۲۵ کشف نجومی برتر تاریخ

سال 2001 (1380)، فرضیه برخورد عظیم که در دهه 1970 (1350) مطرح شده بود، محتمل ترین توضیح برای شکل گیری ماه دانسته شد. این فرضیه می گوید کره ای نوزاد به نام «تیا»، به اندازه مریخ، در مدار پیش زمین (زمین در حالت پیش سیاره) شکل گرفت، اما به خاطر اندازه و جرمش سرانجام حدود 4.5 میلیارد سال پیش با زاویه ای اریب به سیاره ما برخورد کرد. این برخورد نه تنها تیا را به کل نابود کرد، بلکه بخشی از جُبه سیلیسی زمین را هم کند. وقتی تکه های جداشده از زمین راهی فضا شدند، گرانش بر آن ها حاکم شد و آن ها را در مداری دور زمین جمع کرد و بعد توده توده شان کرد.

 

فضاپیمای بی سرنشین «کاسینی» که در سال 1997 (1376) به سفری هفت ساله به زحل فرستاده شد، نخستین بار در نوامبر سال 2005 (1384) روی «انسلادوس» قمر زحل، آب فشان کشف کرد. منابع آب مایع در تصاویر دیده می شدند که از چهار عارضه خطی در ناحیه قطر جنوب این کره، معروف به «خطوط ببری»، به بیرون فوران می کردند.

این جت های یخی ذراتی را با سرعت بالا به فضا پرتاب می کردند و در میان دانشمندان موجب هیجان شده بودند، چرا که این کشف چه بسا تنوع محیط های احتمالا پشتیبان حیات را در منظومه شمسی گسترده تر می کرد. از زمان آن رصدها، شواهدی به دست آمده است که نشان می دهد این آب فشان ها به سوی پایین تا اقیانوسی از آب نمک زیر پوسته یخی این قمر امتداد دارند. درواقع، نتایج بررسی های هفت ساله که در سال 2014 (1393) جمع بندی شد، تعداد 101 آب فشان مجزا را شناسایی کرد که از شکاف های نوارهای ببری فوران می کردند و از آن جا که آن ها با نقاط داغ کوچکی- با اندازه مناسب که نشان می دهد نتیجه چگالش بخارند- متقارن بودند، معلوم شد که ریشه های عمیقی دارند.

اخترشناس آمریکایی، «پرسیوال لوول»، در سال 1905 (1283) وجود سیاره ای فراتر از نپتون را پیش بینی کرده بود، اما ت سال 1930 (1308) طول کشید تا سرانجام شواهدی از سیاره موسوم به «ایکس» کشف شود. سال قبل از آن، «کلاید تومبا»، محققی جوان، با طراحی های پرجزییاتش از مشتری و مریخ، روسایش را در رصدخانه لوول تحت تاثیر قرار داده بود و 10 ماه بعد به معدن طلا رسید.

 

تومبا وظیفه داشت با تلسکوپ استروکراف 13.9 اینچی هر چند شب یک بار، از یک بخش آسمان عکاسی کند. در مرحله بعد او از وسیله ای موسوم به «مقایسه گر چشمک» استفاده می کرد که نوعی چشمی برای تشخیص تفاوت های بین دو عکس گرفته شده از آسمان شب بود. این روش سرانجام در 128 فوریه 1930 (29 بهمن 1308)به او امکان داد جسمی سیاره مانند را آشکار کند. این کشف سه هفته بعد، در 13 مارس (22 اسفند)، اعلام شد و نام «پلوتو» در روز اول ماه می (11 اردیبهشت 1309) انتخاب شد.

وقتی وظیفه بررسی تداخل های حاصل از توفان ها در فرکانس های رادیویی بر عهده «کارل یانسکی» گذاشته شد، او با خودش فکر کرد فقط عامل تداخل های بزرگ را در مخابرات رادیویی کارفرمایش بر فراز اقیانوس اطلس کشف خواهدکرد. او حتی در بلندپروازانه ترین رویاهایش نمی دید که آزمایش هایش در سال 1932 (1311) در آزمایشگاه تلفن بل او را به «ستاره ای رادیویی» تبدیل کند.

نخستین یافته های او گمان هایی را تایید کرد: بیشتر پارازیت را می شد به توفان های دور و نزدیک نسبت داد، اما معلوم شد یافتن توضیحی برای وجود نویز اضافی زمینه کار دشواری است. او این موضوع را برای مدتی طولانی و به دقت بررسی کرد و متوجه شد که انگار منشا آن خورشید است و ظاهرا در چرخه ای 24 ساعته- یا دقیق تر، چرخه ای به مدت 23 ساعت و 56 دقیقه- تکرار می شود.

