الفلك

ما هي كتلة الجوار النجمي للشمس؟

ما هي كتلة الجوار النجمي للشمس؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هي كتلة الجوار النجمي للشمس بشكل تقريبي؟
(على سبيل المثال الجوار نصف قطرها 50 سنة ضوئية).

ملاحظة: يجب أن تكتمل كتلة المادة المرصودة بكتلة "المادة المظلمة".


ليس عليك التخمين للتوصل إلى الإجابة.

ما تفعله هو إلقاء نظرة على ديناميكيات النجوم فيما يتعلق بمستوى المجرة - على وجه الخصوص ، سرعة تشتت النجوم مع مسافات معروفة من المستوى ، جنبًا إلى جنب مع تقييم معقول لمكان الشمس بالنسبة للمستوى (قريب) ، ينتج عنه تقييم شبه مستقل عن النموذج لكثافة الكتلة في قرص مجرتنا بالقرب من الشمس.

تم تنفيذ هذا العمل باستخدام كتالوج Hipparcos بواسطة Creze et al. (1998). وجدوا أن كثافة الكتلة المحلية (جميع أشكال المادة) في قرص المجرة كانت 0.076 دولارًا / مساءً 0.015 مليونًا _ { odot} / pc ^ 3 $.

وبالتالي ، في غضون 50 سنة ضوئية (15.3 قطعة) ، نظرًا لأن قرص المجرة له ارتفاع مقياس أسي أكبر بكثير من هذا (حوالي 100-200 قطعة) ، يمكننا افتراض كثافة ثابتة واشتقاق كتلة كلية في الجوار الشمسي تبلغ 1100 دولار / مساءً 200 M _ { odot} دولار.

هذه الكتلة متوافقة تقريبًا مع الكتلة الكلية المقدرة في النجوم والأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية والأقزام البنية والغاز المتوسط ​​بين النجوم. على سبيل المثال ، وفقًا لـ Chabrier (2001) ، يتم حساب كثافة الكتلة الإجمالية تقريبًا في شكل 60 ٪ من النجوم المتسلسلة الرئيسية بالإضافة إلى الأقزام البيضاء ونجوم النيوترونات ، وحوالي 5 ٪ من الأقزام البنية و 30 ٪ من الغاز ، وهكذا من المحتمل أن تكون مساهمة المادة المظلمة في كثافة القرص المحلي صغيرة جدًا. لا يتم توزيع المادة المظلمة بنفس طريقة توزيع المادة العادية ؛ لم ينهار إلى قرص ، لأنه لا يتبدد وربما يوجد في هالة كروية. لذا فإن هذا الاتساق بين كثافة المادة الباريونية المحلية والكثافة الكلية للكتلة ليس حجة ضد فرضية المادة المظلمة.

تحرير: لقد وجدت بعض التقديرات لكثافة المادة المظلمة المحلية التي تستخدم حركيات النجوم المحلية كقيد. يتراوح نطاق الكثافات المقتبسة من 0.008 إلى 0.02 دولار M _ { odot} $ / pc $ ^ 3 $ (Bovey & Tremaine 2012؛ Garbari et al. 2012) أي صغيرة مقارنة بمساهمة النجوم والغاز.


تقريبًا جدًا: 3.5 دولار مرة 10 ^ {33} كيلو جرام ، أو 1800 كتلة شمسية.

إليك كيف أتيت بهذا الرقم ، إنه أ جدا تقريب تقريبي.

مكونات الكتلة الرئيسية للمجرة هي النجوم والوسط النجمي والمادة المظلمة.

وفقًا لقاعدة بيانات HYG ، يوجد ما يقرب من 1000 نجم في غضون 50 سنة ضوئية من الأرض. متوسط ​​كتلة النجم هو 0.2 كتلة شمسية (بفضل روب جيفريز في التعليقات) ، حيث تبلغ الكتلة الشمسية حوالي $ M_ odot حوالي 2 مرات 10 ^ {30} كجم $. يعطينا هذا 4 دولارات مرة 10 ^ {32} كجم $ من النجوم القريبة.

الوسط النجمي (ISM) هو في الأساس هيدروجين ذري ، وله متوسط ​​كثافة 1 بروتون لكل سنتيمتر مكعب ، على الرغم من أنه يمكن أن يختلف على نطاق واسع في أجزاء مختلفة من المجرة. يزن البروتون 1.6 دولارًا مرة 10 ^ {- 27} كجم دولار ، لذا فإن كرة 50 سنة ضوئية من ISM "المتوسط" تزن حوالي 7 دولارات × 10 ^ {32} كجم دولار. يمكننا أن نفعل ما هو أفضل قليلاً من ذلك بالرغم من ذلك. يعيش نظامنا الشمسي في زغب محلي وهي سحابة في فقاعة محلية. يبلغ نصف قطر الزغب المحلي حوالي 15 لييًا ، وكثافة 0.3 ذرة لكل سنتيمتر مكعب. يبلغ قطر الفقاعة المحلية حوالي 150 لييًا ، ولها كثافة 0.05 ذرة فقط لكل سنتيمتر مكعب. باستخدام هذه الأرقام بدلاً من ذلك ، نحصل على كتلة تقريبية ISM تبلغ 4 دولارات أمريكية مرة 10 ^ {31} كجم دولار.

هذا ترتيب من حيث الحجم أصغر من مساهمة النجوم ، ويمكن أن يتراجع تقديرنا للنجوم بسهولة بأكثر من 10٪ ، لذلك دعونا نخطئ في الجانب المرتفع ونفترض أن الكتلة الإجمالية للنجوم + ISM هي 5 دولارات مرات 10 ^ {32} كجم دولار.

لا نعرف مقدار المادة المظلمة الموجودة في المجرة بالضبط ، ولكن إذا كانت مشابهة للمتوسط ​​الكوني ، فهناك ما يقرب من ستة أضعاف كمية المادة المظلمة الموجودة في الباريونيك. إذا كان هذا صحيحًا محليًا ، فهناك حوالي 3 دولارات مرة 10 ^ {33} كجم من المادة المظلمة في مكان قريب.

لذلك ، تشير التقديرات التقريبية إلى أنه يوجد حوالي 3.5 دولار مرة 10 ^ {33} كجم من الكتلة في غضون 50 سنة ضوئية منا. هذا يعادل 1800 كتلة شمسية ، أو 2 دولار مرة 10 ^ {60} دولار بروتونات!


20.6 المادة بين النجوم حول الشمس

نريد أن نختتم مناقشتنا للمادة بين النجوم بسؤال كيف يتم تنظيم هذه المادة في جوارنا المباشر. كما ناقشنا أعلاه ، أظهرت مراصد الأشعة السينية التي تدور في مدارها أن المجرة مليئة بفقاعات من الغازات الساخنة التي تنبعث منها الأشعة السينية. لقد كشفوا أيضًا عن خلفية منتشرة للأشعة السينية يبدو أنها تملأ السماء بأكملها من منظورنا ([رابط]). في حين أن بعض هذا الانبعاث يأتي من تفاعل الرياح الشمسية مع الوسط بين النجوم ، فإن معظمها يأتي من خارج النظام الشمسي. التفسير الطبيعي لوجود غاز ينبعث منه الأشعة السينية في كل مكان حولنا هو أن الشمس نفسها داخل إحدى الفقاعات. لذلك نطلق على "الحي" اسم "الفقاعة المحلية الساخنة" أو "الفقاعة المحلية" باختصار. الفقاعة المحلية أقل كثافة بكثير - بمتوسط ​​0.01 ذرة لكل سم 3 - من متوسط ​​الكثافة البينجمية بحوالي 1 ذرة لكل سم 3. تبلغ درجة حرارة هذا الغاز المحلي حوالي مليون درجة ، تمامًا مثل الغاز الموجود في الفقاعات الرائعة الأخرى التي تنتشر في جميع أنحاء مجرتنا ، ولكن نظرًا لوجود القليل جدًا من المواد الساخنة ، فإن درجة الحرارة المرتفعة هذه لا تؤثر على النجوم أو الكواكب في المنطقة في أي منطقة. طريق.

