كيف يتم استخدام أجهزة للكشف عن الاشعاع الكوني؟
على الرغم من أن العين البشرية لا تزال أداة فلكية مهمة إلا أن هناك حاجة إلى أجهزة كشف قادرة على زيادة الحساسية والاستجابة السريعة للمراقبة عند الأطوال الموجية المرئية، وخاصة لتوسيع نطاق الملاحظات إلى ما وراء تلك المنطقة من الطيف الكهرومغناطيسي.
كان التصوير الفوتوغرافي أداة أساسية من أواخر القرن التاسع عشر حتى الثمانينيات عندما حلت محلها الأجهزة المزدوجة الشحن (CCDs)، ومع ذلك لا يزال التصوير الفوتوغرافي يوفر سجلاً أرشيفية مفيداً، قد تتضمن صورة جسم سماوي معين صوراً للعديد من الأشياء الأخرى التي لم تكن ذات أهمية عند التقاط الصورة، ولكنها أصبحت محور الدراسة بعد سنوات.
عندما تم اكتشاف الكوازارات في عام 1963 على سبيل المثال تم فحص اللوحات الفوتوغرافية التي عُرضت قبل عام 1900، وتم الاحتفاظ بها في مرصد كلية هارفارد لتتبع التغييرات المحتملة في موضع أو شدة الكائن الراديوي الذي تم تحديده مؤخراً على أنه كوازار (3C 273)، أيضاً استطلاعات فوتوغرافية رئيسية مثل: تلك الخاصة بالجمعية الجغرافية الوطنية ومرصد بالومار يمكن أن توفر قاعدة تاريخية للدراسات طويلة الأجل.
قام فيلم التصوير الفوتوغرافي بتحويل نسبة قليلة فقط من فوتونات الحادث إلى صور بينما تتمتع أجهزة (CCD) بكفاءة تصل إلى 100% تقريباً، ويمكن استخدام أجهزة (CCD) لمجموعة واسعة من الأطوال الموجية من الأشعة السينية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة، يمكن اكتشاف أشعة جاما من خلال نثر كومبتون أو إنتاج أزواج الإلكترون والبوزيترون أو إشعاع شرينكوف.
بالنسبة للأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء التي تزيد عن بضعة ميكرونات، يتم استخدام كاشفات أشباه الموصلات التي تعمل في درجات حرارة منخفضة جداً (مبردة)، يعتمد استقبال موجات الراديو على إنتاج جهد صغير في الهوائي وليس على حساب الفوتون.
يتضمن التحليل الطيفي قياس شدة الإشعاع كدالة لطول الموجة أو التردد، في بعض الكواشف (مثل تلك الخاصة بالأشعة السينية وأشعة جاما) يمكن قياس طاقة كل فوتون بشكل مباشر، بالنسبة للتحليل الطيفي منخفض الدقة تكفي مرشحات النطاق العريض لتحديد فترات الطول الموجي، ويمكن الحصول على دقة أعلى باستخدام المناشير والشبكات ومقاييس التداخل.
علم الفلك متعدد الرسالات:
يأتي معظم ما يُعرف عن الكون من ملاحظات الإشعاع الكهرومغناطيسي، ومع ذلك هناك رسل كونيون آخرون، وموجات الجاذبية هي اضطرابات في الزمكان يمكن اكتشافها بواسطة مقاييس التداخل الليزرية الكبيرة جداً، حيث يتم رصد موجات الجاذبية وانفجارات أشعة جاما من اندماجات النجوم النيوترونية، في حين إن النيوترينوات والأشعة الكونية هي جسيمات أخرى يمكن ملاحظتها من حيث المبدأ، ومع ذلك حتى الآن لا يمكن تحديد هؤلاء الرسل بمصادر محددة، يُسمى استخدام طريقتين أو أكثر من هذه الطرق علم الفلك متعدد الرسائل.
ما هي العينات الكونية الصلبة؟
كابتعاد عن النهج الفلكي التقليدي للرصد عن بعد تتضمن بعض خطوط البحث الحديثة تحليل العينات الفعلية في ظل ظروف المختبر، وتشمل هذه الدراسات على النيازك وعينات الصخور التي تم إرجاعها من القمر وعينات غبار المذنبات والكويكبات، التي تم إرجاعها بواسطة المسابير الفضائية وجزيئات الغبار بين الكواكب التي جمعتها الطائرات في طبقة الستراتوسفير أو بواسطة المركبات الفضائية.
