مقالاتمواضيع العدد ٣

الانزياح نحو الأحمر Redshift

الانزياح نحو الأحمر Redshift

يحدث الانزياح نحو الاحمر عندما يكون الضوء المرئي القادم من الأشياء متجها الى نهاية الطيف الضوئي والذي يمثل اللون الاحمر.

يعرف الانزياح نحو الاحمر بانه الزيادة في الطول الموجي للأشعة الكهرومغناطيسية المستقبلة عن طريق الكاشف مقارنة بالطول الموجي المنبعث من المصدر.

اعلانات جوجل

هذه الزيادة في الطول الموجي يقابلها انخفاض في التردد اي أن العلاقة بين الطول الموجي والتردد علاقة عكسية يسمى الانخفاض في التردد بالانزياح نحو الأزرق blueshift.

أن اي زيادة في الطول الموجي يطلق عليها انزياح نحو الاحمر حتى لو حدثت على الاطوال الموجية الغير مرئية مثل أشعة جاما واشعة اكس والموجات الفوق بنفسجية.

لكن هذه التسميه حيرت العلماء عندما يكون الطول الموجي اكبر من الطول الموجي للون الاحمر مثل الاشعة تحت الحمراء وموجات الميكرويف وموجات الراديو.

يستفاد من النزياح نحو الاحمر في معرفة تباعد المجرات عن بعضها وفي اثبات ان الكون في حالة توسع دائم.

شرح الانزياح نحو الاحمر

انك تعرف من صوت الطائرة مثلا ما اذا كانت مقتربة منك أو مبتعدة عنك، لانه في حالة اقترابها منك يزيد صوتها و اذا اصبحت محاذية لك يكون صوتها اكبر مايمكن ثم يبدأ صوتها في الانخفاض كلما ابتعدت عنك.

والسبب في ذلك ان الصوت مكون من موجات فاذا سار مصدره نحوك تتالت موجاته الواصلة الى اذنك واذا ما ابتعد المصدر عنك ابتعدت الموجات (ظاهرة تأثير دوبلر).

وكذلك الحال بالنسبة للضوء فالضوء مكون من موجات فالضوء الابيض الذي نراه مكون من موجات لها اطوال مختلفة .فاذا مر هذا الضوء من خلال السحاب تفرقت موجاته ورايتها بصورة قوس قزح ،ويمكنك ايضا ان تقوم بالشيء نفسه اذا جعلت الضوء الضوء يمر من خلال منشور ثلاثي حيث ستلاحظ تكون طيف يكون في أحد طرفيه اللون الاحمر وفي طرفه الاخر اللون الازرق.

يعتبر اللون الاحمر هو الاكبر في الطول الموجي بينما يعتبر اللون الازرق هو الاقل في الطول الموجي.

اعلانات جوجل

يمكن أن تفسر لنا هذه الحقائق شيئا مهما وهي انه اذا كان الضوء يميل الى الزرقة فمعنى ذلك أن مصدره يتحرك في اتجاهنا، واذا كان الضوء يميل الى الاحمر فمعنى ذلك ان مصدره يبتعد عنا. (و هذا أهم مافي الموضوع).

اذا من خلال المطياف يمكن معرفة خطوط الطيف وهي اما ان تكون خطوط طيف مستمره كما في حالة قوس قوزح والمنشور، أو خطوط طيف منفصلة كما في حالة بعض العناصر الطبيعية كالهيدروجين واما خطوط طيف الامتصاص عندما تمر خطوط الطيف المستمره في غاز منخفض الكثافة.

خلال تطور المطياف وإضافة بعض التعديلات عليه، استمر العلماء في بحثهم المتواصل في تلك الخطوط الطيفية للشمس ووجدوا علاقة تربط طيف الشمس وطيف العناصر في المختبرات الأرضية وهي أن لكل عنصر طيفه الخاص به وعند مقارنة أطياف تلك العناصر مع طيف الشمس وجد أن طيف الشمس هو خليط من أطياف عدد من العناصر السابقة وخلال الأبحاث اكتشفوا أكثر من 70 عنصرا في الشمس.

وبعد تحليل بالمر لطيف الهيدروجين عام 1885م وجد انه يتكون من متسلسلات طيفيه سميت احداها باسمه متسلسلة بالمر ( وهي تتكون من خطوط طيفية منفصلة طول موجتها بين 6563 آنجستروم و 3646 انجستروم والخط الأخير هو نهاية المتسلسلة.

ثم واصل العلماء نهج بالمر في ذرة الهيدروجين فوجدوا عددا من المتسلسلات التي لم تكن في الأشعة المرئية مثل متسلسلات ليمان ( فوق البنفسجية ) وباشن وبراكت وفوند( تحت الحمراء).

ورغم ان نتائج بالمر كانت نتائج دقيقه الا انها نتائج تجريبيه لم تعطي التفسير الفيزيائي لهذه الخطوط.

