چگونه جو زمین مانع عبور پرتوهای ایکس می شود؟

بر خلاف انرژی بالای پرتوی ایکس، آن ها نمی توانند از لایه محافظ جو زمین عبور کنند و به سطح زمین برسند . البته این موضوع برای بقای گونه های حیات روی زمین کاملاً ضروری است؛ زیرا هیچ یک از آن‌ها نمی توانند در برابر تابش پرتو ایکس مقاومت کنند و دوام بیاورند. اما مثل همیشه این مسئله کار اخترشناسان را دشوار می کند؛ آن‌ها باید به کمک بالن، موشک یا ماهواره، آسمان رادر محدوده پرتو ایکس بررسی کنند .

با توجه به اینکه پرتوهای ایکس انرژی بالایی دارند شاید این سوال پیش بیاد که چرااین پرتوها نمی‌توانند از جو عبور کنند .پاسخ اینست که پرتو پر انرژی مانند ایکس با مولکول‌های جو زمین بر همکنش می‌کند و طی فرآیندی به نام بارش آبشاری انرژی خود را از دست می‌دهد. [1]

بارش آبشاری  

پرتوهای ایکسی که به جو زمین وارد می‌شوند توالی کاملی از بر هم کنش‌های الکترون_فوتون را به شرح زیر تولید می‌کنند. پرتو ایکسی که وارد جو می شود ممکن است در مجاورت یک هسته نابود شود و بنابراین یک زوج الکترون پزیترون تولید کند(تولید زوج). این ذرات باردار آفریده شده ، دارای انرژی‌های جنبشی زیادی‌اند ،الکترون‌ها در سر راهشان به سطح زمین ممکن است در رویارویی با هسته‌ها با آنها برخورد کنند ومنحرف شوند.این ذرات پس از برخوردها به واسطه شتاب خود فوتون‌هایی با انرژی بالا توسط فرآیند تابش ترمزی تابش می کنند. ممکن است پوزیترون با الکترون ترکیب شود ، هر دو نابود و دوفوتون آفریده شوند. فوتون‌های ثانوی می‌توانند دارای انرژی بیش از 2/1 MeV باشد و بنابراین ممکن است زوج الکترون‌های بیشتری تولید کنند. از این رو با وقوع مکرر این فرآیند انرژی فوتون اولیه کاهش می یابد و بین ذرات بسیاری پاشیده می‌شود.این بارش عملا هنگامی باز می ایستد که تولید زوج از نظر انرژی غیر ممکن باشد.[۲]

بیشتر فوتون های پر‌انرژی پرتو ایکس با انرژی بیشتر از30 keV حداقل برای مسافت هایی در حدود چند متر می توانند به هوا نفوذ کنند(اگر این مورد نبود آشکار سازها و ماشین های پزشکی پرتو ایکس نمی توانستند کار کنند)

ولی تقریبا هیچ پرتوی قادر نیست از فضای خارجی به سطح زمین نفوذ بنماید.زیرا اغلب منابع آسمانی پرتو های ایکسی در حیطه keV۰/۵تا ۵ انرژیشان را بیرون می دهند که با چند برگ کاغذ متوقف می شود.90 درصد فوتون های اشعه ایکس در انرژی ۳kev  ،تنها با حرکت در میان فقط cm۱۰هواجذب می شوند. [3] 

  نوشته: سارا مادرشاهیان  

منابع: [1]کتاب پس از نخستین سه دقیقه

         [2]کتاب مبانی فیزیک مدرن

         [3] www.wikipedia.org 

 

درخشانترین پرتو گامای جهان رصد شد

 کهکشانی دور افتاده که سیاهچاله ای عظیم را در خود جا داده است به تازگی با فعالیتهای غیر عادی خود تابشهای بسیار درخشانی از پرتوهای گاما را از خود نشان داده است.
به گزارش خبرگزاری مهر، تابش این پرتوها از 15 سپتامبر آغاز شده و کهکشان میزبان خود را به یکی از درخشانترین کهکشانهای کشف شده تبدیل کرده است، در واقع در حال حاضر میزان درخشندگی این کهکشان نسبت به درخشش عادی آن 10 بار افزایش پیدا کرده است. این پدیده توسط تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی رصد شده است تا اطلاعات بیشتری از چگونگی فعالیت این کهکشانهای فعال در اختیار دانشمندان قرار گیرد.