في جميع هذه الحالات يمكن تكييف مجموعة واسعة من التقنيات المختبرية شديدة الحساسية للعينات المجهرية في كثير من الأحيان، يمكن استكمال التحليل الكيميائي بمطياف الكتلة مما يسمح بتحديد التركيب النظيري، ويمكن للنشاط الإشعاعي وتأثيرات جسيمات الأشعة الكونية أن تنتج كميات صغيرة من الغاز والتي تظل بعد ذلك محاصرة في بلورات داخل العينات.
يؤدي تسخين البلورات الذي يتم التحكم فيه بعناية (أو حبيبات الغبار المحتوية على البلورات) في ظروف المختبر إلى إطلاق هذا الغاز، والذي يتم تحليله بعد ذلك في مطياف الكتلة، ويتم استخدام مطياف الأشعة السينية والمجاهر الإلكترونية والميكروبات لتحديد التركيب والتركيب البلوريين، حيث يمكن استنتاج ظروف درجة الحرارة والضغط في وقت التكوين.
المناهج النظرية:
النظرية لا تقل أهمية عن الملاحظة في علم الفلك، مطلوب لتفسير بيانات الرصد ولبناء نماذج للأجرام السماوية والعمليات الفيزيائية وخصائصها وتغيراتها بمرور الوقت ولتوجيه المزيد من الملاحظات، تستند الفيزياء الفلكية النظرية إلى قوانين الفيزياء التي تم التحقق من صحتها بدقة كبيرة من خلال تجارب محكومة، ومع ذلك فإن تطبيق هذه القوانين على مشاكل فيزيائية فلكية محددة قد ينتج عنه معادلات معقدة للغاية بحيث لا يمكن حلها مباشرة، ثم هناك نهجان عامان متاحان، في الطريقة التقليدية تتم صياغة وصف مبسط للمشكلة يتضمن فقط المكونات المادية الرئيسية لتوفير معادلات يمكن حلها مباشرة أو استخدامها لإنشاء نموذج رقمي يمكن تقييمه.
يمكن بعد ذلك التحقيق في النماذج الأكثر تعقيداً على التوالي، بدلاً من ذلك يمكن تصميم برنامج كمبيوتر يستكشف المشكلة عددياً بكل تعقيداتها، أخذ العلم الحسابي مكانه كقسم رئيسي إلى جانب النظرية والتجربة اختبار أي نظرية هو قدرتها على دمج الحقائق المعروفة وعمل تنبؤات يمكن مقارنتها بملاحظات إضافية.
ما هو تأثير علم الفلك؟
لا يوجد مجال علمي قائم بذاته تماماً، تجد الاكتشافات في منطقة ما تطبيقات في مناطق أخرى غالباً بشكل غير متوقع، تتضمن الأمثلة البارزة المختلفة على ذلك دراسات فلكية، ظهرت قوانين إسحاق نيوتن للحركة والجاذبية من تحليل مدارات الكواكب والقمر.
قدمت الملاحظات خلال الكسوف الشمسي عام 1919 تأكيداً مثيراً لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، والتي اكتسبت مزيداً من الدعم مع اكتشاف النجم النابض الثنائي ومراقبة موجات الجاذبية من اندماج الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية، أصبح الآن فهم سلوك المادة النووية وبعض الجسيمات الأولية نتيجة لقياسات النجوم النيوترونية ووفرة الهيليوم الكونية على التوالي.
تم تحفيز دراسة نظرية الإشعاع السنكروتروني بشكل كبير من خلال اكتشاف الإشعاع المرئي المستقطب المنبعث من الإلكترونات عالية الطاقة في بقايا المستعر الأعظم المعروف باسم سديم السرطان، يتم الآن استخدام مسرعات الجسيمات المخصصة لإنتاج إشعاع السنكروترون لفحص بنية المواد الصلبة وعمل صور الأشعة السينية التفصيلية لعينات دقيقة بما في ذلك الهياكل البيولوجية.