از آن جا که این یکی از مشخصه های ستاره های ثابت بود، منجر به نتیجه ای شگفت انگیز شد. یانسکی دریافت که این تابش درواقع از مرکز راه شیری می آید و ستاره ها انرژی را نه تنها به شکل امواج نوی که به شکل امواج رادیویی هم از خود گسیل می کنند. البته یافته های او در سطح وسیعی نادیده گرفته شد.

«آرتور ادینگتون»، اخترشناس انگلیسی، زمانی اعلام کرد که انرژی ستاره ها را فرایند همجوشی هسته ای تامین می کند. او گفت همجوشی هسته های کوچک برای تولید مقادیر عظیم انرژی همان منبعی است که انرژی ستاره ها را فراهم می کند. او سپس شرح داد که علت تابش خورشید، تبدیل اتم های هیدروژن به هلیم است و این که ستاره منظومه شمسی 100 میلیارد سال می درخشد تا این که سرانجام سوختش به پایان برسد.

 

فیزیکدانان 45 سال بود که بدون هیچ موفقیتی به دنبال «بوزون هیگز» می گشتند. بوزون هیگز هفدمین قطعه از مدل استاندارد فیزیک نظری است که قوانین مربوط به برهمکنش میان ذرات سازنده همه اتم ها، مولکول ها و ماده عالم را مشخص می کند. دانشمندان مرکز «سرن» برای کشف این که این ذرات چطور جرم به دست می آورند، تلاش بسیاری کردند و تا ساخت «برخورددهنده بزرگ هادرونی» (LHC) به درازای 278 کیلومتر در عمق حدود صد متری زیر زمین در مرز سوییس و فرانسه پیش رفتند.

تکمیل این تجهیزات یک دهه طول کشید و 4.75 میلیارد دلار هزینه برداشت و در نهایت، روز چهارم جولای 2012 (14 تیر 1391) به نتایجی رسید که همه منتظرش بودند. ابزار LHC یک شتاب دهنده ذرات است که 9300 آهنربای ابررسانای آن تا دمای 271.25- درجه سلسیوس سرد می شود و قادر است دو پرتو پروتون را با سرعت نزدیک به سرعت نور به هم بکوبد.

یکی از مشکلات نقشه برداری از راه شیری این است که ما درونش هستیم و سخت است که تصویری کلی از شکلش به دست آوردم. اما وقتی «هارلو شیپلی» مشغول بررسی خوشه های کروی- اجتماعات کروی شکل از ستاره ها- بود، کم کم شروع به ترسیم تصویری کلی از کهکشانمان کرد.

 

به مرور زمان و با استفاده گسترده تر از تلسکوپ های رادیویی- که می توانستند از میان غبار هم ببینند- کشف شد که شکل کهکشان ما، نه آن طور که از ابتدا تصور می شد بیضوی، بلکه مارپیچی است، این بررسی ها نه تنها راه شیری را با دوسوم کهکشان های شناخته شده عالم در یک طبقه قرار داد، بلکه همچنین نشان داد زمین در دوسوم راه از مرکز کهکشان به سوی یکی از لبه هایش قرار دارد. اما هنوز همه چیز را درباره ویژگی های کهکشان های مارپیچی نمی دانیم. تازه در سال 2005 (1384)، رصدهای تلسکوپ فضایی «اسپیتزر» تایید کرد که کهکشان راه شیری کهکشانی مارپیچی- میله ای است؛ یعنی شکل توده ستاره های مرکزش به جای کروی بودن، مستطیل شکل یا شبیه به یک میله است و تازه پارسال بود که بیشتر بخش های خالی پازل نقشه مارپیچی راه شیری شروع به پرشدن کردند.

«لیندا مورابیتو» در سال 1974 (1353) در «آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا» (JPL) شروع به کرا کرد، اما بهترین فرصت زندگی اش پنج سال بعد به سراغش آمد، وقتی مهندس سامانه پردازش تصویر جهت یابی اپتیکی و دستیار جهت یابی فضاپیمای «وویجر 1» شد. در روز نهم مارس 1979 (18 اسفند 1357)، او مشغول پردازش عکس هایی از این فضاپیما بود که متوجه ناهنجاری هلالی شکل بزرگی درست کنار لبه کره «آیو»، قمر مشتری شد.

