04:04 م


الثلاثاء 03 سبتمبر 2024

نشرت مجلة ساينس ألرت، مقالا مطولا يبسط فيه أستاذ الفيزياء في جامعة تكساس أرلينجتون، نيلاكشي فيراباثينا، مكونات طبقات الفضاء.

من أين يبدأ الفضاء؟

الأرض محاطة بطبقات مختلفة من الغازات المختلفة. عند مستوى سطح البحر، يحتوي الغلاف الجوي للأرض على حوالي 100 مليار جزيء لكل سنتيمتر مكعب. مع صعودنا، يصبح الغلاف الجوي أرق وأرق.

على ارتفاع يتراوح بين (80 و 100 كيلومتر)، لا يوجد هواء كافٍ لحركة للطائرات. يُطلق على هذا الحد، الذي يفصل الغلاف الجوي للأرض عن الفضاء الخارجي، خط كارمان، نسبة إلى المهندس والفيزيائي المجري الأمريكي ثيودور فون كارمان. كل شيء فوق خط كارمان يسمى الفضاء.

يمكن أن تختلف كثافة الفضاء، ولكن في المتوسط، تكون حوالي ذرة واحدة فقط لكل سنتيمتر مكعب. تخيل فقط – يحتوي مكعب بحجم النرد من الغلاف الجوي للأرض على مليارات من جزيئات الهواء. ولكن في الفضاء، يحتوي المكعب بنفس الحجم على جسيم واحد أو اثنين فقط.

الوسط بين النجوم والإشعاع

الفضاء، أو الفضاء الخارجي، هو فراغ شاسع شبه مثالي خالٍ إلى حد كبير من المادة. يحتوي هذا الفراغ على عدد قليل جدًا من الجسيمات مقارنة بغلاف الأرض الجوي. ومع ذلك، فهو ليس فارغًا تمامًا.

الفضاء مرصع بمادة متناثرة تسمى الوسط بين النجوم، تشمل ذرات الهيدروجين والهيليوم. هذه هي العناصر الأكثر شيوعًا في الفضاء، وتوجد في كل من الأشكال المشحونة والمحايدة. يحتوي الوسط بين النجوم أيضًا على غبار كوني – جزيئات صغيرة من عناصر مختلفة، بما في ذلك الكربون والسيليكون، متناثرة في جميع أنحاء الفضاء.

تنتقل الجسيمات عالية الطاقة التي تسمى الأشعة الكونية – والتي تتكون في المقام الأول من البروتونات ونوى الذرات – عبر الفضاء بسرعة الضوء تقريبًا. تأتي الأشعة الكونية من نجوم مختلفة بما في ذلك شمسنا، وكذلك من المستعرات العظمى، والمواد التي تسقط في الثقوب السوداء، والمجرات المتصادمة والمزيد.

الفضاء مليء بأشكال مختلفة من الإشعاع، بما في ذلك إشعاع الخلفية الكونية للميكروويف. هذه هي الحرارة المتبقية من أصل الكون. الأحداث الكونية عالية الطاقة مثل المستعرات الأعظمية والثقوب السوداء تصدر أيضًا الأشعة السينية وأشعة جاما.

المجالات المغناطيسية التي تولدها النجوم والكواكب والعديد من الأجرام السماوية الأخرى تتخلل الفضاء أيضًا. تؤثر هذه المجالات على حركة الجسيمات المشحونة عن طريق جذبها أو صدها مثل المغناطيس.

المادة المظلمة والطاقة المظلمة

يتوقع العلماء أن شكلًا غير مرئي حتى الآن من المادة لا ينبعث منه ضوء أو طاقة، يسمى المادة المظلمة، يشكل جزءًا كبيرًا من كتلة الكون. يخمن الباحثون وجودها لأنهم يستطيعون رؤية جاذبيتها على مادة مرئية أخرى.

وبالمثل، يتوقع العلماء أن شكلًا غامضًا من الطاقة يسمى الطاقة المظلمة يقود التوسع المتسارع للكون. على عكس المادة المظلمة، لا ترتبط الطاقة المظلمة بالمادة أو قوى الجاذبية، لكنها خاصية من خصائص الفضاء نفسه.

تخيل الكون على أنه بالون. المادة المظلمة تشبه مادة البالون، وتؤثر على شكله، في حين أن الطاقة المظلمة تشبه الهواء الذي يتم ضخه فيه. فهي لا تغير مادة البالون، لكنها تؤثر على سرعة تمدد البالون.

هل ينحني الفضاء؟ هل يمكن للجاذبية أن تثني الفضاء؟

يمكن للفضاء أيضًا أن ينحني. تخيل أن الفضاء يشبه الترامبولين الكبير المرن. إذا وضعت كرة ثقيلة، مثل كرة البولينج، في منتصف الترامبولين، فإنها تنحدر إلى أسفل بشكل كبير. هذا الانحدار مشابه لكيفية انحناء الفضاء حول شيء كبير، مثل كوكب أو نجم. كلما كانت الكرة أكبر، زادت قوة الجاذبية وزاد عمق الانحدار.

يمكنك تصور كيفية انحناء الفضاء حول الأشياء باستخدام الترامبولين والكرات.

إذا دحرجت كرة رخام أصغر عبر الترامبولين مع كرة البولينج في وسطها، فقد تبدأ الكرات الرخامية في الدوران حول الانحدار الذي أحدثته جاذبية كرة البولينج. تتبع الكرة الرخامية منحنى الانحدار، تمامًا مثل الطريقة التي تتبع بها الكواكب منحنى الفضاء حول الشمس.

تخيل أنك تسلط ضوء مصباح يدوي على الترامبولين. إذا اقترب الضوء من الانخفاض الذي أحدثته كرة البولينج، فقد ينحني قليلاً أثناء انتقاله. هذا يشبه كيف ينحني الضوء عندما يمر بالقرب من جسم كبير جدًا في الفضاء، مثل المجرة.

فكر في الثقب الأسود، الذي يتمتع بجاذبية هائلة، باعتباره انخفاضًا أكبر وأعمق في الترامبولين. إذا دحرجت كرة رخام بالقرب من هذا الانخفاض العميق للغاية، فسوف تسقط وتختفي، تمامًا مثل كيفية سحب الأشياء إلى ثقب أسود في الفضاء وعدم قدرتها على الهروب.

لذا، يمكن للفضاء أن ينحني أو ينحني حول الأشياء الكبيرة التي تتمتع بقدر كبير من الجاذبية، تمامًا كما ينحني الترامبولين عندما تضع كرة ثقيلة عليه.

الفضاء أكثر من مجرد فراغ. إنه يحتوي على مزيج من الجسيمات والإشعاع والحقول المغناطيسية وأشكال غامضة من المادة والطاقة. تخيل الفضاء كساحة لعب ثلاثية الأبعاد، حيث توجد بداخلها أشياء مثل النجوم والكواكب والسدم والمجرات، وتشكل معًا كوننا الرائع والمعقد.