ما الذي تسبب في تكون الفقاعة المحلية؟ العلماء ليسوا متأكدين تمامًا ، لكن المرشح الرئيسي هو الرياح من النجوم وانفجارات السوبرنوفا. في منطقة قريبة في اتجاه الأبراج العقرب والقنطورس ، حدث الكثير من تشكل النجوم منذ حوالي 15 مليون سنة. لقد تطورت أضخم هذه النجوم بسرعة كبيرة حتى أنتجت رياحًا قوية ، وانتهى بعضها بالانفجار. ملأت هذه العمليات المنطقة المحيطة بالشمس بالغاز الساخن ، مما أدى إلى إبعاد غازات أكثر برودة وكثافة. وصلت حافة هذه الفقاعة المتوسعة إلى الشمس منذ حوالي 7.6 مليون سنة ، وهي تقع الآن على بعد أكثر من 200 سنة ضوئية من الشمس في الاتجاه العام لكوكبات الجبار ، وبرسيوس ، وأوريجا.

شكل 1. تُظهر هذه الصورة ، التي تم التقاطها بواسطة القمر الصناعي ROSAT ، السماء بأكملها بالأشعة السينية كما تُرى من الأرض. تشير الألوان المختلفة إلى طاقات مختلفة للأشعة السينية: الأحمر 0.25 كيلو إلكترون فولت ، والأخضر 0.75 كيلو إلكترون فولت ، والأزرق 1.5 كيلو إلكترون فولت. الصورة موجهة بحيث يمتد مستوى المجرة عبر منتصف الصورة. اللون الأحمر في كل مكان ، والذي لا يختفي تمامًا حتى في مستوى المجرة ، هو دليل على وجود مصدر للأشعة السينية في جميع أنحاء الشمس. (الائتمان: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا)

توجد سحب قليلة من المادة بين النجوم داخل الفقاعة المحلية. يبدو أن الشمس نفسها دخلت سحابة منذ حوالي 10000 عام. هذه السحابة دافئة (مع درجة حرارة حوالي 7000 كلفن) وبكثافة 0.3 ذرة هيدروجين لكل سم 3 - وهي أعلى من معظم الفقاعة المحلية ولكنها لا تزال ضعيفة لدرجة أنه يُشار إليها أيضًا باسم الزغب المحلي ([رابط]) . (أليست هذه الأسماء الفلكية ممتعة أحيانًا؟)

في حين أن هذه سحابة رقيقة جدًا ، فإننا نقدر أنها تساهم بنسبة 50 إلى 100 مرة من الجسيمات أكثر من الرياح الشمسية في المواد المنتشرة بين الكواكب في نظامنا الشمسي. تم اكتشاف هذه الجسيمات بين النجوم وتم حساب أعدادها بواسطة المركبة الفضائية التي تسافر بين الكواكب. ربما في يوم من الأيام ، سيبتكر العلماء طريقة لجمعها دون تدميرها وإعادتها إلى الأرض ، حتى نتمكن من لمس - أو على الأقل الدراسة في مختبراتنا - هؤلاء الرسل من النجوم البعيدة.

الشكل 2. تتحرك الشمس والكواكب حاليًا عبر السحابة بين النجوم المحلية ، والتي تسمى أيضًا الزغب المحلي. الزغب هو وصف مناسب لأن كثافة هذه السحابة لا تتجاوز 0.3 ذرة لكل سم 3. وبالمقارنة ، فإن الغلاف الجوي للأرض على حافة الفضاء يحتوي على حوالي 1.2 × 1013 جزيء لكل سم 3. تُظهر هذه الصورة بقع المادة بين النجوم (غاز الهيدروجين في الغالب) في غضون حوالي 20 سنة ضوئية من الشمس. تبلغ درجة حرارة السحابة بين النجوم المحلية حوالي 7000 كلفن ، وتشير الأسهم إلى الاتجاهات التي تتحرك بها أجزاء مختلفة من السحابة. تشير الأسماء المرتبطة بكل سهم إلى الأبراج الموجودة في السماء والتي تتجه نحوها أجزاء السحابة. يُعتقد أن النظام الشمسي قد دخل إلى السحابة البينجمية المحلية ، وهي سحابة صغيرة تقع داخل فقاعة عملاقة أكبر بكثير تتوسع إلى الخارج من منطقة برج العقرب في السماء ، في مرحلة ما بين 44000 و 150000 سنة مضت ومن المتوقع للبقاء داخلها لمدة 10000 إلى 20000 سنة أخرى. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة NASA / Goddard / Adler / University Chicago / Wesleyan)

شريط بين النجوم من السحب في الفناء الخلفي للشمس

تمر الغيوم التي تشكل موجة رادكليف (مظللة باللون الأحمر) خلال 500 سنة ضوئية فقط من شمسنا (الصفراء). تم تركيب بيانات الموجة على عرض فنان لمجرة درب التبانة كما تظهر في لقطة شاشة مأخوذة من تلسكوب عالمي.

الصورة بإذن من أليسا جودمان ، جامعة هارفارد


تمر الغيوم التي تشكل موجة رادكليف (مظللة باللون الأحمر) خلال 500 سنة ضوئية فقط من شمسنا (الصفراء). تم تركيب بيانات الموجة على عرض فنان لمجرة درب التبانة كما تظهر في لقطة شاشة مأخوذة من تلسكوب عالمي.

الصورة بإذن من أليسا جودمان ، جامعة هارفارد

يتموج شريط من المادة يبلغ طوله 9000 سنة ضوئية عبر جوار الشمس بين النجوم ، ويتكون من مئات السحب المختلفة من الغبار والغاز - وهي أكبر بنية من السدم المتفاعلة التي تم وصفها حتى الآن. تم الإعلان عن اكتشافه اليوم من قبل فريق من علماء الفلك بجامعة هارفارد في المجلة طبيعة، يعيد رسم خريطة ركن درب التبانة ويثير أسئلة جديدة حول كيفية تشكل النجوم والسدم وتحركها عبر مجرتنا وما وراءها.

الهيكل ، الذي أطلق عليه اسم "موجات رادكليف" ، على اسم معهد رادكليف للدراسات المتقدمة بجامعة هارفارد ، يبلغ ذروته حوالي 500 سنة ضوئية "فوق" القرص المركزي لمجرتنا الحلزونية ، قبل أن يغوص في الأسفل تمامًا. إنه يحتوي على حوالي ثلاثة ملايين ضعف كتلة الشمس ، معظمها في سحب من الغبار والغاز منتشرة بحيث يمكن تسجيلها كفراغ بأي معيار أرضي. لم ير العلماء من قبل الغيوم البينجمية منظمة في نمط يشبه الموجة مثل هذا ، لكن الفريق يعتقد أن هذه الموجة هي العمود الفقري لذراع الجبار ، الذراع الحلزونية لمجرة درب التبانة التي تنتمي إليها شمسنا.

قال جواو ألفيس ، المؤلف الرئيسي لكتاب طبيعة ورقة وزميلة Radcliffe 2018-19 ، في بيان. أضاف أستاذ الفيزياء الفلكية النجمية في جامعة فيينا ، "يمكن أن يكون مثل تموج في بركة ، كما لو أن شيئًا هائلًا للغاية قد هبط في مجرتنا."

قالت المؤلفة المشاركة كاثرين زوكر ، طالبة الدكتوراه في السنة الخامسة في علم الفلك بجامعة هارفارد ، في مقابلة منفصلة ، "ليس لدينا سابقة لهذا النوع من البنية في المجرة" ، ولا توجد هياكل تشبه الموجة مثل هذه "شوهدت حتى الآن في محاكاة المجرات مثل مجرتنا درب التبانة. "

وجد فريق هارفارد الموجة بعد بناء الخريطة الأكثر دقة حتى الآن للسحب بين النجوم في غضون 7000 سنة ضوئية من الشمس. جعلت الخريطة من الممكن لأول مرة تصور أكثر من ملياري سنة ضوئية مكعبة في ثلاثة أبعاد - وجلبت الموجة الهائلة إلى رؤية واضحة. قالت المؤلفة المشاركة أليسا جودمان ، أستاذة علم الفلك التطبيقي في ويلسون ، في مؤتمر صحفي: "أنا متأكد من أنك تتساءل لماذا ، إذا كان هذا الشيء صحيحًا في وجهنا ، فإننا لم نعثر عليه عاجلاً". "لا يظهر في صور السماء ثنائية الأبعاد". (يمكن للقراء استكشاف طريقة عرض تفاعلية للموجة بأنفسهم من خلال تصورات ثلاثية الأبعاد نشرها المؤلفون عبر الإنترنت.)