اخترشناسان بر این باورند کهکشان 3C 454.3 از نوع کهکشانهایی است که به آنها "بلازر" گفته می شود بلازرها مانند بسیاری از کهکشانهای فعال زمانی که ماده به سوی مرکز سیاهچاله های مرکزی آنها سرازیر می شوند، فورانهایی از ذرات کیهانی را به صورت متقابل و با سرعتی برابر سرعت نور به بیرون پرتاب می کنند. آنچه این کهکشانها را در تابشهای گاما بسیار درخشان می کند جهت گیری آنها در فضا است در صورتی که یکی از این فورانها مستقیم به سوی زمین قرار بگیرد ردیابی آنها از زمین برای اخترشناسان آسان خواهد شد.

اخترشناسان در حال حاضر بر روی توده های فوران ذرات تمرکز کرده اند که انرژی آنها توسط سیاهچاله عظیم کهکشان تامین می شود، به گفته اخترشناسان اینگونه به نظر می آید که برخی تغییرات در داخل این فورانها مسئول ایجاد پرتوهای گامایی درخشان است.

این کهکشان در فاصله 7.2 میلیارد سال نوری از زمین قرار داشته و منزلگاه آن در صورت فلکی پگاسوس است با وجود فاصله قابل توجه، این کهکشان در حال حاضر نسبت به تب اختر ولا، ستاره دواری که معمولا درخشانترین منبع پرتو گاما در آسمان شناخته شده است، بسیار درخشانتر است به گفته ماسیمو ویلاتا در رصد خانه تورینو پرتوهای منتشر شده از این کهکشان طول موجهای رادیویی و نور مرئی را نیز در بر دارند.

بر اساس گزارش ام اس ان بی سی، تیم فرمی از دیگر اخترشناسان درخواست کرده است تا این پدیده ناشناخته را در وسیع ترین طول موجهای نوری ممکن مورد بررسی قرار دهند تا بتوانند در نهایت درک درستی از رویدادهای در حال وقوع در داخل کهکشان آگاه شوند.
  خبرگزاری مهر

سرنوشت خورشید

خورشید سرانجام به پایان سوخت هسته‌ای‌‌اش می رسد و حدود 5/4 میلیارد سال دیگر می میرد. البته داستان مرگ خورشید از یک سری وقایع تشکیل شده است که ابتدا خورشید را به غول سرخ، سپس به ریز نقش سفید، و در نهایت به یک ستاره ریز نقش سیاه تبدیل می کند. این فرآیند 5/3 میلیارد سال دیگر آغاز می‌شود؛ وقتی که هلیم در هسته خورشید شروع به همجوشی و تولید کربن میکند و خورشید شروع به انبساط می‌کند. پیش بینی وضع آب و هوای زمین در آن زمان داغ، درخشان و مه آلود خواهد بود؛ زمانی که خورشید همچون غولی در آسمان بزرگ و بزرگتر می شود. زمانی که خورشید دو سومِ  آسمان را پوشانده، دمای چند هزار درجه ای روی زمین مدت هاست که جوّ و اقیانوس هایش را تبخیر کرده است. سرانجام، لایه خارجی خورشید، عطارد، زهره، زمین و حتی مریخ را در کام خود فرو  می‌برد و با جذب حرارت از مرکزش 3000 بار درخشان تر میشود. در این زمان خورشید به یک ستاره غول پیکر تبدیل گشته است.