كان للمعرفة الفلكية أيضاً تأثير واسع يتجاوز العلم، واستندت التقويمات المبكرة إلى الملاحظات الفلكية لدورات المواقف الشمسية والقمرية المتكررة، وأيضاً على مدى قرون كان الإلمام بمواقف النجوم وحركاتها الواضحة خلال الفصول يمكّن المسافرين عبر البحر من الإبحار بدقة متوسطة، وربما كان أكبر تأثير فردي للدراسات الفلكية على مجتمعنا الحديث هو صياغة تصوراته وآرائه.
إن تصوراتنا عن الكون ومكاننا فيه وتصوراتنا عن المكان والزمان وتطور السعي المنهجي للمعرفة المعروف باسم الطريقة العلمية قد تأثرت بعمق بالملاحظات الفلكية، بالإضافة إلى ذلك فإن قوة العلم في توفير الأساس للتنبؤات الدقيقة لظواهر مثل الكسوف ومواقع الكواكب ثم المذنبات لاحقاً بشكل كبير جداً قد شكلت موقفاً تجاه العلم الذي لا يزال يمثل قوة اجتماعية مهمة اليوم.
ما هو تاريخ علم الفلك؟
كان علم الفلك أول علم طبيعي يصل إلى مستوى عالٍ من التطور والقدرة التنبؤية وهو ما حققه بالفعل في النصف الثاني من الألفية الأولى قبل الميلاد، وينبع النجاح الكمي المبكر لعلم الفلك مقارنة بالعلوم الطبيعية الأخرى مثل الفيزياء والكيمياء والأحياء والأرصاد الجوية (التي تمت زراعتها أيضاً في العصور القديمة ولكنها لم تصل إلى نفس المستوى من الإنجاز) من عدة أسباب.
أولاً كان لموضوع علم الفلك المبكر ميزة الاستقرار والبساطة مثل الشمس والقمر والكواكب والنجوم تتحرك في أنماط معقدة بالتأكيد، ولكن مع انتظام أساسي كبير، لكن علم الأحياء أكثر تعقيداً بكثير، ثانياً كان الموضوع حسابياً بسهولة وكان علم الفلك في العصور اليونانية القديمة يُنظر إليه كثيراً على أنه فرع من الرياضيات، وقد يبدو هذا تناقضاً للقارئ الحديث لأن العلوم الحسابية تعتبر صعبة.
ولكن في بلاد بابل القديمة واليونان، كان علم الفلك تحديداً بسبب إمكانية إخضاع حركة الكواكب للمعالجة الرياضية إلى إحراز تقدم سريع، على النقيض من ذلك فشلت الفيزياء في تحقيق مكاسب كبيرة حتى القرن السابع عشر عندما تم أخيراً احتساب موضوعها إلى الرياضيات بنجاح، وثالثاً استفاد علم الفلك من ارتباطه الوثيق بالدين والفلسفة، مما يوفر قيمة اجتماعية لا يمكن أن تضاهيها العلوم الأخرى.
إن التقليد الفلكي مدته واستمرارية مثيرة للإعجاب، وقد تم الحفاظ على بعض الملاحظات البابلية عن كوكب الزهرة من أوائل الألفية الثانية قبل الميلاد وقد جلب البابليون علومهم إلى مستوى عالٍ بحلول القرن الرابع قبل الميلاد، خلال نصف الألفية التالية حقق علماء الفلك اليونانيون أكبر تقدم، حيث وضعوا بصمتهم الخاصة على هذا الموضوع، ولكنهم بنوا على ما أنجزه البابليون.
في أوائل العصور الوسطى كانت اللغة الرائدة في التعلم الفلكي هي اللغة العربية، كما كانت اليونانية من قبل، أتقن علماء الفلك في الأراضي الإسلامية ما أنجزه اليونانيون وسرعان ما أضافوا إليه، مع إحياء التعلم في أوروبا وعصر النهضة الأوروبية أصبحت اللغة الرائدة في علم الفلك اللغة اللاتينية.
اعتمد علماء الفلك الأوروبيون أولاً على علم الفلك اليوناني كما ترجم من العربية قبل أن يحصلوا على وصول مباشر إلى كلاسيكيات العلوم اليونانية، وبالتالي فإن علم الفلك الحديث هو جزء من تقليد مستمر يمتد الآن إلى ما يقرب من 4000 عام يتقاطع مع ثقافات ولغات متعددة، تركز هذه المقالة على هذه القصة المركزية.