اختار المؤلفون اسم "رادكليف" للموجة ، كما كتبوا ، "تكريما لكل من عالمات الفلك في أوائل القرن العشرين من كلية رادكليف والروح متعددة التخصصات لمعهد رادكليف الحالي الذي ساهم في هذا الاكتشاف." قال إن ألفيس مدين بشكل خاص لهنريتا ليفيت ، خريجة رادكليف عام 1892 التي عملت كـ "كمبيوتر" في مرصد كلية هارفارد (انظر "عين على الكون ،" نوفمبر - ديسمبر 2017 ، الصفحة 104). في عام 1908 ، قارن ليفيت بشق الأنفس وميض آلاف النجوم النابضة المعروفة باسم "متغيرات القيفاء" ، واكتشف علاقة رياضية دقيقة بين سطوعها وتواتر نبضاتها. لأن معرفة حقيقية يسمح سطوع النجم لعلماء الفلك بحساب المسافة بناءً عليه واضح سطوع ، استخدم علماء الفلك هذا الاكتشاف لاحقًا لإنتاج القياسات الدقيقة الأولى للمسافات بين المجرات وتمدد الكون.

قال ألفيس إنه استوحى إلهامه في بداية زمالة رادكليف من معرض يعرض أعمال الفنانة آنا فون ميرتينز ، بما في ذلك الألحفة المُخيَّطة لإظهار النجوم في لحظات ولادة ليفيت ووفاته (انظر "النظر إلى الكون من خلال عدسة أنثوية) "). عن ليفيت نفسها ، صرّح: "إن عملها التفصيلي بشكل لا يصدق فتح الكون لنا."

ليس خاتمًا ، بل موجة

لأكثر من قرن ، قام علماء الفلك بتجميع السحب البينجمية بالقرب من الشمس في بنية تشبه الحلقة تسمى حزام الذهب ، على امتداد 3000 سنة ضوئية.

تم تسمية الهيكل باسم Benjamin Gould ، A.B. 1844 ، الذي وصف في عام 1879 مجموعة من النجوم والسدم تشكل حزامًا غير مكتمل حول سماء الليل على الأرض. يمتد الحزام من القطب الجنوبي عبر الأبراج بما في ذلك الجبار ، بالقرب من خط الاستواء ، و Perseus في السماء الشمالية ، والعودة جنوبا عبر برج العقرب. كافح علماء الفلك لوقت طويل لشرح الفجوات الموجودة في الحزام ، ولماذا بدا وكأنه يميل بالنسبة لقرص درب التبانة.

قال زوكر: "كانت إحدى المشكلات الكبرى في نموذج حزام غولد أنه لم يكن هناك إجماع حول كيفية تشكل الهيكل بالفعل". تراوحت التفسيرات من كتلة من المادة المظلمة عبر المنطقة إلى مستعر أعظم قديم في المركز مما يؤدي إلى تشكل النجوم حول الحواف.

يأمل ألفيس وزوكر وبقية الفريق أن تساعد خريطة أفضل لحزام غولد ومحيطه في الإجابة على هذه الأسئلة. قال ألفيس: "كنت أتوقع حزام جولد بجودة عالية". "لم أكن أتوقع أي موجة." ولكن عندما رسم الفريق البيانات ، كان واضحًا: الهيكل الأكثر تماسكًا في منطقتنا هو خط من الغيوم ، مباشرة بشكل ملحوظ من الأعلى ولكنها تتدفق داخل وخارج قرص مجرة ​​درب التبانة عند النظر إليه من الجانب.

تقدم موجة رادكليف تفسيرًا لكل من الفجوات والميل في حزام غولد: بدلاً من الهيكل المتماسك ، فإن "الحزام" هو في الواقع جزء مستقيم مائل من الموجة (يمتد عبر السماء الشمالية ، تقريبًا من Orion إلى Perseus) وكتلة من المادة غير مرتبطة بالموجة في السماء الجنوبية بين الأبراج العقرب والقنطورس.

قال ألفيس في البيان: "تقع الشمس على بعد 500 سنة ضوئية فقط من الموجة". "لقد كانت أمام أعيننا طوال الوقت ، لكننا لم نتمكن من رؤيتها حتى الآن."

استنتج الفريق أن الشمس مرت عبر الموجة منذ حوالي 13 مليون سنة ، وسوف تفعل ذلك مرة أخرى بعد 13 مليون سنة أخرى. قال ألفيس: "لا يوجد سجل واضح على حد علمي ، لا يوجد انقراض جماعي واضح ،" ناتج عن هذا الحدث. "لذلك ربما كان التأثير خفيًا ،" ربما مجرد ضباب من أيونات الحديد وبقايا المستعرات الأعظمية الأخرى التي استقرت على الأرض ، "لكنني أظن أن الحدث ترك بصمة."

قال غودمان في المؤتمر الصحفي سواء كان مرور الشمس عبر الموجة قد ترك دليلاً ماديًا أم لا ، فإن السماء في ذلك الوقت كانت ستبدو "رائعة". "كل هذه السدم الجميلة وكل هذا التشكيل النجمي سيكون في كل مكان حولنا."

أطلس السحب بين النجوم

الخريطة التي استخدمها الفريق للعثور على الموجة استندت إلى بيانات من القمر الصناعي Gaia التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي قضى السنوات الخمس الماضية في رسم خرائط للنجوم من موقعها المتميز خارج مدار الأرض. يمكن لأي شخص قياس الاتجاه إلى نجم ، لكن Gaia يقيس مسافاتهم بأكبر قدر ممكن من الدقة عن طريق تثليثهم من مواقع مختلفة في مداره.

على عكس النجوم ، فإن السحب بين النجوم مثل تلك الموجودة في موجة رادكليف منتشرة وخافتة للغاية بالنسبة لعلماء الفلك لقياس المسافة التي تفصلهم عن الأرض من خلال التثليث. استطاعت المجموعة البحثية لأستاذ علم الفلك والفيزياء دوغلاس فينكباينر ، والتي يعد زوكر جزءًا منها ، الالتفاف حول هذا باستخدام مسافات النجوم المعروفة لقياس مسافات السحب.

أوضح زوكر خلال المقابلة: "هناك نجوم أمام السحابة ، وهناك نجوم خلف السحابة ، ونحن نعرف المسافات بينهما." نظرًا لأن الغيوم تمتص ضوءًا أزرق أكثر من الضوء الأحمر عندما يمر ضوء النجوم من خلالها ، فإن النجوم خلف الغيوم تبدو باهتة وأكثر احمرارًا مما كانت ستحصل عليه في غير ذلك. لتحديد مسافة الغيوم ، قالت ، "يمكننا أساسًا أن نضع السحاب بين قوسين بين هذه الخلفية وتشكيلات النجوم الأمامية."

حتى الآن ، قام الفريق بفحص كتلة واحدة من النجوم ، تكونت من السدم في جزء واحد من الموجة. قال ألفيس: "إنه يفعل ما هو متوقع": النجوم الأبعد عن خط الوسط للموجة تتحرك ببطء أكثر بالنسبة إلى خط الوسط للموجة من تلك الأقرب منها. لكن هذا ليس دليلاً.

قال زوكر إنه إذا كانت الموجة تموج بالفعل عبر قرص المجرة ، فهناك بعض الأشياء التي يمكن أن تسببت في هذا الاضطراب ، بما في ذلك المجرات القزمة التي تدور حول مجرة ​​درب التبانة وسحب الغاز سريعة الحركة التي تتدفق عبرها. "نعتقد أنه من الممكن أن تكون سحابة عالية السرعة أو إحدى هذه المجرات القزمة قد اصطدمت بقرص مجرة ​​درب التبانة ، وهذا ما يتسبب في تموج هذا الهيكل."

لتعلم المزيد ، تابعت ، قد يحاول الفريق إجراء عمليات محاكاة "حيث نحاول فعلاً ضرب درب التبانة بأجسام ذات كتلة مختلفة من زوايا مختلفة وبسرعات مختلفة ومعرفة ما إذا كان بإمكاننا إعادة إنتاج هذا الهيكل."