وقتی هلیم به پایان برسد هسته کربن – اکسیژن هم غیر فعال می شود و مرگ غول سرخ آغاز می‌شود. البته هسته، دو سومِ جرم ستاره را در بر دارد، هنوز داغ است و اطرافش را دو پوسته از مواد اصلی خورشید، یعنی هیدروژن و هلیم دست نخورده، فرا گرفته است. حاصل فعالیت این پوسته ها حرکت تَپ وار (pulsation) سطح خورشید است که هر تَپ حدود یک سال طول می کشد. وقتی سطح با هر تَپ منبسط و خشک می‌شود هیدروژن و هلیم رابه صورت ((بادی)) که با سرعت حدود  16 کیلومتر در ثانیه می‌وزد، در فضا منتشر می کند. این فرآیند چندین هزار سال طول می کشد تا هر دو پوسته در فضا پراکنده شوند و هسته کربن – اکسیژن چگال خورشید بی حفاظ و عریان باقی بماند. پوسته های فوران شده سحابی سیاره نمای در حال انبساطی را شکل می دهند. در طی 20000 سال بعد دمای سطحی هسته عریان شده از 11000 درجه به حدود 25000 درجه افزایش میابد. البته، اندازه اش خیلی بزرگتر از زمین نخواهد بود. پرتو فرابنفش تابش شده از هسته عریان، که سریع تر از گازهای سحابی حرکت می‌کند، به سحابی می‌رسد و آن را همچون حباب فلورسنت روشن می‌کند. 

در همین حال، بادی پُر سرعت با جرم بسیار کم اما مقدار زیادی انرژی با سرعت حدود 1500 کیلومتر در ثانیه وزیدن می گیرد. این باد هم به شدت با سحابی تصادف می کند و ابرهای درخشان متعددی را شکل می‌دهد که با رنگ های قرمز،سبز و آبی که حاصل حرارت دیدن گازهای هیدروژن، اکسیژن و هلیم‌اند می‌درخشند. در این زمان اندازه سحابی به هزار برابر اندازه منظومه شمسی ما رسیده است. این نمایش آسمانی شکل ها و رنگهای معرکه فقط حدود ده هزار سال ادامه می یابد.

در سالهای بعد، بیرون ریزی گاز و انرژی از ستاره غول سرخ متوقف می شود و فقط هسته داغ باقی می ماند. این هسته، که در این مرحله ستاره ریز نقش سفید نامیده میشود، به تدریج سرد و سرانجام محو و تبدیل به کره ای تاریک و مرده از مواد می شود که ستاره ریز نقش سیاه نامیده می شود. این مرحله آخر سرد شدن آن قدر طولانی است که هنوز عمر عالم به جایی نرسیده است که ریز نقش سیاهی زده شده باشد. اما تصاویری که تلسکوپ فضایی هابل گرفته نشان می دهد که کهکشان راه شیری پر از ریز نقش سفید و ستاره های غول سرخ است.

 منبع: سایت نجوم ایران

ما از کجا آمده‌ایم؟

از میان عناصر موجود در جدول تناوبی، 91 عنصر به طور طبیعی بر روی زمین موجودند: 81 عنصر پایدارند (رادیو اکتیو نیستند)،10 عنصر رادیواکتیواند و بنابراین واپاشی می‌کنند. تمامی اجسامی که هر روز با آن برخورد می کنید از مجموعه ای از این عناصر تشکیل شده‌اند.

فراوانی فعلی عناصر در جهان حدوداً برابرند با:

1-هیدروژن 90 درصد

2-هلیوم 9 درصد

3- : B, Be ,Li000001/ 0درصد

4- N,O ,F , Ne ,C : 2/ 0درصد

5- Mn , Si: 2 /0 درصد

6-Fe , Ge : 01/ 0درصد

7-وزن‌های میانی: 00000001/0 درصد

8-وزن‌های سنگین: 000000001/0درصد

چهار فرآیند متفاوت برای تولید عناصر وجود دارند، و هر عنصر از ترکیبی از این فرایندها تولید می شود.

1)عناصر اولیه. در آغاز،درست بعد از انفجار بزرگ تنها اتم‌های هیدروژن و هلیوم در جهان وجود داشتند. زمانی که جهان به اندازه کافی سرد شد، تا اتم‌های هلیوم از حرارت زیاد نجات پیدا کنند، جهان برای ساختن عنصر دیگری بسیار سرد بود.

