اسحاق نیوتن

اسحاق نیوتن (۱۶۴۳- ۱۷۲۷)، محقق، ریاضی‌دان و فیزیک‌دان پرتلاش انگلیسی، نقش مهمی در توسعه و تعالی ریاضی نجوم دارد. تحقیقات نیوتن در موضوع نور، آینه‌ها و عدسی‌ها به ساخت تلسکوپ‌هایی انجامید که در آن‌ها به‌جای عدسی در تلسکوپ‌های گالیله‌ای، از آینه مقعر برای جمع‌آوری نور استفاده می‌شود. امروزه این نوع تلسکوپ‌ها به تلسکوپ‌های نیوتنی معروف‌اند و در بین منجمان آماتور از پرطرف‌دارترین تلسکوپ‌های مطالعاتی هستند. او با ساختن تلسکوپ بازتابی و اهدای آن به انجمن سلطنتی انگلستان به عضویت این انجمن درآمد. ارزشمندترین کار نیوتن در حوزه علم نجوم، ارائه قانون گرانش عمومی در عالم فیزیک بود. او در سال ۱۶۸۴ که مطالعات خود را درباره گرانش و چگونگی حرکت سیارات کامل کرده بود، کتابی به نام اصول ریاضی فلسفه طبیعی منتشر کرد. وی در این کتاب سه قانون درباره حرکت اجسام مطرح کرد و نشان داد که برخی از قوانین اساسی حرکت، جهانی هستند و در مورد کلیه اجرام زمینی و آسمانی صادق‌اند.
کپلر در سال ۱۶۰۹ در کتاب خود به نام هیئت جدید با استفاده از نتایج رصدهای تیکو براهه و مشاهدات خود، ثابت کرد که مدار چرخش سیارات بر گرد ستارگان، برخلاف تصور رایج، دایره‌ای نیست، بلکه بیضوی است. با این همه، کپلر نتوانسته بود توضیح دهد که چرا مدار سیاره‌ها به شکل بیضی است و چه نیرویی آن‌ها را به حرکت درمی‌آورد. همچنین مشخص نبود که به چه علت، سرعت‌مداری سیارات وقتی به خورشید نزدیک‌تر می‌شوند، افزایش می‌یابد.
نیوتن در کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی برای این پرسش‌ها، پاسخ ریاضی ارائه داد. او ثابت کرد که نیروی کشش میان اجسام آسمانی، طبق قانون عکس مربع عمل می‌کند، یعنی مقدار نیروی گرانش میان خورشید و یک سیاره برابر است با عکس مجذور فاصله میان آن دو. نیوتن با تحلیل ریاضی نشان داد که قانون عکس مربع به ناگزیر مسیر حرکت سیاره‌ها را بیضی می‌سازد.
در قانون گرانش عمومی نیوتن گفته می‌شود «هر جسمی به هر جسم دیگر، نیروی کششی وارد می‌کند و مقدار این نیرو محاسبه شدنی است.» او توانست نشان دهد که با یگانه قانون گرانش و استفاده از حساب دیفرانسیل و انتگرال، می‌توان سه قانون تجربی کپلر در مورد حرکت سیارات را به‌صورت کلی‌تر اثبات کرد. در واقع علاقه نیوتن به چنین محاسباتی بود که او را به ابداع دانش حساب دیفرانسیل سوق داد. نیوتن بیان داشت که تمام اجسام و به‌ویژه اختران فلکی، یکدیگر را به نسبت معکوس مجذور فاصله و نسبت مستقیم جرمشان جذب می‌کنند. وی به این وسیله موفق شد قوانین حرکت سیارات را که کپلر به طریق تجربی به‌دست آورده بود از طریق محاسبات ریاضی، فرمول‌ها و روابط فیزیکی نتیجه بگیرد و جرم خورشید و زمین و بعضی از سیارات را حساب کند.
تا حدود یک قرن قبل از اینکه نیوتن قانون جاذبه عمومی را به جامعه بشری ارائه دهد، تصور مردم بر این بود که سیاره‌ها به کمک سپرهای نامرئی نگه داشته شده‌اند. نیوتن ثابت کرد که آن‌ها با جاذبه خورشید بدون طناب و سپر نگه داشته شده‌اند. همچنین نشان داد که نیروی جاذبه به فاصله و جرم دو جسم بستگی دارد. او نیرویی را که لازم بود تا ماه به دور زمین بگردد، محاسبه کرد. بعد از پذیرفتن این واقعیت که ماه بسیار از زمین دور است و جرم بسیار بیشتری دارد، متوجه شد که نیروها مساوی هستند. ماه به کمک نیروی جاذبه زمین به دور مدار زمین نگه داشته شده است. او اولین کسی نبود که فهمید مدار سیارات حلقوی نیست، بلکه بیشتر بیضوی شکل است و این یافته را با حل ریاضی معادلات جاذبه عمومی نشان داد.
در سال ۱۶۸۷ اسحاق نیوتن با انتشار کتاب «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» معروف به «پرینسیپا» نشان داد که نیروی جاذبه ثقل، عامل حرکت سقوطی اجسام به طرف زمین، و حرکت مداری کره ماه برگرد زمین، هر دو یکی هستند و همین نیروی جاذبه است که اجرام آسمانی را در مدارهای معینی به حرکت در می‌آورد و اشیا را بر سطح کره نگه می‌دارد. یکی از دستاوردهای قانون جاذبه عمومی اختراع ماهواره‌ها بوده است.
پدیده «کشند» (جزر و مد) زاییده نیروی جاذبه کره ماه است. بدیهی است دریاها در مقایسه با خشکی‌های زمین از قابلیت انعطاف و نرمی بیشتری برخوردارند و در برابر نیروی کشش ماه، کمتر ایستادگی می‌کنند. به همین دلیل، توده‌های آب در زیر پای ماه انباشته می‌شوند و پدیده‌ای به نام «برکشند» را ایجاد می‌کنند. همزمان با برکشند رو به ماه، برکشند دیگری در آن سوی کره زمین ایجاد می‌شود، بدین‌سان که آب‌های آن سوی کره زمین که از ماه دورند، کمتر متأثر می‌شوند و به اصطلاح عقب می‌مانند و آب، توده عظیمی را به سمت خارج ایجاد می‌کند. لذا روزانه هر نقطه از سطح دریا دوبار دستخوش برکشند (مد) و دو بار هم دستخوش فروکشند (جزر) می‌شود.
نیوتن با به‌کار بردن قوانین حرکت و قانون جاذبه عمومی، فرورفتگی زمین را در دو قطب آن که نتیجه دوران روزانه زمین به دور محور چرخشی خود است، محاسبه کرد و به کمک این محاسبه درصدد برآمد سیر تکامل تدریجی سیاره را مورد مطالعه قرار دهد. او همچنین تغییرات وزن اجسام بر حسب تغییر عرض جغرافیایی را حساب کرد.