وأشار زوكر إلى أن فهم الموجة سوف ينتج عنه فهم أفضل لكيفية تشكل النجوم من السحب الغازية ، مثل تلك الموجودة بداخلها. "كان الناس يدرسون هذه السحب منذ مئات السنين ، قبل جولد. العثور على أن هذه الغيوم متصلة على نطاق مجري يغير فهمنا "لإنشاء النجوم.


استكشاف الفضاء السحيق باستخدام Interstellar

يأمل العلماء أن يعلمنا المسبار بين النجوم المقترح المزيد عن موطننا في المجرة وكذلك كيف تتفاعل النجوم الأخرى في المجرة مع أحيائها بين النجوم. الائتمان: جونز هوبكنز APL

عندما دخلت المركبة الفضائية فوييجر 1 وفوييجر 2 التي يبلغ عمرها أربعة عقود الفضاء بين النجوم في عامي 2012 و 2018 ، على التوالي ، احتفل العلماء. لقد قطعت هذه المركبات الفضائية الشجاعة بالفعل 120 ضعف المسافة من الأرض إلى الشمس للوصول إلى حدود الغلاف الشمسي ، الفقاعة التي تشمل نظامنا الشمسي المتأثر بالرياح الشمسية. اكتشف فويجرز حافة الفقاعة ، لكنهم تركوا للعلماء العديد من الأسئلة حول كيفية تفاعل شمسنا مع الوسط النجمي المحلي. توفر أدوات Voyagers التوأم بيانات محدودة ، مما يترك فجوات كبيرة في فهمنا لهذه المنطقة.

تخطط وكالة ناسا وشركاؤها الآن للمركبة الفضائية التالية ، التي تسمى حاليًا المسبار بين النجوم ، للسفر أعمق بكثير في الفضاء بين النجوم ، 1000 وحدة فلكية (AU) من الشمس ، على أمل معرفة المزيد حول كيفية تشكل الغلاف الشمسي في منزلنا وكيف تتطور.

تقول إيلينا بروفورنيكوفا ، رائدة فيزياء الشمس بين النجوم من مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية (APL) في ماريلاند: "سينتقل المسبار بين النجوم إلى الفضاء بين النجوم المحلي المجهول ، حيث لم تصل البشرية من قبل أبدًا". "لأول مرة ، سوف نلتقط صورة للغلاف الشمسي الواسع من الخارج لنرى كيف يبدو منزل نظامنا الشمسي."

ستناقش بروفورنيكوفا وزملاؤها فرص علوم الفيزياء الشمسية للمهمة في الجمعية العامة لاتحاد علوم الأرض الأوروبي (EGU) 2021.

كان الفريق الذي تقوده APL ، والذي يضم حوالي 500 عالم ومهندس ومتحمسين - رسمي وغير رسمي - من جميع أنحاء العالم ، يدرس أنواع التحقيقات التي يجب أن تخطط لها البعثة. تقول بروفورنيكوفا: "هناك فرص علمية رائعة حقًا تشمل الفيزياء الشمسية وعلوم الكواكب والفيزياء الفلكية".

يخطط العلماء لوصول المسبار بين النجوم إلى 1000 وحدة فلكية - 1 وحدة فلكية هي المسافة من الشمس إلى الأرض - في الوسط بين النجوم. هذا حوالي 10 أضعاف المسافة التي قطعتها المركبة الفضائية فوييجر. الائتمان: جونز هوبكنز APL

بعض الألغاز التي يأمل الفريق في حلها من خلال المهمة تشمل: كيف تتفاعل بلازما الشمس مع الغاز بين النجوم لتكوين غلافنا الشمسي الذي يقع وراء الغلاف الشمسي وما هو شكل الغلاف الشمسي لدينا. تخطط البعثة لالتقاط "صور" لغلافنا الشمسي باستخدام ذرات محايدة نشطة ، وربما حتى "مراقبة ضوء الخلفية خارج المجرة من الأوقات المبكرة لتشكيل مجرتنا - وهو شيء لا يمكن رؤيته من الأرض" ، كما تقول بروفورنيكوفا. يأمل العلماء أيضًا في معرفة المزيد حول كيفية تفاعل شمسنا مع المجرة المحلية ، والتي قد تقدم بعد ذلك أدلة حول كيفية تفاعل النجوم الأخرى في المجرة مع أحيائها بين النجوم ، كما تقول.

الغلاف الشمسي مهم أيضًا لأنه يحمي نظامنا الشمسي من الأشعة الكونية المجرية عالية الطاقة. تقول بروفورنيكوفا إن الشمس تتجول في مجرتنا ، حيث تمر عبر مناطق مختلفة في الفضاء بين النجوم. تقع الشمس حاليًا في ما يسمى بالسحابة البينجمية المحلية ، لكن الأبحاث الحديثة تشير إلى أن الشمس قد تتحرك باتجاه حافة السحابة ، وبعد ذلك ستدخل المنطقة التالية من الفضاء بين النجوم - والتي لا نعرف عنها شيئًا. وتقول إن مثل هذا التغيير قد يجعل غلافنا الشمسي يكبر أو يصغر أو يغير كمية الأشعة الكونية المجرية التي تدخل وتساهم في مستوى إشعاع الخلفية على الأرض.

هذه هي السنة الأخيرة من "دراسة المفهوم البراغماتية" لمدة أربع سنوات ، والتي كان الفريق يبحث فيها عن العلم الذي يمكن إنجازه بهذه المهمة. في نهاية العام ، سيقدم الفريق تقريرًا إلى وكالة ناسا يحدد العلوم المحتملة ، مثل حمولات الأجهزة ، وأمثلة للمركبات الفضائية وتصميمات المسار للمهمة. تقول بروفورنيكوفا: "نهجنا هو وضع قائمة بما يمكن القيام به في مثل هذه المهمة الفضائية".

يمكن أن تبدأ المهمة في أوائل عام 2030 وستستغرق حوالي 15 عامًا للوصول إلى حدود الغلاف الجوي - وهي وتيرة سريعة مقارنةً بـ Voyagers ، والتي استغرقت 35 عامًا للوصول إلى هناك. من المقرر أن يستمر تصميم المهمة الحالية لمدة 50 عامًا أو أكثر.

ستقدم Provornikova أحدث خطة للفيزياء الشمسية للمسبار بين النجوم يوم الاثنين 26 أبريل في الساعة 14:00 بالتوقيت الصيفي لوسط أوروبا.


مسألة بين النجوم حول الشمس

نريد أن نختتم مناقشتنا للمادة بين النجوم بسؤال كيف يتم تنظيم هذه المادة في جوارنا المباشر. كما ناقشنا أعلاه ، أظهرت مراصد الأشعة السينية التي تدور في مدارها أن المجرة مليئة بفقاعات من الغازات الساخنة التي تنبعث منها الأشعة السينية. لقد كشفوا أيضًا عن خلفية منتشرة للأشعة السينية يبدو أنها تملأ السماء بأكملها من منظورنا (الشكل 1). في حين أن بعض هذا الانبعاث يأتي من تفاعل الرياح الشمسية مع الوسط بين النجوم ، فإن معظمها يأتي من خارج النظام الشمسي. التفسير الطبيعي لوجود غاز ينبعث منه الأشعة السينية في كل مكان حولنا هو أن الشمس نفسها داخل إحدى الفقاعات. لذلك فإننا نطلق على & # 8220ne الأحياء & # 8221 الفقاعة المحلية الساخنة ، أو فقاعة محلية لفترة قصيرة. الفقاعة المحلية أقل كثافة بكثير - بمتوسط ​​0.01 ذرة لكل سم 3 - من متوسط ​​الكثافة البينجمية بحوالي 1 ذرة لكل سم 3. تبلغ درجة حرارة هذا الغاز المحلي حوالي مليون درجة ، تمامًا مثل الغاز الموجود في الفقاعات الرائعة الأخرى التي تنتشر في جميع أنحاء مجرتنا ، ولكن نظرًا لوجود القليل جدًا من المواد الساخنة ، فإن درجة الحرارة المرتفعة هذه لا تؤثر على النجوم أو الكواكب في المنطقة في أي منطقة. طريق.