 

تعداد سیاره های شناخته شده در عالم از مرز سه هزار گذشته است؛ هرچند شیبه سازی های رایانه ای «اریک زگریسون» از دانشگاه اوپسالا»ی سوئد نشان می دهد احتمالا 700 میلیارد میلیارد (1020×7) سیاره در عالم وجود دارند. او می گوید که از آن تعداد، احتمالا هیچ یک دقیقا شبیه زمین نیست، اما اخترشناسان تا امروز چندین سیاره زمین مانند کشف کرده اند.

 

در مرکز کهکشان هایپرجرم، سیاهچاله های ابرپرجرمی وجود دارند که به احتمال قوی از رمبش ابرهای عظیم گاز میان ستاره ای شکل گرفته اند. در سیاهچاله های «عادی» که جرم هایی تا 20 برابر جرم خورشید دارند کشش گرانش چنان قوی است که حتی نور نمی تواند از آن ها بگریزد. تفاوت بزرگ در این است که سیاهچاله های ابرپرجرم ممکن است تا 100 میلیون برابر خورشید جرم داشته باشند.

 

اثرات میدان مغناطیسی زمین از بیش از دو هزار سال پیش برای انسان شناخته شده بوده است؛ هر چند، تازه «مدتی» پس از آن بود که دانشمندان فهمیدند این اثرات ناشی از جریان های همرفتی حاصل از حرکات چرخشی آهن داغ مذاب در هسته سیاره است. زمین، بدون میدان مغناطیسی هیچ راهی برای منحرف کردن جریان ذرات بارداری که در قالب باد خورشیدی از خورشید به سوی بیرون جریان دارند، در اختیار ندارد. بنابراین، میدان مغناطیسی پشتیبان جو زمین است.

 

سال 1906 (1285)، «برنار برونه» زمین شناس فرانسوی، مشغول بررسی نمونه سنگ های آتشفشانی بود که از ناحیه ای بسیار کم جمعیت در فرانسه به نان «اوورنیه» (Auvergne) جمع آوری :رده بود. وقتی آن سنگ ها را آزمایش کر، متوجه شد که برخی از آن ها شامل ذرات آهنی هستند که وقتی گدازه می شده است، در خلاف جهت قطب فعلی زمین، مغناطیسی شده بودند. او که می دانست گدازه مذاب وقتی خنک شود، نمونه ای از قطبیت زمین را در خود حفظ می کند، کشف کرد که میدان مغناطیسی زمین ممکن است تغییر جهت بدهد و وارونه شود.

قطب های زمین هر چندصد هزار سال جا به جا می شوند. هر چند زمانی در گذشته بسیار دور این اتفاق هر پنج میلیون سال می افتاده و آخرین بار 780 هزار سال پیش رخ داده است. احتمالش وجود دارد که این اتفاق در دوران زندگی ما بیفتد، چرا که 200 سال است میدان مغناطیسی زمین رو به ضعیف شدن می رود که نشانه ای از فروپاشی و برعکس شدن آن است. اگر چنین شود، ممکن است به طور نامطلوبی بر شبکه های برق و البته جهت یابی حیوانات تاثیر بگذارد.

در سال 1965 (1344)، «آرنو پنزیاس» و «رابرت ویلسون»، اخترشناسان رادیویی، به طور تصادفی تابشی را کشف کردند که به «تابش ریزموج زمینه کیهانی» (CMB) معروف شد. آن ها مشغول پیمایش آسمان به کمک آنتن رادیویی «هالمدل هورن» در نیوجرسی بودند که این کشف اتفاق افتاد. آن ها در تلاش برای یافتن امواج الکترومغناطیسی نامرئی بودند، اما نویزی در زمینه آسمان مدام در کارشان اخلال ایجاد می کرد و آن ها به هر راهی برای حذف این نویز متوسل شدند. وقتی نویز مصرانه باقی ماند، سرانجام آن دو تسلیم شدند و به نتیجه ای خیره کننده رسیدند: آین نویز از جایی بیرون از کهکشان خودمان می آمد. آن ها داده ها را در اختیار اخترشناسان دیگر گذاشتند و شگفت زده شدند وقتی شنیدند شاید این نویز آخرین بقایای نوری از انفجار بزرگ باشد.

در سال 1610 (989)، «گالیله» گمان کرد حین رصد مشتری سه ستاره را روی یک خط در نزدیکی آن دیده است. این اتفاق موج هیجان اخترشناس ایتالیایی شد، اما تازه با رصدهای دقیق تر بود که او متوجه چیزی غیرعادی شد. او انتظار داشت وقتی مشتری در آسمان حرکت می کند، از کنار آن سه ستاره بگذرد؛ اما درعوض، ستاره ها به غرب مشتری جا به جا شده بودند، ستاره چهارمی به جمعشان پیوسته بود و همگی سیاره را در مسیرش همراهی می کردند.