زندگینامه

چند رسانه ای

سیاهچاله‌

در واقع وقتی ناسا در انیمیشن خود به ابعاد یک سیاهچاله کلان‌جرم اشاره می‌کند، منظور همان مرز سیاهچاله یا افق رویداد (Event Horizon) آن است. اندکی پیش از افق رویداد دیسک داغی شکل می‌گیرد. این دیسک داغ به‌ خاطر گرمای زیاد می‌درخشد و افق رویداد را مشخص می‌کند. هرچقدر یک سیاهچاله بزرگ‌تر باشد، شعاع شوارتزشیلد (Schwarzschild Radius) آن بزرگ‌تر خواهد بود. این میزان فاصله بین مرکز سیاهچاله با افق رویداد است.

به‌ عنوان مثال اگر در انیمیشن ناسا سیاهچاله‌ای به‌ جرم خورشید وجود داشت، شعاع شوارتزشیلد آن به‌ تنها ۲/۹۵ کیلومتر می‌رسید. تا آنجایی که می‌دانیم کوچک‌ترین سیاه‌چاله‌ها با جرمی حدود ۵ برابر جرم خورشید شکل می‌گیرند. آن‌ها نتیجه فروپاشی هسته یک ستاره بزرگ در پایان عمر طولانی‌اش هستند و سیاه‌چاله ستاره‌ای (Stellar Black Hole) نامیده می‌شوند. ابعاد این دسته از ستاره‌ها حداکثر برابر با ۶۵ جرم خورشیدی است.

سیاهچاله کلان‌جرم

انیمیشن ناسا از سیاهچاله‌های بزرگ‌تر مثل سیاهچاله‌ای که درون کهکشان کوتوله J1601+3113 قرار دارد، شروع می‌کند. جرم این سیاهچاله ۱۰۰ هزار برابر خورشید است و شعاع شوارتزشیلد آن نیز تقریبا اندکی کمتر از نصف خورشید می‌شود. سایه سیاهچاله به فضای اطراف افق رویداد نیز گسترش پیدا می‌کند و در نتیجه منطقه‌ای تاریک دو برابر ابعاد اصلی سیاه‌چاله ایجاد خواهد شد.