2)واکنش‌های هسته‌ای ستاره‌ای. (زنجیره p-p، هم‌جوشی کربن ، وغیره) تمام عناصر تا آهن را تولید کردند.

3)جذب نوترون (فرایند s). عناصر سنگین‌تر از آهن می توانند توسط فرایندی که جذب نوترون نامیده می‌شود، تشکیل شوند. نوترون‌ها توسط هسته آهن جذب می شوند. این عمل یک ایزوتوپ سنگین (یک ایزوتوپ اتمی است که تعداد نوترون‌های آن کمتر یا بیشتر از فراوان‌ترین شکل اتم باشد) آهن را می‌سازد. این ایزوتوپ‌ها ناپایدارند و واپاشی می کنند، که در این عمل نوترون با نشر یک الکترون و یک نوترینو به پروتون تبدیل می‌شود. عنصر جدید، در عوض می‌تواند نوترون جذب کند و سنگین‌تر شود و سپس واپاشی کند. این عمل را فرایند s(فرایند آهسته) می نامند. این اتفاق در ستاره عادی صورت می‌گیرد و می‌تواند اتم‌هایی به سنگینی بیسموت تولید کند.

۴)جذب نوترون (فرایند r). در یک انفجار ابرنواختری، نوترون‌های فراوانی وجود دارند که تماماً با انرژی بالا حرکت می کنند. هر عنصر حاضر در محیط شانس آن را دارد که کاملا توسط نوترون‌ها مورد اصابت قرار بگیرد و نوترون‌های زیادی را جذب نماید. این روشی است که توسط آن عناصر سنگین‌تر از بیسموت را به دست می آوریم. این عمل را فرایند سریع (فرایند r)می نامند. 

 

چگونه می دانیم که عناصر به چه روشی شکل می گیرند؟

۱- جذب نوترون و واپاشی هسته‌ای پدیده‌هایی هستند که در تجارب آزمایشگاهی به خوبی مطالعه شده‌اند. هنگامی که نتایج آزمایش‌ها با الگوهای جهان از شروع انفجار بزرگ ترکیب شوند، آنها با مشاهدات کاملا توافق دارند.

۲- تکنیوم 99 گواه مستقیمی است که شکل‌گیری عنصر سنگین در ستارگان رخ می دهد. این عنصر نیمه عمر 200000 سال دارد. که یک دوره کوتاه زمانی در نجوم است. اما، این عنصر را امروزه در ستارگان می بینیم که بدین معناست در تمام اوقات خلق شده باشد، مگر اینکه تمام آن واپاشی کرده باشد.

۳- منحنی‌های نوری ابرنواختر نوع I درست شبیه مجموع منحنی‌های واپاشی نیکل 56 (نیمه عمر 55 روز) و کربن56 (نیمه عمر76 روز) می باشد و دلالت بر این دارد که بسیاری از این ایزوتوپ‌ها در انفجار و واپاشی متعاقب آن تولید شده‌اند.

همانطور که گفته شد در آغاز جهان فقط اتم هیدروژن وجود داشت اما با گذشت زمان و طی فرایند‌های نام برده به تدریج سایر عناصر سنگین‌تر شکل گرفتند، تا جایی که امروزه سیاره ما زمین و همچنین بدن ما از تعداد زیادی عناصر متنوع ساخته شده است.

منبع: کتاب نظریه و مسایل نجوم

 

سفر به ورای منظومه شمسی

سفر به ورای منظومه شمسی 

امروزه با پیشرفت علم نجوم عظمت جهان هستی بر هیچ کس پوشیده نیست اما درک این عظمت برای انسان کاری بس دشوار است.خوب است با هم راهی سفری به خارج از منظومه شمسی شویم تا ببینیم جایگاه ما زمینیان در کجای این جهان بی انتهاست.

در فاصله 50 کیلومتری از سطح زمین:

فرض نمایید از مشهد سوار بر بشقاب پرنده ای شویم و از کره زمین دور گردیم. هنگامی که به این فاصله از زمین می رسیم مشهد، نیشابور، چناران، کلات، فریمان و حومه های آن ها را زیر پای خود می بینیم.

