصورات ماست و از همیشه ناشناخته‌تر است.