سیاهچاله‌

بدین‌ ترتیب در انیمیشن ناسا در رابطه با سیاهچاله‌های کلان‌جرم سایه اول تقریبا هم‌اندازه با خورشید است. همچنین در این ویدیو شاهد سیاهچاله کلان‌جرم کهکشان راه شیری یعنی کمان ای* (Sagittarius *A) نیز هستیم. جرم این سیاهچاله ۴/۳ میلیون برابر خورشید است. پس از آن نوبت به سیاهچاله *M87 می‌رسد که جرمی معادل ۵/۳۷ برابر خورشید دارد و اولین تصویر بشر از یک سیاهچاله نیز از آن گرفته شده است.

کمی جلوتر شاهد حضور دو سیاهچاله در مرکز کهکشان NGC 7727 هستیم. این کهکشان از ترکیب دو کهکشان ایجاد شده است و به‌ همین خاطر دو سیاهچاله را در قلب خود دارد. جرم یکی از آن‌ها ۱۵۴ میلیون برابر خورشید است و جرم دیگری به ۶/۳ میلیون برابر خورشید می‌رسد. تردیدی وجود ندارد که این دو سیاهچاله در نهایت با همدیگر ادغام خواهند شد و یک سیاهچاله غول‌پیکر را شکل می‌دهند.

وجود این دو سیاهچاله باعث شده که دانشمندان نظریه ادغام سیاهچاله‌ها برای شکل‌گیری سیاهچاله‌های بزرگ‌تر را مطرح کنند. به‌ گفته اخترشناسان این رویداد حیرت‌انگیز باعث ایجاد امواج گرانشی شدیدی خواهد شد. هرچند فرکانس آن‌ها پایین است و فناوری کنونی بشر نمی‌تواند آن‌ها را اندازه‌گیری کند.

پیش‌تر دانشمندان گمان می‌کردند که از نظر تئوری یک سیاهچاله نمی‌تواند بیشتر از ۵۰ میلیارد برابر جرم خورشید باشد. در سال ۲۰۰۴ ابعاد یک غول واقعی در کیهان به‌ نام TON-618 مشخص شد که ۶۶ میلیارد برابر خورشید جرم داشت و تمامی پیش‌بینی‌های اخترشناسان را رد کرد. با این جرم شعاع شوارتزشیلد آن به ۱۳۰۰ واحد نجومی می‌رسد.

برای مقایسه جالب است بدانید هر واحد نجومی تقریبا ۱۵۰ میلیون کیلومتر است که باعث می‌شود شعاع شوارتزشیلد آخرین سیاهچاله انیمیشن ناسا به ۱۹۵ میلیارد کیلومتر می‌رسد. مدار پلوتو تنها ۴۰ واحد نجومی است که یعنی این سیاهچاله می‌تواند حتی از فاصله فوق‌العاده زیادی کل منظومه شمسی را ببلعد. خوشبختانه نور ساطع‌شده از دیسک داغ اطراف آن فاصله ۱۰/۸ میلیارد سال نوری را با زمین نشان می‌دهد. بدین‌ ترتیب فعلا این گوشه از جهان را خطری تهدید نمی‌کند.

انفجار سیارک

یک سیارک کوچک با قطر یک متر مانند یک دنباله‌دار بر فراز آسمان انگلیس درخشید و پس از ورود به اتمسفر زمین منفجر شد. انفجار این سیارک به نام SAr2667 در سراسر جنوب انگلیس، ولز و همچنین پاریس قابل مشاهده بود.

انفجار سیارک SAr2667

سحابی مرغ دونده

ناسا تصویری از یک سحابی منتشر کرده است که مانند مرغی غول‌پیکر و درحال دویدن به نظر می‌رسد! سحابی مرغ دونده که به نام IC 2944 فهرست‌بندی شده است، حدود ۱۰۰ سال نوری وسعت داشته و در فاصله ۶ هزار سال نوری از ما به‌سمت صورت فلکی قنطورس (Centaurus) قرار دارد.

اجرام قابل مشاهده در سحابی

این تصویر در یک نوردهی ۱۶ ساعته در سه شب متوالی گرفته شده و خوشه ستاره‌ای کولیندر ۲۴۹ (Collinder 249) درون گاز درخشان سحابی قابل مشاهده است. اگرچه تشخیص این موضوع در اینجا دشوار است، اما چندین ابر مولکولی تیره با اشکال متمایز را نیز می‌توان در داخل سحابی یافت.