 

 

در سال 1957 (1336)، اتحاد جماهیر شوروی سابق، ماهواره ای «اسپوتنیک 1» نخستین ماهواره ای که به مدار بیضوی نزدیک زمین می رفت- را پرتاب کرد و نه تنها جرقه مسابقه فضایی با ایالات متحده آمریکا را زد (ناسا یک سال بعد شکل گرفت)، بلکه ثابت کرده انسان برای ارسال فضاپیما به دور سیارات راهی یافته است.

شوروی شاهکارش را با ارسال فضاپیما به ماه ادامه داد و بالاخره در آوریل سال 1966 (1344) بود که فضاپیمای «لونا 10»شوروی در مداری دور قمر زمین قرار گرفت، چهار ماه پیش از ایالات متحده. هر چند، «مارینر 1» فضاپیمای متعلق به ناسا- نخستین فضاپیمایی شد که به گرد سیاره ای دیگر قرار گرفت؛ این فضاپیما در سال 1971 (1350) به مریخ رسید.

مدت ها امید داشته ایم روی مریخ حیات بیابیم، اما در حالی که همچنان منتظر این کشف خاص هستیم، جست و جو به دنبال آب جاری بر سطح سیاره سرخ به نتایج بسیار بهتری رسیده است. در ژوئن سال 2000 (1379)، دانشمندان ناسا با استفاده از فضاپیمای «کاوشگر سراسری مریخ» (MGC) عوارضی را رصد کردند که نشان از وجود منابع آب در سطح یا نزدیک سطح این سیاره داشتند. در تصاویر آب راه هایی دیده می شدند که ظاهرا آب جاری آن ها را ساخته بود، همچنین رسوبات خاک و سنگی که گویی همان جریان ها حملشان کرده بود.

 

زمانی بود که اخترشناسان فکر می کردند راه شیری کل عالم است. تازه در دهه 1920 (1300) بود که «ادوین هابل» ثابت کرد راه شیری فقط یکی از کهکشان های بسیار عالم است و به این ترتیب دیدگاه ها را به کل عوض کرد. اخترشناس همکار او، «هارلو شیپلی»، محاسبه کرده بود که قطر راه شیری 300 سال نوری است، اما نظریه هابل این بود که «سحابی»های مارپیچی قابل رصد بسیار دورتر از این هستند. گمان او درست بود و برای همیشه دیدگاه ما به عالم را تغییر داد.

هابل، چند ماه با استفاده از تلسکوپ «هوکر» در «رصدخانه مونت ویلسون» کالیفرنیا بر رصد «آندرومدا» (M31) تمرکز کرد. در آن زمان، آندروما مدار بزرگ ترین «سحابی» مارپیچی شناخته شده بود. او در جست و جوی ستاره های منفجرشونده بود، سه نمونه پیدا کرد و متوجه شد یکی از آن ها طی دوره ای 31.4 روزه به طور پیش بینی پذیری کم نور و پرنور می شود.

با کشف کهکشان هایی فراتر از راه شیری، درک علمی از عالم ناگهان از مرتبه هزار میلیون رشد کرد. البته هنوز کار ادوین هابل تمام نشده بود. او در سال 1929 (1308) مقاله مهمی منتشر کرد که شامل رصدی پیشگامانه با نتیجه ای خیره کننده بود، مبنی بر این که عالم درحال انبساط است. هابل با رصد نور کهکشان های دوردست نوشته بود: آن ها نه تنها در فضا حرکت می کنند و از ما دور می شوند، بلکه هر چه دورتر باشند با سرعت بیشتری هم دور می شوند.

 

هابل برای این نتیجه گیری از داده های رصدی خودش به همراه داده هایی استفاده کرد که «وستو اسلیفر»، اخترشناس آمریکایی، در سال 1912 (1291) گردآوری کرده بود. اما هیچ شکی نیست که آن مقاله نقطه عطفی در تاریخ اخترشناسی است. اصل پشت این کشف به نام «قانون هابل» معروف شد (که می گوید سرعت نسبیت کهکشان معادل است با فاصله ضرب در ثابت هابل).