طال الانتظار حتى عام 1913 عندما فسرت ميكانيكا الكم عن طريق الدنماركي نيلز بور تلك المعضلة بافتراض مدارات محددة تسير فيها الالكترونات ولكل مدار طاقه معينة وعندما نعطي للالكترون طاقة فانه ينتقل من المدار الادنى الى المدار الاعلى فتصبح النواة في مثارة وغير مستقرة ثم مايلبث أن يعود الى مداره الاصلي باعثا اشعاعا كهرومغناطيسا.

اعلانات جوجل

وذلك حسب المعادة التالية:

Ei-Ef=hv

ثم جاء رايدبيرج ووضع قانونا يحسب الطول الموجي لذرة الهيدروجين في كل مستوى

لماذا الانزياح نحو الأحمر؟

اعلانات جوجل

كانت الخطوط الطيفية هي الخيط الأهم والذي نمسك به لمعرفة العناصر الكيميائية المكونة للشمس والنجوم الأخرى التي تبعد عنا مئات السنين الضوئية ويمكننا أيضا التعرف على كثافة غازها من خلال ما يسمى باتساع الخطوط التصادمي (بحيث تتولد خطوط طيفيه عريضة عندما يزداد معدل تصادم الذرات في النجوم ذات الكثافة العالية) وهنالك بعض الصفات الأخرى مثل دوران نجم حول محوره وإمكانية وجود حقول مغناطيسية قوية فيه.

أنواع الانزياحات الحمراء 

اعلانات جوجل

ويمكن ان نقسم الانزياحات الحمراء إلى ثلاثة أقسام هي:

1- الانزياح الاحمر الدوبلري

2- الانزياح الاحمر الجذبي

3- الانزياح الاحمر الكوني

علاقة تأثير دوبلر بالانزياحات الحمراء

ورغم صحة قانون دوبلر إلا أن دوبلر نفسه اخطأ حينما اعتقد أن النجوم الأكثر احمرارا في السماء هي الأبعد بينما النجوم الأكثر زرقة هي الأقرب ولكن كلا من بايز –بالو (1845م) بينوا فيما بعد أن تأثير دوبلر ليس له أي اثر يذكر على لون النجوم ولكن عند تحليل طيفه نجد الانزياح سواءا للأحمر ابتعادا وللأزرق اقترابا.

وبالنسبة لتأثير دوبلر فان أمثلته الكونية عديدة ابتدءا من الكواكب القريبة لنا ومرورا بالنجوم الوحيدة والثنائية ووصولا إلى المجرات والكوازارات . في السماء العديد من الأنظمة الشمسية المشابهة لنظامنا فعندما تدور الكواكب حول النجم في مدارات فهي تقترب من الراصد على الأرض وتبتعد ، وعند رصد بعض هذه الأنظمة في السماء تشاهد كنجوم ساطعة الضوء يمكن تحليلها طيفيا فنجد انزياحا للأحمر عندما يكون الكوكب في أقصى بعد عن الأرض وانزياحا للأزرق عندما يكون في اقرب نقطة من الأرض وذلك حسب انزياح دوبلر.

الانزياح الأحمر الجذبي

ثاني أنواع الانزياحات الحمراء ولكن قبل البداية لابد من معرفة أن الطول الموجي للضوء ليس كله ممتدا بللون الأحمر متصلا ولكنه يتدرج حسب طاقة الفوتونات فعندما تؤثر جاذبية قوية لجرم معين فان الضوء الصادر منه يكون مختلفا في الأطوال الموجية فيبتدئ من اللون البنفسجي وهو اقصر الأطوال الموجية ويصل إلى اللون الأحمر وهو أطولها.

ومن الأمثلة على الانزياح الأحمر الجذبي النجوم النيترونية ، فالكتلة الشمسية لنجم نيتروني نصف قطرها 12 كلم تكون له جاذبية سطحية اكبر من جاذبية الأرض بعشرة بلايين مرة ، هذا الحقل الجذبي الحاد نتيجة سرعة هروبه الضخمة والتي تقارب 0.8 من سرعة الضوء ، والأجسام الساقطة إلى النجم النيتروني من مسافات بعيده تملك في النهاية سرعة هروب عندما تضربه . وهذا يعني أن حتى الكتل الصغيرة تحمل كمية ضخمة من الطاقة الحركية.

والانزياح الأحمر الجذبي الصادر من نجم نيتروني يعد كبيرا نسبيا (كلما زادت الجاذبية زاد الانزياح الأحمر).