در فاصله 50000 کیلومتری سطح زمین:

در این فاصله از داخل سفینه کره زمین را با چند قاره آن ملاحظه می کنیم که کاملا هویداست.

در فاصله 000/000/50 کیلومتری زمین:

هنگامی که به این فاصله می رسیم،در کنار خود سیاره زیبای ناهید را خواهیم دید .سیاره زهره نزدیک ترین سیاره از جانب خورشید به زمین است.و کمی آنطرف تر عطارد را خواهید دید.

درفاصله 50میلیارد کیلومتری زمین:

در این فاصله ،منظومه شمسی با تمام سیارات آن در افق دید ما قرار دارد. از این فاصله برای دیدن عطارد وزهره وزمین ومریخ نیاز به تلسکوپ داریم ولی بقیه سیارات را با چشم غیر مسلح می توان دید. بد نیست بدانیم که زمین ما در مقابل خورشید مثل دانه ارزن در مقابل هندوانه است. و خورشید 9/99 درصد جرم منظومه شمسی را تشکیل می دهد،یعنی اگر سیارات منظومه شمسی را روی هم جمع کنیم نسبت به خورشید مثل دانه نخود در مقابل هندوانه است. سفر را ادامه می دهیم.

در فاصله پنجاه هزار میلیارد کیلومتری(معادل 5سال نوری):

هنگامی که سفینه ما به این فاصله می رسد، از آنجا منظومه شمسی با تمام اقتدارش چون نک سوزن به نظر می آید و خورشید، این گوی فروزان به صورت نقطه ای نورانی دیده می شود. حوادثی را که آنجا مشاهده می کنیم 5 سال قبل در زمین اتفاق افتاده اند.ستاره معروف سهیل در همین فاصله در کنار ما می درخشد.نزدیک ترین ستاره به زمین آلفای قنطورس است که 3/4 سال نوری با ما فاصله دارد.

در فاصله 5000 سال نوری (هرسال نوری برابر 9400 میلیارد کیلومتر است) :

در این فاصله که معادل 5000 سال حرکت با سرعت نور است،در حوزه دیدمان علاوه بر منظومه شمسی (که البته باید با تلسکوپ از آن فاصله به آن نگاه کنیم) اقیانوس بی انتهایی از ستارگان ومنظومه ها قرار دارند. در این فاصله ستارگان بسیار بزرگ وتابان ومنظومه هایی را مشاهده می کنیم که میلیونها برابر خورشید ما ومنظومه شمسی هستند.

در فاصله 000/000/5 سال نوری از زمین:

هنگامی که فضا پیما به این فاصله از زمین می رسد،شاهد مجموعه عظیمی از ستارگان خواهیم بود.این توده عظیم که متجاوز از 200 میلیارد ستاره در آن دیده می شود که خورشید ما یکی از آنهاست کهکشان راه شیری نام دارد .محاسبات نشان می دهد که کهکشان ما دارای حرکت دورانی با سرعت 200 کیلومتر بر ثانیه حول مرکز ثقل خودش می باشد.

درفاصله 5 میلیارد سال نوری از زمین:

هنگامی که سفینه ما به فاصله 5 میلیارد سال نوری از زمین می رسد یک مجموعه بسیار عظیم حدود یک میلیارد از کهکشان ها را می بینیم که کهکشان راه شیری ما یکی از کوچکترین آنهاست و در میان انبوه کهکشان ها نا‌پیداست و زمین و زمینیان در میان این عظمت غرق اند.لازم به ذکر است آخرین حدی که بشر تا کنون توانسته است با چشم مسلح مشاهده کند توسط تلسکوپ هابل و تا فاصله 13 میلیارد سال نوری است .اما در ورای این فاصله ها جهان چگونه است،همچنان نا معلوم است.

پیش از این از مرزهای منظومه شمسی پا را فراتر نمی گذاریم که برای درک عظمت جهان بیکران تا همین جا کافیست .اما این تنها پایان سفر ماست، پایان جهان نیست.