ما الذي تسبب في تكون الفقاعة المحلية؟ العلماء ليسوا متأكدين تمامًا ، لكن المرشح الرئيسي هو الرياح من النجوم وانفجارات السوبرنوفا. في منطقة قريبة في اتجاه الأبراج العقرب والقنطورس ، حدث الكثير من تشكل النجوم منذ حوالي 15 مليون سنة. لقد تطورت أضخم هذه النجوم بسرعة كبيرة حتى أنتجت رياحًا قوية ، وانتهى بعضها بالانفجار. ملأت هذه العمليات المنطقة المحيطة بالشمس بالغاز الساخن ، مما أدى إلى إبعاد غازات أكثر برودة وكثافة. وصلت حافة هذه الفقاعة المتوسعة إلى الشمس منذ حوالي 7.6 مليون سنة ، وهي تقع الآن على بعد أكثر من 200 سنة ضوئية من الشمس في الاتجاه العام لكوكبات الجبار ، وبرسيوس ، وأوريجا.

الشكل 1. السماء في الأشعة السينية: تُظهر هذه الصورة ، التي تم التقاطها بواسطة القمر الصناعي ROSAT ، السماء بأكملها بالأشعة السينية كما تُرى من الأرض. تشير الألوان المختلفة إلى طاقات مختلفة للأشعة السينية: الأحمر 0.25 كيلو إلكترون فولت ، والأخضر 0.75 كيلو إلكترون فولت ، والأزرق 1.5 كيلو إلكترون فولت. الصورة موجهة بحيث يمتد مستوى المجرة عبر منتصف الصورة. اللون الأحمر في كل مكان ، والذي لا يختفي تمامًا حتى في مستوى المجرة ، هو دليل على وجود مصدر للأشعة السينية في جميع أنحاء الشمس. (الائتمان: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا)

توجد سحب قليلة من المادة بين النجوم داخل الفقاعة المحلية. ال شمس يبدو أن نفسها دخلت في سحابة منذ حوالي 10000 عام. هذه السحابة دافئة (مع درجة حرارة حوالي 7000 كلفن) وبكثافة 0.3 ذرة هيدروجين لكل سم 3 - وهي أعلى من معظم الفقاعة المحلية ولكنها لا تزال ضعيفة لدرجة أنه يُشار إليها أيضًا باسم زغب محلي (الشكل 2). (أليست هذه الأسماء الفلكية ممتعة أحيانًا؟)

في حين أن هذه سحابة رقيقة جدًا ، فإننا نقدر أنها تساهم بنسبة 50 إلى 100 مرة من الجسيمات أكثر من الرياح الشمسية في المواد المنتشرة بين الكواكب في نظامنا الشمسي. تم اكتشاف هذه الجسيمات بين النجوم وتم حساب أعدادها بواسطة المركبة الفضائية التي تسافر بين الكواكب. ربما في يوم من الأيام ، سيبتكر العلماء طريقة لجمعها دون تدميرها وإعادتها إلى الأرض ، حتى نتمكن من لمس - أو على الأقل الدراسة في مختبراتنا - هؤلاء الرسل من النجوم البعيدة.

الشكل 2. الزغب المحلي: تتحرك الشمس والكواكب حاليًا عبر السحابة بين النجوم المحلية ، والتي تسمى أيضًا الزغب المحلي. الزغب هو وصف مناسب لأن كثافة هذه السحابة لا تتجاوز 0.3 ذرة لكل سم 3. وبالمقارنة ، فإن الغلاف الجوي للأرض على حافة الفضاء يحتوي على حوالي 1.2 × 1013 جزيء لكل سم 3. تُظهر هذه الصورة بقع المادة بين النجوم (غاز الهيدروجين في الغالب) في غضون حوالي 20 سنة ضوئية من الشمس. تبلغ درجة حرارة السحابة بين النجوم المحلية حوالي 7000 كلفن ، وتشير الأسهم إلى الاتجاهات التي تتحرك بها أجزاء مختلفة من السحابة. تشير الأسماء المرتبطة بكل سهم إلى الأبراج الموجودة في السماء والتي تتجه نحوها أجزاء السحابة. يُعتقد أن النظام الشمسي قد دخل إلى السحابة البينجمية المحلية ، وهي سحابة صغيرة تقع داخل فقاعة عملاقة أكبر بكثير تتوسع إلى الخارج من منطقة برج العقرب في السماء ، في مرحلة ما بين 44000 و 150000 سنة مضت ومن المتوقع للبقاء داخلها لمدة 10000 إلى 20000 سنة أخرى. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة NASA / Goddard / Adler / University Chicago / Wesleyan)

المفاهيم الأساسية والملخص

تقع الشمس على حافة سحابة منخفضة الكثافة تسمى Local Fluff. تقع الشمس وهذه السحابة داخل الفقاعة المحلية ، وهي منطقة تمتد إلى ما لا يقل عن 300 سنة ضوئية من الشمس ، حيث تكون كثافة المواد بين النجوم منخفضة للغاية. يعتقد علماء الفلك أن هذه الفقاعة قد انفجرت من قبل بعض النجوم القريبة التي تعرضت لرياح قوية وبعض انفجارات المستعر الأعظم.


أضعف المجرات القزمة

جوشوا د.سيمون
المجلد. 57 ، 2019

الملخص

تمثل المجرات الساتلية لمجرة درب التبانة أدنى لمعان (L) الحد الأدنى الأقصى لوظيفة لمعان المجرة. هذه الأقزام الخافتة للغاية هي أقدم الأنظمة النجمية وأكثرها مظلمة ، ومعظمها فقير بالمعادن ، وأقلها تطورًا كيميائيًا. اقرأ أكثر

المواد التكميلية

الشكل 1: تعداد المجرات التابعة لمجرة درب التبانة كدالة للوقت. تشمل الكائنات الموضحة هنا جميع المجرات القزمة المؤكدة طيفيًا وكذلك تلك التي يشتبه في كونها أقزامًا استنادًا إلى l.

الشكل 2: توزيع أقمار درب التبانة بالمقدار المطلق () ونصف قطر الضوء. يتم عرض المجرات القزمة المؤكدة على شكل دوائر مملوءة باللون الأزرق الداكن ، ويشتبه في أنها مجرات قزمة.

الشكل 3: تشتت سرعة خط البصر لأقمار درب التبانة فائقة الخفة كدالة ذات الحجم المطلق. تظهر القياسات وأوجه عدم اليقين كنقاط زرقاء مع أشرطة خطأ ، و 90٪ ج.

الشكل 4: (أ) الكتل الديناميكية لسواتل مجرة ​​درب التبانة شديدة الباهتة كدالة للسطوع. (ب) نسب الكتلة إلى الضوء ضمن نصف قطر نصف الضوء لأقمار درب التبانة فائقة الخفة كوظيفة.

الشكل 5: متوسط ​​المعادن النجمية لأقمار درب التبانة كدالة ذات حجم مطلق. يتم عرض المجرات القزمة المؤكدة كدوائر ممتلئة باللون الأزرق الداكن ، والأجسام المشتبه في كونها قزمة.

الشكل 6: دالة توزيع المعادن للنجوم في الأقزام الخافتة للغاية. مراجع المعادن الموضحة هنا مدرجة في الجدول التكميلي 1. نلاحظ أن هذه البيانات غير متجانسة تمامًا.

الشكل 7: أنماط الوفرة الكيميائية للنجوم في UFDs. تظهر هنا النسب (أ) [C / Fe] ، (ب) [Mg / Fe] ، و (ج) [Ba / Fe] كوظائف معدنية ، على التوالي. تم رسم نجوم UFD على شكل ديامو ملون.

الشكل 8: قابلية الكشف عن الأنظمة النجمية الباهتة كوظائف للمسافة والقدر المطلق وعمق المسح. يُظهر المنحنى الأحمر سطوع النجم العشرين الأكثر سطوعًا في كائن ما كوظيفة.

الشكل 9: (أ) مخطط اللون والحجم للقسم 1 (القياس الضوئي من Muñoz et al. 2018). تشير مناطق الحجم المظللة باللون الأزرق والوردي إلى العمق التقريبي الذي يمكن الوصول إليه باستخدام الوسط الموجود.