اخترشناس، فیلسوف و راهب ایتالیایی قرن شانزدهم میلادی، «جیور دانو برونو» (در سال 1600 میلادی/ 979 شمسی کشته شد). آن زمان از عالمی بی کران حرف زده بود که ستاره هایش را سیاره هایی فرا گرفته اند؛ دنیاهایی دور از زمین که شاید میزبان حیات هم باشند. با این حال، نخستین شواهد از سیاره ای فراخورشیدی خارج از منظومه شمسی ما تازه 392 سال بعد از مرگ او پیدا شد. افتخار این کشف از آن «الکساندر ولشتان»، اخترشناس لهستانی و «دیل فریل»، اخترشناس کانادایی است که در سال 1992 (1371) منظومه ای سیاره ای را در اطراف تپ اختری (نوعی از ستاره های نوترونی) به نام «PSR B1257+12» کشف کردند. با این که این تپ اختر در فاصله هزار سال نوری از ما در صورت فلکی «سنبله» قرار دارد، آن ها توانستند با بهره گیری از روش زمان سنجی تپ های ستاره، دو سیاره را در مداری به دور آن بیابند. از آن جا که تپ اخترها به سرعت دور خودشان می چرخند و از خود پرتوهای بسیار منظم و پایداری از تابش شدید الکترومغناطیس گسیل می کنند. هرگونه آشکارسازی تغییری مختصر اما منظم، نشان از وجود سیاره ای در اطراف آن هاست.  

100 سال پیش، آلبرت انیشتین وجود امواج گرانشی را به مثابه نتیجه نظریه نسبیت عام خود پیش بینی کرد. این فیزیکدان نظری متولد آلمان گفته بود هر جرم شتابداری باید در تار و پود فضازمان امواجی ایجاد کند که با سرعت نور گسترش پیدا می کنند. این حرف در اصل یعنی تغییرات گرانشی به صورت موجی در سراسر فضا پخش می شوند. اما ده ها سال جست و جو نتیجه ای نداشت جز پوچی ناامیدکننده.

اما در 11 فوریه 2016 (22 بهمن 1394) اعلام شد که فیزیکدانان «رصدخانه تداخل سنج لیزری امواج گرانشی» (لایگو) برای نخستین بار موجی را حس کرده اند که حاصل تصادمی به مدت کسری از ثانیه بین دو سیاهچاله در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری از ما بوده است. نزدیک شدن این دو توده عظیم جرم- یکی 36 برابر و دیگری 29 برابر جرم خورشید- به یکدیگر اثباتی بر نسبیت عام بود و فرصتی را برای اخترشناسان ایجاد کرد که از این پس عالم را به روشی کاملا جدید نظاره کنند. همچنین نخستین بار بود که یک جفت سیاهچاله در حال برخورد رصد شدند.

امواج گرانشی- که اتفاقا هر چیزی که قادر به تاثیرگذاری بر محیط اطرافش باشد، مثل انفجار یک سیاره، ممکن است آن ها را تولید کند- درواقع نخستین بار در 14 سپتامبر سال 2015 (23 شهریور 1394) توجه دانشمندانی را به خود جلب کردند که از آشکارسازهای لایگو در لیوینگستون لوییزیانا و هنفورد واشنگتن استفاده می کردند.

به گفته دانشمندان، جرمی سه برابر جرم خورشید به امواج گرانشی تبدیل شده بود و اوج بیرون ده انرژی این رویداد حدود 50 برابر کل انرژی تابشی در عالم مرئی در آن بازه زمانی بود. با وجود این حقیقت، اثرات رصد شده بسیار ضعیف بود و به همین علت هم آشکارسازی امواج گرانشی این قدر دشوار است. این گونه است که تداخل سنج های لایگو قادرند تغییراند معادل کسری از قطر یک پروتون را آشکار کنند.

حالا این امیدواری وجود دارد که این کشف به دانشمندان امکان رصد نواحی پنهان فضا را بدهد و پنجره های تازه ای رو به عالم باز کند. با فراهم شدن امکان رصد بخش های تیره کیهان، حالا دیگر باید بتوانیم تا آغاز زمان، حدود 13.82 میلیارد سال پیش، عقب برویم و باید اطلاعات بیشتری درباره سیاهچاله ها به دست آوریم. درواقع این تازه آغاز ماجراست. حالا که زمینه جدید نجوم امواج گرانشی گشوده شده است، اخترشناسان منتظر ساخته شدن رصدخانه های جدیدند که قادر به گوش سپردن به امواج گرانشی باشند. در سال های آینده می توانیم منتظر سونامی عظیمی از یافته های تازه باشیم.