Space physics — physics only (4.8)

تنشأ النجوم وتشتعل وتموت؛ تتباعد المجرات عن بعضها البعض؛ ويحمل ضؤؤها الذي ترسله إلينا الأخبار. يغطي هذا المرجع فيزياء AQA GCSE 8463، موضوع 4.8 فيزياء الفضاء.

كيف يعالج الامتحان هذا الموضوع:

• الموضوع بأكمله مخصص للفيزياء فقط، يقع في ورقة 2.
• العبارات الثلاث المتعلقة بالحركة المدارية للطلاب المتقدمين فقط (مدارات دائرية، تغير السرعة عند ثبات المقدار، تغير نصف قطر المدار المستقر).
• يجب أن تكون الحقائق دقيقة: تسلسل دورة الحياة، قصة اندماج العناصر، وسلسلة الانزياح الأحمر.

المجموعة الشمسية: نجم واحد (الشمس)، ثمانية كواكب، الكواكب القزمة التي تدور حول الشمس، والأقمار الطبيعية التي تدور حول الكواكب. مجموعتنا الشمسية جزء صغير من مجرة درب التبانة.

تكوين الشمس: سحابة من الغبار والغاز (سديم) انجذبت نحو بعضها بفعل الجاذبية. أثناء انكماشها:

1. المركز الكثيف الذي تسخّن حتى بدأت الاندماج النووي — فاشتعلت النجمة;
2. ضغط الاندماج往外 يوازن جاذبية inward pull — توازن يستمر طوال الحياة الرئيسية للنجم.

يُحدّد دورة الحياة بحجم النجم.

نجمة بحجم الشمس: سديم ← نجم أولي ← الترتيب الرئيسي (اندماج الهيدروجين؛ توازن) ← عملاق أحمر (نفاد الهيدروجين؛ اندماج الهيليوم والعناصر الأثقل؛ انتفاخ النجم) ← قزم أبيض (توقف الاندماج؛ انكماش النواة وتبريدها) ← أخيراً قزم أسود.

نجمة ضخمة (أكثف كتلة من الشمس بكثير): سديم ← نجم أولي ← الترتيب الرئيسي ← عملاق أحمر عملاق ← مستعر أعظم (انفجار) ← نجم نيوتروني، أو — لأكثرها ضخامة — ثقب أسود.

من أين تأتي العناصر (مسار مفضل):

• ينتج الاندماج في النجوم عناصر تصل إلى الحديد.
• تتشكل العناصر الأثقل من الحديد في المستعر الأعظم.
• يُوزع المستعر الأعظم العناصر في أنحاء الكون — وهو المادة المكوّنة للكواكب والبشر.

توفر الجاذبية قوة الجذب المركزي التي تبقي الكواكب والأقمار في مدارات دائرية.

• الكواكب: تدور حول الشمس. الأقمار: أقمار طبيعية تدور حول الكواكب. الأقمار الصناعية: من صنعنا، تدور حول الأرض. جميعها تمسك بها الجاذبية، ولا تُفرّق بينها إلا ما تدوره ومن صانعه.
• (HT) المدار الدائري له سرعة متغيرة لكن ثابتة المقدار — فالسرعة كمية متجهة، وتتغير الاتجاه باستمرار؛ وتعمل قوة الجاذبية بزاوية قائمة على الحركة، فتغيّر الاتجاه دون تغيير السرعة.
• (HT) بالنسبة لـ مدار مستقر عند سرعة مختلفة، يجب أن يتغير نصف القطر: إذا زادت السرعة يجب أن يكون المدار أصغر (وإلا تسحبك النجمة خارج مساره)؛ وإذاقلت السرعة يجب أن يكون أكبر.

ضوء أبعد المجرات يظهر زيادة في الطول الموجي — أي إزاحة نحو الطرف الأحمر: الازاحة الحمراء.

• كلما كانت المجرة أبعد، كانت أسرع في الابتعاد وأكبر الانزياح الأحمر.
• الانزياح الأحمر يعني أن الكون يتوسع. لو عكسنا الزمن، كان كل شيء يوماً ما في منطقة صغيرة جداً وكثيفة جداً وحارة للغاية — وهي الانفجار العظيم.

السلسلة المؤكدة: الانزياح الأحمر المُلاحظ → مجرات تبتعد → كلما ابتعدت = زادت السرعة → توسع الفضاء نفسه → الانفجار العظيم. والنقطة المتعلقة بالمنهجية العلمية: الملاحظات (مسوحات الانزياح الأحمر، ومنذ 1998 المستعرات العظمى التي أظهرت أن المجرات تبتعد بسرعة متزايدة) هي الأدلة التي تُبنى عليها النظرية؛ ولا يزال الكثير مجهولاً، مثل المادة المظلمة والطاقة المظلمة.

• اذكر محتويات النظام الشمسي وتكوين الشمس من سديم بفعل الجاذبية.
• ارسم أو رتب دورتي حياة النجمين؛ وحدد أين يتشكل كل عنصر.
• اشرح المدارات بالجاذبية؛ (HT) اشرح تغير السرعة عند ثبات المقطع التناضحي وتغير نصف القطر للمدارات المستقرة.
• اذكر سلسلة الانزياح الأحمر واستنتاج الانفجار العظيم، وملاحظة 1998 المستعر الأعظم، وغير معروف واحد مفتوح.