العصابات المنتشرة بين النجوم

النطاقات النجمية المنتشرة هي سمات الامتصاص التي لوحظت في أطياف النجوم التي تُرى من خلال كثافات أعمدة كبيرة للمواد البينجمية. من بين 127 DIBs المؤكدة في المنطقة البصرية بين 0.4 وحوالي 1.3 / Lm ، تم تحديد 2 فقط (مبدئيًا) مع ناقل معين. نظرًا لأن قوة DIB تزداد تقريبًا بما يتناسب مع فائض اللون ، فقد اشتبه في الأصل في أنها تنتج على أو في حبيبات بين النجوم ، ولكن الأدلة الحالية تفضل بعض أنواع الجزيئات المتعددة الذرات الحرة ، سواء كانت محايدة أو مؤينة. تعد DIBs أوسع بشكل واضح من الخطوط الذرية البينجمية ، حيث يتراوح عرضها عند نصف العمق من 0.8 إلى حوالي 30. يُفترض أن هذه العروض ناتجة عن هيكل دوراني لم يتم حله ، وربما يتضاعف من خلال توسيع مدى الحياة للحالة العليا. المقترحات الأخيرة التي سي60, some members of the PAH family, or polycarbon chains are responsible for the DIB spectrum are either not supported by observation or await better data.


Interstellar medium

Our editors will review what you’ve submitted and determine whether to revise the article.

Interstellar medium, region between the stars that contains vast, diffuse clouds of gases and minute solid particles. Such tenuous matter in the interstellar medium of the Milky Way system, in which the Earth is located, accounts for about 5 percent of the Galaxy’s total mass.

The interstellar medium is filled primarily with hydrogen gas. A relatively significant amount of helium has also been detected, along with smaller percentages of such substances as calcium, sodium, water, ammonia, and formaldehyde. Sizable quantities of dust particles of uncertain composition are present as well. In addition, primary cosmic rays travel through interstellar space, and magnetic fields thread their way across much of the region.

In most cases, interstellar matter occurs in cloudlike concentrations, which sometimes condense enough to form stars. These stars, in turn, continually lose mass, in some instances through small eruptions and in others in catastrophic explosions known as supernovae. The mass is thus fed back to the interstellar medium, where it mixes with matter that has not yet formed stars. This circulation of interstellar matter through stars determines to a large degree the amount of heavier elements in the cosmic clouds. Interstellar matter in the Milky Way Galaxy is found primarily in the system’s outer parts (i.e., the so-called spiral arms), which also contain a large number of young stars and nebulae. This matter is closely concentrated in a plane, a flat region commonly known as the galactic disk.

The interstellar medium is studied by several methods. Until the mid-20th century, virtually all information was obtained by analyzing the effects of interstellar matter on the light from distant stars with the aid of optical telescopes. Since the early 1950s, much research has been conducted with radio telescopes, which enable astronomers to study and interpret radio waves emitted by various constituents of the interstellar medium. For example, neutral (i.e., non-ionized) hydrogen atoms absorb or emit very small amounts of radio energy of a particular wavelength—namely, 21 cm. By being measured at this point and compared with nearby wavelengths, absorbing or radiating hydrogen clouds can be detected.

Optical and radio emissions have provided much of the information on the interstellar medium. In recent years, the use of infrared telescopes on orbiting satellite observatories has also contributed to knowledge of its properties, particularly the relative abundances of the constituent elements.

This article was most recently revised and updated by Adam Augustyn, Managing Editor, Reference Content.


Astronomy Beginner’s Guide Part 4: The Sun

The classical idea was that the Sun was a ball of white-hot iron, and in the 18 th century Sir William Herschel believed there was a dark, solid world, below the fiery clouds of the photosphere, which we saw through the vortices of sunspots.

The inhabitants carried sunshades to protect them from the heat overhead (at 6,000 o , they’d need them).

“Dr. Elliott in 1787 upheld this view, and on his trial at the Old Bailey for the murder of Miss Boydell, his friends maintained his insanity, and quoted as proof of their assertion the pages of his book, in which this opinion was expressed.” (J.E. Gore, “The Worlds of Space”, Innes, 1894.)

Gore was amazed that it had been revived “in modern times”, but in 2006 I was blamed for my ‘closed mind’, when I rejected it on the obvious ground that the Sun is mostly hydrogen and helium and its gravitational pull would be much higher otherwise.

Until the 1940s it was still believed that iron atoms outnumbered hydrogen ones in the solar core, but that has long since been disproved. (Simon Mitton, “Fred Hoyle, a Life in Science”, Aurum, 2005.) ESA satellites have found enhanced levels of iron in the solar atmosphere above sunspots, but that’s a far cry from saying there’s a solid layer below. [Michael Mozina, ‘The Surface (Ferrite Layer) of the Sun’, e-mail text, 2006.]

After analysis of their light, stars are grouped by spectral type. The types were labelled before the processes of nuclear fusion were understood now rearranged by surface temperature, the sequence from blue to red runs O, B, A, F, G, K, M, R, N, S (‘Oh be a fine girl, kiss me right now sweetie’).

The Hertzsprung-Russell diagram (above) plots stars by their light output (absolute magnitude) and surface temperature. The hottest, brightest stars (class O and B), are found at top left the faint red dwarfs (class M and below) at bottom right. Between them runs a diagonal band called the Main Sequence, on which all stable stars fall: our Sun is near the centre of the graph, classed G0 or G2. Stars are stable while fusing hydrogen to helium in their cores when the hydrogen is exhausted they move off the Main Sequence to upper right, becoming orange and red giants, increasingly unstable. The more massive stars go on to more violent fusion reactions some explode as supernovae, synthesising the heavy elements which form planets like ours the most massive collapse into black holes.

Storms on the Sun emit intense particle beams, associated with but not actually caused by the phenomenon of solar flares. Observations from the SOHO probe have shown that they aren’t shaped like jets from a hose, as we used to think. We now call them ‘Coronal Mass Ejections’, but they aren’t solid matter. They are plasma containing some nuclei of the heavier elements but consisting mostly of protons, with trapped electrons spiralling around the outside of the ‘jet’. Flares are huge releases of energy caused by the breaking of magnetic field lines and usually occur above sunspot groups, along with ‘coronal mass ejections’ which can have disruptive effects on Earth if they strike the magnetic field in the right position. For lunar astronauts they pose a major hazard when the Moon is outside the Earth’s magnetosphere, for about two-thirds of each month.

In the 1930s Sir James Jeans believed that the Solar System formed from such a streamer pulled out by a passing star, so rare an event that our planets would be unique. But nearly all the angular momentum in the Solar System is concentrated in the planets, where by Jeans’s mechanism it would still reside in the Sun. And now that we know of thousands of planetary systems, it’s clear that they tend to form along with stars and at the same time.

There’s a constant outflow of particles from the Sun called the Solar Wind, discovered by the Mariner 2 probe to Venus in 1962. Although very tenuous, that outflow from the ‘coronal holes’ in the Sun’s outer atmosphere has a major effect on the Earth’s magnetic field. Until Pioneer 10 passed Jupiter in 1974, it was thought that the boundary would be just beyond Jupiter’s orbit but Voyagers 1 and 2 only reached the outer edge of it 24 years and more after launch, and have only now emerged into interstellar space.

Aurorae and magnetic storms on Earth are caused by particle streams from storms on the Sun. The older model was that when the streams hit the Earth’s magnetic field, they were diverted into the Van Allen Belts of trapped radiation, overloading them. It now seems that the aurorae are caused by backlash waves in the Earth’s magnetic ‘tail’, entering the upper atmosphere along the ‘rings of fire’ surrounding the magnetic poles forming to form rippling structures of arcs, sheets and curtains of ionised gas – usually white, but higher energies generate the green light of ionised oxygen. Still more intense radiation generates a red glow higher in the sky, again due to oxygen, and still deeper penetration ionises nitrogen, which glows red in the lower parts of auroral arcs.

The dying geomagnetic storms interrupt communications and disrupt power supplies the worst recent one caused an 18-hour power cut in Quebec, in 1989. Recent evidence suggests that volcanic activity can also be affected. The mechanism for that isn’t obvious, although major episodes of continent-building in the distant past were correlated with resonances in the Earth’s outer core caused by the interacting gravitational pulls of the Sun and Moon.