اكبر الانزياحات الحمراء

وجدنا مما سبق أن الانزياحات الحمراء ما هي إلا تمدد في الطول الموجي من القصير إلى الطويل ، وقد كشف الفلكيين من خلال مراقبتهم لما يسمى بالكوازارات (وهي أجرام سماوية نصف قطرها يوم ضوئي واحد ولكن سطوعها اكبر من سطوح ألف مجرة مجتمعة) كشفوا بأنها تستأثر بأعلى أطوال موجية رصدت حتى الآن بمعنى أنها أعلى انزياحات حمراء. ويعتقد اغلب الفلكيين أن هذه الانزياحات الحمراء هي نتيجة لتأثير دوبلر السابق واستنتجوا أنها تنطلق مبتعدة عنا بسرعة تقارب 90% من سرعة الضوء ، مما يدل أنها ابعد ما تم اكتشافه من أجرام سماوية حتى الآن بل وأعلاها ضيائية. كما أن الضوء فوق البنفسجي الذي يصدره كوازار له أعلى انزياح احمر، فإذا صح هذا التعبير فان هذه الكوازارات تمثل حافة الكون التي تنطلق بسرعة تتجاوز مليار كيلومتر في الساعة .

الانزياح الأحمر الكوني وتوسع الكون

ابتدأت انطلاقة علم الفلك الحديث (العلم المبني على الملاحظة) باكتشاف أدوين هابل الذي أعلن عام 1929م في بحث له بعنوان (علاقة بين المسافة والسرعة الشعاعية بين السدم خارج المجرات) ولقد كان هذا الاكتشاف ثمرة أعوام عديدة من البحوث على أطياف المجرات والتي ابتدأت عام 1914م.

وللنجوم سرعات فضائية بالنسبة للشمس تقاس بالكيلومترات في الثانية وهي تنقسم لمركبتين ، السرعة الحقيقية (وهي مقدار التغير الزاوي لموقع النجم كل سنة ) و السرعة الشعاعية (وهي سرعة الحركة على طول خط النظر)، ولكن كيف استنتج هابل السرعة الشعاعية للمجرات وما علاقة الانزياح الأحمر بها؟ من خلال استخدامه للتلسكوب وتحليله لطيف بعض المجرات والسدم حصل هابل على الانزياحات الحمراء لها والتي فسرت على أنها مرتبطة بتأثير دوبلر، فابتعاد المجرات عنا يعني أن لها انزياح للأحمر.

وكان لاستنتاج هابل بعدا آخر أكثر أهمية من الأبعاد والسرعات وهو انه يتفق مع ابسط صورة يمكن تخيلها عن حركة المادة في الكون وهي التوسع. فبما أن المجرات تتباعد من بعضها البعض في الوقت الراهن من خلال الانزياح الأحمر الكوني فهذا يدل على أنها كانت متقاربة في الأزمان السحيقة مما يشير إلى أن هذا التوسع ناتج عن ما يسمى بالانفجار العظيم، كان استنتاج هابل مميزا إذ بين أن الكون ليس مستقرا ولكن يتحرك وبنمط محددا.

بعد الحصول على ثابت هابل يمكن استنتاج ما يسمى بعمر الكون وهو عبارة عن مقلوب ثابت هابل ويساوي اقل 20 مليار سنة.

ورياضيا تم التوصل إلى أن هنالك ثلاثة نماذج محتملة لتوسع الكون تعتمد على ما يسمى بالكثافة الحرجة وهي اقل كثافة تمكن قوة الجاذبية من إيقاف تمدد الكون دون أن تعكسه وتعتمد اعتمادا كليا على ثابت هابل.

من اكتشافات الانزياح الأحمر

قام علماء فلكيون مؤخرا بمسح السماء بواسطة مرصد (SDSS) وأعلنوا بأنّهم اكتشفوا الجسم الأكثر بعدا من الأرض من خلال ملاحظته، الكوازار البعيد مضيء في مكان ما على بعد 10 بليون سنة ضوئية.

الجسم اكتشف أثناء مراقبة السماء وقد لاحظ الفلكيين أن الجسم ينزاح لنهاية اللون الأحمر من الطيف، كما أن التغيير في طول الموجة الضوئية دلهم على ابتعاد هذا الكوازار وبسرعة عالية جدا.

وقد اكتشف علماء الفضاء مؤخرا نظام شمسي يشبه مجموعتنا الشمسية مستدلين بتغير الطول الموجي المرصود (تأثير دوبلر) حيث يوجد كوكب يشبه المشترى ويدور حول نجم يشبه الشمس في مدار يماثل المسار الذي يدور فيه المشترى حول الشمس. ويعد هذا النظام الشمسي الأقرب في الشبه إلى مجموعتنا من بين 100 نظام شمسي أو أكثر معروف لدى العلماء . ويقف الكوكب الغازي العملاق الذي يشبه كوكب المشترى على أعتاب مجرتنا سابحا في حول نجم أصفر على بعد 95 سنة ضوئية فقط.

لمزيد من المعلومات بالصور والمعادلات زورا الرابط التالي:

http://en.wikipedia.org/wiki/Redshift

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى