فيزياء الفضاء
الجاذبية تجمع الغبار لتكوين النجوم، وتقوم النجوم بدمج العناصر، ويخبرنا الانزياح الأحمر للمجالات البعيدة بأن الكون كله يتمدد منذ بداية 14 مليار سنة. يُلخص الموضوع الأخير من أكسفورد آي كيو أسيس المسار مع دورات حياة النجوم والمدارات وأدلة الانفجار العظيم.
فيزياء أكسفورد آي كيو أسيس الدولية 9203، موضوع 3.8 (الإصدار 5.1). العبارات التي يحملها رمز (P) خاصة بالورقة 2 فقط.
دورة حياة النجم
تتكون النجوم عندما تسحب الجاذبية الغبار والغاز (معظمه هيدروجين وهيليوم) معاً — تتحول الكتل الصغيرة إلى كواكب. خلال الترتيب الرئيسي الطويل، يندمج الهيدروجين إلى هيليوم في النواة وتتوازن الجاذبية مع القوى الدافعة للداخل. كلما كانت النجمة أكثر كتلة، كان نواتها أكثر سخونة وأثقل النوى التي يمكن بناءها عن طريق الاندماج.
عند نفاد الهيدروجين، تحدد الكتلة النهاية. النجم الشبيه بالشمس ينتفخ ليصبح عملاقاً أحمر، يفقد طبقاته، وتبرد النواة المكشوفة من القزم الأبيض إلى القزم الأسود. النجم الضخم ينتفخ ليصبح عملاقاً أحمر ضخم، يندمج عناصر increasingly أثقل (كربون، نيتروجين، أكسجين)، ثم ينفجر كمستعر عظيم — مبعثرةً العناصر (تُصنع تلك الأثقل من الحديد في الانفجار نفسه) — تاركاً نجم نيترون أو ثقب أسود. صُنع كل عنصر طبيعي في النجوم والمستعرات العظيمة: كان الكون المبكر يحتوي على الهيدروجين فقط.
النظام الشمسي والحركة المدارية
النظام الشمسي: ثمانية كواكب تدور حول الشمس، بالإضافة إلى الأقمار والكويكبات والكواكب القزمة والمذنبات. درب التبانة هي واحدة من ملايين المجالات، كل منها يحتوي على ملايين النجوم. مدار أقمار اصطناعية حول الأرض في مدارات متساوية الدوران أو مدارات قطرية منخفضة.
تزود الجاذبية القوة المركزية: فهي تعمل نحو المركز، مما يغير اتجاه الحركة (السرعة المتجهة) دون تغيير السرعة. كلما زاد التباعد، ضعفت الجاذبية، مما يعني سرعة مدارية أقل: للبقاء عند نصف قطر معين، يجب أن يتحرك القمر الاصطناعي بسرعة مطابقة — تغيير السرعة يغير نصف قطر المدار.
الانزياح الأحمر والكون المتمدد (P)
المصدر المتحرك للموجة يغير الطول الموجي المرصود (تأثير دوبلر): المصادر المتباعدة تمتد الأمواج — طول موجي أطول، وتردد أقل. كلما ابتعدت مجلة، زادت سرعة تباعدها وكبير الانزياح الأحمر — الفضاء نفسه يتمدد، مما يشير إلى بداية صغيرة جداً: الانفجار العظيم. الخلفية الكونية الميكروية — الإشعاع الذي يملأ الكون من shortly بعد تلك البداية — هو الركن الثاني؛ نظرية الانفجار العظيم حالياً هي النظرية الوحيدة التي تفسرها.
تحقق من نفسك
- ما الذي يسحب الغبار والغاز لتكوين النجوم؟
- ماذا يحدث في نواة نجم في الترتيب الرئيسي؟
- اذكر المراحل الثلاث التي تمر بها نجمة شبيهة بالشمس بعد المرحلة الرئيسية.
- أي النجوم تصبح مستعرات عظمى؟
- أين تُصنع العناصر أثقل من الحديد؟
- سمِّ نوعي مدارات الأقمار الصناعية الاصطناعية.
- لماذا تتحرك قمر صناعي في مدار أعلى بسرعة أقل؟
- (P) ماذا يحدث لطول موجة عندما يبتعد مصدرها؟
- (P) اذكر الدليلين على الانفجار العظيم.
- (P) ما هو إشعاع الخلفية الكونية الميكروي؟
الإجابات: 1 الجاذبية؛ 2 نوى الهيدروجين تندمج لتكوين الهيليوم، مع إطلاق الطاقة، وتوازن الجاذبية؛ 3 عملاق أحمر، قزم أبيض، قزم أسود (ثلاث مراحل بعد المرحلة الرئيسية)؛ 4 نجوم أكبر كتلة بكثير من الشمس؛ 5 في انفجارات المستعرات العظمى؛ 6 جغرمستقري ومقطبي منخفض؛ 7 تضعف الجاذبية مع المسافة، لذا تكون قوة الجذب المركزي — والسرعة المطلوبة منها — أصغر؛ 8 (P) تزداد (انزياح نحو الأحمر)، وينخفض التردد المرصد؛ 9 (P) ازدياد الانزياح نحو الأحمر للمجالات مع المسافة، وإشعاع الخلفية الكونية الميكروي؛ 10 (P) إشعاع كهرومغناطيسي يملأ الكون، متبقي من shortly after الانفجار العظيم.