Both flares and aurorae usually follow the 11-year cycle of sunspot activity, but 1645 to 1715 saw the ‘Maunder Minimum’, with ‘only a sprinkling’ of sunspots in the whole period. For the duration of it the northern hemisphere of the Earth had a mini-ice-age, with winter ice fairs on the Thames, and between 1400 and 1450 there was a similar drop now called ‘the Spörer Minimum’, during which the Viking colonies in Greenland were wiped out by the cold and the Inuit were forced to abandon a 4000-year old colony on Ellesmere Island, northern Canada, originally established from Mongolia.

Carbon-14 deposition in tree rings increased between 1640 and 1720, so we can use earlier tree rings to chart the Sun’s previous activity, and the record now goes back about 11,000 years. The rise in the 20th century corresponds to a marked increase in the numbers of solar flares up to 1970, after which it flattened out – in the run-up to the 2001 peak, sunspots in 1999 were well below predicted levels, and the most recent peak was even lower. The most intense solar activity since the Bronze Age was from 1150-1200 AD, peaking in the 1170’s with particularly warm weather. In 1186, for example, astrologers predicted storms and pestilence because of a planetary conjunction in Libra, “the season proving, in a more than usual degree, serene and benignant”. In North America, however, the solar activity may have caused the steep temperature rise and drought which forced the Anasazi people to abandon their rock dwellings in the Grand Canyon at that time.

It takes four minutes for the Earth’s rotation to change the position of the Sun in the sky by a single degree, but awareness of the alternation of day and night is programmed into us at a very basic level – in isolation, without external clues, human beings tend to drift towards a twenty-hour rhythm which goes back six hundred million years, to the time when life crawled from the sea on to the land. It is hard to say whether the dominant factor was the day/night cycle or the ebb and flow of the tides. But it is the braking effect of the tides which has slowed down the Earth since then, and it is the perception of the day/night cycle which resets our biological clocks.

The Ecliptic

The plane of the Earth’s orbit around the Sun is the مسير الشمس, the center line of the Zodiac as the Sun moves along it over the course of the year, its horizon position varies from its most southerly midwinter rise and set, when it’s overhead at the Tropic of Capricorn, to its most northerly midsummer rise and set, when it’s overhead at the Tropic of Cancer. The Stonehenge Avenue and the later structure both mark the midsummer sunrise.

The evidence suggests that the beginnings of agriculture did not come directly from the annual cycle of plants but from the movements of the great herds of game. From moving with the herds, as the Lapps do even today, domestication and nomadic herding comprised the next step and led to the first attempts at agriculture and fixed settlements. The very oldest towns, such as Jericho (c.8000 BC), came before the first crop-farming. The move to an annual cycle obviously required a true calendar, even if none had previously been attempted. But the year is harder to calibrate than the month – even today, a week is a long time in politics – and most societies, if not all, tried to fit their lunar calendar into the year. The cause is a lost one – the lunar and solar cycles are not commensurate i.e., they do not fit together in any straightforward numerical relationship – and different cultures made different compromises to divide the year into approximate “months” of convenient length, while keeping religious ritual and agricultural practice in step with the solar year.

The Zodiacal Light

ال Zodiacal Light is a cone which appears above the rising and setting Sun, best seen from the Tropics where twilight is short. On the opposite side of the Earth from the Sun keen-eyed observers sometimes glimpse a related glow called the Gegenschein (counter-glow). The Zodiacal Light is faint and the Gegenschein much fainter. Until the space age it wasn’t known whether the two effects were truly in interplanetary space or generated by a dust cloud surrounding the Earth, but the Pioneer 10 space probe found that both effects persisted as far out as the Asteroid Belt. The dust comes partly from there, and part of it is released by comets passing through the inner Solar System, and it spirals towards the Sun due to the Poynting-Robertson effect, in which light from the Sun exercises a slight but significant braking effect.

Artists often depict the Sun in space surrounded by the corona and the Zodiacal Light, all seen at once. The Zodiacal Light is seldom seen from Earth except in the Tropics, and then only after sunset or before sunrise, while to make the corona visible requires an occulting object in space – either the disc of the Moon, in a solar eclipse, or an occulting disc within a telescope like the ones on Skylab in 1973 and now on SOHO, currently between Earth and Sun at the L1 point. (See ‘New Discoveries…’ below.)

Helium

The element helium is named after helios, the Sun, because it was first discovered in the spectrum of sunlight, then in natural vents in Texas and Kansas (the first helium-filled airship was the US Shenandoah). The element exists in two isotopes with very different properties, both potentially useful to high-tech civilisations.

Helium-4 exists on Earth in small quantities, released by radioactive decay. In liquid form it’s the coldest substance in the Universe, only just above Absolute Zero. It has negative surface tension, so it will climb out of an open-topped container and flow down the sides it has superfluidity, so you can pump it both ways along the same pipe at the same time and when used as a refrigerant it promotes superconductivity, reducing the resistance of electrical conductors to zero. So it has many possible uses, for instance in power transmission and many systems requiring high-energy magnetic fields, including radiation shielding for manned spacecraft.

The superfluidity of liquid helium II was discovered, named and explained by Peter Leonidovich Kapitza (1894-1984), who did so at Cambridge in 1930-37 (Simon Mitton, “Fred Hoyle, A Life in Science”, Aurum, 2005). Kapitza received the Nobel Prize in 1978. Outside the Sun the largest repository of helium is in the atmosphere of Jupiter, and Isaac Asimov suggested that helium would be the planet’s major export to the Solar System. (‘The Element of Perfection’ in “View from a Height”, Dobson, 1964).

However the lighter helium-3 may prove to be even more important. If we ever master controlled fusion, for energy generation or spaceship propulsion, the most promising reaction seems to be the fusion of deuterium (heavy hydrogen) with helium-3. The theory was examined in detail by the British Interplanetary Society’s interstellar probe study, “Project Daedalus” (BIS, 1978). Deuterium is plentiful on Earth, particularly in sea-water, and Helium-3 is found in small quantities in solar wind deposits on the lunar soil, but claims that it could solve the USA’s energy problems seem highly questionable. To meet even 10% of the US energy requirement, so much lunar soil would have to be strip-mined that the scar would become visible from Earth with the naked eye, in only three years! (“America at the Threshold”, US Goverment Printing Office, 1991.)

Helium-3 can be manufactured in nuclear reactors, but that would generate so much waste energy that the plant would have to be on the Farside of the Moon to protect the Earth! Extracting it from Jupiter would be much more practicable, and I outlined ways to do it in my books Man and the Planets و Incoming Asteroid!, as well as in several scientific papers and articles.

New Discoveries under the Sun – and on it – and over it.

After a decade of discoveries pouring in from spacecraft orbiting Mercury, Venus, the Moon, Mars, Vesta, Ceres and Saturn, with the Juno mission now orbiting Jupiter and the Curiosity and Perseverance rovers hard at work on Mars, and Lunar Reconnaissance Orbiter still circling the Moon, it’s easy to forget that there’s a flotilla of spacecraft dedicated to observing the Sun. Among them Europe’s veteran SOHO mission remains on-station at the Sun-Earth L1 point, between us and the Sun, watching what happens on it, what comes off from it and giving early warning of what’s coming our way, including the violent Coronal Mass Ejections which cause aurorae and other disturbances of Earth’s magnetic field. The Japanese Hinode, launched in 2006, is still hard at work. STEREO, a twin mission launched in 2006, sent probes to opposite sides of the Sun to give us 24/7 coverage of all events on it, and one of them is still operational.

Not that it should be necessary, but STEREO finally laid to rest the myth of a planet twinned with Earth, orbiting on the far side of the Sun, featured in a novel by Edgar Wallace, the feminist ‘Twin Earths’ comic strip of the 1950s, and in the ‘Gor’ novels of John Norman, diametrically opposite in sentiment as well as location. Relative to Earth the planet would have been at the Sun-Earth L3 point, which is a condition of unstable equilibrium: the pulls of the other planets would quickly have brought the ‘counter-Earth’ into view.

More importantly, the images from SOHO and the other probes are complemented by higher-resolution ones from SDO, the Solar Dynamics Observer launched in February 2010. Big discoveries are still being made: for the first time scientists have been able to see the predicted Alfvén waves in spicules projecting from the surface of the Sun, compared to the action of the wind on stalks of wheat. Not only can they now be seen, but they prove to carry so much energy that they can explain the heating of the corona, the Sun’s outer atmosphere, which has been a mystery for decades – and also the energy of the Solar Wind, which can reach speeds of 1.5 million miles per hour as it streams through holes in the corona, discovered by the Apollo Telescope Mount on the Skylab space station in 1973. (Tammy Plotner, ‘Amber Waves Of Energy’, الكون اليوم, July 29, 2011.)

SOHO’s camera resolution is high enough to see seismic waves on the surface of the Sun, and a great deal has been discovered from them about the behaviour of the Sun and other stars. Combining data from SDO and from SOHO, a team at Stanford University have computed the behaviour of seismic waves below the solar surface and discovered that they can detect disturbances 60,000 km below the surface, travelling upwards at 1,000 to 2,000 kilometres per hour, which evolve into huge vortices as they reach the surface – sunspot groups. It allows their outbreaks to be predicted one to three days in advance. (Tammy Plotner, ‘Scientists Detect Sunspots Before They Emerge’, الكون اليوم, August 23, 2011.)

At the same time as we’re explaining the newest features of the Sun to be discovered, we’re finding the origins of the ones which have been known for longest. The first naked-eye sunspot sighting on record is prior to 800 BC, in the Chinese Book of Changes, and the first known drawing is by John of Worcester in 1128-29. (Chris Kitchin, ‘Rhythms of the Sun’, Astronomy Now, November 2001.) For as long as we have satellites like SOHO, STEREO and SDO operational, there’s now no danger that astronauts on the Moon, unprotected by the Earth’s magnetic field from last to first quarter, can be surprised by sunspots and flares coming round the Sun as they did during the Apollo 16 mission, fortunately without the particle streams coming this way.


Cool new worlds found in our cosmic backyard

How complete is our census of the Sun's closest neighbors? Astronomers using NSF's NOIRLab facilities and a team of data-sleuthing volunteers participating in Backyard Worlds: Planet 9, a citizen science project, have discovered roughly 100 cool worlds near the Sun -- objects more massive than planets but lighter than stars, known as brown dwarfs. Several of these newly discovered worlds are among the very coolest known, with a few approaching the temperature of Earth -- cool enough to harbor water clouds.

Discovering and characterizing astronomical objects near the Sun is fundamental to our understanding of our place in, and the history of, the Universe. Yet astronomers are still unearthing new residents of the Solar neighborhood. A remarkable breakthrough was announced today, with the discovery of roughly 100 cool brown dwarfs near the Sun [1].The new Backyard Worlds discoveries bridge a previously empty gap in the range of low-temperature brown dwarfs, identifying a long-sought missing link within the brown dwarf population.

"These cool worlds offer the opportunity for new insights into the formation and atmospheres of planets beyond the Solar System," said Aaron Meisner from the National Science Foundation's NOIRLab and the lead author of the research paper. "This collection of cool brown dwarfs also allows us to accurately estimate the number of free-floating worlds roaming interstellar space near the Sun."

This major advancement was made possible with archival data from the Nicholas U. Mayall 4-meter Telescope at Kitt Peak National Observatory (KPNO) and the Víctor M. Blanco 4-meter Telescope at Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), which were made available through the Community Science and Data Center (CSDC), all programs of NSF's NOIRLab. Large survey data sets were then made available to the Backyard Worlds volunteers using NOIRLab's Astro Data Lab science platform. The results, to be published in TheAstrophysical Journal, demonstrate the rapidly growing role of survey and archival data research in astronomy today.

Brown dwarfs lie somewhere between the most massive planets and the smallest stars. Lacking the mass needed to sustain nuclear reactions in their core, brown dwarfs resemble cooling embers. Their low mass, low temperature and lack of internal nuclear reactions make them extremely faint -- and therefore extremely difficult to detect. Because of this, when searching for the very coolest brown dwarfs, astronomers can only hope to detect such objects relatively close to the Sun.

To help find our Sun's coldest and nearest neighbors, the astronomers of the Backyard Worlds project turned to a worldwide network of more than 100,000 citizen scientists [2]. These volunteers diligently inspect trillions of pixels of telescope images to identify the subtle movements of brown dwarfs and planets. Despite the abilities of machine learning and supercomputers, there's no substitute for the human eye when it comes to scouring telescope images for moving objects.

The keen eyes of the Backyard Worlds volunteers have already discovered more than 1,500 cold worlds near to the Sun, and today's paper presents roughly 100 of the coldest in that sample. According to Meisner, this is a record for any citizen science program by a factor of about 20, and 20 citizen scientists are listed as co-authors of the study. A handful of these cool worlds -- which are among the very coldest brown dwarfs known -- approach the temperature of Earth. NASA's Spitzer Space Telescope provided the brown dwarf temperature estimates [3].

Brown dwarfs are expected to cool as they age, passing from near-stellar temperatures down to planetary temperatures and below, fading all the while and eventually winking out. The new discoveries attest to this picture by uncovering elusive examples of brown dwarfs approaching Earth-temperature.

"This paper is evidence that the solar neighborhood is still uncharted territory and citizen scientists are excellent astronomical cartographers," said co-author Jackie Faherty of the American Museum of Natural History. "Mapping the coldest brown dwarfs down to the lowest masses gives us key insights into the low-mass star formation process while providing a target list for detailed studies of the atmospheres of Jupiter analogs."

Citizen scientist, Astro Data Lab user, and paper co-author Jim Walla added, "It's awesome to know that our discoveries are now counted among the Sun's neighbors and will be targets of further research."

Alongside the dedicated efforts of the Backyard Worlds volunteers, NOIRLab's Astro Data Lab was instrumental in this research. The technical burden of downloading billion-object astronomical catalogs is typically insurmountable for individual investigators -- including most professional astronomers. "AstroData Lab's open and accessible web portal allowed Backyard Worlds citizen scientists to easily query massive catalogs for brown dwarf candidates," explained NOIRLab astronomer Stephanie Juneau, who helped introduce the citizen scientists to Astro Data Lab. Astro Data Lab also enables convenient matching between data sets from NOIRLab telescopes and external facilities, such as NASA's WISE satellite, that jointly contributed to these brown dwarf discoveries.

In addition to Astro Data Lab's making data accessible to the Backyard Worlds collaboration, archival observations by telescopes at two other NOIRLab Programs -- CTIO and KPNO -- were also key to this discovery. "Wide-area imaging from NOIRLab's Mayall and Blanco telescopes was also critical," explained Aaron Meisner. "To select only the very coldest brown dwarfs, we inspected deep images from a variety of sensitive astronomical surveys."

"It's great to see such thrilling results from NOIRLab's efforts to broaden participation in astronomy research," said Chris Davis of the National Science Foundation, the US agency that supports operations at the Kitt Peak and Cerro Tololo observatories and at CSDC. "By making archival data from NSF's Mayall and Blanco telescopes publicly available and easily accessible through CSDC, folks with a fascination for astronomy can make a real contribution to science and to our understanding of the Universe."

The approach of the Backyard Worlds project -- searching for rare objects in large data sets -- is also one of the goals for the upcoming Vera C. Rubin Observatory [4]. Currently under construction on Cerro Pachón in the Chilean Andes, Rubin Observatory will image the visible sky from the southern hemisphere every three nights over ten years, providing a vast amount of data that will enable new ways of doing astrophysical research.

"Vast modern data sets can unlock landmark discoveries, and it's exciting that these could be spotted first by a citizen scientist," concludes Aaron Meisner. "These Backyard Worlds discoveries show that members of the public can play an important role in reshaping our scientific understanding of our solar neighborhood."

[1] The closest of these new discoveries is roughly 23 light-years away from the Sun. Many more of these brown dwarfs are in the 30-60 light-year distance range.

[2] Backyard Worlds: Planet 9 is hosted by Zooniverse.

[3] Complementary follow-up observations were also supplied by Keck Observatory, Mont Mégantic Observatory, and Carnegie Institution for Science's Las Campanas Observatory.

[4] Rubin Observatory and Department of Energy (DOE) Legacy Survey of Space and Time Camera are operated by NSF's NOIRLab and SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC).


شاهد الفيديو: Size Comparison: Monsters (شهر نوفمبر 2022).